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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 扇翼機(jī)
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡(jiǎn)介：
- 本作品設(shè)計(jì)了一種新概念扇翼飛行器——扇翼機(jī)，其飛行原理與現(xiàn)有固定翼、旋翼飛行器的原理不同，它是在機(jī)翼上表面安裝橫流風(fēng)扇，利用風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的升力和推力供給飛行器進(jìn)行飛行。該飛行器具有超短距起降、大迎角不失速、操縱控制簡(jiǎn)單、低速飛行穩(wěn)定性和安全性好等優(yōu)點(diǎn)。它比直升機(jī)結(jié)構(gòu)和操控系統(tǒng)簡(jiǎn)單，巡航效率高；比固定翼機(jī)起降距離短，低速飛行時(shí)有效載荷大，是一種性能介于直升機(jī)和固定翼機(jī)之間的新型飛行器。
- 詳細(xì)介紹：
- 一、設(shè)計(jì)、發(fā)明目的： 本作品是設(shè)計(jì)制造一種新概念新原理的飛行器――扇翼機(jī)。其基本布局是在固定翼飛行器機(jī)翼前緣的上表面裝有橫流風(fēng)扇，利用橫流風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的升力和推力進(jìn)行飛行。因此，我們把它稱之為扇翼飛行器或扇翼機(jī)，是一種從原理到構(gòu)型都具有創(chuàng)新意義的飛行器，與常見的固定翼、旋翼、撲翼飛行器有本質(zhì)的區(qū)別。 扇翼機(jī)在功能上的特點(diǎn)有：超短距起降（甚至可垂直起降）、大迎角飛行時(shí)不失速、結(jié)構(gòu)和操控系統(tǒng)簡(jiǎn)單、低速飛行時(shí)載荷大、穩(wěn)定性和安全性好等，特別適合低空低速飛行，以及在起降條件較差的地區(qū)使用。 扇翼機(jī)與直升機(jī)相比，結(jié)構(gòu)和操控系統(tǒng)要簡(jiǎn)單得多，巡航效率高，沒有直升機(jī)具有的氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、氣彈、飛控、振動(dòng)、噪聲等一系列十分復(fù)雜的問(wèn)題，研制和使用維護(hù)成本??；它與固定翼機(jī)相比，起降距離短，大迎角及紊流飛行狀態(tài)下不失速，有效載荷大，低空低速飛行時(shí)穩(wěn)定性和安全性好。這是一種性能介于直升機(jī)和固定翼機(jī)之間的新型飛行器。由于這種飛行器在原理上的獨(dú)創(chuàng)性， 相關(guān)機(jī)構(gòu)把其評(píng)為“自萊特兄弟發(fā)明飛機(jī)以來(lái)少數(shù)幾個(gè)真正意義上的新型飛行器之一”，“具有革命性的意義”。 通過(guò)設(shè)計(jì)制作該作品，進(jìn)一步探索扇翼類飛行器的飛行原理、空氣動(dòng)力學(xué)性能、飛行力學(xué)和動(dòng)力學(xué)特性，研究總體氣動(dòng)布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、動(dòng)力、傳動(dòng)、飛行控制等技術(shù)，從而掌握該類飛行器的基本原理和設(shè)計(jì)方法，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的扇翼類飛行器的設(shè)計(jì)技術(shù)和能力。 二、基本思路： 在深入研究并掌握扇翼機(jī)的飛行原理和相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)前的實(shí)際條件，進(jìn)行作品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，包括扇翼機(jī)總體構(gòu)型、動(dòng)力裝置和總體參數(shù)選擇、系統(tǒng)總體布置、氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)、氣動(dòng)性能和飛行特性計(jì)算，以及風(fēng)洞試驗(yàn)驗(yàn)證等。根據(jù)設(shè)計(jì)、計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果，不斷調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，優(yōu)化總體設(shè)計(jì)方案。