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從現(xiàn)代嚴(yán)酷的戰(zhàn)爭環(huán)境和突發(fā)自然災(zāi)害對高性能垂直起降飛機(jī)的需求出發(fā)，針對現(xiàn)有傾轉(zhuǎn)旋翼型垂直起降飛機(jī)的缺陷設(shè)計(jì)制作了本作品。
本作品的核心是三個(gè)涵道組成的動(dòng)力系統(tǒng)，在機(jī)載飛控系統(tǒng)的控制下，通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)三個(gè)涵道的轉(zhuǎn)速和偏角實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的姿態(tài)調(diào)節(jié)。在這種全新的垂直起降方式下，本作品不僅保留了傳統(tǒng)傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)的優(yōu)勢，同時(shí)具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、調(diào)調(diào)姿靈敏度高、復(fù)雜地域起降適應(yīng)力強(qiáng)等特點(diǎn)，具有廣闊的應(yīng)用空間。

一、研究背景
現(xiàn)代戰(zhàn)爭環(huán)境下的作戰(zhàn)任務(wù)和突發(fā)自然災(zāi)害后的救災(zāi)使得垂直起降飛機(jī)越來越受到青睞，而現(xiàn)有垂直起降飛機(jī)均存在不同程度的缺陷。本項(xiàng)目組從以上背景出發(fā)，提出了一種全新的垂直起降方式，希望在垂直起降飛機(jī)的控制方式、結(jié)構(gòu)簡化、起降適應(yīng)性等方面有所突破。

二、總體方案
本作品采用三個(gè)小直徑涵道風(fēng)扇作為動(dòng)力，其中兩個(gè)主涵道布置在機(jī)身兩側(cè)，提供80%的升力并通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速控制飛機(jī)滾轉(zhuǎn)。另一個(gè)涵道是獨(dú)立的升力風(fēng)扇，安裝在飛機(jī)尾部，提供20%升力并通過改變轉(zhuǎn)速和偏角分別控制飛機(jī)的俯仰和航向。
機(jī)載飛行控制系統(tǒng)，通過采集多個(gè)傳感器（三軸陀螺儀、三軸加速度計(jì)和高度傳感器）的實(shí)時(shí)信號(hào)，經(jīng)過DSP的處理，控制各個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和舵機(jī)的轉(zhuǎn)角，實(shí)現(xiàn)飛行姿態(tài)的控制。
三、作品的科學(xué)性和創(chuàng)新性
本作品的科學(xué)性和創(chuàng)新性體現(xiàn)在以下三方面：
1.新穎的垂直起降方式。本作品的三點(diǎn)式動(dòng)力相互配合，通過實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)三個(gè)涵道轉(zhuǎn)速和涵道轉(zhuǎn)角實(shí)現(xiàn)垂直起降和姿態(tài)轉(zhuǎn)換，與現(xiàn)有的變距槳調(diào)姿方式相比，其優(yōu)勢體現(xiàn)在兩方面：首先是機(jī)械結(jié)構(gòu)大幅簡化，重量和成本降低，可維護(hù)性好?，F(xiàn)有變矩槳調(diào)姿方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，調(diào)姿時(shí)需反復(fù)克服旋翼陀螺效應(yīng)，效率低，同時(shí)對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求高。二是以改變電機(jī)轉(zhuǎn)速的方式實(shí)現(xiàn)調(diào)姿，提高了控制的靈敏度和精確度。

2.獨(dú)特的涵道動(dòng)力。本作品選用涵道作為動(dòng)力并合理排布其位置，使得機(jī)體結(jié)構(gòu)緊湊，氣流干擾小，安全性好，尤其是起降的靈活性大大增強(qiáng)，非常適合在艦船甲板或破壞嚴(yán)重的地震災(zāi)區(qū)等復(fù)雜狹小區(qū)域起降。同時(shí)涵道氣流不受機(jī)翼阻擋，升力效率高。傳統(tǒng)傾轉(zhuǎn)旋翼飛機(jī)為滿足變距和升力要求，多采用大直徑螺旋槳，靈活性較差，同時(shí)氣流會(huì)受到機(jī)翼阻擋，效率較低，并存在旋翼-機(jī)翼復(fù)雜的氣動(dòng)干擾問題。

2.自主研發(fā)飛行控制系統(tǒng)。項(xiàng)目組針對本作品的特點(diǎn)研發(fā)了一套飛行控制系統(tǒng)，以DSP作為主控芯片，配合慣性測量單元以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的增穩(wěn)。同時(shí)本系統(tǒng)充分考慮了升級(jí)需求，可搭載超聲波測距、GPS定位等拓展模塊，有廣闊的升級(jí)空間。

四、應(yīng)用前景
本作品結(jié)合了垂直起降和快速巡航兩大優(yōu)勢，同時(shí)相比傳統(tǒng)傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易于維護(hù)、起降靈活等特點(diǎn)，在軍用和民用方面均有廣闊的前景，例如：
（1）針對海上環(huán)境進(jìn)行相關(guān)改進(jìn)后，該機(jī)非常適合作為艦載機(jī)使用。其體積小、動(dòng)力系統(tǒng)簡單可靠的優(yōu)勢有利于充分使用寶貴的甲板面積、減少維護(hù)量，大幅增強(qiáng)母艦的作戰(zhàn)能力。
（2）搭載偵查監(jiān)視設(shè)備，該機(jī)可作為無人偵察機(jī)使用。由于兼具快速巡航和定點(diǎn)懸停的能力，在執(zhí)行偵察任務(wù)時(shí)具有快速反應(yīng)、偵察方式靈活的特點(diǎn)。
（3）搭載觀測和搜救設(shè)備后，該機(jī)在面對地震等突發(fā)災(zāi)害時(shí)有較大的優(yōu)勢。首先可以實(shí)現(xiàn)快速抵達(dá)，在第一時(shí)間偵察災(zāi)情；同時(shí)可懸停作業(yè)，實(shí)施搜救，涵道動(dòng)力可使其在較為復(fù)雜的地形起降。

第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品 省賽一等獎(jiǎng)
本作品于2011年5月在北京理工大學(xué)第八屆“世紀(jì)杯”課外學(xué)術(shù)科技作品競賽中獲特等獎(jiǎng)。