新型直升飞机可行性报告.docx

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1、双层旋翼直升飞机倾斜控制器新型直升飞机可行性报告一、新型直升飞机项目摘要31：项目的来源32：直升飞机的发展简述-4二、现有直升飞机的技术介绍6三、新型直升飞机技术介绍-40四、项目的基础条件：561：前期工作情况562：发明人简介573：创办单位介绍-584：现有技术基础和工作基础595：国家相关的政策596：协作单位介绍60五、项目攻关总体口标，621:实施年限，612：具体的考核指标（含主要技术经济指标）及年度计划安排61六、项目的主要研究内容631：课题设置方案及承担单位选择方式63七、项目的主要技术特点和创新点:631：关键技术内容，632：项目实施的技术、工艺路线；-633：可能取

2、得的专利（尤其是发明专利和取得国外专利）及知识产权分析64八、项目的关联行动：641：项目的组织管理措施，其它必要的支撑和配套条件（如基地、示范点、技术或工程依托等）落实情况-64九、项目总投资预算，资金筹措及来源渠道1：自筹资金：642：外筹资金：64十、项目预期成果的经济、社会、环境效益分析，与国内外同类产品或技术的竞争力分析，成果应用和产业化前景分析1:军用新型直升飞机-652：民用新型直升飞机65十一、项目的风险分析，含技术、市场的风险分析76十二、新型直升飞机试验78十三、其它需要说明的事项81十四、经济效益8282十五、联系方式、新型直升飞机项目摘要1、1：项目的来源在2000年的

3、时候，发明人彭凯有一次坐客车从黔西到贵阳，车开到鸭池河，突然间客车冲出公路，闯上路边的岩石，由于客车突然停车，车上有多人受伤，我当时坐在前排，前面堆有民工的行李，由于惯性，我扑倒在行李上，没有受伤，从那时起我就想发明一种新型的直升飞机。通过观察我发现直升飞机旋翼朝什么方向倾斜，直升飞机就向什么方向飞行，而现有的直升飞机却不是直接控制旋翼倾斜方向,我的发明方向就是要找出直接使旋翼倾斜的方法，通过3年的摸索，在2003年7月4日，彭凯、彭晶、代宇共同申请了“滚轮式双层旋翼直升飞行器，专利号031473016。这种飞行器的上下层旋翼的正反方向旋转和上下旋翼的连接都是由滚轮来带动的，旋翼的倾斜方向也是

4、由滚轮来控制的，专利公开后，我们生产模型来做实验，实验证明用滚轮来控制旋翼倾斜方向是可行的，而上下旋翼用橡胶来连接，在旋翼转动的时候由于温度、湿度、磨损等原因，上下旋翼会产生打滑的现象。使直升飞机的飞行达不到设计的要求。为了解决上面的问题，我们到北京航空航天学院，南京航空航天学院，中国直升飞机研究所等单位，进行技术交流，于2006年4月6日向国家专利局申请了“旋翼喷气式直升飞机”的专利，专利号2006100551480,此项目坚持了利用滚轮控制旋翼的倾斜，上下旋翼的橡胶连接改为齿轮连接，并且增加了旋翼作为油箱和在浆尖上安装喷气式发动机的设计，这种设计方案主要技术要求有小型喷气式发动机，2006

5、年珠海航展的时候，我们看到北京宏恩发动机动力公司的小型喷气式发动机非常适合，与该公司的程德恩经理和工程师们商谈后，他们都非常感兴趣，并表示对项目的积极支持，用该公司的发动机实验可以不买单，待实验成功后生产用发动机采购他们的产品。2006年至2009年，彭凯在李林的支持下，开展了实质性的设计，在设计和实验中发现了一些问题，如齿轮的外形和稳定，旋翼盘的控制稳定，齿轮的润滑等，在2009年4月17日申报的“双层旋翼直升飞机倾斜控制器”上，机械机构方面的技术问题，在专利申请的文件上都给予解决了.1、2；直升飞机的发展简述；已往的大约半个世纪中，直升机在技术上经历了几项重大的突破性进展，从技术特征来看，