在總體方案確定后，進(jìn)行各分系統(tǒng)和相關(guān)部件的設(shè)計(jì)，以及樣機(jī)各部件加工制作、總體裝配、地面調(diào)試和飛行試驗(yàn)，完成項(xiàng)目研究。 三、創(chuàng)新點(diǎn)： 扇翼機(jī)是一種新原理新概念飛行器，具有多方面的創(chuàng)新點(diǎn)，主要表現(xiàn)在： 1）系統(tǒng)創(chuàng)新 扇翼飛行器是一種從原理到結(jié)構(gòu)都有重要?jiǎng)?chuàng)新的飛行器，其整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操控方便，載荷大，功能獨(dú)特，優(yōu)點(diǎn)突出，是一種新型的飛行器，具有整體系統(tǒng)上的創(chuàng)新意義。 2）原理創(chuàng)新 扇翼飛行器采用橫流風(fēng)扇提供升力和推力，其升力和推力的產(chǎn)生方式與固定翼、旋翼、撲翼飛行器升力和推力的產(chǎn)生方式都不同，因此，本飛行器在最基本的工作原理方面有所創(chuàng)新，這是一種機(jī)理方面的本質(zhì)上的創(chuàng)新。 3）構(gòu)型創(chuàng)新 基于扇翼飛行器的新型飛行原理，它在構(gòu)型方面采用在固定翼飛行器機(jī)翼前緣上表面安裝橫流風(fēng)扇的獨(dú)特結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其總體氣動(dòng)布局與固定翼、旋翼、撲翼飛行器的布局都不同。 4）升力、推力控制技術(shù)創(chuàng)新 扇翼機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)橫流風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、機(jī)翼前緣進(jìn)氣口的角度、風(fēng)扇的葉片數(shù)量、葉片的安裝角等參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)升力和推力的控制，這也與其它飛行器的控制方式有很大區(qū)別。 5）設(shè)計(jì)和分析方法創(chuàng)新 扇翼機(jī)具有獨(dú)特的原理和結(jié)構(gòu)，需要有其它飛行器不具備的創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)和分析方法，如適合飛行器的高性能橫流風(fēng)扇設(shè)計(jì)技術(shù)，適合扇翼機(jī)橫流風(fēng)扇內(nèi)、外部流場(chǎng)，以及與整機(jī)流場(chǎng)耦合問(wèn)題的高精度分析方法等。 6）本作品是我國(guó)首架成功進(jìn)行了飛行試驗(yàn)的扇翼機(jī)。 四、關(guān)鍵技術(shù)： 扇翼機(jī)涉及總體、氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、動(dòng)力、傳動(dòng)、飛行控制等眾多學(xué)科的關(guān)鍵技術(shù)，無(wú)論在理論分析還是在試驗(yàn)方面都存在一定的技術(shù)難度。根據(jù)最新研究分析，新概念扇翼機(jī)研制的關(guān)鍵技術(shù)主要有： 1）扇翼機(jī)的總體布局及優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。 扇翼機(jī)是一種新型飛行器，其總體構(gòu)型與參數(shù)的選擇，氣動(dòng)布局的確定，氣動(dòng)性能與飛行特性的分析計(jì)算，動(dòng)力、傳動(dòng)、操控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等，決定了扇翼機(jī)的總體性能，是扇翼機(jī)最主要的關(guān)鍵技術(shù)。因此，本設(shè)計(jì)須根據(jù)實(shí)際需要，結(jié)合國(guó)內(nèi)外的研究基礎(chǔ)，初步確定系統(tǒng)平臺(tái)的總體構(gòu)型、參數(shù)和布局，通過(guò)理論分析和試驗(yàn)，對(duì)總體布局方案進(jìn)行反復(fù)比較和優(yōu)化設(shè)計(jì)。 2）高性能橫流風(fēng)扇及扇翼設(shè)計(jì)技術(shù)。 扇翼機(jī)靠橫流風(fēng)扇產(chǎn)生升力和推力，橫流風(fēng)扇的性能對(duì)扇翼機(jī)的飛行性能具有重要影響，高性能橫流風(fēng)扇設(shè)計(jì)技術(shù)，以及風(fēng)扇與機(jī)翼組合的扇翼設(shè)計(jì)技術(shù)，直接決定了扇翼機(jī)的氣動(dòng)特性與飛行性能。