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[心得交流] 对V-247可倾斜旋翼无人机能效估算

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发表于 2018-11-23 08:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 有容乃大 于 2018-11-23 08:19 编辑

对V-247可倾斜旋翼无人机能效估算

有容乃大


前言 9月26日见环球网和腾讯网上报道:美国贝尔直升机公司在2018现代海事展(Modern Day Marine)上展示了V-247无人倾转旋翼机。并附若干照片。其中腾讯网文中作者阿姆斯壮提供了该机型若干具体技术数据。本文特根据这些数据对该新型号称“拥有在性能上能与固定翼无人机相媲美的垂直起降舰载无人机”的能效(包括垂直起降时悬停升力/功率比,以及水平固定翼飞行的升阻比)做出估算和评价,供感兴趣读者参考。

基本数据 巡航速度460公里/小时,最大速度560公里/小时。空重7.3吨,可装载总重量5.9吨的燃料、武器和传感器,最大起飞重量达13吨。整机动力5000-6000马力。

能效估算 对于具有垂直起降功能又能以固定翼方式作水平巡航飞行的飞行器,我们采用升阻比衡量作固定翼水平飞行的能效;而采用悬停时升力(总起飞重量)功率比作为垂直起降过程的能效考核评估参数。为此,需要知道在该最大起飞重量做悬停时,以及以固定翼作巡航飞行时的实际功率。现在假定该飞行器悬停功率为整机最大功率的60%,巡航功率为该最大功率的40%。
最大功率 6000马力,折合 4414千瓦; 则悬停功率 2648千瓦,巡航功率 1765.6千瓦。
  悬停升力/功率比为:13000公斤/2648千瓦=4.909公斤/千瓦。
  巡航速度 460公里/小时=127.8米/秒,
  按巡航功率2207千瓦,算得整机巡航飞行阻力=1765.6千瓦/127.8米/秒=13.8千牛顿。
  整机升力  升力=13000x9.81=127530牛顿=127.53千牛顿
  整机升阻比=127.53/13.8=9.24


对比数据 作为对比,列出由Uber经济学家们对用于城市空中交通的具有垂直起降能力的电动飞行器的能效要求(到目前为止,还没有一种实际产品能实现该要求):
  总起飞重量 1814公斤,垂直起降功率500千瓦,设悬停功率60%,则
  悬停升力/功率比为:1814公斤/300千瓦=6.05公斤/千瓦。
  水平241公里/小时巡航时的动力为71千瓦,
  巡航速度 241公里/小时=66.9米/秒,
  按巡航功率71千瓦,算得整机巡航飞行阻力=71千瓦/66.9米/秒=1.06千牛顿。
  整机升力  升力=1814x9.81=17795牛顿=17.795千牛顿
  整机升阻比=17.795/1.06=16.8

评价:综上计算结果,与对比数据比较,看出:贝尔毕竟是直升机公司,可以使得总重13吨的飞机的悬停升力/功率比(该比值对于总重越大的飞行器越难以提高)达到接近5公斤/千瓦水平。这是采用一对直径达9.1米的三桨叶旋翼而实现的。但是,当转90度用作为水平驱动螺旋桨时,其驱动效率就大打折扣了。以至于尽管相比以前型号增加了两端固定翼翼展,最后可实现的水平巡航飞行中整机阻力还是偏大,升阻比还略低于10,和现有的各国大翼展固定翼无人机的升阻比数据相比差得太远。就凭此数据声称“拥有在性能上能与固定翼无人机相媲美的垂直起降舰载无人机”未免过分吹嘘。但说到底。毕竟迄今为止在各国军机中,能够实现直升机垂直起降而后靠固定翼作水平飞行的还只有贝尔一家。

后记 如何在实现垂直起降后转为以固定翼作水平飞行后,减少阻力保持驱动效率,实现飞机高能效高升阻比。是各国军机公司面临的挑战。今年珠海航展上我国航天科技集团11院展示了彩虹10无人机模型,虽然在所给出总起飞重量及基本尺寸上远小于V247,外形功能基本具备其雏形。贝尔的V247计划在2023年投产,祝愿我国军工能在可垂直起降以固定翼水平飞行领域有赶超美国贝尔公司的决心意志!(完)


本文曾于9月27日发表于“新浪博客”,11月22日修订后发表到“中国滑翔网”
发表于 2018-11-23 09:10 | 显示全部楼层
发表于 2018-11-23 11:52 | 显示全部楼层
微型鱼鹰的感觉!能兼顾直升机的便捷性和固定翼的速度就是我们滴追求
发表于 2018-11-23 14:25 | 显示全部楼层
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