第23屆“馮如杯”競(jìng)賽航空類(lèi)作品精選上

1、第23屆“馮如杯”競(jìng)賽航空類(lèi)作品精選上 2013年5月23日是北京航空航天大學(xué)一年一度的“馮如杯”競(jìng)賽展示日。 “馮如杯”競(jìng)賽的參賽者們?cè)俅螢榇蠹曳钌弦粓?chǎng)科技創(chuàng)新的視覺(jué)盛宴。 1.新型固定翼直升機(jī)復(fù)合式飛行器 該飛行器采用直升機(jī)旋翼和固定翼復(fù)合式設(shè)計(jì)：在垂直起降狀態(tài)，由主旋翼提供升力，兩側(cè)的推進(jìn)發(fā)動(dòng)機(jī)提供航向控制力矩；由懸停進(jìn)入平飛時(shí)，兩臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)推力逐漸增加，飛行速度不斷提高，固定翼面產(chǎn)生的升力逐漸增大；當(dāng)達(dá)到一定飛行速度時(shí)，旋翼停轉(zhuǎn)并鎖定，全機(jī)變?yōu)殡p翼布局的固定翼飛機(jī)（圖1圖3）。 該機(jī)具有野外復(fù)雜環(huán)境的起降適應(yīng)性和低空懸停機(jī)動(dòng)性。在軍用領(lǐng)域，能執(zhí)行物資運(yùn)輸、低空偵察和打擊等任務(wù)；在民用領(lǐng)域

2、，可完成緊急支援、醫(yī)療救助、低空勘測(cè)等任務(wù)。 2.可收縮槳式先進(jìn)布局s/vtol戰(zhàn)斗機(jī)驗(yàn)證機(jī) 該機(jī)的設(shè)計(jì)宗旨是利用螺旋槳的升力和涵道電機(jī)的推力實(shí)現(xiàn)垂直起降。全機(jī)采用無(wú)尾三角翼布局、兩側(cè)進(jìn)氣道。在垂直起降和懸停過(guò)程中，可收縮的螺旋槳從進(jìn)氣道外側(cè)的整流鼓包中伸出，同時(shí)尾噴口向下傾轉(zhuǎn)90，3個(gè)點(diǎn)同時(shí)產(chǎn)生推力，實(shí)現(xiàn)垂直起降。從懸停向平飛過(guò)渡時(shí)，噴口逐漸向后傾轉(zhuǎn)，當(dāng)飛機(jī)積累足夠速度后，前方螺旋槳停轉(zhuǎn)并收入機(jī)身兩側(cè)整流鼓包內(nèi)，以保證高速性能（圖4、圖5）。 3.單槳葉飛行器 該機(jī)的設(shè)計(jì)靈感來(lái)自楓樹(shù)種子的飄落。這種飛行器由單個(gè)槳葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、效率較高。通過(guò)傳感器感知方向后，將數(shù)據(jù)傳輸至ardui

3、no單片機(jī)實(shí)現(xiàn)周期變距，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)飛行器方向的控制。與傳統(tǒng)飛行器相比，它具有較高的效率，而且更加輕便敏捷（圖6、圖7）。 4.新型三旋翼傾轉(zhuǎn)動(dòng)力驗(yàn)證機(jī) 該機(jī)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：運(yùn)用傾轉(zhuǎn)動(dòng)力技術(shù)實(shí)現(xiàn)垂直起降，既能以直升機(jī)模式完成指定航線飛行，又能以固定翼模式飛行。該項(xiàng)目的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)在于將傳統(tǒng)的三旋翼運(yùn)用在固定翼上，通過(guò)傾轉(zhuǎn)電機(jī)短艙使推力變向，并在傾轉(zhuǎn)過(guò)程中使用自動(dòng)穩(wěn)定系統(tǒng)，同時(shí)利用pwm開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電路的切換（圖8、圖9）。 5.兩棲可折疊翼水上短距起飛驗(yàn)證機(jī) 隨著我國(guó)與一些鄰國(guó)海上爭(zhēng)端問(wèn)題的出現(xiàn)，制空權(quán)和控海權(quán)的重要性愈加凸顯。水上飛機(jī)能從水面起飛和降落，可以執(zhí)行水域巡邏、搜救遇難船只和抓捕水上入侵

4、者等任務(wù)（圖10圖13）。 該驗(yàn)證機(jī)采用兩棲起降設(shè)計(jì)。為了維持水上高速航行的穩(wěn)定性，除了機(jī)身中部設(shè)有維穩(wěn)小翼外，還在機(jī)身兩側(cè)維穩(wěn)小翼前緣和翼根近機(jī)身處設(shè)計(jì)了向外噴氣的氣孔，使小翼與水面之間形成氣膜，減小了水的阻力和表面張力的影響。折疊機(jī)翼的設(shè)計(jì)則可減小存放空間，并使之執(zhí)行水上任務(wù)時(shí)能像快艇一樣高速巡航，提高了海上生存能力。機(jī)身梁架結(jié)構(gòu)和蒙板拼接處采用導(dǎo)熱硅膠等材料，可以保證高強(qiáng)度和一定范圍內(nèi)的彈性變形量，以抵抗水浪的沖擊載荷。該機(jī)動(dòng)力裝置采用后推式，位于機(jī)翼后機(jī)身中部。為了整流，垂尾前設(shè)計(jì)有背鰭，平尾兩端有端板。 6.飛翼與聯(lián)翼混合布局驗(yàn)證機(jī) 這架飛翼的整體是一個(gè)升力體。聯(lián)翼將上下翼相連，有效

