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[心得交流] 垂直起降飞行器设计方案盘点(五)

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发表于 2019-11-29 03:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 有容乃大 于 2019-11-29 03:38 编辑

垂直起降飞行器设计方案盘点(五)
有容乃大

引言
  至今本系列文章对于国内的相关设计方案只字未提,是由于作者所了解信息中,较早的单座亿航184,及最近发展的双座新型号,与上篇空客CityAirbus相比,在相同技术路线下,各方面技术数据都被碾压,就不值盘点了。而去年珠海航展上航天11所的彩虹10无人机方案,则是对下篇将要讨论的贝尔V247设计方案的降档山寨,没有新意(如同项目组负责Z工在今年10月作者上门探访介绍某创新方案后表明的:单位性质决定,为了稳妥和追赶,只愿意走别人已经成功施行的技术路线的基本态度。严肃认真有余,创新志气豪情不足。国字号军工研究单位如此姿态,不觉令人唏嘘叹息。)也不打算讨论了。
  作为补齐国内创新设计方案的盘点,本篇就前两月网上关于第五届中国天津国际直升机博览会的报导中出现的两类创新设计方案共3种方案作简要探讨:
  标注设计送展单位为“大嘴鹦鹉空天技术实验室”提供的两款所谓“翼身一体化”最新直升机构型,“酷似UFO的新概念武装直升机”的实体尺寸模型和设计图(曾一度引起部分网络媒体追捧);以及另一款“未来高速重型直升机”外形设计图。加上直升机所送展的未来电动可倾斜多旋翼加固定翼飞机的缩尺寸模型;虽然完全不同的设计思路,一并收录在本篇盘点。
  最后的点评仅供研发单位,用户单位及投资单位参考。欢迎读者补充数据和给出评论。

编号9  大嘴鹦鹉空天技术实验室的 超级大白鲨
发布方式时间:天津直升机博览会,实体尺寸模型,结构图;2019年9月。
方案外形图:(来源网上报导)
实体尺寸模型图


注意:展品尽管外形粗燥,却赫然有中国空军标志。明眼人一看底部是用几个纸盒支撑,表明展品实际重量远不够3-6吨,一个空壳,居然混迹于真实产品的室外展区,典型的滥竽充数做法,给人以送展方态度极不严肃的印象。
结构示意图




方案概述(按图):
按设计单位所述是采用“翼身融合”理念的创新直升机设计方案。
垂直起降模式:靠固定在中心座舱外围上的共轴上下两组若干桨叶旋翼旋转产生的升力平衡整机重力。垂直起降中,两侧涡轮喷气驱动不工作。
水平飞行模式: 在继续靠固定在中心座舱外围上的共轴上下两组若干桨叶旋翼旋转产生的升力平衡整机重力同时,靠左右两侧涡轮喷气驱动产生的推力来平衡整机飞行阻力。

技术数据 (据送展方公布)
  总起飞重量: 6000kg。
  有效载重:  载2人 加武器  2500 kg。
  最大平飞速度:  650km/h。
  航程: 2950km。
  悬停功率:  不详。
  巡航功率:  不详。
  尺寸:   不详,旋翼外径4.9m。

