【多图】【已上资料】快速运输和武装直升机及对未来直升 ...

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/26 20:11:33


我和“某某某某”参加“未来直升机设计大赛”,很遗憾没有入围,但组织者似乎也不愿意公布未入围作品,我们认为我们的设想还是有一定可参考的价值,所以就在超大上公布一下。另外作为参与竞赛者,我们对入围作品也有一些个人看法,在后面楼层来讲。

下面把写的东西发上来,需要指出的是,写的比较乱也不好,由于时间的关系来不及修改,这次贴出也就偷个懒,直接贴出来,供大家参考。

《天骄快速运输直升机》

1        概述
重型运输直升机在抢险救灾、国民经济建设、军事运输上能够发挥巨大作用,人们还希望重型直升机具有更高的飞行速度,近年来提出了众多重型快速运输直升机的构想,但投入实际研制的少之又少,原因在于技术实现难度大、风险大难以确保成功。本设计考虑到技术条件限制及最新的技术发展,提出一款在机翼翼梢安装倾转旋翼的串列双旋翼复合直升机,该直升机采用后掠翼梢旋翼,在高速飞行时机翼和旋翼提供的升力更为均衡,降低为提高飞行速度付出的机翼重量代价;倾转旋翼可以在垂直起飞和快速平飞时灵活转换,在重量效率和飞行速度方面进行更好的权衡。本设计整体技术实现难度相对较小,具有一定的可实现性。
2        需求分析
众所周知汶川大地震解决堰塞湖的问题是依靠重型运输直升机米-26吊运工程机械实现的,而后来的众多森林防火和抢险救灾中不断出现米-26的身影,这都表明米-26的广泛用途。米-26先后制造300多架,并被广泛应用于运输大型机械设备、运输各种物资、人员运输、森林防火等场合。而随着人类活动的地理范围加大,上述需求不降反升。在军事运输领域,近年来随着武器弹药威力的增大装甲车辆的重量节节上升,也需要有提升运输直升机的载荷能力。
除了在载重能力的需求外,无论是军用还是民用直升机都越来越追求飞行速度,速度意味着效率,在抢险救灾中速度快就能提供更多救援机会;在作战时速度意味着快速响应和作战胜利。因此,美国在二十一世纪初提出了联合重型直升机(JHL),就是载重量为20吨级别的重型快速运输直升机,贝尔直升机公司的V-44和西科斯基的刚性共轴双旋翼直升机是其中的两个方案。无独有偶,国内航空业也提出了类似于V-44的“蓝鲸”倾转旋翼直升机。这些方案的技术实现难度大,倾转旋翼的V-22研制历经多年,发生过几次重大事故,V-22服役后其速度高,但重量效率比传统直升机大大降低,旋翼倾转使得旋翼直径比同等重量的传统直升机小,桨盘载荷高,旋翼更容易进入涡环,难以让旋翼实现自转,这些都影响了V-22的应用,比V-22更为复杂的V-44,其面临的技术难度和风险只会更大;类似的,西科斯基刚性共轴双旋翼直升机最早可以追溯到1968年西科斯基研制的轻型反潜直升机,到今天已经超过50年,所采用的刚性旋翼技术对材料要求非常高,研制难度大,刚性旋翼所具有的振动比较明显的问题并不容易解决。
综上所述,现实需要重型快速运输直升机,但当前方案中存在种种不足,需要一种新的重型快速运输直升机设计。
3        总体设计
天骄直升机总体设计方案示意图如下:
Tianjiao 2.jpg

如上图所示,天骄直升机采用串列双旋翼复合直升机形式,并在机翼翼梢安装有倾转旋翼,在垂直起降时前后旋翼和倾转旋翼一同提供垂直方向升力,在前飞时机翼为旋翼卸载,倾转旋翼旋转到提供拉力,提高飞行速度。
3.1        总体参数考虑
重型运输直升机的载重量以20吨级别较为合适,载重量超过20吨的直升机目前没有实用产品,曾经试验过更大重量的直升机并未投入实用,而通常能够被直升机所运输的轻型装甲车辆重量也较少超过20吨,故20吨载荷能力是个比较合适的能力。
总体设计考虑必须得考虑发动机方面的选择,目前大功率的涡轴发动机是米-26所用D-136发动机,如果选择比米-26大不少的重量要求,就必须考虑比2台更多的发动机,这将会让直升机的结构变得复杂,而起飞重量越大其尺寸也越大,也更需要面积较大的场地,故60吨最大起飞重量的直升机是个合适的选择。
传统直升机飞行速度通常在300千米/小时左右,非倾转旋翼直升机的飞行速度在400-460千米/小时左右,巡航速度设定在400千米是个比较能够显著提高飞行速度但实现难度相对并不太高的数值。
3.2        总体布局设计考虑
相比V-44和刚性共轴双旋翼直升机,复合直升机的技术实现风险更小,典型的速度鹰和欧洲X-3就是复合直升机,这是因为复合直升机采用的是成熟的直升机旋翼技术和成熟的机翼技术技术,其研制技术难度降低,研制风险较小,故在总体布局方面选择复合直升机来构建快速运输直升机。
复合直升机的直升机的总体形式方面,有单旋翼、共轴双旋翼、串列双旋翼方案可选,根据文献[1] 第三章直升机型式分析与选择中所述,对于重型直升机,单旋翼直升机的减速器重量比串列双旋翼直升机的2个减速器之和更重,旋翼整体也更重,对于起飞重量达到60吨的重型直升机,单旋翼直升机的选择就非最佳选择;共轴双旋翼直升机的减速器实际上也是一个减速器,共轴双旋翼直升机为了避免旋翼碰撞要加大上下旋翼间距,这增加了桨毂阻力,共轴双旋翼直升机对重心的适应范围也不够广,也缺少单旋翼直升机采用倾斜尾桨来调节重心的手段;考虑到重型运输直升机的重心活动范围较大,且在总体重量上的考虑,故选择了串列双旋翼直升机布局。
通常复合直升机需要有专门的螺旋桨进行推动,这些螺旋桨在垂直起飞时就会成为死重,这对直升机的重量效率不利,而倾转旋翼对旋翼实现了一物两用,旋翼既是垂直起飞的升力装置,又是前飞时的拉力提供装置,故选择利用倾转旋翼技术来提供前飞的拉力,同时在垂直起飞时倾转旋翼也提供升力,这对提高重量效率有利。
3.3        旋翼和机翼系统设计
根据起飞重量是60吨左右的要求,可以借用米-26的旋翼参数来设定天骄直升机的旋翼参数,在旋翼的总桨盘面积上与米-26接近。
在具体的前后旋翼和左右倾转旋翼设计上,左右倾转旋翼要能够即提供升力又要能够倾转提供前飞拉力,选择类似V-22倾转旋翼的设计,即半刚性旋翼并具有一定的负扭转,满足高速飞行时靠近桨毂部位不失速的要求,为了简化左右倾转旋翼的结构,每个旋翼组为3片旋翼。前后旋翼在垂直起降时提供主要的升力,其旋翼桨盘面积要占总桨盘面积的大多数,传统串列双旋翼直升机为了紧凑让串列双旋翼前后重叠,这让前后旋翼之间的气动干扰加大,而旋翼重叠时为了避免旋翼碰撞会让左右旋翼要伸出更长的距离,左右旋翼安装在机翼翼梢,最终使得直升机的横向尺寸太大对安全不利,故前后旋翼每组旋翼数量为4片,并尽量让前后旋翼不重叠。
旋翼设计与机翼设计相关,高速前飞时旋翼和机翼分别提供多大升力关系到旋翼和机翼的具体设计。传统复合直升机提高飞行速度主要是通过解决旋翼后行桨叶失速和前行桨叶出现激波的问题,其手段是前飞时降低旋翼转速避免前行桨叶出现激波,后行桨叶的失速造成升力不足通过机翼来提供,这样的设计需要给旋翼进行了大幅度的卸载,机翼面积要比较大,进而带来了重量增加并使得机翼遮挡下洗气流更为严重。天骄直升机选择了比传统直升机较小幅度降低旋翼卸载的办法,可以减小机翼面积要求,从而降低机翼重量和降低对下洗气流的遮挡,可以提高重量效率,这就要求旋翼前飞时转速较高,为了避免翼梢超过音速,选择择翼梢后掠手段提高旋翼前飞时的转速,减小前飞时的反流面积,前后旋翼高速巡航时提供比传统复合直升机更大升力,从而减小机翼面积。
在机翼设计上,机翼的气动中心应该在直升机的重心之后来提高俯仰(迎角)稳定性,机翼位置就比较靠后,而安装在机翼翼梢的左右旋翼提供升力在前后方向上与重心接近,需要机翼翼梢需前掠来确保,故机翼成为前掠角度不大的前掠翼。为了降低机翼对下洗气流的遮挡,机翼设置面积较大的襟副翼。
根据上面综合考虑,前后旋翼直径为20.4米,左右旋翼直径为10.1米,总桨盘面积与米-26的804平方米接近,前后旋翼桨毂距离为23米,可以确保前后旋翼不重叠,降低前后旋翼气动影响,并使得直升机整体尺寸比较紧凑。机翼在供大约50%左右升力,按照机翼翼载荷在400千米/小时为500千克/平方米计算,机翼面积大约为60平方米。
3.4        动力和传动系统设计
根据60吨的最大起飞重量和现实可供选择的发动机,建议选择D-136发动机为基础进行改型来满足本设计的要求。
串列双旋翼总体布局上通常选择将发动机装在尾部,需要一个长传动轴将动力传递给前旋翼减速器,同时也传送给后旋翼减速器;在机身与机翼结合部位,前后旋翼传动轴将部分功率传递给左右倾转旋翼减速器,整个传动系统总体布置类似一个“十”布局。根据文献[2]所提供的传动系统通常都是固定传动比,左右旋翼和前后旋翼的转速基本同步。
3.5        其它设计
起落架采用可收放式三点起落架,减小起落架飞行阻力。后旋翼塔的后部是分裂式方向舵,对高速飞行时航向进行控制。旋翼采用无铰式设计并进行整流,降低桨毂废阻。
4        飞行原理
垂直起降时,左右倾转旋翼转动向上提供升力,总桨盘面积大,桨盘载荷与米-26相当,比倾转旋翼桨盘载荷小,能够实现旋翼自旋降落。其中,前后旋翼提供大部分的垂直起降升力(约70-80%),左右旋翼提供少部分的垂直起降升力(约20-30%)。垂直起降和低速飞行时,直升机的俯仰操作依靠前后旋翼升力差实现;滚转操纵依靠左右旋翼升力差实现;偏航操纵依靠左右旋翼差动倾斜实现;低速向前或向后依靠前后旋翼调整旋翼周期桨距和左右旋翼旋翼同时向前或向后倾斜实现;侧向飞行依靠调整前后旋翼周期桨距实现。
在前飞时,机翼为前后旋翼卸载,由于采用后掠翼梢,前后旋翼旋转速度适当降低,避免前行桨叶速度超过音速产生激波,但前后旋翼转速降低幅度小,旋翼前行比不会像传统复合直升机那样大,还能提供较大的升力;与前后旋翼转速同步的左右旋翼转速也降低,为了满足前飞推力的要求,调整左右旋翼的桨距来增大推力;前后旋翼降低转速后所需功率降低,左右旋翼调整桨距后功率要求提升,发动机功率从前后旋翼转移到左右旋翼转换过程平缓;直升机的俯仰操纵依靠鸭翼和机翼襟副翼配合实现;直升机的滚转操纵依靠左右升降副翼的差动偏转实现;航向稳定性依靠主动控制方向舵来实现。
5        主要设计参数
机长        27米
翼展        22.4米(不包含左右倾转旋翼)
前后旋翼直径        20.4米
前后旋翼数量        每组 4片
前后旋翼桨毂间距        23米
左右旋翼直径        10.1米
左右旋翼数量        每组3片
高度        >8米
发动机数量        2台
发动机功率        >8500千瓦
发动机型号        D-136改型
6        预期飞行性能
空重        30吨左右
最大起飞重量        60吨左右
最大飞行速度        450千米/小时左右
巡航速度        400千米/小时
航程(内部载重15吨)        2000千米左右