因此，扇翼設(shè)計(jì)是扇翼機(jī)氣動(dòng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。 3）扇翼機(jī)分布式推力、渦升力及其控制技術(shù)。 扇翼機(jī)依靠橫流風(fēng)扇產(chǎn)生分布式升力和推力，其升力的大部分又受風(fēng)扇內(nèi)部的偏心渦控制，因此，研究掌握偏心渦的強(qiáng)度和位置的變化規(guī)律，即偏心渦的控制技術(shù)，才能真正掌握扇翼機(jī)的飛行原理和核心技術(shù)。扇翼機(jī)偏心渦的強(qiáng)度和位置受風(fēng)扇轉(zhuǎn)速、來(lái)流、風(fēng)扇葉片等眾多因素影響，需要通過(guò)深入細(xì)致的理論和試驗(yàn)研究來(lái)解決。 4）扇翼機(jī)的氣動(dòng)特性分析技術(shù)。 扇翼機(jī)與其它飛行器的最大區(qū)別，在于升力和推力的形成機(jī)理不同，即升力和推力的產(chǎn)生方法與控制方式不同，因此，現(xiàn)有飛行器的氣動(dòng)特性分析方法不適合扇翼機(jī)，需要建立一套適合扇翼機(jī)橫流風(fēng)扇內(nèi)外部流場(chǎng)和整機(jī)流場(chǎng)耦合問(wèn)題的新的分析方法。 5）扇翼機(jī)的飛行控制技術(shù)。 盡管扇翼機(jī)和固定翼飛行器在總體構(gòu)型上有較大的相似，在飛行操縱和控制部件及參數(shù)方面有多處相同，但因其升力和推力的產(chǎn)生、控制方式及變化規(guī)律不同，飛行環(huán)境也有差異，因此需要對(duì)扇翼飛行器的飛行力學(xué)規(guī)律、操縱和飛控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行重新研究，以滿足扇翼飛行器的需求。 6）扇翼機(jī)試飛驗(yàn)證技術(shù)。 任何具有實(shí)用意義的飛行器，都要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期反復(fù)嚴(yán)格的飛行試驗(yàn)，以確保其可用性和安全性。固定翼、旋翼類飛行器已經(jīng)建立了一套嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的試飛驗(yàn)證技術(shù)，而扇翼機(jī)在飛行試驗(yàn)方面的技術(shù)還是一個(gè)空白，需要在不斷地探索過(guò)程中，建立一套科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的扇翼機(jī)試飛驗(yàn)證技術(shù)。 如前所述，扇翼機(jī)是一種新概念新原理飛行器，在構(gòu)型、原理、布局等方面與現(xiàn)有飛行器有很大不同，因此，本作品在設(shè)計(jì)、分析和制造方面，具有許多獨(dú)特的技術(shù)和方法，主要體現(xiàn)在： 1.獨(dú)特的飛行原理 扇翼機(jī)是通過(guò)安裝在機(jī)翼前緣上表面的橫流風(fēng)扇提供升力和推力進(jìn)行飛行。扇翼機(jī)升力由兩部分組成：一部分是當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)翼后半部分上下表面的流速不同，造成機(jī)翼上下表面的壓力差，形成機(jī)翼的升力；另一部分是當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)，在風(fēng)扇內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)很強(qiáng)的偏心旋渦低壓區(qū)，使得機(jī)翼前半部分圓弧形區(qū)域的上下表面產(chǎn)生較大的壓力差，形成更大部分的機(jī)翼升力。它的推力是當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片對(duì)空氣作用向后推出氣流，形成向前的推力。由此看出，扇翼飛行器是一種與固定翼、旋翼、撲翼飛行器的工作原理都不同的新概念新原理飛行器。 2.獨(dú)到的扇翼設(shè)計(jì)技術(shù) 扇翼機(jī)主要靠風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力和推力，適合飛行器的高性能風(fēng)扇以及風(fēng)扇與機(jī)翼組合的扇翼設(shè)計(jì)技術(shù)，直接決定了扇翼機(jī)的氣動(dòng)特性與飛行性能，也是扇翼機(jī)獨(dú)有的關(guān)鍵技術(shù)之一。