基本信息
- 項目名稱：
- 飛行器大角度矢量推力技術(shù)應(yīng)用研究
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 大角度矢量推力技術(shù),通過發(fā)動機整體偏轉(zhuǎn)，改變主動力作用點和施力方向，為飛行器更大程度地引入直接力控制模式，將飛行姿態(tài)運動和軌跡運動解耦，對飛行器進行快速操縱，從而極大地提高了飛行器空間運動的機動性和敏捷性。 本項目提出大角度矢量推力技術(shù)概念，結(jié)合理論分析，研究未來高機動性飛行器推力技術(shù)，論證大角度矢量推力技術(shù)對飛行性能的提升，并分析給出其系統(tǒng)工作過程。
- 詳細介紹：
- 傳統(tǒng)矢量推力技術(shù)的矢量噴口擺動角度有限，只能通過產(chǎn)生控制力矩來調(diào)整飛行器飛行狀態(tài)，制約了飛行器操縱性和敏捷性的進一步提升。 基于大角度矢量推力技術(shù)研發(fā)的大角度矢量推力裝置可以通過其機械結(jié)構(gòu)，使發(fā)動機整體移動改變主動力的作用點和施力方向，克服了飛行器主體對矢量噴口擺動范圍的限制，同時利用直接力控制模式對飛行器進行快速精確的操縱，從而快速改變飛行器的飛行姿態(tài)和航跡。 因此采用大角度矢量推力技術(shù)有助于進一步提高飛行器的機動性和敏捷性。 本項目基于理論力學(xué)、飛行力學(xué)等知識建立應(yīng)用大角度矢量推力技術(shù)飛行器的數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)值積分、最優(yōu)化理論等方法對其運動特性和飛行性能進行分析，從理論角度分析大角度矢量推力技術(shù)相比于常規(guī)推進技術(shù)的優(yōu)勢，并設(shè)計制作模型機，通過安裝在模型機機身兩側(cè)的機械臂搭載推力系統(tǒng)來模擬大角度矢量推力裝置，設(shè)計開發(fā)基于C52單片機的控制系統(tǒng)，進行實際飛行試驗，探究應(yīng)用大角度矢量推力技術(shù)的飛行器在大氣層內(nèi)的飛行性能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 本項目的研究目的在于提出大角度矢量推力技術(shù)概念，引入直接力控制理論，結(jié)合理論分析和實際模型機試驗，分析大角度矢量推力技術(shù)對飛行器飛行性能的影響。研究面向未來高機動性飛行器的推力技術(shù)，并分析給出其系統(tǒng)工作過程。 基本思路為： 1.通過數(shù)學(xué)建模的手段，從理論角度分析論證飛行器使用大角度矢量推力技術(shù)相比于常規(guī)推力技術(shù)在飛行性能方面的優(yōu)勢。 2、設(shè)計制作模型機，搭載基于C52單片機控制系統(tǒng)的大角度矢量推力模擬裝置進行實際飛行試驗，研究大角度矢量推力技術(shù)對飛行性能的影響。 本項目的創(chuàng)新點在于基于大角度矢量推力技術(shù)所研發(fā)的大角度矢量推力裝置可以改變飛行器主動力的作用點和施力方向，為飛行器更大程度地引入直接力控制模式，對飛行器進行快速操縱，從而極大地提高了飛行器空間運動的機動性和敏捷性。 其技術(shù)關(guān)鍵在于大角度矢量推力裝置的研發(fā)和控制以及對搭載大角度矢量推力裝置的飛行器進行復(fù)雜受力分析。
科學(xué)性、先進性
- 科學(xué)性： 1.利用理論力學(xué)、飛行力學(xué)等相關(guān)知識，對應(yīng)用大角度矢量推力技術(shù)的飛行器的機動性、超短距離起飛等性能進行數(shù)學(xué)建模分析。對發(fā)動機偏轉(zhuǎn)引起的質(zhì)心運動等問題進行分析求解，進而提出大角度矢量推力裝置的工作流程。 2.設(shè)計制作搭載風(fēng)扇的機械臂作為大角度矢量推力模擬裝置，采用C52單片機控制機械臂的運動。 3.設(shè)計并制作模型飛機搭載模擬裝置進行飛行試驗，測試其對飛機飛行性能的影響。 先進性： 傳統(tǒng)矢量推力技術(shù)的矢量噴口擺動角度有限，僅通過其產(chǎn)生的控制力矩來調(diào)整飛行器飛行狀態(tài)，制約了飛行器機動性和敏捷性的提高。 大角度矢量推力技術(shù)可以通過使發(fā)動機整體偏轉(zhuǎn)改變主動力的作用點和施力方向，其產(chǎn)生直接力控制模式有利于飛行器進行快速操縱，從而快速改變飛行器的飛行姿態(tài)和航跡。因此采用大角度矢量推力技術(shù)有助于提高飛行器的機動性和敏捷性。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 第六屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎
作品所處階段
- 模型機已制作完成，進行多次飛行試驗驗證大角度矢量推力技術(shù)對飛行姿態(tài)及軌跡的影響?？刂葡到y(tǒng)可持續(xù)升級。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 照片、視頻、實物
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 大氣層內(nèi)的運用主要以戰(zhàn)場飛機為應(yīng)用平臺。戰(zhàn)場飛機是指一種可在前線簡易機場起降，最大飛行速度比噴氣式攻擊機慢，但比武裝直升機快，功能介于二者之間的，主要實施“戰(zhàn)場控制”與“戰(zhàn)場支援”的低空、低速、高機動性、多用途固定翼作戰(zhàn)飛機。結(jié)合大角度矢量推力技術(shù)的特性，運用于中小型飛行器，可充分的滿足戰(zhàn)場飛機的設(shè)計需求，使固定翼飛機具有極佳的低空、低速、高機動飛行性能，能夠完成在叢林、城市、沙漠等復(fù)雜環(huán)境下低空高機動性突防打擊任務(wù)。 此外，大角度矢量推力技術(shù)適用于小范圍高機動飛行，可以在短時間內(nèi)對飛行姿態(tài)和飛行軌跡進行迅速調(diào)整，因此使用大角度矢量推力技術(shù)的飛行器在臨近空間及航天空間有極好的機動性，可以對在軌航天器等目標進行快速捕捉和摧毀，同時面對敵方的攻擊也擁有較大的生存能力。
同類課題研究水平概述
- 矢量推力技術(shù)是目前較先進的理論概念，當前使用矢量推力技術(shù)的飛行器大多是通過矢量噴口偏轉(zhuǎn)改變推力方向，例如F－35和雅克141等；或者采用發(fā)動機整體偏轉(zhuǎn)方式產(chǎn)生矢量推力，例如美國V-22魚鷹垂直起降飛機。為了使矢量推力技術(shù)發(fā)揮出更大的功效，國內(nèi)外均有提出過關(guān)于增大矢量噴口偏轉(zhuǎn)角度或發(fā)動機整體偏轉(zhuǎn)的設(shè)想。 作者在現(xiàn)有矢量推力基礎(chǔ)上提出大角度矢量推力概念，研究發(fā)動機多自由度整體偏轉(zhuǎn)對飛行器飛行性能的影響。設(shè)計出模型機及相應(yīng)的推力系統(tǒng)，通過理論分析及模型機實際試飛，研究、分析、驗證了大角度矢量推力技術(shù)的運用原理及作用效果。
