傾轉(zhuǎn)機翼飛行器不僅擁有直升機固有的垂直起降能力,還具備傳統(tǒng)固定翼飛行器特有的高速巡航的特點,是目前軍民用飛行器研究的熱點之一。針對傳統(tǒng)傾轉(zhuǎn)機翼飛行器存在螺旋槳氣動效率低、傾轉(zhuǎn)機構(gòu)復(fù)雜的問題,提出四發(fā)串列式傾轉(zhuǎn)機翼垂直起降布局形式,對該布局飛行器進(jìn)行總體設(shè)計,完成螺旋槳周圍流場特性、螺旋槳間干擾特性、螺旋槳和機翼之間干擾特性的研究分析,并制作驗證機進(jìn)行驗證。結(jié)果表明:該布局很好地解決了螺旋槳氣動效率低、傳動機構(gòu)復(fù)雜的問題,具有較強的可實現(xiàn)性及實用性。 

【文章來源】：航空工程進(jìn)展. 2019,10(04)CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖１飛行器飛行模擬效果示意圖（ｂ）懸停狀態(tài)

０引言隨著新一代陸軍戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型以及機械化裝備的快速發(fā)展，陸軍對無人機的能力提出了更高要求，而目前在役的無人直升機和固定翼無人機都有其先天缺陷，很難進(jìn)一步滿足現(xiàn)代化部隊的作戰(zhàn)使用需求。因此，同時兼具無人直升機（垂直起降、懸停作業(yè)）和固定翼無人機（快速、長時間高效飛行）優(yōu)勢的傾轉(zhuǎn)旋翼／傾轉(zhuǎn)機翼無人機技術(shù)亟待發(fā)展。理論研究方面，國外對傾轉(zhuǎn)機翼式布局飛行器的研究涉及了樣機試飛［１］、氣動性能研究［２－４］和飛行控制測試［３］等方面。螺旋槳滑流作用會在很大程度上影響全機的氣動特性，國內(nèi)外對螺旋槳／機翼／機身之間的干擾作用進(jìn)行了一系列探索［５－１１］，但并未涉及到傾轉(zhuǎn)機翼式布局螺旋槳／機翼氣動干擾特性的研究。本文基于提高動力系統(tǒng)氣動效率、簡化傾轉(zhuǎn)機構(gòu)、模塊化設(shè)計和延長續(xù)航時間等設(shè)計目標(biāo)，提出四發(fā)串列式傾轉(zhuǎn)機翼的布局形式，對該布局飛行器進(jìn)行氣動布局設(shè)計和氣動特性分析，并制作縮比驗證機進(jìn)行試飛驗證。１飛行器氣動布局設(shè)計本文提出四發(fā)串列式傾轉(zhuǎn)機翼的氣動布局，即串列式傾轉(zhuǎn)機翼結(jié)合四個螺旋槳安裝于兩個機翼的布局形式，如圖１所示。（ａ）巡航狀態(tài)（ｂ）懸停狀態(tài)圖１飛行器飛行模擬效果示意圖Ｆｉｇ．１Ｆｌｉｇｈｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｑｕａｄ－ｒｏｔｏｒｔａｎｄｅｍｔｉｌｔｉｎｇｗｉｎｇａｉｒｃｒａｆｔ在進(jìn)行飛行器氣動布局設(shè)計時，要充分考慮前后翼間的干擾效應(yīng)，除常規(guī)的機翼外形參數(shù)，還需要重點設(shè)計前后翼的安裝參數(shù)。（１）機翼氣動外形設(shè)計該串列翼無人機的巡航速度為７２ｋｍ／ｈ，故總體設(shè)計時機翼平面形狀采用低速飛機常用的直機翼，翼型選擇ＮＡＣＡ４