我和“某某某某”参加“未来直升机设计大赛”,很遗憾没有入围,但组织者似乎也不愿意公布未入围作品,我们认为我们的设想还是有一定可参考的价值,所以就在超大上公布一下。另外作为参与竞赛者,我们对入围作品也有一些个人看法,在后面楼层来讲。

下面把写的东西发上来,需要指出的是,写的比较乱也不好,由于时间的关系来不及修改,这次贴出也就偷个懒,直接贴出来,供大家参考。

《天骄快速运输直升机》

1        概述
重型运输直升机在抢险救灾、国民经济建设、军事运输上能够发挥巨大作用,人们还希望重型直升机具有更高的飞行速度,近年来提出了众多重型快速运输直升机的构想,但投入实际研制的少之又少,原因在于技术实现难度大、风险大难以确保成功。本设计考虑到技术条件限制及最新的技术发展,提出一款在机翼翼梢安装倾转旋翼的串列双旋翼复合直升机,该直升机采用后掠翼梢旋翼,在高速飞行时机翼和旋翼提供的升力更为均衡,降低为提高飞行速度付出的机翼重量代价;倾转旋翼可以在垂直起飞和快速平飞时灵活转换,在重量效率和飞行速度方面进行更好的权衡。本设计整体技术实现难度相对较小,具有一定的可实现性。
2        需求分析
众所周知汶川大地震解决堰塞湖的问题是依靠重型运输直升机米-26吊运工程机械实现的,而后来的众多森林防火和抢险救灾中不断出现米-26的身影,这都表明米-26的广泛用途。米-26先后制造300多架,并被广泛应用于运输大型机械设备、运输各种物资、人员运输、森林防火等场合。而随着人类活动的地理范围加大,上述需求不降反升。在军事运输领域,近年来随着武器弹药威力的增大装甲车辆的重量节节上升,也需要有提升运输直升机的载荷能力。
除了在载重能力的需求外,无论是军用还是民用直升机都越来越追求飞行速度,速度意味着效率,在抢险救灾中速度快就能提供更多救援机会;在作战时速度意味着快速响应和作战胜利。因此,美国在二十一世纪初提出了联合重型直升机(JHL),就是载重量为20吨级别的重型快速运输直升机,贝尔直升机公司的V-44和西科斯基的刚性共轴双旋翼直升机是其中的两个方案。无独有偶,国内航空业也提出了类似于V-44的“蓝鲸”倾转旋翼直升机。这些方案的技术实现难度大,倾转旋翼的V-22研制历经多年,发生过几次重大事故,V-22服役后其速度高,但重量效率比传统直升机大大降低,旋翼倾转使得旋翼直径比同等重量的传统直升机小,桨盘载荷高,旋翼更容易进入涡环,难以让旋翼实现自转,这些都影响了V-22的应用,比V-22更为复杂的V-44,其面临的技术难度和风险只会更大;类似的,西科斯基刚性共轴双旋翼直升机最早可以追溯到1968年西科斯基研制的轻型反潜直升机,到今天已经超过50年,所采用的刚性旋翼技术对材料要求非常高,研制难度大,刚性旋翼所具有的振动比较明显的问题并不容易解决。
综上所述,现实需要重型快速运输直升机,但当前方案中存在种种不足,需要一种新的重型快速运输直升机设计。
3        总体设计
天骄直升机总体设计方案示意图如下:
Tianjiao 2.jpg

