傾轉(zhuǎn)機(jī)翼飛行器不僅擁有直升機(jī)固有的垂直起降能力,還具備傳統(tǒng)固定翼飛行器特有的高速巡航的特點(diǎn),是目前軍民用飛行器研究的熱點(diǎn)之一。針對(duì)傳統(tǒng)傾轉(zhuǎn)機(jī)翼飛行器存在螺旋槳?dú)鈩?dòng)效率低、傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題,提出四發(fā)串列式傾轉(zhuǎn)機(jī)翼垂直起降布局形式,對(duì)該布局飛行器進(jìn)行總體設(shè)計(jì),完成螺旋槳周?chē)鲌?chǎng)特性、螺旋槳間干擾特性、螺旋槳和機(jī)翼之間干擾特性的研究分析,并制作驗(yàn)證機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證。結(jié)果表明:該布局很好地解決了螺旋槳?dú)鈩?dòng)效率低、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)復(fù)雜的問(wèn)題,具有較強(qiáng)的可實(shí)現(xiàn)性及實(shí)用性。 

【文章來(lái)源】：航空工程進(jìn)展. 2019,10(04)CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１飛行器飛行模擬效果示意圖（ｂ）懸停狀態(tài)

０引言隨著新一代陸軍戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型以及機(jī)械化裝備的快速發(fā)展，陸軍對(duì)無(wú)人機(jī)的能力提出了更高要求，而目前在役的無(wú)人直升機(jī)和固定翼無(wú)人機(jī)都有其先天缺陷，很難進(jìn)一步滿足現(xiàn)代化部隊(duì)的作戰(zhàn)使用需求。因此，同時(shí)兼具無(wú)人直升機(jī)（垂直起降、懸停作業(yè)）和固定翼無(wú)人機(jī)（快速、長(zhǎng)時(shí)間高效飛行）優(yōu)勢(shì)的傾轉(zhuǎn)旋翼／傾轉(zhuǎn)機(jī)翼無(wú)人機(jī)技術(shù)亟待發(fā)展。理論研究方面，國(guó)外對(duì)傾轉(zhuǎn)機(jī)翼式布局飛行器的研究涉及了樣機(jī)試飛［１］、氣動(dòng)性能研究［２－４］和飛行控制測(cè)試［３］等方面。螺旋槳滑流作用會(huì)在很大程度上影響全機(jī)的氣動(dòng)特性，國(guó)內(nèi)外對(duì)螺旋槳／機(jī)翼／機(jī)身之間的干擾作用進(jìn)行了一系列探索［５－１１］，但并未涉及到傾轉(zhuǎn)機(jī)翼式布局螺旋槳／機(jī)翼氣動(dòng)干擾特性的研究。本文基于提高動(dòng)力系統(tǒng)氣動(dòng)效率、簡(jiǎn)化傾轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)和延長(zhǎng)續(xù)航時(shí)間等設(shè)計(jì)目標(biāo)，提出四發(fā)串列式傾轉(zhuǎn)機(jī)翼的布局形式，對(duì)該布局飛行器進(jìn)行氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)和氣動(dòng)特性分析，并制作縮比驗(yàn)證機(jī)進(jìn)行試飛驗(yàn)證。１飛行器氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)本文提出四發(fā)串列式傾轉(zhuǎn)機(jī)翼的氣動(dòng)布局，即串列式傾轉(zhuǎn)機(jī)翼結(jié)合四個(gè)螺旋槳安裝于兩個(gè)機(jī)翼的布局形式，如圖１所示。（ａ）巡航狀態(tài)（ｂ）懸停狀態(tài)圖１飛行器飛行模擬效果示意圖Ｆｉｇ．１Ｆｌｉｇｈｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｑｕａｄ－ｒｏｔｏｒｔａｎｄｅｍｔｉｌｔｉｎｇｗｉｎｇａｉｒｃｒａｆｔ在進(jìn)行飛行器氣動(dòng)布局設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮前后翼間的干擾效應(yīng)，除常規(guī)的機(jī)翼外形參數(shù)，還需要重點(diǎn)設(shè)計(jì)前后翼的安裝參數(shù)。（１）機(jī)翼氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)該串列翼無(wú)人機(jī)的巡航速度為７２ｋｍ／ｈ，故總體設(shè)計(jì)時(shí)機(jī)翼平面形狀采用低速飛機(jī)常用的直機(jī)翼，翼型選擇ＮＡＣＡ４

