傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器.doc

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1、傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器的論證與研究 1 傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器概述 1.1歷史沿革； 傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器是一種介于固定翼飛機(jī)與普通直升機(jī)之間的一種新型飛行器。是由直升機(jī)發(fā)展而來(lái)，是為解決直升機(jī)速度較慢問(wèn)題而衍生出的一種新型結(jié)構(gòu)飛行器，是未來(lái)直升機(jī)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 1.2典型應(yīng)用； 傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)能完成直升機(jī)所能完成的一切任務(wù)，由于其速度快、航程遠(yuǎn)、有效載荷較大等優(yōu)點(diǎn)，因此它特別適合執(zhí)行兵員/裝備突擊運(yùn)輸、戰(zhàn)斗搜索和救援、特種作戰(zhàn)、后勤支援、醫(yī)療后撤、反潛等方面的任務(wù)。 除此之外，在民用運(yùn)輸方面，由于常規(guī)直升機(jī)經(jīng)濟(jì)性差、速度較小、振動(dòng)大，因而作為一種運(yùn)輸工具受到了很大限制。而傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的飛行速度與支線客機(jī)相

2、近，可在沒(méi)有機(jī)場(chǎng)的任何地區(qū)執(zhí)行運(yùn)輸任務(wù)，特別適用于經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)的開發(fā)和建設(shè)，可以局部替代支線客機(jī)成為現(xiàn)代化空中運(yùn)輸網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分，在商業(yè)上具有極高的價(jià)值，它不僅解決部分空港和跑道擁擠問(wèn)題及邊遠(yuǎn)地區(qū)的運(yùn)輸問(wèn)題，而且其運(yùn)輸成本要比常規(guī)直升機(jī)和固定翼飛機(jī)低得多。 1.3傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)定義； 傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器是在機(jī)翼兩端各安裝一可變向的旋翼推進(jìn)裝置，整個(gè)推進(jìn)裝置可以繞機(jī)翼軸由朝上與朝前之間轉(zhuǎn)動(dòng)變向，并能固定在所需方向，因此能產(chǎn)生向上的升力或向前的推力。傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器兼顧了固定翼飛機(jī)和直升機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，可以如普通直升機(jī)一樣垂直起降和在空中懸停，又可以像固定翼飛機(jī)一樣以較高的速度進(jìn)行巡航飛行。當(dāng)旋翼飛行

3、器推進(jìn)裝置垂直向上時(shí)，旋翼軸垂直于地面，呈橫列式直升機(jī)飛行狀態(tài)，并可在空中懸停、前后飛行和側(cè)飛；需要平飛時(shí)，其操作系統(tǒng)可改變旋翼上升力的大小和旋翼升力的傾轉(zhuǎn)方向，以使飛機(jī)保持或改變飛行狀態(tài)。在起飛之后，推進(jìn)裝置可轉(zhuǎn)90度到水平位置，呈水平狀態(tài)，旋翼當(dāng)作拉力螺旋槳使用，像固定翼飛機(jī)一樣依靠機(jī)翼產(chǎn)生升力飛行傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)是一種性能獨(dú)特的旋翼飛行器。它既具有普通直升機(jī)垂直起降和空中懸停的能力，又具有渦輪螺旋槳飛機(jī)的高速巡航飛行的能力。 因?yàn)閮A轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)具有技術(shù)復(fù)雜，研制周期長(zhǎng)，耗資巨大等特點(diǎn)。目前大多數(shù)國(guó)家對(duì)其的研究還只停留于理論階段。目前只有美軍的v-22“魚鷹”正式投入了使用，所以本文以v-22“

4、魚鷹”為例對(duì)傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)進(jìn)行論證和研究。 2 傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器模型結(jié)構(gòu) 2.1傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器結(jié)構(gòu) 傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器由機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)艙、旋翼、可變向旋翼推進(jìn)裝置、尾翼、機(jī)翼和起落架幾部分組成。其中，旋翼、可變向旋翼推進(jìn)裝置和機(jī)翼顯示了傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。 2.1.1 旋翼部分 旋翼是一個(gè)單獨(dú)的系統(tǒng)，也是傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器最重要的組成部分，它肩負(fù)著飛行器飛行時(shí)所需的推進(jìn)、負(fù)重和操控3種功能。旋翼是飛行器的關(guān)鍵部件，其作用主要由以下幾點(diǎn)： 1.產(chǎn)生向上的拉力克服重力，類似于固定翼飛機(jī)機(jī)翼的作用。 2.產(chǎn)生向前的水平分力使飛行器前進(jìn)，類似于固定翼飛機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)。 3.產(chǎn)生其他分力及力矩使飛行器