5、地降低了誘導(dǎo)阻力，增大了升力面積。飛翼和聯(lián)翼都是高升阻比的布局形式，但各自都有一些問(wèn)題，如飛翼的穩(wěn)定性與控制問(wèn)題、聯(lián)翼的起落架布置問(wèn)題等。該項(xiàng)目嘗試將兩者結(jié)合，在氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)和控制上得到更優(yōu)化的效果（圖14、圖15）。 7.兩軸傾轉(zhuǎn)機(jī)翼驗(yàn)證機(jī) 美國(guó)的v-22 是一種具有先進(jìn)性能且外形獨(dú)具特色的飛機(jī)，它的成功試飛引發(fā)了一場(chǎng)傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)發(fā)展的浪潮。這個(gè)空中“混血兒”集直升機(jī)的垂直起降和固定翼的高速平飛于一身，在作戰(zhàn)和救援等方面都發(fā)揮了很大作用（圖16、圖17）。 受此啟發(fā)，該參賽組設(shè)計(jì)了一架兩軸傾轉(zhuǎn)機(jī)翼驗(yàn)證機(jī)模型，其設(shè)計(jì)思路是：由固定在機(jī)翼上的兩個(gè)電機(jī)提供動(dòng)力，垂直起飛時(shí)機(jī)翼與地面垂直，由電機(jī)拉力提供

6、升力；到空中后機(jī)翼連同電機(jī)由垂直狀態(tài)轉(zhuǎn)變到小迎角狀態(tài)實(shí)現(xiàn)平飛。為了增加垂直起飛的穩(wěn)定性，引入了飛控板進(jìn)行閉環(huán)控制。機(jī)翼的傾轉(zhuǎn)由舵機(jī)經(jīng)同步帶驅(qū)動(dòng)。 8.便攜式可變后掠角折疊翼驗(yàn)證機(jī) 該機(jī)采用可變后掠角的“四邊形”折疊翼機(jī)構(gòu)，以驗(yàn)證變后掠機(jī)翼無(wú)人機(jī)的性能特性。其創(chuàng)新點(diǎn)在于：“四邊形”可動(dòng)式結(jié)構(gòu)可使機(jī)翼完全折疊起來(lái)，能縮減78%的空間，方便運(yùn)輸；通過(guò)內(nèi)置電機(jī)的牽引力改變折疊機(jī)構(gòu)的展開(kāi)程度，可控制前翼的后掠角（圖18、圖19）。 該機(jī)用途廣泛：可高空投放，由母機(jī)運(yùn)載到指定空域投放，機(jī)翼瞬時(shí)展開(kāi)，啟動(dòng)時(shí)間極短；還可運(yùn)用于勘探、搜救和測(cè)量等任務(wù)。 9.基于可傾轉(zhuǎn)菱形翼布局設(shè)計(jì)的傾轉(zhuǎn)性能驗(yàn)證機(jī) 菱形機(jī)翼具有

7、獨(dú)特的氣動(dòng)外形，在對(duì)角的兩個(gè)方向分別具有小后掠、大展弦比的低速特性和大后掠、小展弦比的高速特性。菱形翼通過(guò)轉(zhuǎn)軸與機(jī)身相連，在飛行中當(dāng)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，飛機(jī)的展弦比和后掠角隨之改變，即可實(shí)現(xiàn)從一種飛行狀態(tài)到另一種飛行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。該機(jī)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有：旋轉(zhuǎn)主翼的設(shè)計(jì)、中等后掠角切尖菱形翼氣動(dòng)布局、網(wǎng)格式機(jī)翼結(jié)構(gòu)布局、翼肋融合翼梁設(shè)計(jì)以及采用拓?fù)鋬?yōu)化手段對(duì)飛機(jī)主要結(jié)構(gòu)進(jìn)行減重（圖20圖23）。 旋轉(zhuǎn)主翼的設(shè)計(jì)是整個(gè)項(xiàng)目的核心與創(chuàng)意點(diǎn)，這種介于常規(guī)布局和無(wú)尾飛翼布局之間的非常規(guī)布局形式以及旋轉(zhuǎn)力矩配平，都帶來(lái)很多技術(shù)難題。經(jīng)過(guò)多次試飛調(diào)整，對(duì)這種飛機(jī)在兩種狀態(tài)下的飛行性能取得了一定的實(shí)驗(yàn)和理論分析成果。 10

8、.高性能碟形升力體 升力體是一個(gè)翼身融合體，整體能產(chǎn)生升力，可以較低的速度獲得較高的升阻比。碟形飛行器具有高速飛行波阻小、不需要做盤(pán)旋機(jī)動(dòng)、能迅速指向攻擊目標(biāo)等優(yōu)點(diǎn)。該項(xiàng)目小組通過(guò)將升力體和碟形飛行器優(yōu)勢(shì)的結(jié)合，制作出一架擁有新式布局的現(xiàn)代飛行器，同時(shí)具備優(yōu)秀的飛行性能（圖24）。 該機(jī)采用碟形升力體式布局。其翼尖雙槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流將整個(gè)圓盤(pán)狀的機(jī)身都包裹起來(lái)，不僅使飛機(jī)能以極低的速度飛行，而且提高了其操控效率，機(jī)動(dòng)性優(yōu)于常規(guī)飛機(jī)。這種飛行器可用于巷戰(zhàn)，甚至再進(jìn)一步后可實(shí)現(xiàn)“單兵裝備，遠(yuǎn)程控制，精確打擊”。 11.“飛魚(yú)”混合動(dòng)力涵道式無(wú)人偵察驗(yàn)證機(jī) 該項(xiàng)目圍繞“長(zhǎng)航時(shí)”和“機(jī)動(dòng)性”設(shè)計(jì)點(diǎn)，將傳統(tǒng)無(wú)人偵察機(jī)機(jī)身用高性能涵道動(dòng)力系統(tǒng)代替，集成了兩者