影響扇翼性能的因素眾多，如風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇的直徑、風(fēng)扇與機(jī)翼凹面間的間隙、葉片的數(shù)量、葉片安裝角、葉片弦長(zhǎng)、葉片弧度、機(jī)翼后部上表面的傾斜角、機(jī)翼的形狀、機(jī)翼的迎角等，我們經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，選擇了一組較好的參數(shù)，進(jìn)行了橫流風(fēng)扇和扇翼的組合設(shè)計(jì)。 3.創(chuàng)新的總體構(gòu)型和氣動(dòng)布局設(shè)計(jì) 扇翼機(jī)主要的升力和推力來(lái)源于復(fù)合式機(jī)翼結(jié)構(gòu)，同時(shí)考慮到其低速大載荷的特點(diǎn)，需要對(duì)扇翼機(jī)各承力面之間的相互位置以及相對(duì)尺寸和形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)。在總體構(gòu)型方面，扇翼機(jī)采用了正常布局，即在機(jī)翼的前端沿展向布置橫流風(fēng)扇，并采用高平尾平衡風(fēng)扇的扭矩。動(dòng)力系統(tǒng)采用單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)橫流風(fēng)扇以產(chǎn)生分布式推力和升力，操控系統(tǒng)與固定翼飛機(jī)相似，但副翼設(shè)計(jì)在扇翼的外側(cè)，尾部安裝平尾及雙垂尾，用于保證扇翼機(jī)的穩(wěn)定性。通過(guò)副翼、升降舵、方向舵以及控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速來(lái)實(shí)現(xiàn)扇翼機(jī)的操縱。起落架采用四點(diǎn)式布局。 4.獨(dú)有的升力、推力控制技術(shù) 扇翼機(jī)在機(jī)翼上表面的前緣安裝橫流風(fēng)扇，依靠橫流風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)，使得機(jī)翼上下表面的流速不同，并在風(fēng)扇內(nèi)部形成旋渦低壓區(qū)，造成機(jī)翼上下表面的壓力差，使得機(jī)翼獲得升力和推力，推動(dòng)飛行器飛行。研究發(fā)現(xiàn)，旋渦低壓區(qū)所在的圓弧形機(jī)翼上下表面形成的壓差力占了扇翼機(jī)升力的70%以上，同時(shí)旋渦低壓區(qū)的強(qiáng)度和位置顯著地影響了扇翼機(jī)升力、推力的大小和方向。此外影響旋渦強(qiáng)度和位置的因素包括：風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、葉片的安裝角、機(jī)翼前緣的進(jìn)氣角度、葉片弦長(zhǎng)、葉片數(shù)量等。因此我們可以通過(guò)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、機(jī)翼前緣的進(jìn)氣角度、葉片安裝角等因素來(lái)控制旋渦低壓區(qū)域的強(qiáng)度和位置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)扇翼機(jī)升力、推力的控制，該項(xiàng)控制技術(shù)是扇翼機(jī)獨(dú)有的技術(shù)。本團(tuán)隊(duì)在深入地研究扇翼機(jī)飛行原理的基礎(chǔ)上，發(fā)展了這種全新的升力、推力的控制技術(shù)。 5.低速巡航時(shí)的大載荷特性 由于扇翼機(jī)獨(dú)特的飛行原理，使其在低速巡航飛行時(shí)具有比固定翼飛行器和直升機(jī)大得多的載荷性能。經(jīng)詳細(xì)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在低速飛行時(shí)，同樣消耗100馬力的功率，扇翼機(jī)的載荷大約是固定翼飛行器的2倍，是直升機(jī)的4倍。 6.低速飛行控制律設(shè)計(jì) 扇翼機(jī)主要適合低空低速飛行，在這種狀態(tài)下，固定翼飛行器的飛控系統(tǒng)，不適合扇翼機(jī)的飛控要求，因此必須針對(duì)扇翼機(jī)低空低速和大迎角狀態(tài)下的飛行特點(diǎn)，研究開發(fā)扇翼機(jī)的飛控系統(tǒng)，這將填補(bǔ)國(guó)內(nèi)的研究空白。 7.先進(jìn)的氣動(dòng)特性分析方法 由于扇翼機(jī)在飛行原理、總體構(gòu)型、氣動(dòng)布局和結(jié)構(gòu)方面的特殊性，現(xiàn)有飛行器的氣動(dòng)特性分析方法不適合扇翼機(jī)，需要建立一套能夠處理扇翼機(jī)橫流風(fēng)扇內(nèi)外部流場(chǎng)和整機(jī)流場(chǎng)耦合問(wèn)題的數(shù)值分析方法。