２滑移網(wǎng)格技術(shù)采用基于多重參考坐標(biāo)系模型的滑移網(wǎng)格技術(shù)對四發(fā)串列式傾轉(zhuǎn)機翼飛行器的氣動特性進(jìn)行ＣＦＤ數(shù)值模擬。具體為：采用ＩＣＥＭＣＦＤ進(jìn)行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，基于ＳＳＴ湍流模型，通過在商用仿真軟件ＣＦＸ中求解Ｎ－Ｓ方程獲取流場信息。含螺旋槳飛行器模型的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格如圖３所示，網(wǎng)格數(shù)為１５００萬左右。圖３含螺旋槳的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格Ｆｉｇ．３Ｕｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｇｒｉｄｆｏｒａｅｒｏｐｌａｎｅｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｐｒｏｐｅｌｌｅｒ為了計算計入螺旋槳干擾下各飛行狀態(tài)的全機氣動性能，采用滑移網(wǎng)格計算方法，將整個流場的一部分劃分成動參考域，另外一部分劃分為靜參考域，即螺旋槳所在的旋轉(zhuǎn)流場網(wǎng)格和遠(yuǎn)場所在的靜止網(wǎng)格兩套網(wǎng)格。旋轉(zhuǎn)域和靜止域之間通過交接面（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）進(jìn)行連接以完成信息流通交換。在建模過程中，將旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分交接的部分分別配對，形成多個交接面，即Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ部分。上述兩套流場網(wǎng)格如圖４所示。（ａ）遠(yuǎn)場靜止網(wǎng)格（ｂ）旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格（ｃ）旋轉(zhuǎn)域內(nèi)螺旋槳網(wǎng)格圖４兩套流場網(wǎng)格Ｆｉｇ．４Ｔｗｏｆｌｏｗｆｉｅｌｄｇｒｉｄｓ靜止域和動域兩套網(wǎng)格通過交接面（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）進(jìn)行連接使得旋轉(zhuǎn)域和靜止域信息流通交換。計算時對轉(zhuǎn)子區(qū)域設(shè)置旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)、旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)速度，設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸遵循右手定則且與螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向相同。例如，旋轉(zhuǎn)軸通過輸入兩點坐標(biāo)的方式設(shè)置（該軸須過螺旋槳圓心）。設(shè)置三個交接面，分別為螺旋槳上下槳平面及縱向槳平面，如圖５所示，坐標(biāo)變換形式選擇旋轉(zhuǎn)變換的ＦｏｒｚｅｎＲｏｔｏｒ模式，這是周期性旋轉(zhuǎn)模擬中常用的一種交接

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]傾轉(zhuǎn)三旋翼無人機過渡模式走廊曲線研究[J]. 陳琦,江濤,史鳳鳴,蔚建斌,方亮.  電光與控制. 2017(03)
[2]傾轉(zhuǎn)旋翼無人機過渡姿態(tài)氣動分析[J]. 盧溈宗,鐘斌.  工業(yè)設(shè)計. 2015(11)
[3]傾轉(zhuǎn)旋翼無人機懸停姿態(tài)氣動分析[J]. 盧溈宗,張義,劉碩.  化學(xué)工程與裝備. 2015(11)

碩士論文
[1]傾轉(zhuǎn)旋翼機旋翼/機翼氣動干擾研究[D]. 曾祥偉.南昌航空大學(xué) 2013
[2]傾轉(zhuǎn)旋翼機過渡段縱向姿態(tài)控制技術(shù)研究[D]. 陳永.南京航空航天大學(xué) 2011
[3]傾轉(zhuǎn)旋翼機旋翼/機翼/機身干擾流場的數(shù)值分析[D]. 成寶峰.南京航空航天大學(xué) 2010
[4]懸停和前飛狀態(tài)傾轉(zhuǎn)旋翼機流場的數(shù)值分析[D]. 劉全.南京航空航天大學(xué) 2009
[5]傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器旋翼/機翼/機身氣動干擾計算[D]. 徐愷.南京航空航天大學(xué) 2007
[6]傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器懸停狀態(tài)下旋翼/機翼干擾研究[D]. 周加松.南京航空航天大學(xué) 2004



本文編號：3426228