如上图所示,天骄直升机采用串列双旋翼复合直升机形式,并在机翼翼梢安装有倾转旋翼,在垂直起降时前后旋翼和倾转旋翼一同提供垂直方向升力,在前飞时机翼为旋翼卸载,倾转旋翼旋转到提供拉力,提高飞行速度。
3.1        总体参数考虑
重型运输直升机的载重量以20吨级别较为合适,载重量超过20吨的直升机目前没有实用产品,曾经试验过更大重量的直升机并未投入实用,而通常能够被直升机所运输的轻型装甲车辆重量也较少超过20吨,故20吨载荷能力是个比较合适的能力。
总体设计考虑必须得考虑发动机方面的选择,目前大功率的涡轴发动机是米-26所用D-136发动机,如果选择比米-26大不少的重量要求,就必须考虑比2台更多的发动机,这将会让直升机的结构变得复杂,而起飞重量越大其尺寸也越大,也更需要面积较大的场地,故60吨最大起飞重量的直升机是个合适的选择。
传统直升机飞行速度通常在300千米/小时左右,非倾转旋翼直升机的飞行速度在400-460千米/小时左右,巡航速度设定在400千米是个比较能够显著提高飞行速度但实现难度相对并不太高的数值。
3.2        总体布局设计考虑
相比V-44和刚性共轴双旋翼直升机,复合直升机的技术实现风险更小,典型的速度鹰和欧洲X-3就是复合直升机,这是因为复合直升机采用的是成熟的直升机旋翼技术和成熟的机翼技术技术,其研制技术难度降低,研制风险较小,故在总体布局方面选择复合直升机来构建快速运输直升机。
复合直升机的直升机的总体形式方面,有单旋翼、共轴双旋翼、串列双旋翼方案可选,根据文献[1] 第三章直升机型式分析与选择中所述,对于重型直升机,单旋翼直升机的减速器重量比串列双旋翼直升机的2个减速器之和更重,旋翼整体也更重,对于起飞重量达到60吨的重型直升机,单旋翼直升机的选择就非最佳选择;共轴双旋翼直升机的减速器实际上也是一个减速器,共轴双旋翼直升机为了避免旋翼碰撞要加大上下旋翼间距,这增加了桨毂阻力,共轴双旋翼直升机对重心的适应范围也不够广,也缺少单旋翼直升机采用倾斜尾桨来调节重心的手段;考虑到重型运输直升机的重心活动范围较大,且在总体重量上的考虑,故选择了串列双旋翼直升机布局。
通常复合直升机需要有专门的螺旋桨进行推动,这些螺旋桨在垂直起飞时就会成为死重,这对直升机的重量效率不利,而倾转旋翼对旋翼实现了一物两用,旋翼既是垂直起飞的升力装置,又是前飞时的拉力提供装置,故选择利用倾转旋翼技术来提供前飞的拉力,同时在垂直起飞时倾转旋翼也提供升力,这对提高重量效率有利。
3.3        旋翼和机翼系统设计
根据起飞重量是60吨左右的要求,可以借用米-26的旋翼参数来设定天骄直升机的旋翼参数,在旋翼的总桨盘面积上与米-26接近。
在具体的前后旋翼和左右倾转旋翼设计上,左右倾转旋翼要能够即提供升力又要能够倾转提供前飞拉力,选择类似V-22倾转旋翼的设计,即半刚性旋翼并具有一定的负扭转,满足高速飞行时靠近桨毂部位不失速的要求,为了简化左右倾转旋翼的结构,每个旋翼组为3片旋翼。前后旋翼在垂直起降时提供主要的升力,其旋翼桨盘面积要占总桨盘面积的大多数,传统串列双旋翼直升机为了紧凑让串列双旋翼前后重叠,这让前后旋翼之间的气动干扰加大,而旋翼重叠时为了避免旋翼碰撞会让左右旋翼要伸出更长的距离,左右旋翼安装在机翼翼梢,最终使得直升机的横向尺寸太大对安全不利,故前后旋翼每组旋翼数量为4片,并尽量让前后旋翼不重叠。
旋翼设计与机翼设计相关,高速前飞时旋翼和机翼分别提供多大升力关系到旋翼和机翼的具体设计。传统复合直升机提高飞行速度主要是通过解决旋翼后行桨叶失速和前行桨叶出现激波的问题,其手段是前飞时降低旋翼转速避免前行桨叶出现激波,后行桨叶的失速造成升力不足通过机翼来提供,这样的设计需要给旋翼进行了大幅度的卸载,机翼面积要比较大,进而带来了重量增加并使得机翼遮挡下洗气流更为严重。天骄直升机选择了比传统直升机较小幅度降低旋翼卸载的办法,可以减小机翼面积要求,从而降低机翼重量和降低对下洗气流的遮挡,可以提高重量效率,这就要求旋翼前飞时转速较高,为了避免翼梢超过音速,选择择翼梢后掠手段提高旋翼前飞时的转速,减小前飞时的反流面积,前后旋翼高速巡航时提供比传统复合直升机更大升力,从而减小机翼面积。
在机翼设计上,机翼的气动中心应该在直升机的重心之后来提高俯仰(迎角)稳定性,机翼位置就比较靠后,而安装在机翼翼梢的左右旋翼提供升力在前后方向上与重心接近,需要机翼翼梢需前掠来确保,故机翼成为前掠角度不大的前掠翼。为了降低机翼对下洗气流的遮挡,机翼设置面积较大的襟副翼。
根据上面综合考虑,前后旋翼直径为20.4米,左右旋翼直径为10.1米,总桨盘面积与米-26的804平方米接近,前后旋翼桨毂距离为23米,可以确保前后旋翼不重叠,降低前后旋翼气动影响,并使得直升机整体尺寸比较紧凑。机翼在供大约50%左右升力,按照机翼翼载荷在400千米/小时为500千克/平方米计算,机翼面积大约为60平方米。
3.4        动力和传动系统设计
根据60吨的最大起飞重量和现实可供选择的发动机,建议选择D-136发动机为基础进行改型来满足本设计的要求。
串列双旋翼总体布局上通常选择将发动机装在尾部,需要一个长传动轴将动力传递给前旋翼减速器,同时也传送给后旋翼减速器;在机身与机翼结合部位,前后旋翼传动轴将部分功率传递给左右倾转旋翼减速器,整个传动系统总体布置类似一个“十”布局。根据文献[2]所提供的传动系统通常都是固定传动比,左右旋翼和前后旋翼的转速基本同步。
3.5        其它设计
起落架采用可收放式三点起落架,减小起落架飞行阻力。后旋翼塔的后部是分裂式方向舵,对高速飞行时航向进行控制。旋翼采用无铰式设计并进行整流,降低桨毂废阻。
4        飞行原理
垂直起降时,左右倾转旋翼转动向上提供升力,总桨盘面积大,桨盘载荷与米-26相当,比倾转旋翼桨盘载荷小,能够实现旋翼自旋降落。其中,前后旋翼提供大部分的垂直起降升力(约70-80%),左右旋翼提供少部分的垂直起降升力(约20-30%)。垂直起降和低速飞行时,直升机的俯仰操作依靠前后旋翼升力差实现;滚转操纵依靠左右旋翼升力差实现;偏航操纵依靠左右旋翼差动倾斜实现;低速向前或向后依靠前后旋翼调整旋翼周期桨距和左右旋翼旋翼同时向前或向后倾斜实现;侧向飞行依靠调整前后旋翼周期桨距实现。
在前飞时,机翼为前后旋翼卸载,由于采用后掠翼梢,前后旋翼旋转速度适当降低,避免前行桨叶速度超过音速产生激波,但前后旋翼转速降低幅度小,旋翼前行比不会像传统复合直升机那样大,还能提供较大的升力;与前后旋翼转速同步的左右旋翼转速也降低,为了满足前飞推力的要求,调整左右旋翼的桨距来增大推力;前后旋翼降低转速后所需功率降低,左右旋翼调整桨距后功率要求提升,发动机功率从前后旋翼转移到左右旋翼转换过程平缓;直升机的俯仰操纵依靠鸭翼和机翼襟副翼配合实现;直升机的滚转操纵依靠左右升降副翼的差动偏转实现;航向稳定性依靠主动控制方向舵来实现。
5        主要设计参数
机长        27米
翼展        22.4米(不包含左右倾转旋翼)
前后旋翼直径        20.4米
前后旋翼数量        每组 4片
前后旋翼桨毂间距        23米
左右旋翼直径        10.1米
左右旋翼数量        每组3片
高度        >8米
发动机数量        2台
发动机功率        >8500千瓦
发动机型号        D-136改型
6        预期飞行性能
空重        30吨左右
最大起飞重量        60吨左右
最大飞行速度        450千米/小时左右
巡航速度        400千米/小时
航程(内部载重15吨)        2000千米左右
帮补上天骄的图片
Tianjiao 5.jpgTianjiao 3.jpgTianjiao 1.jpgH2 82.jpgH2 81.jpgH2 77.jpgH2 72.jpgH2 74.jpgH2 75.jpg


作完“天骄”快速运输直升机图后,“某某某某”兄弟做了一个武装直升机护航快速运输直升机的图,后来我们发现武装直升机飞行速度跟不上运输直升机,后来就想做一个快速武装直升机,就有了下面的设想:

《苍鹰快速武装直升机》
1        概述
随着V-22直升机的服役,美国陆军提出了“联合多用途”(JMR)直升机项目,贝尔直升机公司的V-280和西科斯基公司的S-97被选中来建造验证机,而这两家公司除了建造验证机外,还提出了基于倾转旋翼和共轴刚性双旋翼的高速武装直升机方案。倾转旋翼和共轴刚性双旋翼都存在一定的技术难度,采用复合直升机技术建造的高速武装直升机技术风险更小,也具有一定的发展潜力。本文提出一种采用矢量风扇技术的高速武装直升机方案,力图通过采用更成熟的技术以更低成本的实现高速武装直升机。
2        需求分析
上世纪六十年代美国陆军曾提出过高速武装直升机要求,后来越南战争爆发以及被选中的洛克希德“夏延人”碰到技术难题造成坠毁,高速武装直升机项目被放弃,研制了阿帕奇武装直升机。
进入二十一世纪后,随着V-22的服役,运输直升机的飞行速度超过了武装直升机,这使得运输直升机缺少合适的护航武装直升机,而现代战争更强调快速响应,故美军提出了新一代直升机研制项目,即联合多用途直升机项目,贝尔直升机公司的V-280和西科斯基的S-92入选并建造验证机,这两家公司基于自己所采用的技术都提出了高速武装直升机的方案:贝尔直升机公司在V-280的基础上 通过变更挂载方案实现武装攻击功能,但是V-280的倾转旋翼在前飞时遮挡机翼挂架,需要采用机身腹部挂架方式来挂载武器;西科斯基共轴刚性双旋翼方案在挂载灵活性上更强,西科斯基公司早在2000年左右就提出了共轴刚性双旋翼武装直升机方案,但是由于刚性共轴双旋翼在刚性旋翼材料、飞行控制、振动控制等方面都存在难题,加之美陆军装备遥遥领先于世界各国,西科斯基公司更多是通过自行投资来进行探索,发展速度并不快。除此而外,美国海军和陆军进行速度鹰直升机的研制,欧洲直升机公司发展出X-3项目。这些验证机展示了其在提高飞行速度的潜力,提高武装直升机的飞行速度逐渐成为一个趋势,美国各大直升机公司进行相关研究,希望为今后高速武装直升机项目进行未雨绸缪式的准备。
对于我们国家,同样也要注意到其它国家在武装直升机提高飞行速度所做的努力,要提出具有自己特色的、技术实现难度小,投资较低的高速武装直升机方案。
3        总体设计
苍鹰高速武装直升机总体设计方案示意图如下:
三面图.jpg
说明图.jpg
效果图.jpg
如上图所示,苍鹰直升机采用单旋翼和矢量风扇复合直升机方案,旋翼翼梢后掠,满足更高飞行速度的要求;矢量涵道风扇在垂直起降和低速飞行时,可以提供平衡旋翼的反扭矩,在高速飞行时,垂直尾翼能够提供足够的反扭矩,矢量风扇转动来到风扇来推动直升机具有更高的飞行速度。
3.1        总体参数和特性考虑
目前世界各国武装直升机重量在6-10吨之间,其中美国和俄罗斯研制并生产起飞重量在10吨大型武装直升机,其余国家自行研制或者购买的武装直升机其是起飞重量基本是在6-8吨之间,故总体上考虑快速武装直升机起飞重量在6-8吨之间。
现代武装直升机越来越强调隐身性能、噪音低以及安全性高,在未来的武装直升机设计方面也需要考虑这方面的要求。同时在飞行速度方面,高速武装直升机飞行速度应该超过400千米/小时。
3.2        总体布局设计考虑
传统武装直升机采用的是窄机身、带机翼的单旋翼直升机方案,由于机翼的存在使得前飞时机翼可以提供升力为旋翼卸载,旋翼可以有更大的倾斜角度来提高飞行速度,故当前主流的武装直升机飞行速度都比较高。但是,当前武装直升机要突破400千米/小时的速度限制仅仅靠增加机翼是不足的,必须得考虑利用螺旋桨来提供前进的推力,在这方面有两个典型的例子:一个是速度鹰采用的涵道风扇加矢量喷管来在低速;一个是X-3方案,在旋翼下面装上机翼和螺旋桨。这两个方案中,X-3将螺旋桨安装在机身两侧的机翼翼梢,在前飞时遮挡了机翼,在机翼下无法挂载弹药,故上述两种方案都存在各自缺点。综合考虑武装直升机需要挂载各种弹药,故不适宜采用类似X-3布局,应该采用尾部布置矢量推力的方式。
对于尾部矢量方式,速度鹰的涵道矢量导管是一种实现方式,但是该实现方式需要体积巨大的矢量导管,涵道越大体积和重量代价更大,故提出通过可转动的涵道风扇实现矢量控制,为了整体尺寸紧凑结构设计容易实现,将涵道风扇置于尾梁上部,水平尾翼与尾梁平行,垂直尾翼向下布置,避免对涵道风扇形成遮挡。
采用上述设计,涵道风扇比外露的涵道风扇更为安全,涵道风扇在重量方面付出代价较低。
3.3        旋翼、矢量涵道风扇、机翼系统设计
根据文献[3]的研究,矩形旋翼要提高飞行速度到超过400千米/小时,为了避免旋翼不出现激波,旋翼的转速就得下降到原来转速的75%,这使得旋翼提供升力大大下降,旋翼的前进比大,旋翼反流面积大,需要更大面积的机翼来提供足够的升力,这增加了机翼重量,使得直升机载重效率降低。为了降低整体重量,机翼重量就要适当降低,机翼面积要减小,机翼面积减小带来升力减小,旋翼就得在高速飞行时提供更大的升力,旋翼转速就不能下降很多,高旋翼转速且不能出现激波阻力,旋翼就采用后掠翼梢来降低激波。
旋翼系统建议采用5片桨叶和球柔性桨毂并进行整流,减小阻力。设定武装直升机的起飞重量是6吨级别,旋翼直径13米,尾部涵道风扇直径为1.4米。机翼面积建议为6平方米,翼载500千克/平方米,高速飞行时机翼可提供50%以上的升力。机翼设置大面积襟副翼,在垂直起飞降落时下偏减小对下洗遮挡。
3.4        动力和传动系统设计
根据当前几种主要的武装直升机的重量和动力系统情况,动力系统建议采用1000千瓦左右发动机。
传动系统设计与主要的武装直升机类似,旋翼系统采用类似的减速器。由于采用了旋翼翼梢后掠,高速飞行时旋翼转速也需要降低,但转速降低速度幅度较小,发动机输出轴在前飞时转动速度降低较小,涵道风扇通过调整桨矩就可以满足推力需要,相应的涵道风扇的可以采用锥形齿轮结构达实现,复杂程度与当前直升机尾桨相当。
3.5        其它设计
机身采用近似5边形截面,具有更好的隐形性能,迎风阻力小。起落架采用可收放式三点起落架,减小起落架飞行阻力。垂直尾翼带有方向舵。
4        飞行原理
垂直起降时,矢量涵道风扇旋转到提供反扭矩位置,直升机飞行控制与传统直升机类似。
在前飞时,随着前飞速度提供矢量涵道逐步旋转到推进状态。高速前飞时机翼为旋翼卸载,由于采用后掠翼梢,旋翼旋转速度适当降低,避免前行桨叶速度超过音速产生激波,但旋翼转速降低幅度小,旋翼前行比不会像传统复合直升机那样大,还能提供较大的升力;与旋翼转速同步的涵道风扇转速也降低,为了满足前飞推力的要求,调整涵道风扇的桨距来增大推力;旋翼降低转速后所需功率降低,涵道风扇调整桨距后功率要求提升,发动机功率从旋翼转移到涵道风扇转换过程平缓;直升机的俯仰操纵依靠水平尾翼和机翼襟副翼配合实现;直升机的滚转操纵依靠左右升降副翼的差动偏转实现;航向稳定性依靠主动控制方向舵来实现。
5        主要设计参数
机长        15米
高度        3米(到桨毂顶部)
翼展        6米
旋翼直径        13米
旋翼数量        5片
涵道风扇直径        1.4米
发动机数量        2台
发动机功率        >1000千瓦
6        预期飞行性能
空重        3吨左右
最大起飞重量        6吨左右
最大飞行速度        450千米/小时左右
巡航速度        400千米/小时
航程        2000千米左右


作完“天骄”快速运输直升机图后,“某某某某”兄弟做了一个武装直升机护航快速运输直升机的图,后来我们发现武装直升机飞行速度跟不上运输直升机,后来就想做一个快速武装直升机,就有了下面的设想:

《苍鹰快速武装直升机》
1        概述
随着V-22直升机的服役,美国陆军提出了“联合多用途”(JMR)直升机项目,贝尔直升机公司的V-280和西科斯基公司的S-97被选中来建造验证机,而这两家公司除了建造验证机外,还提出了基于倾转旋翼和共轴刚性双旋翼的高速武装直升机方案。倾转旋翼和共轴刚性双旋翼都存在一定的技术难度,采用复合直升机技术建造的高速武装直升机技术风险更小,也具有一定的发展潜力。本文提出一种采用矢量风扇技术的高速武装直升机方案,力图通过采用更成熟的技术以更低成本的实现高速武装直升机。
2        需求分析
上世纪六十年代美国陆军曾提出过高速武装直升机要求,后来越南战争爆发以及被选中的洛克希德“夏延人”碰到技术难题造成坠毁,高速武装直升机项目被放弃,研制了阿帕奇武装直升机。
进入二十一世纪后,随着V-22的服役,运输直升机的飞行速度超过了武装直升机,这使得运输直升机缺少合适的护航武装直升机,而现代战争更强调快速响应,故美军提出了新一代直升机研制项目,即联合多用途直升机项目,贝尔直升机公司的V-280和西科斯基的S-92入选并建造验证机,这两家公司基于自己所采用的技术都提出了高速武装直升机的方案:贝尔直升机公司在V-280的基础上 通过变更挂载方案实现武装攻击功能,但是V-280的倾转旋翼在前飞时遮挡机翼挂架,需要采用机身腹部挂架方式来挂载武器;西科斯基共轴刚性双旋翼方案在挂载灵活性上更强,西科斯基公司早在2000年左右就提出了共轴刚性双旋翼武装直升机方案,但是由于刚性共轴双旋翼在刚性旋翼材料、飞行控制、振动控制等方面都存在难题,加之美陆军装备遥遥领先于世界各国,西科斯基公司更多是通过自行投资来进行探索,发展速度并不快。除此而外,美国海军和陆军进行速度鹰直升机的研制,欧洲直升机公司发展出X-3项目。这些验证机展示了其在提高飞行速度的潜力,提高武装直升机的飞行速度逐渐成为一个趋势,美国各大直升机公司进行相关研究,希望为今后高速武装直升机项目进行未雨绸缪式的准备。
对于我们国家,同样也要注意到其它国家在武装直升机提高飞行速度所做的努力,要提出具有自己特色的、技术实现难度小,投资较低的高速武装直升机方案。
3        总体设计
苍鹰高速武装直升机总体设计方案示意图如下:
三面图.jpg
说明图.jpg
效果图.jpg
如上图所示,苍鹰直升机采用单旋翼和矢量风扇复合直升机方案,旋翼翼梢后掠,满足更高飞行速度的要求;矢量涵道风扇在垂直起降和低速飞行时,可以提供平衡旋翼的反扭矩,在高速飞行时,垂直尾翼能够提供足够的反扭矩,矢量风扇转动来到风扇来推动直升机具有更高的飞行速度。
3.1        总体参数和特性考虑
目前世界各国武装直升机重量在6-10吨之间,其中美国和俄罗斯研制并生产起飞重量在10吨大型武装直升机,其余国家自行研制或者购买的武装直升机其是起飞重量基本是在6-8吨之间,故总体上考虑快速武装直升机起飞重量在6-8吨之间。
现代武装直升机越来越强调隐身性能、噪音低以及安全性高,在未来的武装直升机设计方面也需要考虑这方面的要求。同时在飞行速度方面,高速武装直升机飞行速度应该超过400千米/小时。
3.2        总体布局设计考虑
传统武装直升机采用的是窄机身、带机翼的单旋翼直升机方案,由于机翼的存在使得前飞时机翼可以提供升力为旋翼卸载,旋翼可以有更大的倾斜角度来提高飞行速度,故当前主流的武装直升机飞行速度都比较高。但是,当前武装直升机要突破400千米/小时的速度限制仅仅靠增加机翼是不足的,必须得考虑利用螺旋桨来提供前进的推力,在这方面有两个典型的例子:一个是速度鹰采用的涵道风扇加矢量喷管来在低速;一个是X-3方案,在旋翼下面装上机翼和螺旋桨。这两个方案中,X-3将螺旋桨安装在机身两侧的机翼翼梢,在前飞时遮挡了机翼,在机翼下无法挂载弹药,故上述两种方案都存在各自缺点。综合考虑武装直升机需要挂载各种弹药,故不适宜采用类似X-3布局,应该采用尾部布置矢量推力的方式。
对于尾部矢量方式,速度鹰的涵道矢量导管是一种实现方式,但是该实现方式需要体积巨大的矢量导管,涵道越大体积和重量代价更大,故提出通过可转动的涵道风扇实现矢量控制,为了整体尺寸紧凑结构设计容易实现,将涵道风扇置于尾梁上部,水平尾翼与尾梁平行,垂直尾翼向下布置,避免对涵道风扇形成遮挡。
采用上述设计,涵道风扇比外露的涵道风扇更为安全,涵道风扇在重量方面付出代价较低。
3.3        旋翼、矢量涵道风扇、机翼系统设计
根据文献[3]的研究,矩形旋翼要提高飞行速度到超过400千米/小时,为了避免旋翼不出现激波,旋翼的转速就得下降到原来转速的75%,这使得旋翼提供升力大大下降,旋翼的前进比大,旋翼反流面积大,需要更大面积的机翼来提供足够的升力,这增加了机翼重量,使得直升机载重效率降低。为了降低整体重量,机翼重量就要适当降低,机翼面积要减小,机翼面积减小带来升力减小,旋翼就得在高速飞行时提供更大的升力,旋翼转速就不能下降很多,高旋翼转速且不能出现激波阻力,旋翼就采用后掠翼梢来降低激波。
旋翼系统建议采用5片桨叶和球柔性桨毂并进行整流,减小阻力。设定武装直升机的起飞重量是6吨级别,旋翼直径13米,尾部涵道风扇直径为1.4米。机翼面积建议为6平方米,翼载500千克/平方米,高速飞行时机翼可提供50%以上的升力。机翼设置大面积襟副翼,在垂直起飞降落时下偏减小对下洗遮挡。
3.4        动力和传动系统设计
根据当前几种主要的武装直升机的重量和动力系统情况,动力系统建议采用1000千瓦左右发动机。
传动系统设计与主要的武装直升机类似,旋翼系统采用类似的减速器。由于采用了旋翼翼梢后掠,高速飞行时旋翼转速也需要降低,但转速降低速度幅度较小,发动机输出轴在前飞时转动速度降低较小,涵道风扇通过调整桨矩就可以满足推力需要,相应的涵道风扇的可以采用锥形齿轮结构达实现,复杂程度与当前直升机尾桨相当。
3.5        其它设计
机身采用近似5边形截面,具有更好的隐形性能,迎风阻力小。起落架采用可收放式三点起落架,减小起落架飞行阻力。垂直尾翼带有方向舵。
4        飞行原理
垂直起降时,矢量涵道风扇旋转到提供反扭矩位置,直升机飞行控制与传统直升机类似。
在前飞时,随着前飞速度提供矢量涵道逐步旋转到推进状态。高速前飞时机翼为旋翼卸载,由于采用后掠翼梢,旋翼旋转速度适当降低,避免前行桨叶速度超过音速产生激波,但旋翼转速降低幅度小,旋翼前行比不会像传统复合直升机那样大,还能提供较大的升力;与旋翼转速同步的涵道风扇转速也降低,为了满足前飞推力的要求,调整涵道风扇的桨距来增大推力;旋翼降低转速后所需功率降低,涵道风扇调整桨距后功率要求提升,发动机功率从旋翼转移到涵道风扇转换过程平缓;直升机的俯仰操纵依靠水平尾翼和机翼襟副翼配合实现;直升机的滚转操纵依靠左右升降副翼的差动偏转实现;航向稳定性依靠主动控制方向舵来实现。
5        主要设计参数
机长        15米
高度        3米(到桨毂顶部)
翼展        6米
旋翼直径        13米
旋翼数量        5片
涵道风扇直径        1.4米
发动机数量        2台
发动机功率        >1000千瓦
6        预期飞行性能
空重        3吨左右
最大起飞重量        6吨左右
最大飞行速度        450千米/小时左右
巡航速度        400千米/小时
航程        2000千米左右


补充说明一下上面两款直升机设计构思考虑:

“天骄”快速运输直升机从传动结构上来说要比V-44和中航“蓝鲸”要简单,技术难度更小;与X-2相比没有刚性旋翼的材料研制难题和振动问题;比米-26的飞行速度更快。设计中对于发动机和总体重量、桨盘载荷都是按照米-26的数据来进行计算的,所以基本上是属于能够借助现有技术手段有可能实现的。
“天骄”构思的核心目的是在重量效率、飞行速度等方面更为均衡,V-22的重量效率低,飞行速度比较快,但是用于替代传统直升机几乎做不到,由V-22发展而来的V-44估计多少面对着方面的问题。

“苍鹰”快速武装直升机刚开始构思是旋转尾桨,相当于把倾转旋翼给装到尾部,装在尾部的推进螺旋桨比欧洲X-3的有利之处在于其不会影响机身两侧接近,也不影响机翼下挂载武器。“某某某某”建议选择涵道风扇,后来考虑到科曼奇直升机使用了涵道风扇,也看到科曼奇计划把重量增加到6吨,如果我们把直升机重量限制在6吨,那么也可以用涵道风扇,而且还能增加安全性。我们一开始将涵道风扇装在类似现在直九的位置,然后让涵道风扇转动,后来感觉比较难看,就换到了上面。

在构思“苍鹰”快速武装直升机时发现西科斯基早期也有可转动尾桨的设计,而且西科斯基还改了一款飞机进行测试。不过我们的设计构思还是有所不同,也算是一个新的构思。

我们在构思上面设想时还是做了一些调查工作,查询了国内和美国专利,查询了过去几年国内飞机设计大赛看有没有类似的设计,基本上可以确认没有类似设计才去参加的。

当然限于个人能力和注重可实现性,我们没有做太胆大的设想,也没有做绚丽的效果,与大赛的取向可能不一致,最终没有入围。但是这些想法还是有一定可取之处的,就拿出来供大家参考。

补充说明一下上面两款直升机设计构思考虑:

“天骄”快速运输直升机从传动结构上来说要比V-44和中航“蓝鲸”要简单,技术难度更小;与X-2相比没有刚性旋翼的材料研制难题和振动问题;比米-26的飞行速度更快。设计中对于发动机和总体重量、桨盘载荷都是按照米-26的数据来进行计算的,所以基本上是属于能够借助现有技术手段有可能实现的。
“天骄”构思的核心目的是在重量效率、飞行速度等方面更为均衡,V-22的重量效率低,飞行速度比较快,但是用于替代传统直升机几乎做不到,由V-22发展而来的V-44估计多少面对着方面的问题。

“苍鹰”快速武装直升机刚开始构思是旋转尾桨,相当于把倾转旋翼给装到尾部,装在尾部的推进螺旋桨比欧洲X-3的有利之处在于其不会影响机身两侧接近,也不影响机翼下挂载武器。“某某某某”建议选择涵道风扇,后来考虑到科曼奇直升机使用了涵道风扇,也看到科曼奇计划把重量增加到6吨,如果我们把直升机重量限制在6吨,那么也可以用涵道风扇,而且还能增加安全性。我们一开始将涵道风扇装在类似现在直九的位置,然后让涵道风扇转动,后来感觉比较难看,就换到了上面。

在构思“苍鹰”快速武装直升机时发现西科斯基早期也有可转动尾桨的设计,而且西科斯基还改了一款飞机进行测试。不过我们的设计构思还是有所不同,也算是一个新的构思。

我们在构思上面设想时还是做了一些调查工作,查询了国内和美国专利,查询了过去几年国内飞机设计大赛看有没有类似的设计,基本上可以确认没有类似设计才去参加的。

当然限于个人能力和注重可实现性,我们没有做太胆大的设想,也没有做绚丽的效果,与大赛的取向可能不一致,最终没有入围。但是这些想法还是有一定可取之处的,就拿出来供大家参考。