5、保持平衡或做機(jī)動(dòng)飛行，類似于操縱面的作用。 2.1.2 機(jī)翼部分 機(jī)翼于傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器中的功能主要是保證動(dòng)力裝置與機(jī)身的連接和在飛行器有水平向前的速度分量時(shí)為飛行器提供部分升力。為保證飛行器平衡，兩個(gè)推進(jìn)裝置會(huì)對(duì)飛行器產(chǎn)生相反的扭矩，所以要求機(jī)翼?yè)碛休^大的強(qiáng)度。 2.1.3 可變向旋翼推進(jìn)裝置 可變向旋翼推進(jìn)裝置是區(qū)別旋翼飛行器與直升機(jī)的關(guān)鍵所在。直升機(jī)的操縱大多采用自動(dòng)傾轉(zhuǎn)器使槳葉的漿距角作周期性變化，從而改變氣動(dòng)合力方向。如懸停是旋轉(zhuǎn)的旋翼產(chǎn)生的力是垂直向上的力，此時(shí)直升機(jī)并不會(huì)向前移動(dòng)。當(dāng)需要向前移動(dòng)時(shí)，旋翼向機(jī)體縱軸方向略微傾轉(zhuǎn)，同時(shí)機(jī)身低頭，即產(chǎn)生了一個(gè)向前的力，是直升機(jī)

6、向前飛行。 2.1.4 尾翼部分 尾翼包括水平尾翼和垂直尾翼。水平尾翼由固定的水平安定面和可動(dòng)的升降舵組成。垂直尾翼包括固定的垂直安定面和可動(dòng)的方向舵。尾翼的作用是操縱飛機(jī)俯仰和偏轉(zhuǎn)，保證飛機(jī)平穩(wěn)飛行。 2.2機(jī)體運(yùn)動(dòng)模型 機(jī)體的六自由度動(dòng)力學(xué)方程建立在機(jī)體軸系上，如圖所示，體軸系原點(diǎn)位于機(jī)體的質(zhì)心，軸X沿機(jī)體縱軸指向前方，軸Z垂直軸X向下，軸Y與軸X和軸Z構(gòu)成右手系。 2.2.1運(yùn)動(dòng)模型 在建立動(dòng)力學(xué)方程前，對(duì)機(jī)體作如下假設(shè)： （1）采用剛體動(dòng)力學(xué)模型，且假定重量恒定。 （2）慣性參考系建立在地面上。 （3）忽略地球曲率，即地球看成平面。 （4）仿真中飛行高

7、度變化范圍不大，假定重力加速度和空氣密度不隨高度變化。 （5）機(jī)體坐標(biāo)系XOZ平面為飛行器的對(duì)稱平面，慣性積Ixz和Izy等于0。 基于上述假設(shè)，在機(jī)體軸系下所建立傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的運(yùn)動(dòng)方程為： 在過(guò)渡飛行狀態(tài)時(shí)，隨著旋翼傾轉(zhuǎn)角βM的改變Iz、Ix、 Iz、Iyx也會(huì)變化。利用下列各式得到Iz、Ix、Iz、Iyx在不同的旋翼傾轉(zhuǎn)角Mβ時(shí)的值。 式中m是全機(jī)質(zhì)量，g是重力加速度，IxIyIz是機(jī)體質(zhì)量對(duì)機(jī)體坐標(biāo)系各軸的慣性矩，Izx是慣性積； FxFyFz分別為飛行器的空氣動(dòng)力的三分量， MxMyNz分別滾轉(zhuǎn)、俯仰和偏航合力矩；wvu為質(zhì)心運(yùn)動(dòng)速度在體軸系 XYZ軸上的投影，pq

8、r是機(jī)體角速度在體軸系上的投影，分別稱為滾轉(zhuǎn)角速度、俯仰角速度和偏航角速度；θφψ為相對(duì)地面坐標(biāo)系的姿態(tài)歐拉角，分別是俯仰角、滾轉(zhuǎn)角和偏航角；xyz分別是相對(duì)地面坐標(biāo)系的水平位置和高度 2.2.2 氣動(dòng)力模型 傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)兼具了固定翼飛機(jī)和直升機(jī)雙重飛行模式，具有旋翼和機(jī)翼兩種升力來(lái)源。旋翼與機(jī)翼之間存在著嚴(yán)重的氣動(dòng)干擾，因此傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)模型較傳統(tǒng)的固定翼飛機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)模型和直升機(jī)空氣動(dòng)力學(xué)模型復(fù)雜。本節(jié)分別介紹旋翼氣動(dòng)力模型和機(jī)身空氣動(dòng)力模型。 2.2.2.1旋翼氣動(dòng)力模型 旋翼空氣動(dòng)力模型是傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)空氣動(dòng)力模型中的關(guān)鍵部分。旋翼既是傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的升力面，也是傾