為此，我們根據(jù)扇翼機(jī)升力、推力和流場(chǎng)具有二維特性的特點(diǎn)，建立了基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）技術(shù)的扇翼機(jī)氣動(dòng)特性分析的數(shù)值計(jì)算模型。 8.簡(jiǎn)潔的驅(qū)動(dòng)和傳動(dòng)系統(tǒng) 采用外轉(zhuǎn)子無(wú)刷電機(jī)作為動(dòng)力裝置，通過(guò)傳動(dòng)軸、軸承、聯(lián)軸器等部件驅(qū)動(dòng)橫流風(fēng)扇，實(shí)現(xiàn)高效傳動(dòng)。固定軸承位置以保證兩側(cè)風(fēng)輪的同軸度；使用聯(lián)軸器實(shí)現(xiàn)扭矩從傳動(dòng)軸到風(fēng)輪的傳遞；安裝多個(gè)聯(lián)軸器，均勻分布扭矩至兩側(cè)風(fēng)輪，消除扭矩傳遞不均現(xiàn)象，減輕風(fēng)輪變形以及振動(dòng)。 9.高效的操控系統(tǒng) 操控系統(tǒng)布局與固定翼飛機(jī)相似，機(jī)翼外側(cè)安裝副翼，尾部安裝平尾、垂尾、升降舵和方向舵。與固定翼飛機(jī)不同的是，操縱舵面的設(shè)計(jì)需要考慮扇翼機(jī)低速大載荷以及短距起降的特性，因此采用較大的操縱舵面，改善低速飛行時(shí)的操縱效率，此外扇翼機(jī)可以通過(guò)控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速來(lái)控制升力和推力的大小。 10.飛行試飛技術(shù) 扇翼機(jī)是一種新概念新原理飛行器，現(xiàn)有飛行器的試飛技術(shù)不能完全適應(yīng)扇翼機(jī)，特別是在升力、推力以及起飛降落的操控方面。但因扇翼機(jī)與固定翼飛機(jī)在操控方面總體上的相似性，在對(duì)扇翼機(jī)進(jìn)行了大量的地面調(diào)試后，逐步掌握了橫流風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)規(guī)律，以及轉(zhuǎn)速與起飛速度間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了短距起飛；空中飛行時(shí)，通過(guò)操縱升降舵、方向舵和副翼，來(lái)改變扇翼機(jī)的飛行姿態(tài)和飛行軌跡；降落時(shí)，通過(guò)減小風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，并配合操縱升降舵，保證扇翼機(jī)平穩(wěn)降落。 11.技術(shù)難點(diǎn) 1）扇翼機(jī)的原理研究。 由于該類飛行器是基于一種新的飛行原理，對(duì)其的認(rèn)識(shí)和了解還非常膚淺，鑒于其比較復(fù)雜的復(fù)合式機(jī)翼升力推力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，加上其風(fēng)扇內(nèi)部流場(chǎng)的旋渦結(jié)構(gòu)和整體的內(nèi)外部流場(chǎng)的耦合作用，給原理分析帶來(lái)很大困難，需要建立一套合適的分析方法進(jìn)行原理探索。 2）扇翼機(jī)的升力推力控制技術(shù)。 由于扇翼機(jī)的升力推力受旋翼轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇尺寸、葉片數(shù)量等眾多參數(shù)的影響，必須弄清各個(gè)參數(shù)對(duì)升力推力的影響規(guī)律，以及參數(shù)之間的相互影響規(guī)律，才能掌握對(duì)升力推力的控制技術(shù)，這需要做大量深入細(xì)致和系統(tǒng)的工作。 3）高效的橫流風(fēng)扇和扇翼設(shè)計(jì)技術(shù)。 風(fēng)扇和扇翼直接決定了扇翼機(jī)的氣動(dòng)特性與飛行性能，扇翼組合設(shè)計(jì)技術(shù)是扇翼機(jī)獨(dú)有的關(guān)鍵技術(shù)之一，該技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)還是空白，并且影響扇翼性能的因素眾多，如風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速、風(fēng)扇的直徑、風(fēng)扇與機(jī)翼凹面間的間隙、葉片的數(shù)量、葉片安裝角、葉片弦長(zhǎng)、葉片弧度、機(jī)翼后部上表面的傾斜角、機(jī)翼的形狀、機(jī)翼的迎角等，要在這眾多的參數(shù)中選擇一組合適的設(shè)計(jì)參數(shù)，是本設(shè)計(jì)的又一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)。
