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[心得交流] 垂直起降飞行器设计方案盘点结束篇:基本要求和实施要...

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发表于 2019-12-30 10:00 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 有容乃大 于 2020-1-10 08:24 编辑

垂直起降飞行器设计方案盘点结束篇
基本要求和实施要点探讨

有容乃大

引言
  本系列文章此前提到可垂直起降飞行器各类设计方案13款。在本结束篇中,作者在对上述方案分析基础上,试图探讨一套针对可垂直起降以固定翼平飞的未来飞行器方案的基本要求,以及为实现要求须采纳的若干技术要点。对比各方案对各要点的实施状况后,提出全部实施各要点的创新设计方案的必要和可能性。
  仅供热心飞行的读者,相关专业技术人员,用户方,投资方参考。希望能激发专业或业余飞行器设计界创新思维和热情,在我国搞出更高能效的可垂直起降并以固定翼平飞的飞行器创新设计,并最终成功实施。

设计方案目标对象
  用于作空中运输,空中观光旅游,空中探测侦查,一般空中(非特技)飞行运动,以及相应的飞行教练培训等等的,可以垂直起降的各重量级别的,有人驾驶或无人驾驶飞行器。
  水平飞行速度在涡桨固定翼飞机范围,不适用于高速喷气飞机。
  不适用于需要作空中格斗,或空中特技表演的飞行器。

最高原则
  高效节能,安全可靠。

基本技术要求
        具备垂直起降功能,垂直起降模式的方向方位悬停及垂直速度可操控性。
        水平飞行模式的三维方向可操控性,飞行速度(在一定范围内)可操控性。
        垂直起降与水平飞行模式之间的安全可靠转换与操控
        能效要求:垂直起降能效  即 升力/功率比=总起飞重量/悬停功率  (千克/千瓦),
垂直起降模式下,升力/功率比力争达到同等重量级直升机的高水平
    水平飞行能效  即 升阻比=总起飞质量.g/(巡航功率/巡航速度)      式中g=9.82牛顿/千克
水平飞行模式在巡航速度下升阻比,力争达到同等重量级固定翼飞机的高水平。并使得飞行器在失去动力的极端情况下可以滑翔飞行并安全着陆
        整体及内部结构尽量简单,可靠,以方便维护,减少整机重量,降低制造成本。

为实现上述技术要求的技术实施要点
1.采用高效升力旋翼实现垂直起降
1.1采用成对的转轴垂直的升力旋翼,省去普通直升机上平衡扭矩的尾部小旋翼。
1.2升力旋翼采用最佳翼型及可能实现的大半径,大展弦比翼片。
1.3在水平飞行模式时升力旋翼不工作,旋翼固定于整机阻力最小升力最大状态
2.采用固定翼作为水平飞行的升力来源
2.1固定翼采用最佳翼型及可能实现的大展弦比
3.采用按巡航速度下最高效螺旋桨作为水平飞行驱动
    3.1在垂直起降模式(以及水平滑翔飞行中)螺旋桨叶自动收褶以减少阻力。
4.采用同一套动力设备及各自配套传动机构,实现在垂直起降模式以最合适转速转矩驱动升力旋翼,
而在水平飞行模式以最合适转速转矩驱动水平驱动高效螺旋桨。

前述各方案实施要点对照    
  表中  X表示基本不符积分0   P 部分符合积分1     Y 基本符合积分2            
             要点          1           2           3           4        总积分
方案名称                                                                          
Aston Martin G-AMLV      P            P           P           X       3     
Mac Vol  飞行轿车         X            Y            X           Y       4   
   Lilium                  X            Y            X           Y       4   
Joby   Aviation           P             Y            P          X        4   
波音   电动垂直起降       X             Y            Y          X        4   
新西兰   Cora             X             Y            Y          X        4   
空客   Vahana            X             Y            P           Y       5   
空客  City Airbus          P             X            X          Y       3   
大嘴  超级大白鲨           P            X             X          X       1   
大嘴  象王                 P            X             X          X       1   
直升机所   E-Rotor      P             Y            P         X        4
贝尔   V 系列              P            Y             P          Y       6   
西科斯基  SB               Y            X             Y          X       4   

几点讨论:
  尚没有一种设计方案能基本实施4项要点。如果能实现,总积分可达8分。
  积分大小主要体现方案的最终能效,不体现实施技术难度和成功概率。最典型的对比例子是,空客最终成功商业化的是City Airbus 而不是Vahana,尽管后者能效更高。
  贝尔的V系列显然是目前积分最高,并且已经成功运行的方案。但现实情况是,据传目前产品售价达每架1.1亿美元,并且只有军用系列产品。为了保持其军品技术优势,短期内尚没有该方案应用到轻型电动可垂直起降民用飞机产品的动向。

有可能找出一种设计方案实现上述全部技术要点吗?!
   技术发展历史表明,提出问题是解决问题的最关键一步。作者认为,只要尊重相关具体科学技术规律,大胆创新,完全可能找出一种以至于几种创新的设计方案,基本实施4项技术要点。实现可垂直起降以固定翼平飞的飞行器设计的新突破,实现两种模式下能效的共同提升。(事实上,作者已经有了一种基本实施4项技术要点的具体设计方案,但为了可能军用前景不宜公开发表,曾经在签署不扩散协议后与某军工研究单位人士讨论过。)
   希望就此提问能激发国内专业或业余飞行器设计界创新思维和热情,不仅仅满足于“打破国外技术垄断”跟踪国外先进技术,在我国搞出完全独立自主创新的,更高能效的可垂直起降以固定翼平飞的飞行器创新产品。

后记
   作者欢迎国内众多涉及飞行器研制创业企业中,对研发更高能效的可垂直起降并以固定翼平飞的飞行器产品有抱负有兴趣的投资人,企业家和技术专家们,读此文后与作者用电子邮件联系(邮箱地址可查以前博文),探讨可能的技术合作。

       (本篇完)
2019/12/30发表
发表于 2019-12-30 18:12 | 显示全部楼层

发表于 2019-12-30 18:14 | 显示全部楼层
最高原则:高效节能???
垂直起降就不是一种节能的方式
 楼主| 发表于 2019-12-31 05:21 | 显示全部楼层
谢谢“宇宙真理”关注和评论。
垂直起降和水平起降相比,的却耗能较大,但是解决了起降机场问题,是一种用户刚需。垂直起降能效就要和直升机比。
而除了起飞降落,大部分飞行时段,能效就要和普通固定翼飞机比。
高效节能,加上安全可靠,就是最高原则!可适用于一切现代交通工具。
请问是不是宇宙真理?!
发表于 2019-12-31 08:55 | 显示全部楼层
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