9、轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的推進(jìn)器和操縱面，具有一系列復(fù)雜的空氣動(dòng)力特性。 旋翼氣動(dòng)力建模包括了二元翼型的氣動(dòng)力模型、旋翼誘導(dǎo)速度模型和旋翼槳葉的揮舞運(yùn)動(dòng)模型。三者相互作用、相互影響，存在著閉環(huán)的邏輯關(guān)系， 2.2.2.2機(jī)體氣動(dòng)力模型 機(jī)體部件由機(jī)身、機(jī)翼、水平尾翼、垂直尾翼和傾轉(zhuǎn)傾轉(zhuǎn)艙五個(gè)子部件組成，機(jī)體空氣動(dòng)力由這五個(gè)子部件的空氣動(dòng)力合成。本文把傾轉(zhuǎn)艙部件的氣動(dòng)力計(jì)算加入到機(jī)翼部件氣動(dòng)力計(jì)算中去。 機(jī)翼空氣動(dòng)力模型是所有組件中最復(fù)雜的，在低速飛行時(shí)，旋翼對(duì)機(jī)翼的干擾計(jì)算十分復(fù)雜。本文在建立機(jī)翼空氣動(dòng)力模型時(shí)，假設(shè)機(jī)翼為剛性，無(wú)彈性變形，機(jī)身對(duì)機(jī)翼的干擾效應(yīng)包括在氣動(dòng)力系數(shù)中。機(jī)翼氣動(dòng)力

10、和力矩在風(fēng)軸系中計(jì)算得到，力和力矩的作用點(diǎn)在機(jī)翼氣動(dòng)中心。在低速非對(duì)稱飛行時(shí)，由于左右旋翼尾渦的不同，對(duì)左右機(jī)翼的影響也不同，左右機(jī)翼所受到力的不對(duì)稱，將要考慮由此產(chǎn)生了的滾轉(zhuǎn)力矩和偏航力矩。 水平安定面和垂直安定面是一種規(guī)范翼型，它的氣動(dòng)力在風(fēng)軸系中進(jìn)行計(jì)算，然后轉(zhuǎn)換到機(jī)體軸系中。當(dāng)?shù)貏?dòng)壓和迎角的計(jì)算考慮了機(jī)翼和機(jī)身的阻塞，短艙角，機(jī)翼尾跡，旋翼尾跡和飛機(jī)的姿態(tài)角和角速率的影響。 3 旋翼飛行器飛行過(guò)程 下面我將整個(gè)旋翼飛行器的飛行過(guò)程分為三個(gè)階段，對(duì)每個(gè)階段的飛行過(guò)程進(jìn)行論述。 3.1.升空階段 升空過(guò)程：傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器升空有兩種方法，第一為當(dāng)推進(jìn)裝置垂直向上，旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)

11、產(chǎn)生升力，便可像直升機(jī)一樣垂直起飛、降落或懸停。第二為當(dāng)推進(jìn)裝置傾轉(zhuǎn)45度產(chǎn)生斜向上的拉力，使飛機(jī)短距滑跑起飛。為了保證旋翼具有一定的拉力，旋翼的螺距應(yīng)達(dá)到一定的長(zhǎng)度，此長(zhǎng)度要大于旋翼在飛機(jī)安裝處到地面的距離，所以傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)不能以螺旋槳固定翼飛機(jī)模式進(jìn)行滑跑起飛。 3.1.1推進(jìn)裝置垂直向上起飛 此起飛方式與直升機(jī)類似，位于機(jī)翼兩端的推進(jìn)裝置呈垂直向上狀態(tài)，兩個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作帶動(dòng)旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)為保證飛機(jī)的平穩(wěn)，必須保持兩個(gè)旋翼的轉(zhuǎn)速保持一致，當(dāng)兩個(gè)旋翼到達(dá)一定轉(zhuǎn)速后，產(chǎn)生的拉力與飛機(jī)重量平衡時(shí)，飛機(jī)開始升空，旋翼的截面為拱形，在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，空氣相對(duì)于旋翼運(yùn)動(dòng)，會(huì)在旋翼上下表面產(chǎn)生壓強(qiáng)差，從

12、而產(chǎn)生向上的升力，使飛機(jī)升空。 3.1.2推進(jìn)裝置傾轉(zhuǎn)45度起飛 此起飛方式同時(shí)具有直升機(jī)起飛與固定翼飛機(jī)起飛特點(diǎn) 推進(jìn)裝置傾轉(zhuǎn)45度后旋翼產(chǎn)生傾轉(zhuǎn)角為45度斜向上的力，通過(guò)力的分解可以產(chǎn)生一個(gè)水平分力和一個(gè)垂直向上的分力，通過(guò)水平分力使飛機(jī)向前移動(dòng) ，空氣流過(guò)飛機(jī)機(jī)翼產(chǎn)生向上的升力。垂直向上的分力為飛機(jī)提供一個(gè)垂直向上的力使得機(jī)翼上升力較小時(shí)飛機(jī)即可離地起飛，達(dá)到短距起飛的效果。 3.2平飛階段 平飛階段有兩種飛行模式：固定翼飛行模式和直升機(jī)飛行模式 3.2.1固定翼飛行模式 通過(guò)可變向旋翼推進(jìn)裝置將旋翼由起飛時(shí)的垂直狀態(tài)改為水平狀態(tài)，使旋翼的拉力線與飛機(jī)縱軸平行，指向

