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[心得交流] “旁观者清”---给涉航空民企产品核心技术点评(一)

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发表于 2020-7-2 12:40 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 有容乃大 于 2020-7-2 12:49 编辑

“旁观者清”---给涉航空民企产品核心技术点评(一)
有容乃大


系列开篇前言  在影响实体企业生存和发展的各项要素之中,诸如:人员,资金,主打产品的核心(专利)技术,设备和场地,部件材料供应,销售渠道 等等,究竟哪一项才是真正的关键核心?虽然根据木桶原理,任何一项都不可短缺,但从技术进步同行竞争角度,作者以为,真正的关键核心项无疑还是主打产品的核心(专利)技术
   由于主打产品的关键技术选择失误导致实体企业衰败的事例屡见不鲜。例如曾见报导说:陕西长虹电视由于在显示屏的液晶/等离子体两种技术中误选了后者,终于导致企业一蹶不振。
   作为飞行爱好者和飞行装置非专业的研究者,作者一直关注国内涉航空民企主打产品的技术进步。近年看到,某些涉航空民企在主打产品的技术选择和创新中,所采用的貌似先进的技术方案,经物理常识分析判断,却属低能效选择。本着“旁观者清”进言献策态度,决定就几个国内民企涉航空产品,分别写几篇博客文章,完全从技术角度,分析各主打产品核心技术存在的能效问题,公开给其做简要技术点评。希望能通过有心读者最终传到目标企业,对当局迷者有所启迪。其中涉及民企可能处于投融资需求媒体舆论吹捧阶段和同行竞争状态,万望勿把热心点评视为同行不正当竞争舆论打压而丧失客观判断。提出问题目的最终是为了改进,作者愿进一步与企业技术领导通过电子邮件直接交流给与具体改进献策


本篇标题:
交叉旋翼带尾推直升机技术先进吗?致“清航紫荆装备”
首篇,献给一个大学生创新民企,名称:北京清航紫荆装备科技有限公司(简称“清航紫荆装备”)。
点评项目:交叉双旋翼复合推力尾桨无人直升机

  为便于读者了解该新创企业及项目,先介绍该企业及项目主要信息。以下有关据该企业及项目信息(内容用词和图片),全部源自去年网上标题分别为:“打破美国垄断造无人机,清华大学团队一举夺冠“(2019年10月14日 北京日报客户端  任敏)以及”清华校友研发交叉双旋翼复合推力尾桨无人直升机“(2019年12月5日 环球网)两篇专题报道文章。

企业简况
创建时间:2015年底
创建人:清华博士毕业生李京阳和4位清华工科博士们联合创建。
企业目标:成为中国的洛克希德•马丁公司。
投融资状况:三年累计完成天使轮、Pre-A轮与A轮三轮融资,总数超过1亿元,正在开放新一轮融资。
主打产品:交叉双旋翼复合推力尾桨无人直升机;
产品研发进展:已完成 60公斤、100公斤、300公斤级交叉双旋翼复合推力尾桨无人直升机首飞,500公斤级研制。
企业及项目获奖:项目获陆军装备科研支持,并纳入全军武器系统采购目录,成为我军首个复合推进直升机装备研制项目。 2017 年,项目参加清华大学校长杯创新挑战赛,获唯一金奖与技术创新奖。2019年获第五届中国“互联网+”大学生创新创业大赛总决赛冠军。
核心技术人员其它信息:核心研发团队5人中,其中3名清华大学博士毕业生李京阳(负责人)、王贤宇、包长春,都是内蒙古工业大学航空学院的青年教师,作为清华校友代表清华大学参赛。团队导师为清华大学航天航空学院教授宝音贺西。
附图:获奖照片