点评
亮点:敢于提出创新方案精神值得点赞。提出了所谓“翼身融合”直升机概念。实现飞碟外形结构设计,所列出技术数据比较惊人,(缺能耗功率)。
问题:设计单位在展板,网文中宣称:参考了美国AH-64阿帕奇、CH-53(海种马)和俄罗斯卡-52、米-26等国际优秀成熟的直升机设计技术,等大而空的描述,而所看到设计结构简图在能效和机构实施上问题多多:
  大直径空心共轴多叶片双旋翼结构设计,4.9米外径,中心座舱必须为圆形(估计直径1.5-2米),旋翼有效长度,面积有限。不论叶片数量多少,对于6吨总起飞重量,其理论悬停升功比将很小,远小于目前通用直升机水平。
  大直径空心共轴多叶片双旋翼结构设计,在具体实施中将面临具体机械结构设计加工,材料,旋翼内外环总重量,驱动能效,振动噪声等等一系列技术问题。
  采用两台涡轮喷气作水平飞行驱动,在垂直起降过程不起作用,成为单纯负重。
  设计平飞速度(最大650km/h)并非涡轮喷气推进最佳效率区间。
  乘员如何方便安全进出舱也是一个具体问题。
  所谓翼身融合设计能提高整机平飞升阻比原理,并不适用于升力旋翼的直升机。本设计水平飞行总能效(升阻比)过小。加上设计平飞速度并非涡轮喷气推进最佳效率区间,即便该设计能完成实际飞行操控(对此专业人士都持最大疑问),水平飞行的高能耗将是该方案最致命短板。
   前途展望
  估计不可能按本设计的尺寸重量实现所预定的飞行航速航程技术指标。展出方和吹捧媒体给未来使用军方,以及投资方的承诺可能会完全落空。


编号10  大嘴鹦鹉空天技术实验室 象王号重型运输直升机
发布方式时间:天津直升机博览会,外形图;2019年9月。
方案外形图:(来源网上报导)
外形图


方案概述(按图):
按设计单位所述,采用“翼身融合”理念的创新直升机设计方案。与上个方案区别是,由于旋翼外径过大,取消了飞碟形外罩。
垂直起降模式:靠固定在中心座舱外围上的共轴上下两组九桨叶旋翼旋转产生的升力平衡整机重力。垂直起降中,座舱下部两侧涡轮喷气驱动不工作。
水平飞行模式: 在继续靠固定在中心座舱外围上的共轴上下两组若干桨叶旋翼旋转产生的升力平衡整机重力同时,靠座舱下部左右两侧涡轮喷气驱动产生的推力来平衡整机飞行阻力。
技术数据 (据送展方公布)
  总起飞重量: 58500kg。
  有效载重:   29500 kg。
  最大平飞速度:  450km/h。
  航程: 2350km。
  悬停功率:  不详。
  巡航功率:  不详。
  尺寸:   高10.6m,旋翼外径37.6m。

点评
亮点:敢于提出创新方案精神值得点赞。提出了所谓“翼身融合”直升机概念,并用于重型直升机设计,系国际首创。
问题:与上个方案相同。在能效和机构实施上问题多多:
  大直径空心共轴多叶片双旋翼结构设计,37.6米外径,中心座舱必须为圆形估计直径近10m,旋翼有效长度,面积比同外径普通直升机少得多。对于58,5吨总起飞重量,其理论悬停升功比将很小,远小于目前通用直升机水平,无法实现合理能耗下重型机的垂直起降。
  近10米大直径空心共轴多叶片双旋翼结构设计,在实施中将面临具体机械结构设计加工,材料,总重量,驱动机构,能效,振动噪声等一系列问题。基本不具备经济性实施的可能。
  采用两台涡轮喷气作水平飞行驱动,在垂直起降过程不起作用,成为单纯负重。
  设计平飞速度(最大450km/h)并非涡轮喷气推进最佳效率区间。
  没有安全外罩,货物如何方便安全进出舱也是一个具体问题。
  所谓翼身融合设计能提高整机平飞升阻比原理,并不适用于升力旋翼的直升机。本设计水平飞行能效(升阻比)过小。加上设计平飞速度并非涡轮喷气推进最佳效率区间,即便该设计能完成实际飞行操控(对此专业人士持最大疑问),水平飞行的高能耗依然是该方案最致命短板。
   前途展望
  估计不可能按本设计的尺寸重量实现所预定的起飞重量飞行航速航程技术指标。大嘴鹦鹉的一场单口秀,最终可能会落得一地鸟毛。