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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)
- 1.發(fā)明目的： 通過(guò)設(shè)計(jì)制作扇翼機(jī)，可以對(duì)扇翼機(jī)的飛行原理、總體氣動(dòng)布局、空氣動(dòng)力學(xué)與飛行力學(xué)特性等方面進(jìn)行探索和研究，從而掌握扇翼機(jī)的基本原理和設(shè)計(jì)方法，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的扇翼類飛行器的設(shè)計(jì)技術(shù)和能力。 2.基本思路： 在研究了扇翼機(jī)飛行原理的基礎(chǔ)上，本團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了扇翼機(jī)總體和氣動(dòng)布局的初步設(shè)計(jì)，確定總體參數(shù)，建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行性能計(jì)算和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。根據(jù)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。在總體方案確定后，進(jìn)行相關(guān)零部件和各分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，再進(jìn)行各部件加工制作和總體裝配，最后進(jìn)行飛行試驗(yàn)，完成項(xiàng)目研究。 3.創(chuàng)新點(diǎn)： 1)系統(tǒng)創(chuàng)新 2)原理創(chuàng)新 3)構(gòu)型創(chuàng)新 4)升力、推力控制技術(shù)創(chuàng)新 5)設(shè)計(jì)和分析方法創(chuàng)新 6)本作品是我國(guó)首架成功進(jìn)行了飛行試驗(yàn)的扇翼機(jī) 4.關(guān)鍵技術(shù)： 1)扇翼機(jī)的總體布局及優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)。 2)高性能橫流風(fēng)扇及扇翼設(shè)計(jì)技術(shù)。 3)扇翼機(jī)分布式推力、渦升力及其控制技術(shù)。 4)扇翼機(jī)的氣動(dòng)特性分析技術(shù)。 5)扇翼機(jī)的飛行控制技術(shù)。 6)扇翼機(jī)試飛驗(yàn)證技術(shù)。 5.主要技術(shù)指標(biāo)： 有效機(jī)翼展長(zhǎng)： 1m 空重： 5kg 最大起飛重量： 8kg 有效載荷： 2kg 平飛速度： 36km/h 起飛距離： 小于5m
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 一、獨(dú)特的飛行原理 扇翼機(jī)通過(guò)橫流風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力和推力。 二、獨(dú)到的扇翼設(shè)計(jì)技術(shù) 適合飛行器的高性能風(fēng)扇以及風(fēng)扇與機(jī)翼組合的扇翼設(shè)計(jì)技術(shù)，直接決定了扇翼機(jī)的氣動(dòng)特性與飛行性能。 三、創(chuàng)新的總體構(gòu)型和氣動(dòng)布局設(shè)計(jì) 考慮到扇翼機(jī)低速大載荷的特點(diǎn)，需要對(duì)其各承力面之間的相互位置以及相對(duì)尺寸和形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)。 四、獨(dú)有的升力、推力控制技術(shù) 通過(guò)調(diào)節(jié)影響旋渦低壓區(qū)強(qiáng)度和位置的參數(shù)可以顯著地改變扇翼機(jī)升力、推力的大小和方向。 五、低速巡航時(shí)的大載荷特性 在低速飛行時(shí)，同樣消耗100馬力的功率，扇翼機(jī)的載荷大約是固定翼飛行器的2倍，是直升機(jī)的4倍。 六、低速飛行控制律設(shè)計(jì) 針對(duì)扇翼機(jī)低空低速和大迎角狀態(tài)下的飛行特點(diǎn)，研發(fā)適合于扇翼機(jī)的飛控系統(tǒng)。 七、先進(jìn)的氣動(dòng)特性分析方法 根據(jù)扇翼機(jī)的流場(chǎng)特性，建立了一套適合于扇翼機(jī)氣動(dòng)特性分析方法。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 獲得大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競(jìng)賽校內(nèi)選拔賽特等獎(jiǎng)。