汇总说一下,由于个人没有看到这些作品的设计说明,只能根据图片来说说看法。这些只是个人看法,不见得对,供大家参考。

所有入围作品公示在下面链接:
http://www.avicopterdc.com/index ... mp;a=type&tid=4

1、A-BEE
   构思挺新颖,具有可实现性。曾经对俯仰平衡有点疑问,因为这种小型飞行器很难像V-22那样设置周期距来适应重心变化,后来想了一下可以通过“尾部”调整来进行俯仰控制,但是能不能这样实现还是有点问题,因为其尾部和第三对腿有起到俯仰控制的膜。对于两边的涵道风扇,建议可以改成是风扇装到十字支撑结构的下面,这样效率更高,对风扇也是一个保护。
01-A-BEE.jpg
2、天刑者
   对于这种在机翼上设置风扇结构都有点怀疑其实用性,因为在上世纪六七十年代美国做过很多机翼上装风扇的试验,效果都一般,因为风扇的面积不会很大,升力有限。所以这个结构不看好其能变成是真正的实物。
02-天刑者.jpg
3、飞梭巡航者
   根据图上,可以看出其用于线路巡检,这算是有一定实际需求的地方。结构布局上是可以实现的。不过说实话如果是干这个活可能会有更合适的设计,是不是用这种结构有点疑问。
03-飞梭巡航者 .jpg
4、金雕未来直升机
   明显能够看出这个设计利用两边的小风扇来进行俯仰和左右平衡设计的意图,不过这个结构的驱动结构会显得复杂,尤其是单发失效时如何实现驱动是个问题。另外上面架个机翼结构不如将其与下面机身放在一个平面,这样传动结构也好布置,湿面积也小。
04金雕未来直升机 .jpg
5、WZ-100勇士
   图做的很炫,但是那个旋翼怎么折叠的看不明白,就目前而言,旋翼在飞行中折叠的方案基本都会面临直升机向飞机模式转换存在升力过渡不平滑的问题,波音X-50的机翼和旋翼互转结构在悬停向平飞转换时基本没有成功过,最后放弃,所以这个方案的可行性存疑。
05-WZ-100勇士.jpg
6、灰背鲸垂直起降高速旋翼飞行器
   这个设计相当于V-44的变种,显然这个设计可动结构很大,真的让人感到有点担心,就目前而言V-44都没真正投入使用去研制,个人认为这个设计基本不大可能实用化。相对而言我们的设计更有可能实现。
06-灰背鲸垂直起降高速旋翼飞行器.jpg
7、虎鲸未来直升机
   图小且没有标示设计原理,看样子像是多风扇飞行器。多风扇飞行器实际上与大疆的多风扇飞行器原理上类似,可能会多一些让风扇倾转的设计。结构上能够实现,但风扇不适合做成大型直升机,尤其是其效率和旋翼结构无法相比。如果这个像A-BEE那样的无人机是没有问题的,如果是有人机的话,就得打打折扣了。
07虎鲸未来直升机.jpg
8、蜻蜂号个人飞行器
   这个结构让人想起汤姆.克鲁斯主演的《遗落战境》中驾驶的飞机,不同的是把机身两侧的发动机改成了风扇。和上面“虎鲸”一样,同样是效率问题。
08-蜻蜂号个人飞行器 .jpg
9、“绝影-X”抗坠毁结构无人直升机
   一个有意思的设计,的确在三个旋翼/螺旋桨下都有支撑结构,支撑面大,能够更好的进行支撑;上面还有一个类似伞装结构,也可以起到保护作用(图上看如此)。没有看到其作品文字描述,单纯从图上看的话,这样结构和四旋翼风扇结构似乎也没有更多优势。大家可以谈谈对这个设计的看法。
09-“绝影-X”抗坠毁结构无人直升机.jpg
10、百变骑士个人飞行器
   图做的很炫,设计上融合了涵道风扇、机翼和轮子等设计,其中涵道风扇和轮子融为一体是个创新。不过这类结构也会面临风扇的效率问题,而风扇和轮子融为一体后如何在行驶和垂直起飞转换是个问题。所以我们实际看到大多数比较实用的飞行汽车或者直升机还是用旋翼或者机翼比较多,轮子一般是和起落架一起设计,这样更实用。所以这个设计很炫,但可行性是个问题。
10-百变骑士个人飞行器.jpg
11、城市治霾无人直升机
   图上字太小,不明白其工作原理,估计是不是像吸尘器那样工作。原则上雾霾要像吸尘器那样工作可能会有问题,空气范围太大了,真正雾霾治理还是少排放为好,这才是治本之道。
11-城市治霾无人机.png
12、智凌飞行器
   还是机翼上设置风扇的问题,这个设计把机翼弦长增大,试图给让风扇的直径更大一些。说实话,如果是类似F-35那样就是短距离起降和垂直降落这样设计并无不可,但如果是侧重直升机功能,这样的设计仍然面临风扇效率问题。
12-智凌飞行器 .jpg
13、扶风磁能旋翼折叠无人机
   根据图片和命名来猜测该直升机是利用电磁力驱动风扇旋转,在某种程度上相当于把电动机设计成风扇样子,算是新驱动原理,是否可行要看电机原理是否行得通,对电动机不了解,就不多说了。
13-扶风磁能旋翼折叠无人机.jpg
14、风灵无人机
   就图上结构看中间的旋翼似乎在平飞是可以停转,有点类似波音X-50的设计,这类设计目前来看原理上有问题。如果中间旋翼不停转,那么就是类似传统直升机带驱动风扇结构,旋翼的驱动力和平衡旋翼扭转力矩看不出如何实现。由于信息太少,图太小,实在难以猜测明白其创意在何处。
14-风灵无人机.jpg
15、大白无人机
   看样子“大白”取名来自于《超能陆战队》中的“大白”。公布的图太简单,猜测是有部分是类似“大白”的充气结构,重量轻,可能具有一定的浮力,需要风扇或者旋翼小,可以飞起来。信息太少,目前也就只能猜测到这个地步。
15-大白无人机.jpg

汇总说一下,由于个人没有看到这些作品的设计说明,只能根据图片来说说看法。这些只是个人看法,不见得对,供大家参考。

所有入围作品公示在下面链接:
http://www.avicopterdc.com/index ... mp;a=type&tid=4

1、A-BEE
   构思挺新颖,具有可实现性。曾经对俯仰平衡有点疑问,因为这种小型飞行器很难像V-22那样设置周期距来适应重心变化,后来想了一下可以通过“尾部”调整来进行俯仰控制,但是能不能这样实现还是有点问题,因为其尾部和第三对腿有起到俯仰控制的膜。对于两边的涵道风扇,建议可以改成是风扇装到十字支撑结构的下面,这样效率更高,对风扇也是一个保护。
01-A-BEE.jpg
2、天刑者
   对于这种在机翼上设置风扇结构都有点怀疑其实用性,因为在上世纪六七十年代美国做过很多机翼上装风扇的试验,效果都一般,因为风扇的面积不会很大,升力有限。所以这个结构不看好其能变成是真正的实物。
02-天刑者.jpg
3、飞梭巡航者
   根据图上,可以看出其用于线路巡检,这算是有一定实际需求的地方。结构布局上是可以实现的。不过说实话如果是干这个活可能会有更合适的设计,是不是用这种结构有点疑问。
03-飞梭巡航者 .jpg
4、金雕未来直升机
   明显能够看出这个设计利用两边的小风扇来进行俯仰和左右平衡设计的意图,不过这个结构的驱动结构会显得复杂,尤其是单发失效时如何实现驱动是个问题。另外上面架个机翼结构不如将其与下面机身放在一个平面,这样传动结构也好布置,湿面积也小。
04金雕未来直升机 .jpg
5、WZ-100勇士
   图做的很炫,但是那个旋翼怎么折叠的看不明白,就目前而言,旋翼在飞行中折叠的方案基本都会面临直升机向飞机模式转换存在升力过渡不平滑的问题,波音X-50的机翼和旋翼互转结构在悬停向平飞转换时基本没有成功过,最后放弃,所以这个方案的可行性存疑。
05-WZ-100勇士.jpg
6、灰背鲸垂直起降高速旋翼飞行器
   这个设计相当于V-44的变种,显然这个设计可动结构很大,真的让人感到有点担心,就目前而言V-44都没真正投入使用去研制,个人认为这个设计基本不大可能实用化。相对而言我们的设计更有可能实现。
06-灰背鲸垂直起降高速旋翼飞行器.jpg
7、虎鲸未来直升机
   图小且没有标示设计原理,看样子像是多风扇飞行器。多风扇飞行器实际上与大疆的多风扇飞行器原理上类似,可能会多一些让风扇倾转的设计。结构上能够实现,但风扇不适合做成大型直升机,尤其是其效率和旋翼结构无法相比。如果这个像A-BEE那样的无人机是没有问题的,如果是有人机的话,就得打打折扣了。
07虎鲸未来直升机.jpg
8、蜻蜂号个人飞行器
   这个结构让人想起汤姆.克鲁斯主演的《遗落战境》中驾驶的飞机,不同的是把机身两侧的发动机改成了风扇。和上面“虎鲸”一样,同样是效率问题。
08-蜻蜂号个人飞行器 .jpg
9、“绝影-X”抗坠毁结构无人直升机
   一个有意思的设计,的确在三个旋翼/螺旋桨下都有支撑结构,支撑面大,能够更好的进行支撑;上面还有一个类似伞装结构,也可以起到保护作用(图上看如此)。没有看到其作品文字描述,单纯从图上看的话,这样结构和四旋翼风扇结构似乎也没有更多优势。大家可以谈谈对这个设计的看法。
09-“绝影-X”抗坠毁结构无人直升机.jpg
10、百变骑士个人飞行器
   图做的很炫,设计上融合了涵道风扇、机翼和轮子等设计,其中涵道风扇和轮子融为一体是个创新。不过这类结构也会面临风扇的效率问题,而风扇和轮子融为一体后如何在行驶和垂直起飞转换是个问题。所以我们实际看到大多数比较实用的飞行汽车或者直升机还是用旋翼或者机翼比较多,轮子一般是和起落架一起设计,这样更实用。所以这个设计很炫,但可行性是个问题。
10-百变骑士个人飞行器.jpg
11、城市治霾无人直升机
   图上字太小,不明白其工作原理,估计是不是像吸尘器那样工作。原则上雾霾要像吸尘器那样工作可能会有问题,空气范围太大了,真正雾霾治理还是少排放为好,这才是治本之道。
11-城市治霾无人机.png
12、智凌飞行器
   还是机翼上设置风扇的问题,这个设计把机翼弦长增大,试图给让风扇的直径更大一些。说实话,如果是类似F-35那样就是短距离起降和垂直降落这样设计并无不可,但如果是侧重直升机功能,这样的设计仍然面临风扇效率问题。
12-智凌飞行器 .jpg
13、扶风磁能旋翼折叠无人机
   根据图片和命名来猜测该直升机是利用电磁力驱动风扇旋转,在某种程度上相当于把电动机设计成风扇样子,算是新驱动原理,是否可行要看电机原理是否行得通,对电动机不了解,就不多说了。
13-扶风磁能旋翼折叠无人机.jpg
14、风灵无人机
   就图上结构看中间的旋翼似乎在平飞是可以停转,有点类似波音X-50的设计,这类设计目前来看原理上有问题。如果中间旋翼不停转,那么就是类似传统直升机带驱动风扇结构,旋翼的驱动力和平衡旋翼扭转力矩看不出如何实现。由于信息太少,图太小,实在难以猜测明白其创意在何处。
14-风灵无人机.jpg
15、大白无人机
   看样子“大白”取名来自于《超能陆战队》中的“大白”。公布的图太简单,猜测是有部分是类似“大白”的充气结构,重量轻,可能具有一定的浮力,需要风扇或者旋翼小,可以飞起来。信息太少,目前也就只能猜测到这个地步。
15-大白无人机.jpg