13、機(jī)頭方向。此時(shí)旋翼為飛機(jī)提供一個(gè)向前的力，產(chǎn)生速度。升力由旋翼提供改為由機(jī)翼提供，在此狀態(tài)下傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)飛行模態(tài)與雙螺旋槳固定翼飛機(jī)相似，可進(jìn)行高速飛行。 3.2.2直升機(jī)飛行模式 此狀態(tài)下，旋翼的拉力以較小的角度傾轉(zhuǎn)，因而產(chǎn)生了兩個(gè)分力，一個(gè)分力垂直向上為傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)提供升力，一個(gè)分力與飛機(jī)縱軸平行，指向機(jī)頭方向?yàn)轱w機(jī)提供向前的力。由于受旋翼升力不對(duì)稱性的影響，在此狀態(tài)下傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)不能進(jìn)行高速飛行。 3.3降落階段 降落階段與起飛階段類似，在到達(dá)降落局域上空后，旋翼推進(jìn)裝置由水平改為垂直。采用直升機(jī)的方法垂直降落。 4 傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器的飛行力學(xué) 4.1 旋翼力學(xué)原理 旋翼

14、的槳葉類似于旋轉(zhuǎn)的機(jī)翼，通過(guò)氣流向下流動(dòng)產(chǎn)生升力。同機(jī)翼一樣，旋翼槳葉上的升力與有效迎角成正比。 升力 但與機(jī)翼不同的是，旋翼上各點(diǎn)的速度隨其距中央漿轂的距離的增加而增加。升力與速度的平方成正比，所以旋翼上各點(diǎn)的升力隨其距中央漿轂的距離的增加而迅速增加。尖頭所示為旋翼產(chǎn)生的升力，此時(shí)旋翼的迎角恒定。顯然，絕大部分升力在槳葉葉尖附近產(chǎn)生，升力分布很不均勻。為改善這點(diǎn)，在制造旋翼槳葉時(shí)進(jìn)行了翼扭轉(zhuǎn)，以使槳葉上各點(diǎn)的迎角隨著距中央漿轂的距離的增大而減小。這種扭轉(zhuǎn)是升力分布更加均勻。 s 升力分布不均勻 升力均勻分

15、布 4.1.1旋翼的拉力 （1）垂直飛行狀態(tài)下旋翼的力 傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器在主旋翼系統(tǒng)上產(chǎn)生升力，在垂直上升時(shí)，升力是沿垂直方向向上作用，阻力和重量是相反方向的力，是垂直向下的作用。升力支持飛行器的重量或垂直加速度。在垂直上升期間，由于主旋翼系統(tǒng)的下洗流沖擊機(jī)身，阻力會(huì)顯著增加，拉力必須克服阻力、重力和下洗流?？諝庾饔糜谝硇彤a(chǎn)生的反作用力可以產(chǎn)生升力；然而，阻力是一個(gè)獨(dú)立于重量之外的力。 （2）前進(jìn)/后退飛行狀態(tài)下旋翼的力 在向前、向后飛行時(shí)，旋轉(zhuǎn)平面通過(guò)可變向的旋翼推進(jìn)裝置改變方向，旋轉(zhuǎn)平面與水平面是傾轉(zhuǎn)的，從而，產(chǎn)生一個(gè)朝傾轉(zhuǎn)方向的水平拉力矢量，例如，要建立向前飛行，總升力要向前

16、傾轉(zhuǎn)。與豎直方向相傾轉(zhuǎn)的合力作用在向上和向前方向，因此，它可以分解成兩個(gè)分量：一個(gè)是升力，另一個(gè)是拉力；同樣，通過(guò)朝想要的飛行方向改變?nèi)~尖軌跡平面，就能建立側(cè)向或任何水平方向的飛行，移動(dòng)速率或速度取決于總升力的傾轉(zhuǎn)程度，也就是可變向的旋翼推進(jìn)裝置的旋轉(zhuǎn)程度。 前飛狀態(tài)下力的分布 后飛狀態(tài)下力的分布 4.1.3扭矩 扭矩效應(yīng)通過(guò)機(jī)身向兩個(gè)旋翼系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)的反方向轉(zhuǎn)彎中，能在機(jī)體上顯現(xiàn)出來(lái)，這種反作用力符合牛頓運(yùn)動(dòng)第三定律：“對(duì)任何一個(gè)作用力，都存在一個(gè)大小相等方向相反的反作用力”。發(fā)動(dòng)機(jī)有一個(gè)初始力驅(qū)動(dòng)旋翼系統(tǒng)向某一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)這個(gè)驅(qū)動(dòng)力的反作用力，使得機(jī)身