产品技术简况
产品实物照片


技术先进性:该领域被美国的洛克希德•马丁公司垄断。历经四年时间突破该技术,研制出世界首架交叉双旋翼复合推力尾桨无人直升机,具有载重大、操控稳、突防快优势,其载重相比传统构型提高 30%,速度相比同级机型提升100千米/小时。
技术亮点:两个亮点:一是交叉旋翼,一是推力尾浆。交叉旋翼是载重比较高,加上推力尾浆之后速度比较快,所以又有载重又有速度,成世界首架交叉双旋翼复合推力尾桨无人机。清航装备已经在技术上构筑起3大核心竞争力,一是交叉双旋翼的构型设计,二是刚性旋翼,三是高性能电传飞控系统。

本篇前言:作者首先要对该企业和主要创业技术人员在博士毕业后勇于投入创新创业进军航空产业的壮举,以及所取得的技术成就和所获得历届大学生创新创业大赛(虽然不是航空企业专业产品项目大赛)获得各种荣誉,表示最衷心的赞赏和祝贺。国内航空学院博士毕业生能够敢于创立民企航空企业,并立志要把企业建设成为中国的洛克希德•马丁公司,实数难能可贵,壮心可嘉。(尽管作者对于该美国大军火企业的宗旨和资助各国反华智库的做法很反感。)
   正因为赞赏各位年轻人的志向和雄心,看到各位把宝押在交叉旋翼尾推技术路线,甚至连企业LOGO都采用交叉旋翼示意图标,觉得十分惋惜,才决定首先撰写本篇公开点评。希望各位不要沉迷于“世界第一”等被各类各级大学生创业赛,或融资项目宣传层层评比中的包装语言之中不能自拔。回归飞行原理本质,从能耗分析比较出发,认真思考:在带尾推的直升机技术方案中,交叉旋翼技术,和同轴双旋翼技术,甚至普通直升机单旋翼带平衡尾部小旋翼技术等相比,到底是先进还是落后?!

基本论点:交叉旋翼技术直升机的能效最低

作为空中运载装备,无疑最重要的是:安全可靠,节能高效两大基本要求。
直升机提高能效的关键在旋翼设计
直升机和固定翼飞机相比的最大优势是具备垂直起降/悬停 功能,而最大劣势是巡航速度及飞行能效低。和固定翼飞机能效可用升阻比一个技术数据衡量不同,直升机能效需要分别考核悬停升功比(反映垂直起降能效)和水平巡航飞行的能效(可借用升阻比概念)两个技术数据。
   由于升力旋翼在这两个过程都起关键作用,这两个能效数据是必然相关的,在整机外形尺寸相同情况下,升功比大的旋翼自然水平飞行能效(升阻比)也高。
加上尾推装置,只能解决直升机增加巡航速度问题(同时增加巡航功率),在不同旋翼技术的带尾推直升机之间比较,提高能效的关键还在旋翼设计。
物理常识表明:交叉旋翼技术能效肯定低于垂直轴的旋翼技术
   这里省去直升机在技术发展过程中,为了平衡旋翼扭矩出现的各种技术方案的解释,直接比较交叉双旋翼技术,和同轴(或平行轴)双旋翼技术,由于两种技术都是双轴双旋翼,都不涉及平衡旋翼转矩所需的其它装置能耗,更简单直接便于比较。(如需要,甚至可以在考虑尾部小旋翼附加能耗后,和普通直升机单旋翼带平衡尾部小旋翼技术相比)。
   假设各轴旋翼的升力功率比hx相同(翼片翼型,安装角,半径,面积,数目等几何参数相同的结果),发动机及传动效率e相同,总起飞重量相同Wg。根据旋翼理论,一定转速,转矩(也即一定功率)条件下,各旋翼会产生一定的升力,该升力方向与转轴平行。交叉旋翼由于转轴方向为非垂直,两个旋翼产生的升力矢量合力应该方向垂直向上,大小正好平衡整机重力。则由物理力学矢量合成常识,可判断:在悬停状态下,交叉双旋翼需要比同轴(或平行轴)双旋翼的耗费更大功率。
   设某交叉双旋翼两轴夹角为b,由相交b角两个轴旋翼升力合力平衡总重力。
  则其悬停总功耗Nj=Wg/(eCos(b/2)hx)
而同轴(或平行轴)双旋翼,各轴向与重力平行,直接由两个轴旋翼升力之和平衡总重力。
     则其悬停总功耗Np=Wg/(ehx)  
   即 Nj=Np/Cos(b/2)
结论:在上述假设条件下,交叉双旋翼(交角b)的技术的悬停功耗,比同轴(或平行轴)双旋翼的对应功耗要大1/Cos(b/2)倍。例如当b=40度,差别倍数约为1.064,若b=60度,倍数为1.155。
平飞时,虽然两种技术旋翼升功比都相应会增大,但还都要靠旋翼升力平衡重力,尾推装置只能平衡旋翼和机身前进阻力,当总重量不变,假定两种技术平飞时旋翼前进阻力相同,上述能耗差别也不可能反转。
至于相比于同轴双旋翼技术的其它差别,如交叉双旋翼在相同空间尺度下,翼片可用最大半径小于同轴双旋翼;每轴翼片数不能按大载重需求增加太多,两轴转矩矢量不在同一直线,不能完全相互抵消,等等,和能效这个基本要求比起来,就不必一一叙述了。

