阿奎拉的家用航空创意

《阿奎拉的家用航空创意》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、阿奎拉的家用航空创意　　假设有一天，飞行器普遍进入家庭，那么一个不可避免的事实是，人口密集的城市区域严重制约了起降场地，普通的固定翼飞机将难以适应。法国航空技术专家米歇尔?阿奎拉提出的Xplorair新概念飞行器，据估计，量产造价可以与汽车接近，它可以在比直升机起降场更狭小的空间里垂直起降，四分钟内垂直爬升到2500米高度，像喷气机那样高速飞行，巡航时速200千米，最高时速可达600千米。Xplorair外部没有旋转部件，却能够稳定悬停，而油耗只有同量级直升机的一半。这不是好莱坞科幻大片里的道具，而是一款正在研发中的新式

2、飞行器。　　PX200是Xplorair项目中的一款个人飞行器，其名称PX来自PersonalXplorair缩写，200则表示巡航时速200千米。PX200外观像飞机，但没有螺旋桨，也没有显著的尾喷管，这正是PX200设计上的特色之一：该机装备有20个模块化小型喷气动力发动机，其中14个埋设在前翼中，每侧七个，前翼后缘设有喷口，其余六个位于尾部。PX200机身中部的双翼结构内有乾坤：水平飞行时提供升力；低空飞行时，机翼会产生地面效应；垂直起降时，双翼结构进行旋转，作为导流面使气流转向。　　Xplorair的动力系统由单

3、元化燃烧室与独立的压气机―5涡轮系统构成。这种动力系统在燃烧机理上采用了更为高效的汉弗莱循环。说到汉弗莱循环，它的最大特点是采用等容燃烧和等压冷却方式。等容燃烧使得燃气保持体积不变，压力提升幅度大，内能大幅增加。如果把等容燃烧比作给车胎打气，那么传统喷气发动机应用的布雷顿循环的等压燃烧就相当于给漏气的车胎打气。所以，等容燃烧比等压燃烧更有效率。等压冷却使燃气膨胀得更加彻底，更加高效地利用燃气压力。形象一点儿的比方是：等压冷却相当于不放气就打开滚烫的高压锅（很危险，不要在家尝试），而等容冷却则好比先把高压锅放到冰水里降温，

4、等锅内高压消失再开盖。显而易见，等压冷却比等容冷却威力更大。另外，汉弗莱循环独特的间歇燃烧方式一方面大大降低了燃烧的不可控性，提高了发动机的安全性；另一方面也降低了耗油率，提高了经济性。　　今时今日，所有的涡喷、涡扇、涡桨发动机都建立在布雷顿循环理论之上，这些发动机的热效率一般为25%左右。美国国防部先进研究计划局的研究表明，在压缩比为17时，汉弗莱循环比布雷顿循环的热效率高15%，能达到40%左右，这意味着在理论上减少油耗30%～35%！　　PX200的新概念发动机不仅能以汉弗莱循环方式工作，还能在汉弗莱循环间歇燃烧方

5、式与布雷顿循环连续燃烧方式之间进行转换。它的发动机燃烧室通过四个旋转喷油阀门来控制工作方式：垂直起降和高速飞行时，喷油阀门处于开启停转状态，发动机以布雷顿循环连续燃烧方式工作，输出大功率；巡航平飞时，喷油阀门通过齿轮配合旋转，控制燃烧室进口和出口的闭合，发动机转入汉弗莱循环间歇燃烧方式。燃烧室后方的间歇燃烧点火器会在此时开启，增加起火能量，从而使燃烧速率增加，提高效率。因为燃烧能量跟起火能量有着密切关系，起火能量越大，燃烧越迅速，效率越高。5　　PX200采用模块化的动力单元和独立的压气系统，整机重300千克，配备20个

6、动力单元，总推力3400牛。垂直起飞状态下，发动机采用连续燃烧工作方式，可在四分钟内垂直爬升到2500米高度，这一过程耗油15千克。水平巡航状态下，发动机采用间歇燃烧工作方式，在200千米/小时的速度下耗油率为15升/百千米。如果在水平飞行状态下转入连续燃烧工作方式，最高时速可达600千米。　　PX200把燃烧室动力单元和压气机―涡轮系统分离开来，增加了机械效率和设计应用的灵活性。燃气直接从涡轮的外沿进入涡轮，冲击涡轮的同时带动另一侧的离心式压气机对从进气口进入的空气进行压缩，再将增压后的空气送往动力单元。相比传统的叶片

7、式涡轮，PX200的涡轮更为高效，能更充分地利用燃气的内能。　　常见的动力转向系统有三大类：第一类，发动机固定不动，通过矢量喷管改变推力方向，如“鹞”式战斗机、F-22和苏-35。这类系统结构紧凑，高效灵活，但是直接跟发动机燃气接触，对活动部件的热力学要求很高，且结构复杂。第二类，直接使发动机转向，比如V-22“鱼鹰”。这种设计使得结构不受高温的限制，但是承受很高的力学载荷，尤其是振动载荷，所以至今“鱼鹰”的安全性仍受质疑。第三类，混合动力装置，如F-35，在机身中部设有提供垂直推力的升力风扇，有效弥补了前两种方案的不足

8、，但随之而来的问题是，风扇由于在水平飞行时根本不工作，成为死重，还要占据宝贵的机身内部空间。5　　相比这些动力转向系统，Xplorair的动力转向系统相当简单，而且优点突出，除结构简单紧凑、灵活高效外，活动部件远离高温区域，而高温区域的部件都是几何形状简单的单体，只需要考虑材料本身的耐热性能，不用顾虑活动机构的耐热性