17、在大小相等而方向相反的力的作用下朝旋翼旋轉(zhuǎn)相反的方向運(yùn)動(dòng)。如果只存在一個(gè)傾轉(zhuǎn)旋翼的情況下需要加裝尾槳來(lái)消除旋翼產(chǎn)生的相反力矩，造成了功率上的浪費(fèi)。所以“魚鷹”采用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向相反的旋翼，使得兩個(gè)相反的力矩抵消而又不浪費(fèi)功率。 4.1.4旋翼垂直狀態(tài)下的升力不對(duì)稱現(xiàn)象 升力不對(duì)稱現(xiàn)象是在垂直飛行期間，旋翼漿盤區(qū)域的前行一半槳葉和漿盤區(qū)域的后行一半槳葉之間的升力不相等。 當(dāng)“魚鷹”的兩個(gè)旋翼垂直向上，在無(wú)風(fēng)狀況下懸停時(shí)，在旋翼葉尖速度達(dá)435節(jié)和旋翼槳葉的槳葉角固定時(shí)，葉尖速度和迎角在整個(gè)360度的一圈中保持不變，這會(huì)在整個(gè)漿盤區(qū)域產(chǎn)生相等的升力。 當(dāng)旋翼垂直朝上進(jìn)入水平飛行時(shí)，在漿盤區(qū)域

18、內(nèi)前行和后行的旋翼槳葉之間的葉尖空速會(huì)有差別。在漿盤區(qū)域的前行槳葉側(cè)邊的空速是旋轉(zhuǎn)速度加上前進(jìn)速度，而后行槳葉側(cè)邊的空速則應(yīng)減去前進(jìn)速度；這就使飛行速度受到限制，當(dāng)傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)飛行速度為：360千米/小時(shí)（即100米/秒）時(shí)，則旋翼前行槳葉處于90處的槳尖相對(duì)氣流速度達(dá)300米/秒（旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí)槳尖處的切線速度一般為200米/秒），接近聲速340.2米/秒，再增加速度就很容易產(chǎn)生失速了，而此時(shí)后行槳葉在270處相對(duì)氣流的速度為100米/秒，槳根部分會(huì)出現(xiàn)氣流從槳葉后緣流向前緣的反流區(qū)，從而使槳葉產(chǎn)生的升力減少，為使升力保持與前行槳葉相同，需要增加后行槳葉的槳距，但槳距過(guò)大會(huì)出現(xiàn)氣流分離現(xiàn)象。在此狀

19、況下，如果處理不當(dāng)將會(huì)產(chǎn)生不等的升力，并會(huì)使飛機(jī)翻轉(zhuǎn)和上仰。這就限制了旋翼垂直向上時(shí)“魚鷹”的飛行速度。 4.2固定翼力學(xué)原理 當(dāng)推進(jìn)裝置由垂直向上轉(zhuǎn)為與飛機(jī)縱軸平行時(shí)，“魚鷹”就進(jìn)入了固定翼飛機(jī)模式。由于“魚鷹”的旋翼需要兼顧直升機(jī)模式與固定翼飛機(jī)模式的動(dòng)力，所以“魚鷹”的兩個(gè)旋翼采用拉進(jìn)式安裝，旋翼把飛機(jī)“拉’’過(guò)空氣，發(fā)動(dòng)機(jī)具有拉力作為這個(gè)方向的拉力載荷。 此時(shí)“魚鷹”的飛行狀態(tài)類似于活塞式固定翼飛機(jī)的飛行原理。與之前推進(jìn)裝置垂直向上的原理有較大不同，其中主要的升力來(lái)源由旋翼變?yōu)闄C(jī)翼。 固定翼飛機(jī)狀態(tài)下的飛機(jī)的升力 飛機(jī)升力絕大部分由機(jī)翼產(chǎn)生，尾翼通常產(chǎn)生負(fù)升力，飛機(jī)其他部分產(chǎn)

20、生升力很小，一般不考慮?？諝饬鞯綑C(jī)翼前緣，分成上、下兩股氣流，分別沿機(jī)翼上、下表面流過(guò)，在機(jī)翼后緣重現(xiàn)匯合向后流去。機(jī)翼上表面比較凸出，流管較細(xì)，說(shuō)明流速加快，壓力降低。而機(jī)翼下表面，氣流受阻擋作用，流管變粗，流速減慢，壓力增大。于是機(jī)翼上下表面出現(xiàn)壓力差，飛機(jī)升空。 飛機(jī)飛在空中有各種各樣的阻力，阻力是飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方向相反的空氣動(dòng)力，它阻礙飛機(jī)的前進(jìn)，按阻力產(chǎn)生原因可分為摩擦阻力、壓差阻力、誘導(dǎo)阻力和干擾阻力。 5 旋翼飛行器的關(guān)鍵技術(shù) 傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)性能較強(qiáng)，但它的結(jié)構(gòu)比一般飛機(jī)復(fù)雜得多，既有普通飛機(jī)的機(jī)身、機(jī)翼又有直升機(jī)的旋翼，因而它具有直升機(jī)和固定翼飛機(jī)的一切特點(diǎn)，同

