基于双螺旋桨推进的复合式直升机飞行性能

为研究螺旋桨和机翼对双螺旋桨推进构型复合式直升机的飞行性能影响,在已有的直升机飞行性能模型基础上耦合螺旋桨和机翼气动模型,建立了该型复合式直升机配平模型。以X-3构型直升机为样例,通过加装螺旋桨和机翼组成不同的配置,给出了直升机各操纵量和姿态角的变化,并通过控制气动部件为复合式直升机提供推力和升力的不同配比,分析直升机的需用功率和升阻比变化。结果表明:机翼对复合式直升机升阻比的提升较为明显,且能有效减小总距和横向周期变距;前飞速度大于一定速度后,螺旋桨对复合式直升机需用功率的降低和对升阻比的提高才开始显现;同时配置螺旋桨和机翼,并合理分配推力和升力,可有效降低整机的需用功率,进而提升复合式直升机飞行性能。     

基于遗传算法的常规复合式高速直升机飞行性能参数优化

单旋翼带尾桨式的传统直升机受旋翼气动特性的不利影响,其最大飞行速度等性能受到制约,因此高速直升机成为国内外研究的热点。为研究基于遗传算法的参数优化对常规旋翼构型复合式高速直升机飞行性能的影响,本文采用动量叶素理论和Young曲线拟合相结合的方法建立了悬停和低速下负拉力状态螺旋桨气动模型,构建了基于遗传算法的飞行性能优化模型。以X3高速直升机为样例,对悬停、低速（200km/h）和高速（400km/h）分别进行优化,分析了直升机功率、操纵量和姿态角变化。结果表明,基于遗传算法的参数优化方法能提升特定速度下复合式直升机的飞行性能。悬停、200km/h和400km/h优化后的直升机总功率均降低,比基准值分别低16.3%、10.9%和19.6%。高速时最优直升机总功率主要依赖优化旋翼部件,通过显著降低旋翼总功率来实现。悬停状态的优化参数趋势和操纵量变化与400km/h优化后的相反,而200km/h优化后的旋翼参数变化趋势与悬停状态一致,螺旋桨参数变化趋势则相反。本文为未来高速直升机总体参数选择、飞行性能优化等提供一定的帮助。     

复合式共轴直升机飞行动力学数学模型研究

建立了复合式共轴直升机的飞行动力学数学模型。根据复合式共轴直升机的构型特点,计入上下旋翼,旋翼与机翼之间的相互气动干扰,建立了旋翼、机翼等部件的气动计算模型。以某小型复合式共轴直升机为例,运用牛顿迭代法完成了3种飞行模式下的配平计算,得到了从悬停到高速前飞各种飞行状态下的操纵量和状态量,分析了复合式共轴直升机飞行的物理...     

推力矢量对飞机飞行性能的影响

结合某飞机详细地研究了推力矢量对飞机起飞及拉升试验的影响，并对飞机起飞过程中采用的不同的推力矢量控制方式进行了对比研究。推力矢量引起的超环量升力对上述性能的影响情况也在文中进行了讨论。结果表明，利用推力矢量与鸭翼相配合在一定控制规律下可使飞机的起飞性能得到较大改善，考虑了推力矢量引起的超环量升力后改善效果更加明显。     

旋翼桨叶结冰对直升机飞行性能的影响

采用由翼型冰风洞试验推导而来的工程公式,将旋翼结冰模型嵌入离散格式的旋翼气动模型,分别计算结冰后每个桨盘网格区域的翼型升、阻力系数的增量和挥舞系数的增量,建立了结冰后的UH-60A直升机飞行力学模型.结合发动机功率数据,通过改变结冰条件,研究了不同结冰参数对最大平飞速度、最大垂直爬升率和最大爬升率的影响.结果表明:在环境温度为0~-10℃时,降低环境温度会严重降低飞行性能;液态水含量对所选性能指标有一定影响;水滴直径对最大平飞速度的影响较小,对爬升性能的影响可忽略不计;飞行性能指标随结冰时间呈线性下降趋势.      