6、大体上可以分为四代：一、第一代直升机从第一架可以正式飞行的直升机在20世纪30年代末问世至60年代初期，是第一代直升机发展阶段。主要技术特征是：安装活塞式发动机:金属/木质混合式旋翼浆叶；机体为由钢管焊接成的桁架式或铝合金半硬壳式结构；装有简易的仪表和电子设备。最大平飞速度约200km/h,全机振动水平（约022g）、噪声水平（约IlodB）均较高。典型的机型如米一4、bell47等直升机。二、第二代直升机从6。年代初期到70年代中期，发展了第二代直升机。主要技术特征是：安装了第一代涡轮轴式发动机；全金属浆叶与金属较接式浆毂构成的旋翼；机体主要仍为铝合金半硬壳式结构；开始采用最初的集成微电子设

7、备。最大平飞速度约达250km/tlo振动水平（约O.15g）、噪声水平（约IoOdB）有所降低。典型的机型有米一8、超黄蜂等直升机。三、第三代直升机从70年代中期至80年代末，属于第三代直升机发展时期。主要技术特征是：安装第二代涡轴发动机；全复合材料浆叶及带有弹性元件的浆毂构成的旋翼；机体结构部分使用复合材料；采用大规模集成电路的电子设备和较先进的飞行控制系统。最大飞行速度约达300km/h。振动水平（约01Og）、噪声水平（约90dB）又进一步得到控制。典型的机型有“海豚、“山猫”、“黑鹰”、“阿帕奇等直升机。四、第四代直升机从90年代以来，直升机技术发展进入第四代，主要技术特征包括：安装

8、第三代涡轴发动机:装有进一步优化设计的翼型、浆尖和先进的复合材料旋翼浆叶，无轴承或弹性较式等新型浆毂；机体结构大部分或全部使用复合材料；操纵系统改为电传操纵；机载电子设备采用数据总线、综合显示和任务管理；先进的飞行控制、通信导航等系统。最大平飞速度已约达315km/h。振动水平（约005g）、噪声水平（约80dB）已得到良好控制。典型的机型有科曼奇”、NH一90等直升机。五：第五代直升机进入二十一世纪，滚轮式旋翼喷气式直升机，组合了以上直升机的先进技术，其重要技术特征是：旋翼设计成油箱的一部分，翼尖安装喷气式发动机，机舱的噪音可低于80dB,由于发动机分散安装在浆尖，从而减少了机械设备的重量，

9、提高了发动机的利用率和使用寿命，上下两层旋翼座和滚轮座都设计成球形结构，通过对滚轮的控制，可调整上下层旋翼的倾斜面，从而达到控制飞行方向，旋翼喷气直升机结构简单，操纵方便，旋翼使用铝合金材料，经久耐用，操作系统可人工操作，也可电传操作，旋翼喷气直升机还可设计成多层旋翼，成为超级直升飞机，其起飞重量可达IooT以上。二、现有直升飞机的技术简介第一节直升机飞行特点直升机最显著的标志是旋翼，即可旋转的翼面。利用旋翼旋转时提供的升力、前进力和操纵力，能有效地完成空中悬停、垂直起落和前飞、后飞、侧飞等飞行，这就是直升机有别于飞机等其他航空飞行器的基本特点。一、旋翼的空气动力特点（一）旋翼的一般介绍旋翼的

10、作用概括起来有以下三点：1、产生向上的升力（占拉力的主要部分）用以克服直升机的重力,类似于飞机机翼的作用。即使直升机的发动机空中停车时，驾驶员可通过操纵旋翼使其自转，仍可产生一定升力，减缓直升机下降趋势。2、产生向前的不平分力克服空气阻力使直升机前进，类似于飞机上推进器的作用（例如螺旋桨或喷气发动机）。3、产生其他分力及力矩对直升机进行控制或机动飞行，类似于飞机上各操纵面的作用。旋翼由数片桨叶（即翼面）及一个桨毂（又称轴套）组成。工作时，桨叶与空气作相对运动，产生空气动力，桨毂则是用来连接桨叶和旋翼轴，以转动旋翼，桨叶一般通过较接方式与毂连接，典型的较接式旋翼如图2.212.2.2旋翼的运动与

