“飛航杯”第三屆全國未來飛行器設(shè)計(jì)大賽參賽作品沈陽航空航天大學(xué)未來飛行器之迅鷹傾轉(zhuǎn)旋翼學(xué)院：航空航天工程學(xué)部團(tuán)隊(duì)成員：薛松指導(dǎo)教師：牛猛摘要傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)是一種將固定翼飛機(jī)和直升機(jī)特點(diǎn)融為一體的新型飛行器，有人形象地稱其為--空中"混血兒"。在各種飛行器中，最奇特的是直升機(jī)。它在空中能自如地向前飛，后退飛，側(cè)著飛，甚至翻筋斗，它可以不需要機(jī)場，只要有塊小空地，便能起飛降落，并可垂直升降，平穩(wěn)地懸停在空中!雖有以上優(yōu)點(diǎn)，但仍有速度低、航程短、可靠性差、噪音大、操縱復(fù)雜、事故率高的缺點(diǎn)。這些缺點(diǎn)，特別是速度低，安全性差，是直升機(jī)與生俱來的，難以根本改進(jìn)。因此人們夢想著能設(shè)計(jì)出新的更好的飛行器以超越直升機(jī)。傾轉(zhuǎn)旋翼應(yīng)用而生。傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器利用旋翼傾轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)直升機(jī)飛行模式和飛機(jī)飛行模式之間的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，改變了傳統(tǒng)的直升機(jī)與飛機(jī)二類飛行器不能轉(zhuǎn)換的設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)了單一飛行器既能空中懸停、低速前飛、后飛、側(cè)飛，又能高速遠(yuǎn)距離飛行，融合了直升機(jī)和飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。旋翼傾轉(zhuǎn)給飛行器帶來諸多好處同時(shí)，不可避免地提高了設(shè)計(jì)技術(shù)難度，尤其是旋翼拉力矢量變化、旋翼/機(jī)翼間氣動(dòng)干擾使飛行器的飛行動(dòng)力學(xué)問題更加復(fù)雜，給傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器的飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來了極大的挑戰(zhàn)。目錄一設(shè)計(jì)背景4二飛機(jī)總體布局61飛行器參數(shù)62確定飛機(jī)構(gòu)型63視圖74機(jī)體外形的初步設(shè)計(jì)7三確定主要參數(shù)8根據(jù)設(shè)計(jì)要求：8預(yù)估數(shù)據(jù)（參考統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）8電機(jī)機(jī)選擇8四機(jī)翼外形初步設(shè)計(jì)91．翼型：92．機(jī)翼平面形狀的設(shè)計(jì)，計(jì)算平均氣動(dòng)弦的位置和長度123．機(jī)翼安裝角124．翼梢形狀125．起落架布置136．飛機(jī)鏤空圖14五飛行原理15六創(chuàng)新點(diǎn)16七缺點(diǎn)17八參考文獻(xiàn)18 一設(shè)計(jì)背景與直升機(jī)相比，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)航程遠(yuǎn)，航速高。在特種作戰(zhàn)中，一般都是以直升機(jī)作為運(yùn)載工具，就以美國著名的CH－46D“海上騎士”直升機(jī)為例，其最大巡航速度為268公里/小時(shí)、航程僅為366公里，如此短的航程和過慢的航速已不能滿足特種行動(dòng)的需要。而在滿載、垂直起降的情況下，航程超過2200公里，在滿載、短距起降條件下，甚至能達(dá)到約3000公里的航程。據(jù)稱，一架V－22“魚鷹”從夏威夷起飛后，通過各個(gè)美軍基地的轉(zhuǎn)場飛行，即可到達(dá)世界上大部分地區(qū)，這樣的高航程，使行動(dòng)部隊(duì)深入到偏遠(yuǎn)地區(qū)實(shí)施作戰(zhàn)任務(wù)成為了現(xiàn)實(shí)。傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)憑借著其高速性，能使行動(dòng)部隊(duì)以較快速度通過危險(xiǎn)地區(qū)，而且它還有能力在一個(gè)夜間就把作戰(zhàn)人員輸送到數(shù)百公里以外的行動(dòng)地點(diǎn)，在完成任務(wù)后又可以迅速返航。我國傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的研究起步晚，很多關(guān)鍵技術(shù)還在摸索階段。“藍(lán)鯨”為四傾轉(zhuǎn)旋翼構(gòu)型，商載達(dá)到20噸；巡航速度538千米/時(shí)；航程3106千米/時(shí)。在科研人員的構(gòu)想中，“藍(lán)鯨”采用可收放起落架，具備垂直起降和滑跑起降能力，配備四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)，余度設(shè)計(jì)確保兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)失效后還能安全飛行。“藍(lán)鯨”兼具振動(dòng)小、噪聲小、耗油率低、運(yùn)輸成本低等特點(diǎn)。“藍(lán)鯨”結(jié)構(gòu)布局中旋翼安置在遠(yuǎn)離機(jī)身的機(jī)翼尖端，且旋翼直徑較小，因此其座艙的振動(dòng)水平低于一般的常規(guī)直升機(jī)，并且由于主要的噪聲源——旋翼，遠(yuǎn)離座艙，因此座艙內(nèi)的噪聲比普通直升機(jī)小很多。綜合考慮“藍(lán)鯨”耗油量少、速度快、航程大、載重大等優(yōu)點(diǎn)，其運(yùn)輸?shù)某杀緝H為常規(guī)直升機(jī)的1/2以此為背景，故想建立一個(gè)傾轉(zhuǎn)旋翼模型。

