[发明专利]满足旋转机翼飞机高低速巡航要求的设计与控制方法及实现装置

说明书

本发明提出一种满足旋转机翼飞机高低速巡航要求的设计与控制方法及实现装置，针对旋转机翼飞机高低速巡航飞行的需求，在面对低速飞行时的高气动效率需求和高速飞行时的大激波阻力的矛盾时，结合旋转机翼自身的安装结构特点，通过改进旋转机翼与桨毂的连接结构，或改进旋转机翼自身的锁定结构，在不大幅增加结构重量的前提下实现旋转机翼本身随巡航速度的变化而改变自身布局，从而达到既满足低速巡航飞行阶段高气动效率需求，又降低高速巡航阶段阻力的效果。

技术领域

本发明涉及旋转机翼飞机技术领域，具体为一种满足旋转机翼飞机高低速巡航要求的设计与控制方法及实现装置，能够使旋转机翼飞机获得更大的飞行速度包线。

背景技术

旋转机翼飞机是一种兼具直升机的垂直起降性能和固定翼飞机的高速巡航性能的新型有人/无人飞机。专利号为ZL201110213680.1，名称为《一种飞行模式可变的旋转机翼飞机》的中国专利就是一种典型机型。该飞机具有三翼面的气动布局。其中，旋转机翼即主机翼在直升机飞行模式下，可以作为旋转机翼，通过旋转为飞机提供足够的拉力，满足飞机垂直起降以及小速度飞行的需要，同时，当飞机具有一定飞行速度后，主机翼又可以锁定为固定翼，实现固定翼高速、高效率的飞行。因此，在起飞和降落及小速度飞行阶段，飞机采用直升机飞行模式，在巡航和任务阶段，采用固定翼飞行模式。而在固定翼飞行模式与直升机飞行模式之间，存在转换飞行阶段。

旋转机翼飞机在直升机飞行模式阶段通过前后缘对称翼型的旋转机翼旋转产生拉力，当到达一定离地高度时，动力系统如前拉螺旋桨或后推螺旋桨工作，使飞机进入转换飞行阶段，此阶段的目的是让鸭翼和平尾产生足够的升力，从而使旋转机翼能够卸载。为了提高全机的飞行效率，降低振动影响，转换飞行阶段的前飞速度不能太大，但此阶段又要求鸭翼和平尾能产生足够的升力，所以在设计时鸭翼和平尾平面形状采用气动效率较高的平直机翼或梢根比小的梯形机翼。

随着对旋转机翼飞机飞行性能要求的逐步提高，我们发现在旋转机翼飞机固定翼巡航飞行阶段，上述鸭翼和平尾平面形状会导致激波的提前产生，并带来巨大的激波阻力，导致旋转机翼飞机固定翼巡航飞行的飞行速度难以提高，一旦飞行速度增大，就会导致平飞需用功率的陡增。由此就产生了鸭翼、平尾低速飞行时的高气动效率需求与高速飞行时的大激波阻力的矛盾，面对该矛盾，在飞机设计领域，常规的解决方案就是将鸭翼、平尾设计为类似于美军F14战斗机的可变后掠形式，通过改变鸭翼、平尾在低速和高速状态下的气动布局解决其低速飞行时的高气动效率需求和高速飞行时的大激波阻力的矛盾，但由于鸭翼、平尾是直接与机身连接，如果在其中引入变后掠连接结构，会带来极大的结构增重，目前对于这一思路还没有合适的解决方案。

发明内容

针对旋转机翼飞机在设计过程中遇到的鸭翼、平尾低速飞行时的高气动效率需求和高速飞行时的大激波阻力的矛盾，本发明提出一种满足旋转机翼飞机高低速巡航要求的设计与控制方法及实现装置。

本发明的设计思路是减小鸭翼、平尾面积以降低高速的大激波阻力，而由此会产生两个新的问题，一是转换飞行阶段的升力会降低，二是低速巡航状态下，鸭翼、平尾上产生的升力会降低，导致飞机的飞行包线左边界靠右，降低飞机的飞行性能；对于第一个问题，通过在提高转换飞行阶段的前飞速度，使转换飞行阶段中鸭翼、平尾产生的升力满足要求；对于第二个问题，通过在转换飞行阶段，将旋转机翼按照其展向与飞机纵向对称面垂直方式锁定，并充分利用旋转机翼椭圆翼型前后缘对称的特点，增大旋转机翼面积，使旋转机翼能够在低速巡航状态产生更高的升力，弥补鸭翼、平尾面积减小后带来的升力损失，避免飞行性能降低。

而旋转机翼自身是按照其展向与飞机纵向对称面垂直方式进行锁定的，那么在高速巡航阶段，旋转机翼自身还是会产生较大的激波阻力，但恰好旋转机翼是通过桨毂与机身连接，而且旋转机翼自身有锁定需求，所以可以通过改进旋转机翼与桨毂的连接结构，或改进旋转机翼自身的锁定结构，在不大幅增加结构重量的前提下实现旋转机翼本身随巡航速度的变化而改变自身布局，从而达到既满足低速巡航飞行阶段高气动效率需求，又降低高速巡航阶段阻力的目的。

基于上述原理，本发明的技术方案为：