尾桨倾斜对直升机飞行性能的影响

自从20世纪70年代美国西科斯基公司在黑鹰上成功采用倾斜尾桨构型方案后,30多年来,先后又有CH53E、S92、AB139等多种大、中型运输直升机采用倾斜尾桨构型,本文主要分析尾桨倾斜对直升机飞行性能的影响,并以某样例直升机为例进行了两种尾桨构型方案飞行性能的对比计算,同时也对倾斜尾桨和常规尾桨设计方案的优缺点进行了讨论.     

超临界机翼飞行验证机的增升装置设计

为进行超临界机翼气动设计技术的飞行验证,将某教练机改装为飞行验证机,为此必须进行增升装置的重新设计。在保持原型机襟翼平面参数和运动机构不变的条件下,完成了验证机增升装置的气动力设计工作。风洞试验表明,改装成功的验证机增升装置具有良好的气动特性。     

Study on the lift and propulsive force shares to improve the flight performance of a compound helicopter

To investigate the effects of lift and propulsive force shares on flight performance, a compound helicopter model is derived. The model consists of a helicopter model, a wing model and a propeller model. At a low speed of 100 km/h, the Lift-to-Drag ratio(L/D) of the compound helicopter is improved when the wing provides 20.2% of the take-off weight. At high speeds, the L/D can be improved when the propeller provides the total propulsive force. Lowering the main rotor speed increases the wing lif...     

重型直升机飞行动力学刚弹耦合建模及空中共振稳定性分析

针对重型直升机（HLH）大重量、低转速的固有特性,提出了一种适用于重型直升机的飞行动力学刚弹耦合建模方法。该方法结合传统直升机飞行动力学与旋翼机体耦合动力学,将传统飞行力学的分析频段拓展到了5 Hz,额外考虑了桨叶和机体的弹性变形,基于阻抗匹配法推导出了显式的旋翼/机体耦合动力学方程,模拟了真实飞行状态下的直升机气弹耦合特性,利用该模型计算并分析了算例重型直升机的悬停飞行特性和空中共振稳定性。结果表明：旋翼机体耦合导致摆振前进型和机体弹性模态的阻尼-转速曲线先相互靠近至同一点再分离,可能引起直升机的高频瞬态振动;在摆振等效阻尼不足时,旋翼摆振后退型是不稳定的,但随着等效阻尼增加,摆振二阶周期型模态和机体弹性模态会出现耦合;桨叶弹性变形与机体弯曲模态及挥舞集合型耦合,但不会引起明显的不稳定现象。     

考虑空间机动飞行的直升机尾传动轴建模与临界转速分析

建立了具有普遍性的考虑直升机空间机动飞行的尾传动轴动力学模型.分析了机动飞行对尾传动轴临界转速的影响,发现只有俯仰角速度、偏航角速度、横滚角速度和角加速度4个转动运动分量会影响尾传动轴的临界转速.通过算例着重分析了俯仰、偏航和横滚角速度对尾传动轴前3阶临界转速的影响规律.结果表明:俯仰角速度使尾传动轴的临界转速降低,但只对反进动第1阶临界转速有较大影响;偏航角速度对尾传动轴临界转速的影响效果与俯仰角速度完全相同;正向横滚角速度使尾传动轴的正进动临界转速提高,而使反进动临界转速降低;但对于反向横滚,在以横滚角速度等于某值的分界线之前,横滚角速度对尾传动轴临界转速的影响规律与正向横滚相反,前3阶临界转速变化曲线的分界线对应的横滚角速度分别为1.86,27.41,124.5rad/s.      

Aerodynamic design of tractor propeller for high-performance distributed electric propulsion aircraft

Aiming to maximize the aerodynamic performance of the Distributed Electric Propulsion (DEP) aircraft, a hybrid design framework which focuses on the aerodynamic performance of the propeller/wing integration has been developed and validated numerically. Variable-fidelity modelling for propeller aerodynamics has been used to achieve computational efficiency with reasonable accuracy. By optimizing the aerodynamic loading distributions on the tractor propeller disk, the induced slipstream is redistributed into a form that is beneficial for the wing downstream, based on which the propeller blade geometry is generated through a rapid inversed design procedure. As compared with the Minimum Induced Loss (MIL) propeller at a specified thrust level, significant improvements of both the lift-to-drag ratio of the wing and the propeller/wing integrated aerodynamic efficiency is achieved, which shows great promise to deliver aerodynamic benefits for the wing within the propeller slipstream without any additional devices.     

