展开式变体垂直起降飞行器气动布局与控制策略设计及飞行验证

垂直起降飞行器具有固定翼飞行器飞行航程远、飞行速度快的性能优势,又同旋翼飞行器一样机动灵活,具有垂直起降的功能,近年来成为飞行器研究领域的研究热点之一。尤其是尾座式垂直起降飞行器由于其结构简单、重量利用率高等优点,受到了较多关注。本文提出了一种机翼可展开的尾座式变体垂直起降飞行器总体布局方案,为该布局设计了一种具有自锁功能的机翼变体驱动机构。利用风洞测力实验对飞行器固定翼巡航模态、四旋翼悬停模态及变体过渡过程的气动力进行研究,给出了飞行器在固定翼巡航模态下的配平能力与飞行性能,及前倾加速及变体过渡过程中的气动特性。并提出了一种升降副翼-旋翼协调航向增强控制策略,有效提升飞行器悬停模态的航向控制力矩。通过对飞行器变体转换过程的受力情况研究,为该构型飞行器设计了一种基于空速与俯仰姿态角的变体过渡控制策略。对该构型飞行器进行了飞行试验验证,结果表明飞行器在四旋翼悬停和固定翼巡航模态下表现出良好的操纵性和抗风能力,成功实现了平稳的无高度损失模态转换,验证了控制策略的有效性。     

新颖的鸭式布局旋翼/机翼飞机设计

波音公司“臭鼬”工作队与美国国防预研局(DARPA)于今年第一季度签订了一项价值2400万美元的成本共享合同,用以进行一种鸭式旋翼/机翼(CR/W,Canard Rotor/Wing)飞机设计方案的论证和飞行试验.这项合同为期3年,主要内容包括:用一架半尺寸无人驾驶型CR/W飞行器进行飞行试验,以验证这种新概念飞机的垂直起降性能以及该机在旋翼和固定翼飞机之间的过渡转换飞行能力.     

计入螺旋桨干扰的倾转机翼飞行器气动特性研究

倾转机翼飞行器不仅拥有直升机固有的垂直起降能力,还具备传统固定翼飞行器特有的高速巡航的特点,是目前军民用飞行器研究的热点之一。针对传统倾转机翼飞行器存在螺旋桨气动效率低、倾转机构复杂的问题,提出四发串列式倾转机翼垂直起降布局形式,对该布局飞行器进行总体设计,完成螺旋桨周围流场特性、螺旋桨间干扰特性、螺旋桨和机翼之间干扰特性的研究分析,并制作验证机进行验证。结果表明:该布局很好地解决了螺旋桨气动效率低、传动机构复杂的问题,具有较强的可实现性及实用性。     

波音的"蜻蜒"鸭式旋翼/机翼方案验证机

"蜻蜒"鸭式旋翼/机翼飞机是波音公司"鬼怪"工作队目前正在发展研制中的一种方案验证机.具有像旋翼飞机一样的垂直起降和空中悬停能力,又能像固定翼飞机一样高速巡航飞行.在这种机基础上能派生出能满足不同军种要求的无人或有人驾驶的鸭式旋翼/机翼机     

波音的“蜻蜓”鸭式旋翼/机翼方案验证机

“靖蜒”鸭式旋翼／机翼飞机是波音公司“鬼怪”工作队目前正在发展研制中的一种方案验证机。它既具有像旋翼飞机一样的垂直起降和空中悬停能力，又能像固定翼飞机一样高速巡航飞行。在这种验证机基础上能派生出能满足不同军种要求的无人或有人驾驶的鸭式旋翼／机翼机     

XV-15倾转旋翼飞机飞行控制系统概述

XV-15倾转旋翼飞机兼有直升机垂直起降、空中悬停及固定翼飞机高速巡航的优点，因而在军用和民用飞机中有着广泛的应用前景。XV-15的机体结构和普通飞机一样，但在翼尖安装可以倾转的发动机短舱和旋翼。该飞机控制系统结合旋翼控制和固定翼控制，通过自动控制系统和推力管理系统来辅助飞行员对飞机的控制。主要介绍了主飞行控制系统和辅助控制系统的控制特点。     

复合式垂直起降固定翼无人机旋翼和机翼的干扰分析

复合式垂直起降固定翼无人机是一种兼具多旋翼无人机和固定翼无人机性能的复合式无人机,其创新之处在于阐明了旋翼安装位置对无人机整体性能的影响。针对该类无人机旋翼与机翼之间的相互气动作用比较复杂的问题,本文采用实验和流体仿真两种方法对其气动特性进行分析,初步确定了旋翼的安装方式,并结合无人机的平飞状态进一步确定了旋翼的安装距离。实验及数值模拟结果表明,无人机的旋翼安装在机翼下方比安装在机翼上方效率要高,且旋翼与机翼之间的安装距离对旋翼的升力和无人机的平飞续航性能都有一定影响。     