楼主的方案图片还不够炫酷啊。这种比赛从来都比的是不可实现性,可实现性越高的得分越低。楼主没必要沮丧啦。

楼主的方案图片还不够炫酷啊。这种比赛从来都比的是不可实现性,可实现性越高的得分越低。楼主没必要沮丧啦。
这个“天骄重型快速运输直升机”很像波音的一款在CH-47基础上发展的技术验证机,不过好像MD陆军不太感兴趣最后无疾而终没了下文
这个“天骄重型快速运输直升机”很像波音的一款在CH-47基础上发展的技术验证机,不过好像MD陆军不太感兴趣 ...
波音那个是只装机翼没有翼稍驱动前飞结构,还是不一样的。
波音现在研究的是给旋翼顶部加机翼,设想很有意思但个人不看好其前途。
楼主的方案图片还不够炫酷啊。这种比赛从来都比的是不可实现性,可实现性越高的得分越低。楼主没必要沮丧啦 ...
你说的有道理,可能我们更看重能不能做出来了。
与那个“灰背鲸垂直起降高速旋翼飞行器”相比,“灰背鲸”基本无法实现,尤其是单发失效很难处理,把左右可旋转结构太大太复杂,也很重,这个能入围,算是设想够大胆吧。
TSQ 发表于 2015-9-1 15:49
波音那个是只装机翼没有翼稍驱动前飞结构,还是不一样的。
波音现在研究的是给旋翼顶部加机翼,设想很有 ...
支奴干+鱼鹰,这款直升机的驱动轴系统得有多复杂?就算让波音来做也不敢保证能很快搞定
TSQ 发表于 2015-9-1 15:57
你说的有道理,可能我们更看重能不能做出来了。
与那个“灰背鲸垂直起降高速旋翼飞行器”相比,“灰背鲸 ...
参加这种比赛就要胆肥敢想
除了小蜜蜂那个有微型无人机的潜质,其他的看不出有多少可行性。

asseggfly760925 发表于 2015-9-1 16:00
支奴干+鱼鹰,这款直升机的驱动轴系统得有多复杂?就算让波音来做也不敢保证能很快搞定


比V44的驱动轴简单,这个驱动是“十”字布置,V44是“工”字布置,要复杂多了。
中航直升机提出的蓝鲸也是类似V-44,驱动也和V44同样复杂 ,都没我们设想的简单。
那个“灰背鲸”的驱动恐怕会更难。
asseggfly760925 发表于 2015-9-1 16:00
支奴干+鱼鹰,这款直升机的驱动轴系统得有多复杂?就算让波音来做也不敢保证能很快搞定


比V44的驱动轴简单,这个驱动是“十”字布置,V44是“工”字布置,要复杂多了。
中航直升机提出的蓝鲸也是类似V-44,驱动也和V44同样复杂 ,都没我们设想的简单。
那个“灰背鲸”的驱动恐怕会更难。
除了小蜜蜂那个有微型无人机的潜质,其他的看不出有多少可行性。
小蜜蜂我也觉得是最可取的,其他的都或多或少有些问题。
TSQ 发表于 2015-9-1 16:18
比V44的驱动轴简单,这个驱动是“十”字布置,V44是“工”字布置,要复杂多了。
中航直升机提出的蓝鲸 ...
但是V-44或者蓝鲸起码四副旋翼的功率基本相同,即使是工字型传动也不会很麻烦(相对而言),一套传动系统基本能够搞定。而“天骄”这个看上去应该是前后旋翼的功率要远大于左右旋翼的,这样一来就算只是十字型传动横向轴和纵向轴的功率也大不一样,应该需要两套传动系统,这就比较难办了
但是V-44或者蓝鲸起码四副旋翼的功率基本相同,即使是工字型传动也不会很麻烦(相对而言),一套传动系统 ...
不需要两套驱动:虽然前后旋翼和左右旋翼所需要功率不同,但转速成比例,旋翼是负载结构,即传动轴上传递多大功率与旋翼的大小和迎角有关,旋翼状态和转速确定,传动轴上功率就是确定的。

V44的“工字”布局主要原因是避免单发失效,一台发动机失效后要其它三台来通过传动轴传输动力给失效的旋翼,中间控制恐怕更为复杂,转速和功率协调难度更大。
TSQ 发表于 2015-9-1 16:45
不需要两套驱动:虽然前后旋翼和左右旋翼所需要功率不同,但转速成比例,旋翼是负载结构,即传动轴上传递 ...
其实不想上两套传动系统的话也有办法,只是同样比较麻烦,那就是在传动轴十字交叉的位置设一个自动控制的功率分配器(其实有点类似越野车上的分动箱)用来调节两个方向上旋翼的功率差及功率变化(高速平飞和悬停两种状态旋翼的功率是不同的)。我认为这个方案论最高平飞速度应该比不上V-44或蓝鲸,不过可能悬停状态有些优势,毕竟是在支奴干基础上发展而来的,虽然有类似鱼鹰的倾转旋翼结构,但其毕竟主要在平飞时起主要作用,而在悬停状态基本上跟支奴干差不多,主要是纵向两个旋翼起作用,倾转旋翼部分应该只起到姿态控制的作用
TSQ 发表于 2015-9-1 14:54
汇总说一下,由于个人没有看到这些作品的设计说明,只能根据图片来说说看法。这些只是个人看法,不见得对, ...

那个12号能不能不抄我加达里铁轰?

QQ截图20150901170601.jpg


俺认为未来高速直升机需采用倾转旋翼和共轴双旋翼+刚性桨+推进桨这两种布局。
倾转旋翼机分为重型和中型两种,典型代表V-44和V-22,适合远距离物资的快速投送,对悬停功能要求低,而对航程-载荷性能要求高,缺点是起降占地大,特别是V-44不能折叠,不能常驻两栖舰,只能临时起降;双发的V-22则可以充分折叠,但运载能力、货仓尺寸受限。
共轴双旋翼+刚性桨+推进桨适用范围更广,理论上现在的运输直升机、武装直升机、反潜直升机都可以采用这种构型,航程不如倾转旋翼飞机,但悬停能力好,而且相同载重条件下占地面积小(可上舰),典型代表卡92(放大后可成为高速版CH-53K,弥补V-44不能常驻两栖舰的遗憾)、AVX(反潜、突击、特战)、X-2(侦查、武直)。

而楼主的设想基本是介于这两种构型之间,悬停能力强于倾转旋翼飞机(前后两个旋翼面积大),速度、航程-载荷比共轴双旋翼+刚性桨+推进桨构型快(推进功率大,翼面积大),但优点也伴随着不足,其悬停能力不如共轴双旋翼+刚性桨+推进桨构型,速度、航程-载荷不如倾转旋翼飞机,而且折叠问题依旧难以解决,传动系统则比共轴双旋翼+刚性桨+推进桨复杂得多,作战效能自然不如专用的两种构型,因此俺认为总体而言还是缺点多于优点,不如分开来效率高。。。
感觉像进入未来了一样,搞创意设计果然需要脑洞大开啊
旋翼越大,效率越高。这个基本的道理,很多人好像还不知道就搞各种所谓的创新了。
其实不想上两套传动系统的话也有办法,只是同样比较麻烦,那就是在传动轴十字交叉的位置设一个自动控制的 ...
你说的正好是我们的思路。
我们的想法是不追求更高的速度,巡航速度设定在400公里/小时,比不上V44和蓝鲸。我们的想法是降低技术实现难度,并且能够实现旋翼自旋,因为现在的V22旋翼直径小基本不能自旋。
另外我们考虑了重量效率和桨盘载荷,现在V22桨盘载荷大,旋停效率低,最大起飞重量有20吨,载荷只有5吨,重量效率低。相对而言支奴干最大起飞重量在20-25吨,载荷能到10-12吨样子,我们想有较高载荷能力情况下提高飞行速度。
对于你说的功率分配方法,是个可参考的方法,我们还没有想到那么多。我们的想法更像是四驱车把四个轮转速锁定。说实话功率分配应该需要考虑中间传动轴受力比较稳定,这方面有很多细节,限于能力我们没有考虑那么深,只是查了直升机传动设计认为我们总体方案可以实现而已。

CVN福特 发表于 2015-9-1 17:13
俺认为未来高速直升机需采用倾转旋翼和共轴双旋翼+刚性桨+推进桨这两种布局。
倾转旋翼机分为重型和中型两 ...


