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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 浮升式雙體飛行器
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 綜合利用浮空器的靜浮力和飛機(jī)升力面的動(dòng)升力，提出了一種將傳統(tǒng)飛艇和飛機(jī)有機(jī)結(jié)合的新概念浮升式雙體飛行器。該飛行器具有巡航時(shí)間長(zhǎng)、機(jī)動(dòng)性好、環(huán)保節(jié)能、有效載荷大、安全冗余度高等優(yōu)點(diǎn)，將之大型化后可用作臨近空間飛行器，有許多潛在的軍事和民用用途，如高空長(zhǎng)航時(shí)偵察、大型設(shè)備貨物運(yùn)輸、武器發(fā)射平臺(tái)、科學(xué)研究、電子干擾與無線電中繼等。
- 詳細(xì)介紹：
- 臨近空間飛行器是未來空天戰(zhàn)略的重要組成部分，當(dāng)今世界各國(guó)前沿研究方向。浮升式雙體飛行器作為組合式飛艇的一個(gè)分支，綜合利用浮空器的靜浮力和翼型的動(dòng)升力，結(jié)合了傳統(tǒng)飛艇和固定翼飛機(jī)的特點(diǎn)，有著比兩者更優(yōu)異的有效載荷能力，同時(shí)，與傳統(tǒng)飛艇相比，操控更穩(wěn)定高效，相對(duì)于固定翼飛機(jī)，滯空時(shí)間更長(zhǎng)，更環(huán)保。根據(jù)中科院公布的《2050年科技發(fā)展路線圖》，浮升式雙體飛行器將提供一種高費(fèi)效比、多用途、穩(wěn)定的飛行平臺(tái)，滿足國(guó)內(nèi)軍用和民用的多項(xiàng)要求。在作品研制過程中，我們解決了浮力與升力的組合優(yōu)化、操控性與穩(wěn)定性研究、結(jié)構(gòu)剛度與安全余度論證等多個(gè)技術(shù)問題。在驗(yàn)證試飛中，試驗(yàn)機(jī)完成所有技術(shù)指標(biāo)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 結(jié)合傳統(tǒng)飛艇和飛機(jī)兩者的優(yōu)點(diǎn)，以求在幾何尺寸增加不多的情況下，發(fā)揮出浮升體和氣動(dòng)體共同的優(yōu)勢(shì)，提供比常規(guī)飛艇大數(shù)倍至十幾倍的有效載荷能力，能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)飛艇所不能達(dá)到的操縱性和機(jī)動(dòng)性，同時(shí)比常規(guī)布局飛機(jī)擁有更長(zhǎng)的滯空時(shí)間和環(huán)保高效，達(dá)到常規(guī)布局飛機(jī)和常規(guī)飛艇的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。 運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)思想，直接將飛艇艇囊與機(jī)翼結(jié)合，用艇囊等效分析方法完成飛行器布局設(shè)計(jì)，分析其氣動(dòng)特性和載荷特點(diǎn)，完成總體設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。并制作浮升式雙體飛行器試驗(yàn)樣機(jī)完成試飛，驗(yàn)證設(shè)計(jì)思路的正確性和設(shè)計(jì)的有效性。 創(chuàng)新點(diǎn)在于提出了將浮升一體布局新穎的實(shí)現(xiàn)形式—雙艇體串列雙翼的飛行器布局形式；浮升式飛行器的氣動(dòng)分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)；機(jī)翼與氣囊結(jié)構(gòu)結(jié)合工藝，通過實(shí)驗(yàn)和對(duì)比總結(jié)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并應(yīng)用于后續(xù)研究。 技術(shù)關(guān)鍵： （1）提出了將傳統(tǒng)飛艇和飛機(jī)二者相結(jié)合的浮升式飛行器雙艇囊串列翼布局形式； （2）浮升式雙體飛行器總體設(shè)計(jì)優(yōu)化； （3）浮升式飛行器的氣動(dòng)分析方法； （4）機(jī)翼與氣囊結(jié)構(gòu)結(jié)合工藝。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 通過研究高升阻比與大浮力構(gòu)型的優(yōu)化方法以及整體氣動(dòng)特性的數(shù)值分析方法，我們進(jìn)行浮力與升力的組合優(yōu)化，，這決定了飛行器的尺寸布局、任務(wù)性能等關(guān)鍵參數(shù)指標(biāo)。由于飛行狀態(tài)改變時(shí)焦點(diǎn)變化復(fù)雜，縱向配平的難度增加，同時(shí)，艇囊的存在影響抗側(cè)風(fēng)能力。飛行器需放大裕度、增大動(dòng)力力矩和重新設(shè)計(jì)操縱面。這種優(yōu)化設(shè)計(jì)與固定翼飛機(jī)截然不同，因此我們建立了一套新的近似優(yōu)化方法。 浮升式雙體飛行器，綜合利用了浮升器的浮力與翼型的動(dòng)升力。臨近空間飛行器需要一套能提供足夠升力到達(dá)指定高度的裝置，同時(shí)能抗衡中低空復(fù)雜的氣象條件，而常規(guī)飛艇抗惡劣氣象條件能力差，傳統(tǒng)飛機(jī)無助推力飛行高度相對(duì)較低或者耗能巨大。