21、時(shí)帶來(lái)了傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)獨(dú)有的一些技術(shù)困難。 5.1傾轉(zhuǎn)旋翼非定常氣動(dòng)特性傾轉(zhuǎn)旋翼的氣動(dòng)性能 其氣動(dòng)性能包括巡航（固定翼模式）、垂直飛行及旋翼傾轉(zhuǎn)過(guò)程中的氣動(dòng)特性。巡航模式與普通螺旋槳飛機(jī)類似，垂直飛行模式與直升機(jī)類似，而它傾轉(zhuǎn)過(guò)程中的氣動(dòng)性能，就沒(méi)有類似的成果或經(jīng)驗(yàn)借鑒，這是傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)需要研究解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。 5.2旋翼/機(jī)翼的氣動(dòng)干擾技術(shù) 傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的氣動(dòng)干擾技術(shù)是指確定各種飛行狀態(tài)下的氣動(dòng)干擾的方法。如旋翼/機(jī)翼、旋翼/機(jī)身、旋翼/尾部等。其中尤以垂直飛行和懸停時(shí)旋翼/機(jī)翼的氣動(dòng)干擾最大，對(duì)傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的有效載荷性能影響最大。 5.3傾轉(zhuǎn)旋翼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 為適應(yīng)各種模式各種狀態(tài)下的飛

22、行；傾轉(zhuǎn)旋翼系統(tǒng)的槳葉形狀、翼型。扭轉(zhuǎn)等與常規(guī)旋翼系統(tǒng)有差異。旋翼的漿轂采用非常規(guī)萬(wàn)向絞式設(shè)計(jì)。三片槳葉連于漿轂，沒(méi)有揮舞絞和擺振絞，漿轂通過(guò)萬(wàn)向絞與旋翼軸相連。 5.4機(jī)翼設(shè)計(jì) 由于在兩側(cè)機(jī)翼的翼尖上裝有旋翼系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)室，并且于各種工作狀態(tài)下，旋翼軸能相對(duì)機(jī)翼旋轉(zhuǎn)，這對(duì)機(jī)翼的強(qiáng)度和氣動(dòng)穩(wěn)定性提出了很高的設(shè)計(jì)要求。 5.5傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的飛行力學(xué)與控制 與普通固定翼飛機(jī)相比，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)涉及的應(yīng)用范圍和飛行領(lǐng)域要廣泛得多，因而它的飛行力學(xué)要復(fù)雜得多，特別是在傾轉(zhuǎn)過(guò)程中，旋翼軸的方向和轉(zhuǎn)速發(fā)生較大變化，導(dǎo)致飛機(jī)的升力、推力與力矩也發(fā)生重大變化，在高非定常非線性氣動(dòng)因數(shù)的影響下，傳統(tǒng)飛行力學(xué)可

23、能會(huì)失效，需要建立新的飛行模型與方法。 6 傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器的特點(diǎn)及應(yīng)用研究 6.1 傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器的特點(diǎn) 以？？為例，與常規(guī)直升機(jī)比較，可總結(jié)出傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)： （1） 常規(guī)直升機(jī)最大速度超過(guò)360km/h，巡航速度超過(guò)300km/h的不多，而傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的最大速度可達(dá)650km/h，巡航速度為509km/h。 （2） “魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的噪聲比直升機(jī)小得多，它與150m高度懸停時(shí)，其噪聲只有80dB，僅相當(dāng)于30m外卡車發(fā)出的噪聲。 （3） “魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的最大航程可達(dá)3890km，而常規(guī)直升機(jī)的航程很少有超過(guò)1000km （4） “魚鷹”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)在巡航飛行時(shí)，因機(jī)

24、翼可以產(chǎn)生升力，旋翼轉(zhuǎn)速較低，基本上相當(dāng)于兩副螺旋槳，所以耗油率比直升機(jī)低。 （5）運(yùn)輸成本低：綜合考慮傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)耗油量少、速度快、航程遠(yuǎn)、載重大等優(yōu)點(diǎn)，其運(yùn)輸?shù)某杀緝H為直升機(jī)的1/2。 （6）振動(dòng)小由于一般傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的旋翼布局在遠(yuǎn)離機(jī)身的機(jī)翼尖端，并且旋翼直徑較小，因此其座艙的振動(dòng)水平比一般的直升機(jī)低得多。 與固定翼飛機(jī)比較，傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是： （1） 固定翼飛機(jī)對(duì)于起降條件要求較高，而傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)在有機(jī)場(chǎng)的情況下可以進(jìn)行滑跑起飛，在起降條件惡劣的情況下可進(jìn)行小場(chǎng)地垂直起降。 （2） 傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)可以于空中懸停進(jìn)行救援，運(yùn)輸，支援等任務(wù)。 （3） 傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)可做低空，低速，和機(jī)頭方