本篇总结

打破国外技术论垄断需要依据基本常识判断选择好技术方向
  李京阳团队打破美国技术垄断的壮举和精神十分难能可贵。但在选择具体技术方向上,还希望能从能效等基本原理上充分分析判断,再作决策。
  在高速高能效直升机发展中,美国各公司技术方案竞争激烈。西科斯基的同轴双旋翼加尾推技术,与贝尔的可倾转双旋翼加固定翼技术,以及最近报导波音的单旋翼带尾部小旋翼基础上加尾推的技术,都有实际产品推出。尽管贝尔可倾转双旋翼加固定翼技术的V22系列产品已经被陆军和海军航母正式采用,V280在空军的高速直升机竞标中也在和西科斯基的同轴双旋翼加尾推技术SB系列竞争。上述各技术,包括洛马公司的交叉双旋翼技术都无例外的对中国封锁和垄断。执着坚持交叉双旋翼技术作为打破国外航空企业技术垄断切入口和创业核心技术未免失策。

打破国外技术论垄断是否还可从基本常识判断对外国技术方案作改变创新
  打破美国技术垄断是否必须完全跟随国外已经成功技术方案?这个问题在国内军工界探讨争论已久。网上就有文章完全反对“弯道超车”的提法。但作者就是不信,外国未曾出现过的在航空领域创新技术方案,就不能在中国人手中首先成功!
  笔者去年10月曾带一个对贝尔可倾转双旋翼加固定翼技术作实质改进的创新双旋翼加固定翼技术方案,(该方案完全实现了作者在“垂直起降飞行器设计方案盘点结束篇”(19年12月)一文中所提的4个基本技术实施要点:1采用成对的转轴垂直高效升力旋翼实现垂直起降;2采用固定翼作为水平飞行的升力来源;3采用按巡航速度下最高效螺旋桨作为水平飞行驱动;4采用同一套动力设备驱动旋翼和螺旋桨。),专门走访国内某研究设计院某项目(打破贝尔可倾转双旋翼加固定翼技术V247垄断的项目)组负责人。在签署不扩散协议后向其介绍了创新方案。得到回答是:“作为体制内科研单位,每项目立项报告书要写上千页,原则上只能走国外已经成功的技术路线。所提方案虽然原理可行,具体技术过于大胆超前,还没有任何人实现过,体制内单位不可能采纳。除非有民企有魄力的企业家才能敢干。”
  笔者特把此故事作为本系列开篇结尾,寄希望于李丹阳们有民企有魄力的企业家。不知各位国内院校培养的飞行器制造专业青年博士企业创业者们,是否能不忘初心,敢于挑战所提出的创新方案,做国内民企航空界技术自主创新者?!
(完)
2020/7/1
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发表于 2020-7-19 16:01 | 显示全部楼层
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