浮升式雙體飛行器，保留了飛艇與飛機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)彌補(bǔ)了兩者作為臨近空間飛行器的不足，相對(duì)于常規(guī)飛艇，相同尺寸下具有優(yōu)秀的操控性，更快更好的轉(zhuǎn)場(chǎng)能力，同時(shí)有效載荷無明顯變化，相較于傳統(tǒng)飛機(jī)，在損失不到30%的巡航速度的條件下，提供一個(gè)可媲美飛艇的效費(fèi)比。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 2009年第七屆“高新挑戰(zhàn)杯”陜西省大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽特等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 有償轉(zhuǎn)讓 合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 實(shí)物現(xiàn)場(chǎng)演示 圖片 錄像 電子樣機(jī)
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 目前航空市場(chǎng)的飛行器主要有飛艇與飛機(jī)兩大類，這兩種傳統(tǒng)飛行器在應(yīng)用中有“臨界領(lǐng)域”（任務(wù)完成要求有一定的時(shí)間限制或任務(wù)過程中有一定的航行最低速限制，同時(shí)任務(wù)又有一定的經(jīng)費(fèi)、持續(xù)航時(shí)、一次性投送量或任務(wù)過程中最低飛行高度限制，使得飛機(jī)與飛艇均無法最恰當(dāng)?shù)臐M足任務(wù)要求的領(lǐng)域）。 浮升式雙體飛行器致力于完成一種性能介乎于飛艇與飛機(jī)之間的，適合應(yīng)用于飛艇與飛機(jī)臨界領(lǐng)域的替代產(chǎn)品。尋找綜合飛機(jī)的高速、機(jī)動(dòng)、靈活和飛艇的使用費(fèi)用低廉、續(xù)航時(shí)間長(zhǎng)、垂直起降、空中懸停、運(yùn)量大等特點(diǎn)的中間飛行器。 由于飛機(jī)與飛艇臨界領(lǐng)域的市場(chǎng)空缺，這種新概念飛行器在推廣過程中不會(huì)有直接的競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品。進(jìn)入市場(chǎng)的主要挑戰(zhàn)在于自身的進(jìn)一步完善。在前期研發(fā)技術(shù)投資后，其專門針對(duì)臨界領(lǐng)域設(shè)計(jì)的技術(shù)特點(diǎn)將幫助其把握新的航空運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)，并且低廉的運(yùn)營(yíng)成本也將帶來較高的利潤(rùn)空間。 市場(chǎng)推廣有服務(wù)外包、整體出售和轉(zhuǎn)包生產(chǎn)等形式，適應(yīng)不同消費(fèi)群體的需求。
同類課題研究水平概述
- 臨近空間飛行器與組合式飛艇皆為當(dāng)前世界航空研究的前沿?zé)衢T。在國(guó)內(nèi)，各航空院所對(duì)前者擁有極大的熱情，進(jìn)行各種機(jī)型論證，但是，對(duì)于后者，國(guó)內(nèi)僅有一兩個(gè)曇花一現(xiàn)的試驗(yàn)機(jī)型。在國(guó)外，美國(guó)JP航宇公司的“攀登者”（Ascender）和NASA的“太陽(yáng)神”（Helios）是我們所能獲取信息最多的臨近空間飛行器，美國(guó)皮亞斯基公司的直升機(jī)組合式飛艇和俄羅斯的盤翼式飛艇是兩個(gè)比較典型的組合式飛艇。 “攀登者”是根據(jù)美軍的“近太空機(jī)動(dòng)飛艇”（NSMV）計(jì)劃而研制的，同時(shí)也提出了民用方面的ATO（Airship To Orbit）計(jì)劃,目標(biāo)是提供一種安全、大批量、安全的到達(dá)太空的方式，成本僅為RQ-4全球鷹的40%，活動(dòng)空域?yàn)?0km以上高空，“攀登者90”小型試驗(yàn)機(jī)可攜帶45kg重量設(shè)備，制空時(shí)間五天以上，90代表其長(zhǎng)度為90英尺。 “太陽(yáng)神”代表了當(dāng)今高空無人機(jī)的最高水平，載重量達(dá)到329kg以上，飛行高度可達(dá)到28.98km以上，主要供能方式為太陽(yáng)能，全翼展布置太陽(yáng)能電池板，翼展75.3m，弦長(zhǎng)2.44m，翼厚0.29m，總重929kg。 直升機(jī)組合式飛艇在飛艇的氣囊下方裝有金屬桁架，在桁架的四個(gè)角上分別安裝了一個(gè)不帶起落架的直升機(jī)，有效載荷與20架同型號(hào)的直升機(jī)相當(dāng)，也就是說提高了5倍，有著靈活多變的組合數(shù)量方式。 盤翼式飛艇由盤翼作為整個(gè)飛艇的主體，其余部位填充氦氣，具有很大相對(duì)厚度，裝有升力風(fēng)扇，用風(fēng)扇上的葉柵偏轉(zhuǎn)并輔以機(jī)翼和操縱面完成飛行控制。盤翼式飛艇與相同載荷的常規(guī)飛艇相比，其幾何尺寸縮小75%以上，迎風(fēng)面積減小88%以上。 以上四種機(jī)型人處于試驗(yàn)論證階段，但都顯現(xiàn)出極大的市場(chǎng)開發(fā)潛力和科研應(yīng)用能力。目前，組合式飛艇的研發(fā)都定位于低空載重運(yùn)輸飛行器，無臨近空間飛行器方面的研究。
