碟形飞行器

科技工作者之家 2020-11-17

碟形飞行器是机身即是机翼、机翼也是机身的翼身完全融合的无尾无舵翼非常规飞行器,其控制方式采用变质量矩控制和推力矢量控制相结合的复合控制方式。

简介碟形飞行器是机身即是机翼、机翼也是机身的翼身完全融合的无尾无舵翼非常规飞行器,其控制方式采用变质量矩控制和推力矢量控制相结合的复合控制方式1。

特点碟形飞行器采用翼身融合的气动布局,与Blend-Wing-Body(或飞翼)一样,具有高度的集成性, 浸湿面积远小于同量级的常规飞机.翼身融合的设计避免了机身与机翼干扰所造成的附加阻力。

碟形飞行器与飞翼不完全相同, 碟形飞行器的外翼仅占整机面积的12.2%,中心碟体是全机主要的升力面, 整机展弦比为2.3, 远小于飞翼(10左右)。与飞翼相比,碟形飞行器外形更加紧凑,碟体部分厚度较大, 能够提高结构强度和刚度, 并能提供充足的载物空间

碟形飞行器是一种新型旋翼式飞行器。它既可以用于民用事业、满足国防需求,也可以用于开发和利用太空资源、进行太空操作和试验等。相对于其它旋翼式飞行器来说,碟形飞行器能够共享电池和控制电路板等,结构更为紧凑,能产生更大的升力,并且可以通过反扭矩作用使飞行器的扭矩平衡,不需要专门的反扭矩桨2,

类型从国内外的研究情况来看,对碟形飞行器的研究主要包括非共轴式碟形飞行器和共轴式碟形飞行器两大类。

非共轴式碟形飞行器主要有:

(1)美国克莱斯勒公司为美国陆军研制的VZ-7;

(2)美国德拉甘飞行公司研制的“德拉甘飞行器”3和“德拉甘飞行器”X-Pro;

(3)日本基恩斯公司研制的“交战者”GS III E-770和“陀螺蝶形飞行器”II E-570;

(4)美国斯坦福大学的Mesicopter;

(5)上海交通大学的微型直升机。

(6)共轴式碟形飞行器主要有美国西科斯基公司研制的“密码”2。

关键技术微型碟形飞行器目标小、灵活性好、成本低,具有很高的研究价值,主要朝着微型化和智能化方向发展。碟形飞行器的研究面临着控制方式、空气动力学、增强稳定性以及动力与能源和通信等方面的问题。

1.新型控制方式的探索

碟形飞行器有两副或者两副以上的升力桨,通过这一特点可以探索新型控制方式。以四桨碟形飞行器为例。四桨碟形飞行器可以通过控制四个桨翼的转速来控制飞行器实现垂直升降、悬停、转向、左右侧移以及俯仰运动。

(1)垂直升降与悬停。

(2)左右侧移与俯仰运动。

(3)机体旋转

2. 空气动力学

旋翼式飞行器具有多变量、非线性交耦和柔性结构的动力学特性,尤其是小型飞行器飞行时,层流起主导作用,能产生相当大的力和力矩。这就需要采用全三维的空气动力学方法进行分析。与二维机翼相比,三维更缺少可用的数据。微小飞行器的翼载很低,惯性几乎不存在,很容易受气流影响。因此很难建立准确的动力学模型。

3. 稳定性以及快速响应能力

旋翼式飞行器稳定性差,不易控制,特别是微型飞行器体积小、重量轻、惯性小,而且飞行速度低, 因此飞行器容易受气流等外部环境影响,在稳定性方面提出了更高的要求,需要飞行器具有快速响应能力,及时进行自适应调整,确保飞行器稳定性。

4. 动力与能源问题

用于飞行器的动力主要有内燃机、电动机、脉动式喷气发动机、蒸汽循环式发动机、转子发动机以及火箭发动机等。动力系统的微型化、高密度化以及提高飞行器的续航时间是有待解决的关键问题。

5. 机载元件的微型化

飞行器姿态控制系统中的微型地平仪和微型高度计,导航系统中的微型加速度计和微陀螺仪,飞行控制系统中的微型空速计、微型舵机以及在飞行器上应用的微型摄像机、通信系统等,尺寸和重量还偏大。如何实现这些机载元件的微型化和轻型化,是需要解决的又一关键问题1。

本词条内容贡献者为:

杜强 - 高级工程师 - 中国科学院工程热物理研究所

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