文档介绍：项目名称:
 
扇翼机
来源:
 
第十二届“挑战杯”作品
小类:
 
机械与控制
大类:
 
科技发明制作A类
简介:
 
本作品设计了一种新概念扇翼飞行器——扇翼机,其飞行原理与现有固定翼、旋翼飞行器的原理不同,它是在机翼上表面安装横流风扇,利用风扇旋转时产生的升力和推力供给飞行器进行飞行。该飞行器具有超短距起降、大迎角不失速、操纵控制简单、低速飞行稳定性和安全性好等优点。它比直升机结构和操控系统简单,巡航效率高;比固定翼机起降距离短,低速飞行时有效载荷大,是一种性能介于直升机和固定翼机之间的新型飞行器。
详细介绍:
 
一、设计、发明目的: 本作品是设计制造一种新概念新原理的飞行器――扇翼机。其基本布局是在固定翼飞行器机翼前缘的上表面装有横流风扇,利用横流风扇旋转时产生的升力和推力进行飞行。因此,我们把它称之为扇翼飞行器或扇翼机,是一种从原理到构型都具有创新意义的飞行器,与常见的固定翼、旋翼、扑翼飞行器有本质的区别。扇翼机在功能上的特点有:超短距起降(甚至可垂直起降)、大迎角飞行时不失速、结构和操控系统简单、低速飞行时载荷大、稳定性和安全性好等,特别适合低空低速飞行,以及在起降条件较差的地区使用。扇翼机与直升机相比,结构和操控系统要简单得多,巡航效率高,没有直升机具有的气动、结构、气弹、飞控、振动、噪声等一系列十分复杂的问题,研制和使用维护成本小;它与固定翼机相比,起降距离短,大迎角及紊流飞行状态下不失速,有效载荷大,低空低速飞行时稳定性和安全性好。这是一种性能介于直升机和固定翼机之间的新型飞行器。由于这种飞行器在原理上的独创性, 相关机构把其评为“自莱特兄弟发明飞机以来少数几个真正意义上的新型飞行器之一”,“具有革命性的意义”。通过设计制作该作品,进一步探索扇翼类飞行器的飞行原理、空气动力学性能、飞行力学和动力学特性,研究总体气动布局、结构设计、动力、传动、飞行控制等技术,从而掌握该类飞行器的基本原理和设计方法,形成具有自主知识产权的扇翼类飞行器的设计技术和能力。二、基本思路: 在深入研究并掌握扇翼机的飞行原理和相关技术的基础上,结合当前的实际条件,进行作品的创新设计,包括扇翼机总体构型、动力装置和总体参数选择、系统总体布置、气动布局设计、气动性能和飞行特性计算,以及风洞试验验证等。根据设计、计算和试验结果,不断调整设计参数,优化总体设计方案。在总体方案确定后,进行各分系统和相关部件的设计,以及样机各部件加工制作、总体装配、地面调试和飞行试验,完成项目研究。三、创新点: 扇翼机是一种新原理新概念飞行器,具有多方面的创新点,主要表现在: 1)系统创新扇翼飞行器是一种从原理到结构都有重要创新的飞行器,其整体结构简单,操控方便,载荷大,功能独特,优点突出,是一种新型的飞行器,具有整体系统上的创新意义。 2)原理创新扇翼飞行器采用横流风扇提供升力和推力,其升力和推力的产生方式与固定翼、旋翼、扑翼飞行器升力和推力的产生方式都不同,因此,本飞行器在最基本的工作原理方面有所创新,这是一种机理方面的本质上的创新。 3)构型创新基于扇翼飞行器的新型飞行原理,它在构型方面采用在固定翼飞行器机翼前缘上表面安装横流风扇的独特结构设计,其总体气动布局与固定翼、旋翼、扑翼飞行器的布局都不同。 4)升力、推力控制技术创新扇翼机通过调节横流风扇的转速、机翼前缘进气口的角度、风扇的叶片数量、叶片的安装角等参数,实现对升力和推力的控制,这也与其它飞行器的控制方式有很大区别。 5)设计和分析方法创新扇翼机具有独特的原理和结构,需要有其它飞行器不具备的创新设计技术和分析方法,如适合飞行器的高性能横流风扇设计技术,适合扇翼机横流风扇内、外部流场,以及与整机流场耦合问题的高精度分析方法等。 6)本作品是我国首架成功进行了飞行试验的扇翼机。四、关键技术: 扇翼机涉及总体、气动、结构、动力、传动、飞行控制等众多学科的关键技术,无论在理论分析还是在试验方面都存在一定的技术难度。根据最新研究分析,新概念扇翼机研制的关键技术主要有: 1)扇翼机的总体布局及优化设计技术。扇翼机是一种新型飞行器,其总体构型与参数的选择,气动布局的确定,气动性能与飞行特性的分析计算,动力、传动、操控系统的设计等,决定了扇翼机的总体性能,是扇翼机最主要的关键技术。因此,本设计须根据实际需要,结合国内外的研究基础,初步确定系统平台的总体构型、参数和布局,通过理论分析和试验,对总体布局方案进行反复比较和优化设计。 2)高性能横流风扇及扇翼设计技术。扇翼机靠横流风扇产生升力和推力,横流风扇的性能对扇翼机的飞行性能具有重要影响,高性能横流风扇设计技术,以及风扇与机翼组合的扇翼设计技术,直接决定了扇翼机的气动特性与飞行性能。因此,扇翼设计是扇翼机气动设计的关键技术。 3)