北航微小型飞行器创新设计与实践报告.pdf

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1、A北京航空航天大学2013--2014学年第二学期考试统一用答题册考试课程微小型飞行器创新设计与实践（A）班级110511成绩姓名姜南学号110511362014年6月27日一、实验分组情况：组长：于沿组员：张响阳姜南王祁王怀涛贾术亮贾志强二、项目情况介绍：1、项目名称：连翼布局垂直起降运输机验证机2、项目简介：本项目立足于战场实际需求和现有机型特点，提出垂直起降运输机方案——基于倾转动力的连翼布局垂直起降运输机。两个可倾转的发动机分别置于机身两侧连翼的前后翼之间，可实现垂直起降和垂起平飞转换。与之配合的连翼布局能有效减小翼载荷，增大载重量，而且后翼在平飞状态下处于发动机滑流区内，进一步增大机

2、翼失速迎角、增加有效载荷，具有独特的操纵性和较高的巡航效率。3、项目特色与创新点：本项目的主要特色在于它结合了连翼布局高升阻比、高巡航效率的优势和倾转旋翼机机动性好、适应性强的特点。悬停状态下没有对旋翼气流的干扰；平飞模式下具有较高的巡航效率、后翼处于发动机滑流区之内，可有效防止气流分离。4、关键技术难点及解决办法：动力倾转机构的制造，利用solidworks建模并进行运动仿真，多次调整参数后得到一套令人满意的机构设计方案；垂起悬停阶段二轴模式的稳定性控制，分析现有倾转旋翼机控制机理后，将重心配在主轴下方，并在螺旋桨下加装滑流舵，增强俯仰、偏航稳定控制效果；垂起平飞转换过程中的控制，采用fvp

3、二选一开关进行信号切换，避免倾转过程的控制混乱。5、与同类技术相比先进性：与美国现役的鱼鹰V-22相比，该项目优势在于避免了导致V-22频发事故的涡流问题，从而没有了所谓的最快下降速度的限制，增大了稳定性和灵活性。另外，连翼布局的高升阻比使得作为运输机的它有更高的巡航效率，这意味着更高的速度，更远的航程和更低的油耗。三、项目设计、制作、组装过程1、总体设计与方案论证（1）、连翼布局的气动特性对于常规布局飞机，保持弦长不变增加展长，能减小诱导阻力，提高最大升阻比，但会对飞机强度和刚度有更高要求。所以通过增加展长来提高飞机升阻比是有限的。而连翼布局能很好解决这个问题。在前翼之后布置一对后翼，前后翼

4、通过端板相连，后翼对前翼有支撑作用，能增加结构的整体刚度，显著减小前翼的弯曲变形，从而增加有效展弦比，达到增加升阻比的目的。在操控性方面，前后两个翼面上布置多个操纵舵面，进行组合控制，后翼升降副翼可弥补前翼副翼操纵效率低的不足。多操纵面的组合有利于增加最大可用升力、改善起降性能和提高静升限。（2）、飞机总体气动参数连翼布局待定量较多，设计较为复杂。作为倾转旋翼机，在确定参数时还需考虑旋翼面积。为了保证垂起和悬停的效率，须保证一定旋翼面积，而该方案中旋翼面积受到前后翼空间的限制。要在各个参数之间相互协调产生一个较为合理的参数集需要多方面考虑。考虑到实际设计能力，在总体参数确定的过程中采用了“由前

5、到后—性能校核—返回修改”的迭代设计方案。具体来说，先大体确定前翼的展长、弦长、后掠角、上反角等数据，根据位置关系确定旋翼直径和旋转中心位置，进而确定后翼的气动参数；初步设计完成后，应用力矩配平的方法粗略确定气动中心位置，求出气动中心与旋翼中心的距离。根据校核的结果返回修改前后机翼气动参数，然后重新校核，如此反复迭代最终确定出相对合理的气动参数。（3）、悬停稳定性分析要保证悬停稳定性应使全机重心位于主轴的下方，此时俯仰和偏航稳定性易于实现。在悬停阶段，飞行控制器通过调整两旋翼的转速来实现滚转稳定性。当飞机受到外界扰动抬头或低头时，飞行控制器通过调整电机与机体之间的夹角使得螺旋桨平面始终保持水平

6、，此时桨产生的拉力不再通过重心，使得拉力对重心产生低头或抬头力矩，矫正机体姿态角偏差，从而实现俯仰稳定。当飞机受侧风影响产生偏航时，飞行控制器控制电机向相反的方向倾转，实现两螺旋桨差动，产生偏航力矩矫正侧风影响。（4）、倾转过程中的俯仰力矩特性倾转过程是一个重心逐渐前移同时略微向下移动的过程。此外，螺旋桨拉力线同时倾转，螺旋桨拉力的水平分量逐渐增大，会对重心产生一个低头力矩，而且随着倾转过程的推进该低头力矩逐渐增大。此外还应考虑到两电机高速旋转时产生的陀螺力矩的影响，容易判断两螺旋桨在倾转过程中产生的陀螺力矩大小相等、方向相反，且最终转化为压轴力，不会对整机产生不良影响。（5）、倾转机构设计在

7、分析悬停和倾转过程控制特点后，决定悬停稳定机构和倾转机构各自独立运行，可大幅度提高系统可靠性，同时将机械装配误差带来的影响控制在最低。在悬停阶段主轴锁死，飞行控制器通过控制舵机转角调节电机和螺旋桨平面位置，提供俯仰或偏航力矩，保证悬停稳定性。倾转过程开始时舵机基本不动，主轴开始逐渐倾转，此过程俯仰操控与悬停阶段机理相同；同时机体开始逐渐积累速度，达到最小平飞速度时，主轴转至极限位置并锁死，飞机进入