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基本信息

项目名称:
浮升式双体飞行器
小类:
机械与控制
简介:
综合利用浮空器的静浮力和飞机升力面的动升力,提出了一种将传统飞艇和飞机有机结合的新概念浮升式双体飞行器。该飞行器具有巡航时间长、机动性好、环保节能、有效载荷大、安全冗余度高等优点,将之大型化后可用作临近空间飞行器,有许多潜在的军事和民用用途,如高空长航时侦察、大型设备货物运输、武器发射平台、科学研究、电子干扰与无线电中继等。
详细介绍:
临近空间飞行器是未来空天战略的重要组成部分,当今世界各国前沿研究方向。浮升式双体飞行器作为组合式飞艇的一个分支,综合利用浮空器的静浮力和翼型的动升力,结合了传统飞艇和固定翼飞机的特点,有着比两者更优异的有效载荷能力,同时,与传统飞艇相比,操控更稳定高效,相对于固定翼飞机,滞空时间更长,更环保。根据中科院公布的《2050年科技发展路线图》,浮升式双体飞行器将提供一种高费效比、多用途、稳定的飞行平台,满足国内军用和民用的多项要求。在作品研制过程中,我们解决了浮力与升力的组合优化、操控性与稳定性研究、结构刚度与安全余度论证等多个技术问题。在验证试飞中,试验机完成所有技术指标。

作品图片

  • 浮升式双体飞行器
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作品专业信息

设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标

结合传统飞艇和飞机两者的优点,以求在几何尺寸增加不多的情况下,发挥出浮升体和气动体共同的优势,提供比常规飞艇大数倍至十几倍的有效载荷能力,能够实现常规飞艇所不能达到的操纵性和机动性,同时比常规布局飞机拥有更长的滞空时间和环保高效,达到常规布局飞机和常规飞艇的优势互补。 运用模块化设计思想,直接将飞艇艇囊与机翼结合,用艇囊等效分析方法完成飞行器布局设计,分析其气动特性和载荷特点,完成总体设计和结构设计。并制作浮升式双体飞行器试验样机完成试飞,验证设计思路的正确性和设计的有效性。 创新点在于提出了将浮升一体布局新颖的实现形式—双艇体串列双翼的飞行器布局形式;浮升式飞行器的气动分析和结构设计技术;机翼与气囊结构结合工艺,通过实验和对比总结设计经验并应用于后续研究。 技术关键: (1)提出了将传统飞艇和飞机二者相结合的浮升式飞行器双艇囊串列翼布局形式; (2)浮升式双体飞行器总体设计优化; (3)浮升式飞行器的气动分析方法; (4)机翼与气囊结构结合工艺。

科学性、先进性

通过研究高升阻比与大浮力构型的优化方法以及整体气动特性的数值分析方法,我们进行浮力与升力的组合优化,,这决定了飞行器的尺寸布局、任务性能等关键参数指标。由于飞行状态改变时焦点变化复杂,纵向配平的难度增加,同时,艇囊的存在影响抗侧风能力。飞行器需放大裕度、增大动力力矩和重新设计操纵面。这种优化设计与固定翼飞机截然不同,因此我们建立了一套新的近似优化方法。 浮升式双体飞行器,综合利用了浮升器的浮力与翼型的动升力。临近空间飞行器需要一套能提供足够升力到达指定高度的装置,同时能抗衡中低空复杂的气象条件,而常规飞艇抗恶劣气象条件能力差,传统飞机无助推力飞行高度相对较低或者耗能巨大。浮升式双体飞行器,保留了飞艇与飞机的主要优点,同时弥补了两者作为临近空间飞行器的不足,相对于常规飞艇,相同尺寸下具有优秀的操控性,更快更好的转场能力,同时有效载荷无明显变化,相较于传统飞机,在损失不到30%的巡航速度的条件下,提供一个可媲美飞艇的效费比。

获奖情况及鉴定结果

2009年第七届“高新挑战杯”陕西省大学生课外学术科技作品竞赛特等奖

作品所处阶段

实验室阶段

技术转让方式

有偿转让 合作开发

作品可展示的形式

实物现场演示 图片 录像 电子样机

使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测

目前航空市场的飞行器主要有飞艇与飞机两大类,这两种传统飞行器在应用中有“临界领域”(任务完成要求有一定的时间限制或任务过程中有一定的航行最低速限制,同时任务又有一定的经费、持续航时、一次性投送量或任务过程中最低飞行高度限制,使得飞机与飞艇均无法最恰当的满足任务要求的领域)。 浮升式双体飞行器致力于完成一种性能介乎于飞艇与飞机之间的,适合应用于飞艇与飞机临界领域的替代产品。寻找综合飞机的高速、机动、灵活和飞艇的使用费用低廉、续航时间长、垂直起降、空中悬停、运量大等特点的中间飞行器。 由于飞机与飞艇临界领域的市场空缺,这种新概念飞行器在推广过程中不会有直接的竞争产品。进入市场的主要挑战在于自身的进一步完善。在前期研发技术投资后,其专门针对临界领域设计的技术特点将帮助其把握新的航空运营市场,并且低廉的运营成本也将带来较高的利润空间。 市场推广有服务外包、整体出售和转包生产等形式,适应不同消费群体的需求。

同类课题研究水平概述

临近空间飞行器与组合式飞艇皆为当前世界航空研究的前沿热门。在国内,各航空院所对前者拥有极大的热情,进行各种机型论证,但是,对于后者,国内仅有一两个昙花一现的试验机型。在国外,美国JP航宇公司的“攀登者”(Ascender)和NASA的“太阳神”(Helios)是我们所能获取信息最多的临近空间飞行器,美国皮亚斯基公司的直升机组合式飞艇和俄罗斯的盘翼式飞艇是两个比较典型的组合式飞艇。 “攀登者”是根据美军的“近太空机动飞艇”(NSMV)计划而研制的,同时也提出了民用方面的ATO(Airship To Orbit)计划,目标是提供一种安全、大批量、安全的到达太空的方式,成本仅为RQ-4全球鹰的40%,活动空域为40km以上高空,“攀登者90”小型试验机可携带45kg重量设备,制空时间五天以上,90代表其长度为90英尺。 “太阳神”代表了当今高空无人机的最高水平,载重量达到329kg以上,飞行高度可达到28.98km以上,主要供能方式为太阳能,全翼展布置太阳能电池板,翼展75.3m,弦长2.44m,翼厚0.29m,总重929kg。 直升机组合式飞艇在飞艇的气囊下方装有金属桁架,在桁架的四个角上分别安装了一个不带起落架的直升机,有效载荷与20架同型号的直升机相当,也就是说提高了5倍,有着灵活多变的组合数量方式。 盘翼式飞艇由盘翼作为整个飞艇的主体,其余部位填充氦气,具有很大相对厚度,装有升力风扇,用风扇上的叶栅偏转并辅以机翼和操纵面完成飞行控制。盘翼式飞艇与相同载荷的常规飞艇相比,其几何尺寸缩小75%以上,迎风面积减小88%以上。 以上四种机型人处于试验论证阶段,但都显现出极大的市场开发潜力和科研应用能力。目前,组合式飞艇的研发都定位于低空载重运输飞行器,无临近空间飞行器方面的研究。
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