旋翼固定翼复合式垂直起降飞行器概念设计研究

近些年来垂直起降(VTOL)飞行器发展迅速,并获得了一些突破性进展,但仍有许多尚未解决的问题。结合旋翼机和固定翼飞机的优点,提出一种旋翼固定翼复合式飞行器布局方案,兼具优异的垂直起降性能及高速飞行能力,具有转换过渡稳定平滑、可控性强的特点。在该旋翼固定翼复合式布局中,特型旋翼可旋转以提供垂直升力,也可停转、锁定与固定式机翼保持平行,最终转换为固定翼面使得飞机转换为固定翼布局,并在机翼上布置矢量推力装置,实现高速飞行。概念设计研究围绕设计方法、特型旋翼、矢量推力系统等关键技术展开,并开展了平飞模式飞行特性、垂直起降模式飞行特性、航程、航时以及飞行操纵等性能的分析。通过试制小型原理验证机,并对各飞行状态及转换过渡飞行进行飞行试验,验证了该布局的可行性。结合实际算例展开分析计算,验证了该方案设计方法的准确性和实用性。     

高机动导弹气动／运动／控制耦合的风洞虚拟飞行试验技术

解决先进飞行器大迎角高机动飞行时的气动／运动非线性耦合问题,需要发展基于非线性理论的风洞试验技术,即风洞虚拟飞行试验技术。该试验能够实现较为逼真的模拟飞行器机动运动过程,气动和运动参数的实时同步测量,以及飞行控制律的集成验证与优化,从而达到探索气动／运动耦合特性和机理的目的。本文介绍了风洞虚拟飞行试验的模拟方法、关键技术及其解决措施,并针对典型导弹模型开展了虚拟飞行验证试验。试验结果表明：目前已经初步具备适用于导弹模型跨声速气动／运动／飞行控制一体化研究的风洞虚拟飞行试验能力。     

Reliable flight performance assessment of multirotor based on interacting multiple model particle filter and health degree

Multirotor has been applied to many military and civilian mission scenarios. From the perspective of reliability, it is difficult to ensure that multirotors do not generate hardware and software failures or performance anomalies during the flight process. These failures and anomalies may result in mission interruptions, crashes, and even threats to the lives and property of human beings. Thus, the study of flight reliability problems of multirotors is conductive to the development of the drone industry and has theoretical significance and engineering value. This paper proposes a reliable flight performance assessment method of multirotors based on an Interacting Multiple Model Particle Filter (IMMPF) algorithm and health degree as the performance indicator. First, the multirotor is modeled by the Stochastic Hybrid System (SHS) model, and the problem of reliable flight performance assessment is formulated. In order to solve the problem, the IMMPF algorithm is presented to estimate the real-time probability distribution of hybrid state of the established SHS-based multirotor model, since it can decrease estimation errors compared with the standard interacting multiple model algorithm based on extended Kalman filter. Then, the reliable flight performance is assessed with health degree based on the estimation result. Finally, a case study of a multirotor suffering from sensor anomalies is presented to validate the effectiveness of the proposed method.     

基于飞行参数的舰载机拦阻力统计建模与预计

拦阻钩是舰载飞机最重要的特征部件之一,对其受载进行测量、统计建模与预计具有重要的工程意义。在飞机拦阻动力学分析基础上确定了飞行数据统计建模所需的关键参数,结合某型机载荷试飞、机舰适配性试验,实测研究了飞机拦阻实际受载特点,采用线性或非线性方法统计建立了最大拦阻力与常规飞行参数之间的拟合函数关系,并得到了最大拦阻力的预计模型。建模、验模与预计结果表明,所选关键参数合理,能够充分反映拦阻钩的受载及其主要影响因素,采用纵向过载、啮合速度和发动机高压转速等参数建立的拦阻载荷统计模型可用于拦阻着陆或着舰试验时最大拦阻力的有效预测。