共轴刚性旋翼西科斯基是1968年就提出的,到21世纪后才算有真正实用的验证机,可见其研制难度。
我们不是不知道共轴刚性旋翼的作用,但我们也看到上面面临的问题,我们的方案是退而求其次,用复合直升机的策略来降低实现难度。

刚性旋翼的问题包括材料问题和振动问题,旋停效率是比较高的。我们方案在材料上不需要刚性旋翼,柔性旋翼也能够解决振动问题。旋停效率方面希望借助左右旋翼能够倾转实现一物多用来降低死重,提高效率。
至于最终的优点和缺点,看从什么方面来衡量,如果V44和X2碰到技术难题无法克服,那么我们的方案也是可以考虑的,如果他们的都能能实现,我们的方案放弃掉也是可以的。
CVN福特 发表于 2015-9-1 17:13
俺认为未来高速直升机需采用倾转旋翼和共轴双旋翼+刚性桨+推进桨这两种布局。
倾转旋翼机分为重型和中型两 ...


共轴刚性旋翼西科斯基是1968年就提出的,到21世纪后才算有真正实用的验证机,可见其研制难度。
我们不是不知道共轴刚性旋翼的作用,但我们也看到上面面临的问题,我们的方案是退而求其次,用复合直升机的策略来降低实现难度。

刚性旋翼的问题包括材料问题和振动问题,旋停效率是比较高的。我们方案在材料上不需要刚性旋翼,柔性旋翼也能够解决振动问题。旋停效率方面希望借助左右旋翼能够倾转实现一物多用来降低死重,提高效率。
至于最终的优点和缺点,看从什么方面来衡量,如果V44和X2碰到技术难题无法克服,那么我们的方案也是可以考虑的,如果他们的都能能实现,我们的方案放弃掉也是可以的。

TSQ 发表于 2015-9-1 17:45
共轴刚性旋翼西科斯基是1968年就提出的,到21世纪后才算有真正实用的验证机,可见其研制难度。
我们不 ...


总结起来你们的方案可以视为推进桨可偏转的X-3高速直升机(机体换成CH-46/47),相比现有直升机技术提高不多,研制难度相对较低,但性能自然也比不上更高大上的构型方案。。。


TSQ 发表于 2015-9-1 17:45
共轴刚性旋翼西科斯基是1968年就提出的,到21世纪后才算有真正实用的验证机,可见其研制难度。
我们不 ...


总结起来你们的方案可以视为推进桨可偏转的X-3高速直升机(机体换成CH-46/47),相比现有直升机技术提高不多,研制难度相对较低,但性能自然也比不上更高大上的构型方案。。。

和X3还是有不同,X3两侧的螺旋桨无法倾转,旋停是要靠旋翼提供升力,我们的方案在旋停时可以提供升力。另外X3方案在旋停时从侧面接近很危险,因为那个左右螺旋桨会打到人,我们这个方案在旋停时旋翼不会打到人,要更安全一些。

我们有个与X3功能类似的设计,或者说与速度鹰有点类似的设计,能够达到类似X3 的速度,并解决了侧向进出座舱安全性的问题。
TSQ 发表于 2015-9-1 17:40
你说的正好是我们的思路。
我们的想法是不追求更高的速度,巡航速度设定在400公里/小时,比不上V44和蓝 ...
英雄所见略同不过这个方案只适用于陆基型,而对于占地非常敏感的舰载型则无能为力——倾转旋翼部分无法简单折叠(其实想折叠也能做到,只不过会非常麻烦得不偿失并且可靠性成问题),虽然其有悬停方面的优势不过一般对于这类重型直升机(看到其舱内的09步战想必其载荷应该在23吨往上,超过现在世界最大直升机米26)悬停性能的要求不会太高(由于旋翼直径巨大,必须选择较空旷的平坦坚实地面作为起降场,即使悬停性能较差也不会有太多危险,除非周围有便携防空弹或RPG埋伏),而对于其速度与荷载航程的要求却会比较高。这样一来此方案的特点既悬停能力较好就没有太大的用武之地,而速度与航程的短板却凸显出来。所以如果我是总装首长的话就不会选择这种适应性不高而短板较明显的方案。
英雄所见略同不过这个方案只适用于陆基型,而对于占地非常敏感的舰载型则无能为力——倾转 ...
这个想法没有去想舰载,舰载见我的另外一个设想:
http://lt.cjdby.net/forum.php?mod=viewthread&tid=2014889
速度我们设想巡航速度400公里/小时,载荷最大是20吨,载重15吨时能飞2000公里。这些指标比现在米26高一些。我们设定的主要性能参数(除了飞行速度外)基本和米26相同,是比照着米26来进行考虑的。
对于米26的需求量,到今天为止米26一共生产了300多架,可以说仍然具有市场需求。
“某某某某”兄弟画图画了装甲车,但实际使用中能不能载重20吨以上的装甲车要看实际能够做到什么。
楼主,那个方案小旋翼不转更好,两幅主旋翼足够提供升力,小旋翼只要提供部分推力就可以了,更简单,更可靠
已经更新补充文字和图片,大家可以去看了。
v捕鱼捞虾v 发表于 2015-9-1 19:20
楼主,那个方案小旋翼不转更好,两幅主旋翼足够提供升力,小旋翼只要提供部分推力就可以了,更简单,更可靠
两侧旋翼如果不转动从两侧接近太危险。

两侧旋翼旋转的话,可以减小前后旋翼直径,从而减轻部分重量,也降低一定阻力。
有没有人能科普下无叶片风扇的原理,能不能做成新式飞行器,求教!
xjinhao007 发表于 2015-9-1 21:15
有没有人能科普下无叶片风扇的原理,能不能做成新式飞行器,求教!
无叶风扇采用的是气流引射原理,用在直升机上效率不高:无叶风扇其实是把风扇藏在下面的圆柱内,让下面圆柱内的风扇吹到上面圆形圈上,圆形圈上开口,利用气流的引射原理来带动圆形圈上的气流去吹动。

引射原理在早期垂直起降战斗机上测试过,效果不好,最终采用的还是风扇和旋翼方案。
此类比赛,关键是比的是创意,不是比可行性,而且这种创意或者说奇思妙想对专业的科研人员有无启发性。比可行性,业余爱好者怎么也比不上专业的科研人员。纵观入围作品,无不围绕新技术新材料新气动布局做文章,楼主设计的作品没有体现出以上特点,而是围绕现有的气动做叠加,突出可行性,未能入围确实遗憾。
整那么多旋翼,是为了让我兔更高,更高,更强吗
此类比赛,关键是比的是创意,不是比可行性,而且这种创意或者说奇思妙想对专业的科研人员有无启发性。比可 ...
其实上面所有的方案都是没有新的气动突破,都是组合,只是组合方式不同。
他们组合强调了新颖性,但实际上不少核心技术是美国六七十年代验证过的,现在最新的直升机设计不大采用的。我们设想的东西也是组合,关注是不是真正可行。
总的来说直升机技术发展到了一个新台阶(瓶颈),突破速度目前做法就是刚性旋翼、倾转旋翼、复合直升机,目前就这几种变来变去,对于我们而言复合直升机更可取,欧洲也是复合直升机的路子,只是看如何复合。我们提出重型用串列双旋翼与倾转旋翼复合,中型以下用单旋翼加可转动尾桨/涵道风扇复合,算是覆盖从大到小整个体系。
整那么多旋翼,是为了让我兔更高,更高,更强吗
我们的旋翼不算多,入围的“灰背鲸”旋翼实际上比我们设想更多,上下两层总计24片旋翼,我们的设想也就14片旋翼。
其实看欧洲X-3直升机,如果把螺旋桨叶片算进去,总计15片,比我们设想的14片还多1片。就是和米26相比,米26主旋翼8片,尾桨5片,总计13片,我们设想也只多一片,实在不算多多少。
汇总说一下,由于个人没有看到这些作品的设计说明,只能根据图片来说说看法。这些只是个人看法,不见得对, ...
看来你们的太实用了
TSQ 发表于 2015-9-1 22:50
其实上面所有的方案都是没有新的气动突破,都是组合,只是组合方式不同。
他们组合强调了新颖性,但实际 ...
你们设计的另外一个重要缺陷就是,旋翼设计太没特点或者说太过平常,直升机的性能与旋翼设计有很大的干系,你们设计的旋翼基本上平直的,没有变化,无法通过旋翼构型提供额外升力变化。而入围的基本上在旋翼结构变化上很有创意(抛开可行性)。
你们设计的另外一个重要缺陷就是,旋翼设计太没特点或者说太过平常,直升机的性能与旋翼设计有很大的干系 ...
其实入围的所有作品中,除了那个磁力风扇和治霾机外,其它机型用的要么是风扇,要么是旋翼,要么是和V22类似的旋翼/螺旋桨,基本都是以前出现过的。
我想你的意思大概是指机翼上装风扇的这些变形吧,的确这次好几个都是机翼上装风扇,一共有5-6个(那个大白可能是也可能不是,现在看不明白),机翼上装风扇总体上不是很可行,我们因为这个原因就没有往那个地方去想,这或许就是思路上的差异。
看过楼主之前的一些设计飞机的帖子,很强大啊感觉。