第23屆“馮如杯”競賽航空類作品精選上

1、第23屆“馮如杯”競賽航空類作品精選上 2013年5月23日是北京航空航天大學一年一度的“馮如杯”競賽展示日。 “馮如杯”競賽的參賽者們再次為大家奉上一場科技創(chuàng)新的視覺盛宴。 1.新型固定翼直升機復合式飛行器 該飛行器采用直升機旋翼和固定翼復合式設計：在垂直起降狀態(tài)，由主旋翼提供升力，兩側(cè)的推進發(fā)動機提供航向控制力矩；由懸停進入平飛時，兩臺發(fā)動機推力逐漸增加，飛行速度不斷提高，固定翼面產(chǎn)生的升力逐漸增大；當達到一定飛行速度時，旋翼停轉(zhuǎn)并鎖定，全機變?yōu)殡p翼布局的固定翼飛機（圖1圖3）。 該機具有野外復雜環(huán)境的起降適應性和低空懸停機動性。在軍用領域，能執(zhí)行物資運輸、低空偵察和打擊等任務；在民用領域

2、，可完成緊急支援、醫(yī)療救助、低空勘測等任務。 2.可收縮槳式先進布局s/vtol戰(zhàn)斗機驗證機 該機的設計宗旨是利用螺旋槳的升力和涵道電機的推力實現(xiàn)垂直起降。全機采用無尾三角翼布局、兩側(cè)進氣道。在垂直起降和懸停過程中，可收縮的螺旋槳從進氣道外側(cè)的整流鼓包中伸出，同時尾噴口向下傾轉(zhuǎn)90，3個點同時產(chǎn)生推力，實現(xiàn)垂直起降。從懸停向平飛過渡時，噴口逐漸向后傾轉(zhuǎn)，當飛機積累足夠速度后，前方螺旋槳停轉(zhuǎn)并收入機身兩側(cè)整流鼓包內(nèi)，以保證高速性能（圖4、圖5）。 3.單槳葉飛行器 該機的設計靈感來自楓樹種子的飄落。這種飛行器由單個槳葉旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生升力，結(jié)構(gòu)簡單、效率較高。通過傳感器感知方向后，將數(shù)據(jù)傳輸至ardui

3、no單片機實現(xiàn)周期變距，從而實現(xiàn)對飛行器方向的控制。與傳統(tǒng)飛行器相比，它具有較高的效率，而且更加輕便敏捷（圖6、圖7）。 4.新型三旋翼傾轉(zhuǎn)動力驗證機 該機的設計目標是：運用傾轉(zhuǎn)動力技術(shù)實現(xiàn)垂直起降，既能以直升機模式完成指定航線飛行，又能以固定翼模式飛行。該項目的主要創(chuàng)新點在于將傳統(tǒng)的三旋翼運用在固定翼上，通過傾轉(zhuǎn)電機短艙使推力變向，并在傾轉(zhuǎn)過程中使用自動穩(wěn)定系統(tǒng)，同時利用pwm開關(guān)實現(xiàn)遠程電路的切換（圖8、圖9）。 5.兩棲可折疊翼水上短距起飛驗證機 隨著我國與一些鄰國海上爭端問題的出現(xiàn)，制空權(quán)和控海權(quán)的重要性愈加凸顯。水上飛機能從水面起飛和降落，可以執(zhí)行水域巡邏、搜救遇難船只和抓捕水上入侵

4、者等任務（圖10圖13）。 該驗證機采用兩棲起降設計。為了維持水上高速航行的穩(wěn)定性，除了機身中部設有維穩(wěn)小翼外，還在機身兩側(cè)維穩(wěn)小翼前緣和翼根近機身處設計了向外噴氣的氣孔，使小翼與水面之間形成氣膜，減小了水的阻力和表面張力的影響。折疊機翼的設計則可減小存放空間，并使之執(zhí)行水上任務時能像快艇一樣高速巡航，提高了海上生存能力。機身梁架結(jié)構(gòu)和蒙板拼接處采用導熱硅膠等材料，可以保證高強度和一定范圍內(nèi)的彈性變形量，以抵抗水浪的沖擊載荷。該機動力裝置采用后推式，位于機翼后機身中部。為了整流，垂尾前設計有背鰭，平尾兩端有端板。 6.飛翼與聯(lián)翼混合布局驗證機 這架飛翼的整體是一個升力體。聯(lián)翼將上下翼相連，有效