复合升力体飞行器飞行特性模型试飞研究

为了解复合升力体飞行器的飞行特性,以及不同升力面之间的气动干扰特性,在小型模型飞机的基础上研制了复合升力体飞行器验证机,并开展了一系列的试飞研究.试飞结果表明,飞行器旋翼模式和固定翼模式之间的过渡飞行完全可控,过程平稳,旋翼与固定翼升力面之间无不利干扰.     

倾转类飞行器发展历程浅析

倾转类飞行器是一种通过倾转旋翼、涵道或是机翼等来改变动力水平和垂直方向输出的独特飞行器,通过介绍各具特色的倾转类飞行器,总结了倾转类飞行器的发展历程、技术特征及优劣势,为未来在狭窄、多变的复杂战场环境下既能垂直起降又能远程高速飞行的飞行器设计提供参考。     

倾转旋翼机的发展与关键技术综述

倾转旋翼机是一种新构型的飞行器，它一方面可免去跑道垂直起降，另一方面还可以相当于固定翼飞机作高速远程飞行，增大飞行包线。它集直升机和固定翼飞机特长于一身，是当今世界飞行器技术前沿性、突破性和跨越性发展的结晶。本文对倾转旋翼机国外技术的发展进行了简单回顾，并对研制过程中所存在的主要关键技术进行了综合分析。     

Sliding mode control design for oblique wing aircraft in wing skewing process

When the wing of Oblique Wing Aircraft (OWA) is skewed, the center of gravity, inertia and aerodynamic characteristics of the aircraft all significantly change, causing an undesirable flight dynamic response, affecting the flying qualities, and even endangering the flight safety. In this study, the dynamic response of an OWA in the wing skewing process is simulated, showing that the three-axis movements of the OWA are highly coupled and present nonlinear characteristics during the wing skewing. As the roll control efficiency of the aileron decreases due to the shortened control arm in an oblique configuration, the all-moving horizontal tail is used for additional roll and the control allocation is performed based on minimum control energy. Given the properties of pitch-roll-yaw coupling and control input and state coupling, and the difficulty of establishing an accurate aerodynamic model in the wing skewing process due to unsteady aerodynamic force, a multi-loop sliding mode controller is formulated by the time-scale separation method. The closed-loop simulation results show that the asymmetric aerodynamics can be balanced and that the velocity and altitude of the aircraft maintain stable, which means that a smooth transition is obtained during the OWA’s wing skewing.     

基于扇翼机翼升推力机理的吹气机翼研究

基于对扇翼飞行器升推力产生机理的数值计算与分析,提出了一种扇翼飞行器机翼的替代方案——吹气机翼。分析了扇翼机翼升推力的产生机理并在扇翼机翼翼型的基础上构建了吹气机翼翼型。建立了两种机翼翼型的数值计算方法,通过对比相对静压分布曲线、速度云图和压力云图,证明了吹气机翼具有与扇翼机翼一样的升推力产生方式,即涡致升推力的形成机制。通过将横流风扇加速后气流流速定义为吹气机翼吹气速度,对比了两种机翼升推力随来流速度和迎角的变化关系。结果表明:两种机翼的升推力变化趋势基本一致,仅在迎角大于20°时,吹气机翼推力值相较扇翼机翼损失了近5倍。总体而言,在常规飞行状态下,吹气机翼能够替代扇翼机翼,为相关飞行器的增升和优化设计提供了一种思路。      

旋转机翼飞机旋翼飞行验证平台设计

为了更好地研究旋转机翼飞机旋翼模式下的飞行性能,针对旋转机翼飞机的特点,开展旋转机翼飞机旋翼飞行验证平台的设计,主要包括旋转机翼的结构设计、动力系统设计.通过数值计算的方法,对不同相对厚度椭圆翼型气动特性进行分析研究.建立旋转机翼悬停气动特性的估算方法,地面试验结果和计算结果的对比表明所建立的估算方法是有效的,该方法对今后开展旋转机翼飞机研究具有一定的参考价值和意义.     