作品所處階段
- 本作品處于中試階段，已經(jīng)完成了原理驗(yàn)證并實(shí)現(xiàn)飛行。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 技術(shù)轉(zhuǎn)讓或合作開發(fā)
作品可展示的形式
- 本作品可以通過(guò)圖片和實(shí)物來(lái)展示它獨(dú)特的外形。還可以通過(guò)飛行視頻來(lái)展示它不同于傳統(tǒng)飛行器的飛行原理。
使用說(shuō)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(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 扇翼機(jī)具有超短距起降、大迎角不失速、 操縱控制簡(jiǎn)單、噪聲小、低空低速性能好、穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。 與直升機(jī)比： 1)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 2)操控系統(tǒng)簡(jiǎn)單 3)效率高、噪聲低、振動(dòng)小 4)穩(wěn)定性好 與固定翼飛機(jī)比： 1)超短距起降，低速載荷大，穩(wěn)定性好 2)紊流及大迎角下無(wú)氣流分離、不失速 應(yīng)用前景 基于扇翼機(jī)超短距起降的特點(diǎn)，它可以在邊疆、海島、沙漠等起降條件不好的地方執(zhí)行任務(wù)。同時(shí)扇翼機(jī)低空低速性能好、穩(wěn)定性強(qiáng)以及安全性能好的優(yōu)點(diǎn)可以使它成為一種高效實(shí)用的城市短途交通工具。此外，扇翼機(jī)還有更多的應(yīng)用： 1)城市監(jiān)測(cè) 2)農(nóng)林作物病蟲害防治 3)消防 4)無(wú)人機(jī) 5)海上、陸上救援
同類課題研究水平概述
- 國(guó)外研究情況： 扇翼飛行器因其獨(dú)特的飛行原理和飛行性能，受到了美國(guó)、英國(guó)、伊朗、以色列等國(guó)家的相關(guān)研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注。在美國(guó)NASA、英國(guó)SMART等機(jī)構(gòu)的資助下，英國(guó)的Imperial College、Kingston University、FanWing公司、美國(guó)的Syracuse University、Naval Postgraduate School、Propulsive Wing公司、伊朗的Iran University of Science and Technology等研究機(jī)構(gòu)開展了扇翼類飛行器的原理、構(gòu)型、氣動(dòng)特性、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等多方面的理論和實(shí)驗(yàn)研究，并制造了原理樣機(jī)。 近年來(lái)，Joseph Kummer和Dang TQ提出了將橫流風(fēng)扇內(nèi)置于厚機(jī)翼中后部，加上尾部導(dǎo)流片對(duì)流動(dòng)的控制，可以獲得分布式矢量推力和升力，發(fā)明了推進(jìn)翼的新概念。2006年，Joseph Kummer等人在美國(guó)成立了Propulsive Wing, LLC公司，致力于新概念推進(jìn)翼飛行器的研究，研制并成功試飛了兩種形式的推進(jìn)翼飛行器樣機(jī)。 隨著CFD技術(shù)的發(fā)展，Kingston University的Deepthi D.等、Syracuse University的Joseph Kummer等、Iran University of Science and Technology的S.Askari等人對(duì)扇翼類飛行器的原理和性能，進(jìn)行了基于CFD技術(shù)的分析研究，揭示了扇翼類飛行器的特殊機(jī)理，獲得了改善飛行器性能和效率的方法，同時(shí)，Imperial College的Q. Ahad等人還進(jìn)行了扇翼類飛行器的實(shí)驗(yàn)和飛行仿真。總的說(shuō)來(lái)，由于扇翼飛行器發(fā)明不久，對(duì)它的許多研究還處于起步階段，需要在各方面做很多系統(tǒng)化的深入研究，以獲得高性能高效率高可靠性和安全性的扇翼飛行器。 國(guó)內(nèi)研究情況： 我國(guó)對(duì)于扇翼類飛行器的研究還剛剛起步，主要集中在高校和科研單位。對(duì)于扇翼類飛行器的研究正處于理論探索階段。