5、地降低了誘導阻力，增大了升力面積。飛翼和聯(lián)翼都是高升阻比的布局形式，但各自都有一些問題，如飛翼的穩(wěn)定性與控制問題、聯(lián)翼的起落架布置問題等。該項目嘗試將兩者結(jié)合，在氣動、結(jié)構(gòu)和控制上得到更優(yōu)化的效果（圖14、圖15）。 7.兩軸傾轉(zhuǎn)機翼驗證機 美國的v-22 是一種具有先進性能且外形獨具特色的飛機，它的成功試飛引發(fā)了一場傾轉(zhuǎn)旋翼機發(fā)展的浪潮。這個空中“混血兒”集直升機的垂直起降和固定翼的高速平飛于一身，在作戰(zhàn)和救援等方面都發(fā)揮了很大作用（圖16、圖17）。 受此啟發(fā)，該參賽組設計了一架兩軸傾轉(zhuǎn)機翼驗證機模型，其設計思路是：由固定在機翼上的兩個電機提供動力，垂直起飛時機翼與地面垂直，由電機拉力提供

6、升力；到空中后機翼連同電機由垂直狀態(tài)轉(zhuǎn)變到小迎角狀態(tài)實現(xiàn)平飛。為了增加垂直起飛的穩(wěn)定性，引入了飛控板進行閉環(huán)控制。機翼的傾轉(zhuǎn)由舵機經(jīng)同步帶驅(qū)動。 8.便攜式可變后掠角折疊翼驗證機 該機采用可變后掠角的“四邊形”折疊翼機構(gòu)，以驗證變后掠機翼無人機的性能特性。其創(chuàng)新點在于：“四邊形”可動式結(jié)構(gòu)可使機翼完全折疊起來，能縮減78%的空間，方便運輸；通過內(nèi)置電機的牽引力改變折疊機構(gòu)的展開程度，可控制前翼的后掠角（圖18、圖19）。 該機用途廣泛：可高空投放，由母機運載到指定空域投放，機翼瞬時展開，啟動時間極短；還可運用于勘探、搜救和測量等任務。 9.基于可傾轉(zhuǎn)菱形翼布局設計的傾轉(zhuǎn)性能驗證機 菱形機翼具有

7、獨特的氣動外形，在對角的兩個方向分別具有小后掠、大展弦比的低速特性和大后掠、小展弦比的高速特性。菱形翼通過轉(zhuǎn)軸與機身相連，在飛行中當轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時，飛機的展弦比和后掠角隨之改變，即可實現(xiàn)從一種飛行狀態(tài)到另一種飛行狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。該機的主要創(chuàng)新點有：旋轉(zhuǎn)主翼的設計、中等后掠角切尖菱形翼氣動布局、網(wǎng)格式機翼結(jié)構(gòu)布局、翼肋融合翼梁設計以及采用拓撲優(yōu)化手段對飛機主要結(jié)構(gòu)進行減重（圖20圖23）。 旋轉(zhuǎn)主翼的設計是整個項目的核心與創(chuàng)意點，這種介于常規(guī)布局和無尾飛翼布局之間的非常規(guī)布局形式以及旋轉(zhuǎn)力矩配平，都帶來很多技術(shù)難題。經(jīng)過多次試飛調(diào)整，對這種飛機在兩種狀態(tài)下的飛行性能取得了一定的實驗和理論分析成果。 10

8、.高性能碟形升力體 升力體是一個翼身融合體，整體能產(chǎn)生升力，可以較低的速度獲得較高的升阻比。碟形飛行器具有高速飛行波阻小、不需要做盤旋機動、能迅速指向攻擊目標等優(yōu)點。該項目小組通過將升力體和碟形飛行器優(yōu)勢的結(jié)合，制作出一架擁有新式布局的現(xiàn)代飛行器，同時具備優(yōu)秀的飛行性能（圖24）。 該機采用碟形升力體式布局。其翼尖雙槳旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的氣流將整個圓盤狀的機身都包裹起來，不僅使飛機能以極低的速度飛行，而且提高了其操控效率，機動性優(yōu)于常規(guī)飛機。這種飛行器可用于巷戰(zhàn)，甚至再進一步后可實現(xiàn)“單兵裝備，遠程控制，精確打擊”。 11.“飛魚”混合動力涵道式無人偵察驗證機 該項目圍繞“長航時”和“機動性”設計點，將傳統(tǒng)無人偵察機機身用高性能涵道動力系統(tǒng)代替，集成了兩者