25、向不變的飛行。 雖然傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)與一般直升機(jī)相比有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有不少缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面： （1）旋翼效率低 與直升機(jī)旋翼相比，螺旋槳旋翼的扭轉(zhuǎn)角比較大，這對(duì)于確保槳葉根部能夠在前飛狀態(tài)下產(chǎn)生較大的拉力是十分有必要的。但在懸停狀態(tài)時(shí)，采用大扭轉(zhuǎn)角設(shè)計(jì)螺旋槳旋翼，其工作效率會(huì)大大降低，這就意味著由發(fā)動(dòng)機(jī)輸送過(guò)來(lái)的可用功率有很大一部分都被損耗了。 （2）氣動(dòng)特性復(fù)雜 在直升機(jī)前飛速度很低且下降速度較大時(shí)，它就會(huì)陷入到自身的下洗氣流當(dāng)中，此時(shí)極易導(dǎo)致渦環(huán)狀態(tài)的發(fā)生。在渦環(huán)狀態(tài)下，空氣會(huì)繞著旋翼槳葉的葉尖呈環(huán)形流動(dòng)，形成了渦流。渦流內(nèi)部的空氣壓力下降，這就導(dǎo)致旋翼會(huì)損失一部分升力。

26、 （3）V-22飛機(jī)上的兩副螺旋槳旋翼采用的是較為獨(dú)特的橫列式布置方式，一旦在飛行過(guò)程中出現(xiàn)一側(cè)旋翼進(jìn)入渦環(huán)狀態(tài)或者失效，另一側(cè)則正常工作的情況，就會(huì)導(dǎo)致左右兩側(cè)的升力失衡，飛機(jī)就會(huì)向著受到渦環(huán)影響的一側(cè)旋翼方向滾轉(zhuǎn)。 6.2傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器的應(yīng)用研究 由于傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)綜合了直升機(jī)與固定翼飛機(jī)的特點(diǎn)。具有垂直起降、空中懸停、較快的飛行速度以及較低的油耗等特點(diǎn)，所以在戰(zhàn)斗搜索和救援、特種作戰(zhàn)、作為反潛平臺(tái)、火力支援平臺(tái)、預(yù)警平臺(tái)、執(zhí)行兵員/裝備突擊運(yùn)輸、？？對(duì)抗平臺(tái)軍事上的應(yīng)用前景非常廣泛。傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)在？？對(duì)抗平臺(tái)上的運(yùn)用優(yōu)勢(shì)？ 目前我？？？？？人機(jī)多采用固定翼飛行器和直升機(jī)作為飛

27、行平臺(tái)。較采用固定翼飛行器和直升機(jī)而言，我認(rèn)為采用傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)作為飛行平臺(tái)有以下優(yōu)點(diǎn)： 6.2.1 起飛\回收條件要求簡(jiǎn)單 固定翼無(wú)人機(jī)起飛通常有兩種方式，滑跑起飛和火箭助推起飛?；芷痫w對(duì)場(chǎng)地的要求高，需要有機(jī)場(chǎng)方能起飛?；鸺破痫w有非常明顯的聲，光等物理效應(yīng)，容易暴露發(fā)射陣地。而回收方面也通常有兩種方式，滑跑回收和傘降回收?；芑厥胀瑯右笥袡C(jī)場(chǎng)，而傘降回收在開傘后即失去了對(duì)無(wú)人機(jī)的控制，受天氣影響巨大，易發(fā)生事故。而傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)可在航母，山地等復(fù)雜的地形條件下進(jìn)行垂直起降，縮短了升空作戰(zhàn)的準(zhǔn)備時(shí)間又不易暴露起飛陣地還保證了裝備的安全。 6.2.2對(duì)目標(biāo)進(jìn)行不間斷的干擾 固定翼飛機(jī)需

28、達(dá)到一定速度之后機(jī)翼的升力才能達(dá)到要求，所以需要不間斷的運(yùn)動(dòng)。所以固定翼無(wú)人機(jī)本身就在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，又因?yàn)楦蓴_設(shè)備的安裝方式使得波瓣不能360度的覆蓋。所以造成時(shí)間、空間上的干擾空白的存在。而采用可在空中懸停的傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的話，在抵達(dá)所要干擾的目標(biāo)上空后，即可懸停于此，使主瓣對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)實(shí)施不間斷的干擾。 6.2.3干擾方式調(diào)整靈活 由于干擾天線裝于飛行平臺(tái)上通常是固定安裝，受安裝方式的限制，干擾電波發(fā)射后通常會(huì)有水平極化或垂直極化的存在。如果敵方通信天線的安裝方式恰好與我方在無(wú)人機(jī)上的天線安裝方式垂直就會(huì)因?yàn)殡姴O化而導(dǎo)致干擾效果很差。此時(shí)就需要調(diào)整天線姿態(tài)來(lái)消除部分極化損耗的影響。而因?yàn)楦蓴_天線