斜置翼布局飞机的飞行动力学模型研究

从机理上分析了斜置翼布局飞机的气动耦合及惯性耦合特性;对其六自由度动力学模型进行了建模及纵横耦合线性化;以F-8 OWRA(Oblique Wing Research Aircraft)为算例,对其机翼斜置角为45°时的操纵响应特性进行了仿真计算及分析,仿真结果体现了斜置翼布局飞机纵横耦合的运动特性,说明所建立的动力学模型是可靠的。     

倾转旋翼飞行器旋翼对机翼向下载荷计算模型

针对倾转旋翼飞行器悬停和小速度前飞的直升机飞行模式下旋翼下洗流对机翼的气动干扰影响,建立了一个机翼向下载荷的计算模型.该模型中,最关键的是建立旋翼对机翼的气动干扰面积模型.此模型考虑了倾转旋翼飞行器几何尺寸条件、发动机短舱倾转角和飞行状态等参数.最后将此模型集成到XV-15倾转旋翼飞行器飞行动力学模型中,进行配平计算,...     

平行度对飞翼布局隐身特性的影响研究

对于飞翼布局的飞行器,棱边的数量、长度、位置等因素影响着它的隐身性能。数值化地描述这些棱边关系并建立他们和隐身特性之间的联系,能够给飞行器综合一体化设计提供参考,为优化设计确认目标函数,提出了基于飞翼平面布局的棱边平行度数值化描述方法,根据建立的棱边关系和平行度之间的计算公式,分析了飞翼布局中棱边的数量、长度、位置等对平行度的影响。采用创建特征模型的方法,计算各个特征布局的雷达散射截面（RCS）,结合所提出的平行度,给出了平行度与隐身特性之间的对应关系曲线并归纳了隐身特性对平行度的敏感度。总结出了通过增大平行度来提高隐身特性可以采取的措施,以及布局方案细微调整时需要注意的极值点。     

折叠机翼变体飞机纵向操纵性与稳定性研究

针对一种飞翼布局折叠机翼变体飞机方案,建立了相应的研究模型,使用涡格估算方法计算出机翼折叠角度对全机纵向静稳定性的影响.利用飞机纵向小扰动运动方程,分别得到了机翼展开和折叠状态的长、短周期模态,并对其动稳定性进行了讨论.结合工程估算方法和风洞试验方法,计算出内段机翼折叠过程全机力矩系数、升降舵操纵导数以及升降舵配平偏角...     

基于粗糙集理论的翼型参数优选方法研究

在设计机翼时,通常需要进行多目标决策,而教练机机翼翼型选取的先验经验不足,需要进一步研究,从而得出翼型的选择规则.分析国内外已有教练机机翼翼型使用情况,运用粗糙集理论中基于重要度和条件信息熵结合的权重确定方法,提出在机翼方案设计阶段翼型的选择方法;对比分析三种分段方法在翼型性能指标离散化时的优缺点及其原因,并结合算例进行适用性验证.结果表明:在有限数据条件下,两断点方法是比较合适的属性离散化方法.所提出的方法具有使用价值,对飞机设计方案阶段翼型的选择以及机翼的气动设计具有参考意义.     

通用飞机梯形机翼的富勒襟翼滑轨轨迹研究

襟翼滑轨轨迹控制着襟翼的运动轨迹,决定着其几何特性,是飞机襟翼操纵系统滑轨机构工程设计的重要输入因素.提出一种设计襟翼滑轨轨迹的新方法,该方法对梯形机翼的富勒式襟翼运动进行简化,根据襟翼的运动规律,将其运动简化为近似绕翼尖外空间一点作圆锥曲面运动,并结合CATIA V5的模拟分析,最终设计出满足要求的襟翼滑轨轨迹.运12F飞机的工程应用实践表明,该方法对通用飞机的设计具有较高的实用价值.     

水陆两栖飞机静力试验优化机翼变形的载荷配平

水陆两栖飞机全机静力试验的浮筒着水工况试验中，在试验允许的常规载荷配平方案下，压向大量级水载荷作用于浮筒结构引起机翼较大变形，影响试验精度，因此进行以减少机翼变形为目标的载荷配平研究。将机翼近似为悬臂梁结构，在构建的机翼力学模型基础上应用Green函数建立机翼的挠度曲线方程。首次以考核区域边界肋的挠度和转角为优化目标并建立多目标函数，通过层次分析法和极差变换标准化处理方法将其转化为单目标函数后，采用引入交叉和变异因子的改进蚁群算法进行载荷配平方案优化运算。有限元分析及试验结果显示，优化得到的载荷配平方案可以显著地减少机翼变形，配平载荷不影响考核区域的真实变形，证明了该优化方案的正确性和可行性。