就9,10两设计方案,作者给“大嘴鹦鹉空天实验室”作的几点商榷,仅供参考
        请原谅上述点评用语尖刻,针对一些媒体甚至打着国际旗号给于的赞赏吹捧,及时泼点冷水是必要的。
        翼身融合构型用于高速旋翼直升机能提升飞行性能是个伪命题。不宜把固定翼方案中的效果无根据的硬搬到旋翼直升机研发中作为主导思想,导致方向性错误,坚持走下去将劳民伤财。望及时清醒。
        用于未来军用飞机的真正具有开创性的设计方案,应该保密开发,不应该轻易公开。以免被外军采用首先开发成功,至我方于被动。


编号11  直升机研究所  电动多桨倾转高速旋翼飞行器 E-Rotor
发布方式时间:天津直升机博览会,缩小模型;2019年9月。
方案外形图:(来源网上报导)
外形图


垂直起降状态模型图

方案概述(按图):
采用前后固定翼上固定多个升力旋翼/推进螺旋桨,旋翼/螺旋桨与固定翼可同时倾转90度方案。与本系列文所述方案编号 4  Joby Aviation,编号7 空客Vahana  类似。
垂直起降模式:前后固定翼均处于翼面近垂直状态(各旋翼/螺旋桨轴亦处于垂直方向),靠固定在中心座舱上部前后固定翼上前后左右各4组共16个电机驱动的4桨叶旋翼(其中前后固定翼两端的旋翼/螺旋桨为3桨叶)旋转产生的升力平衡整机重力。(上图)
水平飞行模式: 前后固定翼均处于翼面近水平状态(各旋翼/螺旋桨轴亦处于水平方向),靠前后固定翼产生的升力平衡整机重力,靠前后固定翼两端电机驱动4组3桨叶螺旋桨产生的拉力来平衡整机飞行阻力。固定于前后固定翼中部的12组升力旋翼电机停止工作,旋桨叶向后收褶以减少阻力。(前一图)
技术数据 (据送展方公布,不详表示未公布)
  总起飞重量: 不详。
  有效载重: 不详,按座舱看估计6-8座。
  最大平飞速度:  >=600km/h。
  航程: 不详。
  悬停功率:  不详。
  巡航功率:  不详。
  尺寸:   不详。

点评
亮点:国字号直升机所敢于设计固定翼飞机并加上垂直起降功能,提出创新方案精神值得点赞。提出电动可垂直起降以固定翼平飞的飞行器设计,系国内首创。水平飞行能效(升阻比)肯定远高于纯旋翼直升机。
问题:与本文前述方案编号 4,编号7 有几分类似。
  升力旋翼半径较小,虽专按用于垂直起降设计制造,整体垂直起降模式能效(升/功 比)远低于大直径升力旋翼。
  升力旋翼可收褶叶片(图中是每轴4叶片)为满足收褶后尽量减少阻力要求,与展开后实现最大旋翼升力效率要求有矛盾,外形设计有难度。
  水平飞行模式时前后翼12驱动电机处于无用状态,增加了整机重量。
  前后固定翼两端4组驱动机构旋翼的3叶片既作为升力旋翼,又作为水平驱动螺旋桨,由于垂直起降时轴向空速很小,而在水平巡航飞行时轴向空速为巡航飞行速度,旋翼叶片设计制造不可能在两种模式都获得理想驱动效率。此外,驱动转矩转速要求也不同,同一电机也很难在两种模式中都达到想驱动效率。结果必须牺牲其中之一。
  可倾斜固定翼翼面角度与升力旋翼/螺旋桨 轴角度绑定控制,垂直起降/平飞转换操控难度大。如空客Vahana试飞多年最终未能实现两种模式转换。(已成功应用的可倾斜旋翼飞机如贝尔的V22等系列设计中,固定翼均不跟旋翼轴绑定倾转。)
   前途展望
涉足固定翼飞机设计将会有效提升直升机所创新研发能力,但估计本方案难以最终实现所预定水平飞行速度及载重技术指标。
       (本篇完)
2019/11/29发表

发表于 2019-12-2 20:51 | 显示全部楼层
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