29、的安裝與飛行平臺(tái)又是固定的，因此只能通過(guò)調(diào)整飛行平臺(tái)的飛行姿態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)。而固定翼飛機(jī)要調(diào)整飛行姿態(tài)只能通過(guò)調(diào)整俯仰角、滾轉(zhuǎn)角、偏航角來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于固定翼無(wú)人機(jī)平臺(tái)的本身限制，在空中頻繁的變換姿態(tài)角或者長(zhǎng)時(shí)間固定一種姿態(tài)（平飛除外）對(duì)于固定翼無(wú)人機(jī)是具有一定風(fēng)險(xiǎn)的，有可能會(huì)造成舵機(jī)卡死等情況出現(xiàn)。 如果采用傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)作為平臺(tái)的話，在因?yàn)殡姴O化原因而導(dǎo)致干擾效果不好需要調(diào)整飛行姿態(tài)時(shí)，可利用直升機(jī)模式下靈活的姿態(tài)變動(dòng)，進(jìn)行側(cè)飛，倒飛等飛行方式以消除極化損耗。 6.2.4戰(zhàn)場(chǎng)生存能力強(qiáng) 固定翼無(wú)人機(jī)在到達(dá)目標(biāo)區(qū)域上空后是在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下進(jìn)行干擾的，一個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下很容易被人發(fā)現(xiàn)。而無(wú)人機(jī)的運(yùn)

30、動(dòng)速度并不快，僅僅和汽車運(yùn)動(dòng)速度相當(dāng)，所以被發(fā)現(xiàn)后極易被擊落。采用傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)后，在目標(biāo)上空懸停，相對(duì)目標(biāo)基本靜止，再利用偽裝色進(jìn)行偽裝，使得敵人憑肉眼很難發(fā)現(xiàn)，提高了戰(zhàn)場(chǎng)生存能力。 6.2.5到達(dá)戰(zhàn)場(chǎng)速度快 現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)是信息化快節(jié)奏的戰(zhàn)爭(zhēng)，時(shí)間是決定戰(zhàn)爭(zhēng)勝利的重要因素。電子對(duì)抗是聯(lián)合作戰(zhàn)中重要的支援力量。采用傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的話，在升空之后可立刻改為螺旋槳固定翼飛機(jī)模式，可以以較快的速度飛抵戰(zhàn)場(chǎng)再改為直升機(jī)模式進(jìn)行電子壓制。這是單用直升機(jī)和固定翼飛機(jī)所不能完成的。 6.2.6滯空干擾時(shí)間長(zhǎng) 在目標(biāo)區(qū)域上空懸停進(jìn)行干擾時(shí)，如單純的采用直升機(jī)作為平臺(tái)進(jìn)行干擾的話，由于直升機(jī)本身的缺陷，耗油量大

31、，效率低的缺點(diǎn)導(dǎo)致不能在目標(biāo)上空進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間干擾，采用傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的話，可以于目標(biāo)區(qū)域上空長(zhǎng)時(shí)間停留。 7、未來(lái)傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的發(fā)展 傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)同時(shí)具有直升機(jī)和固定翼飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，綜合了兩者的特點(diǎn)，在未來(lái)軍事民用領(lǐng)域應(yīng)用前景非常廣泛，各國(guó)現(xiàn)在都競(jìng)相將研究方向轉(zhuǎn)向此領(lǐng)域，如美軍的“v-280”新型傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)、我國(guó)2013年展出的“藍(lán)鯨”傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的概念模型。傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)采用了新的思維方法來(lái)設(shè)計(jì)直升機(jī)的旋翼和總體布局，設(shè)計(jì)思想已突破了傳統(tǒng)直升機(jī)的范疇，屬于新原理旋翼構(gòu)型，是直升機(jī)技術(shù)突破性、跨越性的發(fā)展、是直升機(jī)行業(yè)帶有革命性的一項(xiàng)高技術(shù)，也是直升機(jī)技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果。傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)融合了直升機(jī)與固定翼飛機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，是一種軍民兩用的高技術(shù)產(chǎn)品，因此，在未來(lái)高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中必將發(fā)揮巨大的作用，在軍民領(lǐng)域的用途非常廣泛。 未來(lái)傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)的發(fā)展，會(huì)更加向隱身、高速、大載重方向發(fā)展，美軍的“v-280”新型傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)就較之前的v-22“魚鷹”在隱身設(shè)計(jì)方面有了較大的改進(jìn)。因?yàn)閮A轉(zhuǎn)旋翼機(jī)具有自己獨(dú)一無(wú)二的特點(diǎn)，相信在未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上會(huì)成為一顆新星 z