二飛機(jī)的總體布局1飛行器參數(shù)機(jī)長：1.2m翼展：2.0m機(jī)高：0.25m空重：3kg拉力：4kg主翼展弦比：5.4鴨翼展弦比：5.3鴨翼展長：0.8m2確定飛機(jī)構(gòu)型1)鴨翼布局2)機(jī)翼：后掠翼3)在機(jī)翼上安裝電機(jī)4)起落架：前三點(diǎn)式，安裝在機(jī)身上3視圖主視圖俯視圖左視圖4機(jī)體外形的初步設(shè)計(jì)

三確定主要參數(shù)1．根據(jù)設(shè)計(jì)要求：–航程:Range=1.5km–巡航速度:20m/s–巡航高度:20m；2．預(yù)估數(shù)據(jù)（參考統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)）–耗電量5min–升阻比L/D＝63電機(jī)機(jī)選擇朗宇電機(jī)2814四機(jī)翼外形初步設(shè)計(jì)1翼型：mh114其參數(shù)如下：Airfoilname:MH114UpperX UpperY0 -0.203 00.132 0.7 00.657 1.786 01.571 2.971 02.873 4.204 04.559 5.445 06.618 6.661 09.04 7.822 011.807 8.904 014.901 9.883 018.296 10.739 021.97 11.453 025.895 12.012 030.043 12.409 034.381 12.639 038.871 12.701 043.471 12.596 048.144 12.326 052.848 11.896 057.543 11.311 062.192 10.583 066.757 9.727 071.209 8.767 075.505 7.737 079.602 6.669 083.451 5.597 087.004 4.55 090.211 3.558 093.024 2.645 095.391 1.826 097.293 1.101 098.73 0.507 099.667 0.127 0100 0 0 0LowerX LowerY 00 -0.203 00.399 -0.837 01.424 -1.27 03.025 -1.591 05.172 -1.792 07.845 -1.876 011.023 -1.845 014.677 -1.71 018.775 -1.483 023.277 -1.179 028.136 -0.816 033.3 -0.412 038.712 0.016 044.31 0.448 050.028 0.863 055.797 1.24 061.545 1.556 067.19 1.791 072.647 1.927 077.828 1.956 082.646 1.877 087.018 1.697 090.868 1.43 094.125 1.091 096.709 0.707 098.552 0.346 099.641 0.091 0100 0 0翼型二ClarkY2．機(jī)翼平面形狀的設(shè)計(jì)，計(jì)算平均氣動(dòng)弦的位置和長度：3機(jī)翼安裝角：壓翼型迎角2°4翼梢形狀：采用翼梢小翼結(jié)構(gòu)，可以減少翼梢外氣流漩渦效應(yīng)，對(duì)漩渦進(jìn)行遮擋，并且翼梢渦在翼梢小翼上產(chǎn)生升力，方向向前，減少阻力。圖如下：5起落架布置前三點(diǎn)式停機(jī)角 著落角 防后倒立角 6飛機(jī)鏤空圖五飛行原理本機(jī)采用六臺(tái)大小相同的螺旋槳升力發(fā)動(dòng)機(jī)，提供飛機(jī)垂直起降時(shí)的升力，以三軸類型上下安裝以取消奇數(shù)槳反扭力矩；通過對(duì)六臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的控制來保證飛機(jī)懸停時(shí)的姿態(tài)穩(wěn)定。該種方式效率高，抗風(fēng)性強(qiáng)，載荷大，易于控制改平飛時(shí)，后四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)緩慢傾轉(zhuǎn)至九十度，機(jī)身上的發(fā)動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，飛機(jī)前進(jìn)，到達(dá)一定速度，飛機(jī)進(jìn)入巡航狀態(tài)。六創(chuàng)新點(diǎn)飛機(jī)采用鴨翼式布局，由于機(jī)翼中間有槽，勢必?fù)p失升力故采用鴨翼提供部分升力，機(jī)身為從翼型庫導(dǎo)出來的翼型，提供機(jī)翼損失的升力，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕‘垂直起飛段，以六臺(tái)螺旋槳電機(jī)為動(dòng)力，APM飛控輔助增穩(wěn)，類似六軸飛行器；轉(zhuǎn)換段，待飛機(jī)到達(dá)一定高度，機(jī)翼發(fā)動(dòng)機(jī)傾轉(zhuǎn)，飛機(jī)前進(jìn)，機(jī)身發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉；巡航段，以四臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，以常規(guī)飛行器姿態(tài)巡航飛行。采用圓環(huán)式連接法，將斷開的肋連接在一起，一方面加固了機(jī)翼使整體強(qiáng)度增加，另一方面便于蒙皮七缺點(diǎn)不可否認(rèn)本機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的安裝位置勢必使機(jī)翼損失大部分升力，即使鴨翼與機(jī)身的設(shè)計(jì)能夠提供部分升力，但無法填補(bǔ)機(jī)翼損失升力的事實(shí)鑒于我初入航空模型，資歷尚淺，對(duì)于翼型的選取以及氣動(dòng)布局的設(shè)計(jì)必定存在某些缺陷！附錄[1]劉偉民.法導(dǎo)民航藍(lán)天臻祥——紀(jì)念《民用航空法》實(shí)施6周年[J].中國民用航空.2002(03)

[2]邵箭.回顧了解和執(zhí)行民用航空法的最新指南——評(píng)《民用航空法概念》[J].HYPERLINK"/s?wd=%E8%88%AA%E7%A9%BA%E7%BB%B4%E4%BF%AE%E4%B8%8E%E5%B7%A5%E7%A8%8B&tn=44039180_cpr&fenlei=mv6quAkxTZn0IZRqIHckPjm4nH00