２滑移網(wǎng)格技術(shù)采用基于多重參考坐標(biāo)系模型的滑移網(wǎng)格技術(shù)對(duì)四發(fā)串列式傾轉(zhuǎn)機(jī)翼飛行器的氣動(dòng)特性進(jìn)行ＣＦＤ數(shù)值模擬。具體為：采用ＩＣＥＭＣＦＤ進(jìn)行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，基于ＳＳＴ湍流模型，通過(guò)在商用仿真軟件ＣＦＸ中求解Ｎ－Ｓ方程獲取流場(chǎng)信息。含螺旋槳飛行器模型的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格如圖３所示，網(wǎng)格數(shù)為１５００萬(wàn)左右。圖３含螺旋槳的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格Ｆｉｇ．３Ｕｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｇｒｉｄｆｏｒａｅｒｏｐｌａｎｅｃｏｎｔａｉｎｉｎｇｐｒｏｐｅｌｌｅｒ?yàn)榱擞?jì)算計(jì)入螺旋槳干擾下各飛行狀態(tài)的全機(jī)氣動(dòng)性能，采用滑移網(wǎng)格計(jì)算方法，將整個(gè)流場(chǎng)的一部分劃分成動(dòng)參考域，另外一部分劃分為靜參考域，即螺旋槳所在的旋轉(zhuǎn)流場(chǎng)網(wǎng)格和遠(yuǎn)場(chǎng)所在的靜止網(wǎng)格兩套網(wǎng)格。旋轉(zhuǎn)域和靜止域之間通過(guò)交接面（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）進(jìn)行連接以完成信息流通交換。在建模過(guò)程中，將旋轉(zhuǎn)部分和靜止部分交接的部分分別配對(duì)，形成多個(gè)交接面，即Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ部分。上述兩套流場(chǎng)網(wǎng)格如圖４所示。（ａ）遠(yuǎn)場(chǎng)靜止網(wǎng)格（ｂ）旋轉(zhuǎn)域網(wǎng)格（ｃ）旋轉(zhuǎn)域內(nèi)螺旋槳網(wǎng)格圖４兩套流場(chǎng)網(wǎng)格Ｆｉｇ．４Ｔｗｏｆｌｏｗｆｉｅｌｄｇｒｉｄｓ靜止域和動(dòng)域兩套網(wǎng)格通過(guò)交接面（Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）進(jìn)行連接使得旋轉(zhuǎn)域和靜止域信息流通交換。計(jì)算時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)子區(qū)域設(shè)置旋轉(zhuǎn)中心坐標(biāo)、旋轉(zhuǎn)軸和旋轉(zhuǎn)速度，設(shè)置旋轉(zhuǎn)軸遵循右手定則且與螺旋槳旋轉(zhuǎn)方向相同。例如，旋轉(zhuǎn)軸通過(guò)輸入兩點(diǎn)坐標(biāo)的方式設(shè)置（該軸須過(guò)螺旋槳圓心）。設(shè)置三個(gè)交接面，分別為螺旋槳上下槳平面及縱向槳平面，如圖５所示，坐標(biāo)變換形式選擇旋轉(zhuǎn)變換的ＦｏｒｚｅｎＲｏｔｏｒ模式，這是周期性旋轉(zhuǎn)模擬中常用的一種交接

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
[1]傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)旋翼/機(jī)翼氣動(dòng)干擾研究[D]. 曾祥偉.南昌航空大學(xué) 2013
[2]傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)過(guò)渡段縱向姿態(tài)控制技術(shù)研究[D]. 陳永.南京航空航天大學(xué) 2011
[3]傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)旋翼/機(jī)翼/機(jī)身干擾流場(chǎng)的數(shù)值分析[D]. 成寶峰.南京航空航天大學(xué) 2010
[4]懸停和前飛狀態(tài)傾轉(zhuǎn)旋翼機(jī)流場(chǎng)的數(shù)值分析[D]. 劉全.南京航空航天大學(xué) 2009
[5]傾轉(zhuǎn)旋翼飛行器旋翼/機(jī)翼/機(jī)身氣動(dòng)干擾計(jì)算[D]. 徐愷.南京航空航天大學(xué) 2007
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本文編號(hào)：3426228