11、固定翼飞机机翼的不同，在于旋翼的桨叶除了随直升机一同作直线或曲线运动外，还要绕旋翼轴旋转，因此桨叶的空气动力现象要比机翼的复杂得多。(二)工作参数I、旋翼的基本参数(1)旋翼直径旋翼旋转时，桨尖所划圆圈的直径，叫做旋翼直径，用D表示(图2.1-4)o大型直升机的旋翼直径可达30m以上，小型直升机的也有78(2)桨盘面积及桨盘载荷桨叶旋转所划圆的面积，叫桨盘面积。直升机的飞行重量与桨盘面积的比值，叫做桨盘载荷。(3)旋翼实度各片桨叶中面积与整个桨盘面积之比，叫做旋翼实度，以希腊字母6表示。(4)旋翼迎角如图2.1-5所示，直升机的相对气流同桨毂旋转平面之间的夹角，叫旋翼迎角，用as表示。飞行状态

12、不同，旋翼迎角的正负和大小也不相同。(5)旋翼状态特性系数直升机沿任一倾斜轨迹飞行时，气流斜吹旋翼，相对气流速度(Vo)可分解为两个分量(图2.l-6)0一个是沿桨毂旋转轴方向的分量(VOsinas);一个是沿桨毂旋转平面的分量(VoCOSas)。(6)旋翼转速和角速度旋翼转速(n)一般以每分钟一转为单位(rmin),而角速度(Q)以每秒钟一个弧长为单位(rad/s),两者关系如下：Q=兀n/30旋翼转速要受到叶尖速度的限制，以避免叶尖出现过大的空气压缩效应。目前旋翼桨叶尖部圆周速度QIP180220m/s。大致相当于叶尖马赫数M=O.55-0.6(海平面、标准大气)。2、桨叶的基本特性和参数

13、(1)桨叶平面形状桨叶平面形状常见的有矩形、梯形和矩形加后掠形桨尖等。近年来桨尖的形状变化发展较多。目前已从第一代矩形、第二代简单尖削加后掠、第三代曲线尖削加后掠发展到下反式三维桨尖。这是因为桨叶尖部速度对旋翼性能有着十分密切的影响。原因之一是前行桨叶尖的空气压缩性不允许速度过大，通常限制M数在0.92以下。(2)桨叶剖面形状桨叶剖面形状与飞机机翼剖面形状相类似，均称作翼型。国外许多有实力的研究单位，无不关注翼型的发展研究，通过大量地研究、实验，发展了许多优良的翼型族，例如法国的OA翼型系列、俄罗斯的翼型系列以及美国的VR系列。以美国波音公司的VR翼型族为例，该公司从50年代至80年代先后发展

14、了四代翼型(见图2.1-8),翼型的最大升力系数和阻力发散M数都有显著提高。(3)桨叶剖面安装角和桨距桨叶某一剖面的翼弦与桨毂旋转平面之间的夹角，叫桨叶该剖面的安装角。驾驶员通过直升机的操纵系统可以改变旋翼的总距和各片桨叶的桨距，根据不同的飞行状态，总距的变化范围约为214度。(4)桨叶剖面迎角桨叶旋转时，桨叶剖面的相对气流合速度(W)与翼弦之间的夹角，叫桨叶剖面迎角。(5)桨叶的几何扭转为使空气动力沿桨叶的分布比较均匀，减小由于诱导速度分布不均匀引起的附加功率损失，通常都把桨叶做成具有负的儿何扭转，即从根到尖，桨叶安装角逐渐减少。桨叶的扭转，可分为线性扭转和非线性扭转。线性扭转比较好制造，非

15、线性理想扭转则是根据空气动力优化设计的需要进行扭转，但制造上较困难。(6)桨叶剖面的来流角桨叶剖面的相对气流合速度由平行于桨毂旋转平面的和垂直于该平面的相对气流所合成，它与桨毂旋转平面的夹角，叫来流角，用表示，W从上方吹向桨毂旋转平面，为正。由上述分析可知：(1)直升机由于利用旋翼产生拉力，即使前进速度为零，只要旋翼处于正常工作状态，就能产生支撑全机重量的拉力。所以，直升机不仅可以飞得很慢，且可在空中悬停和垂直升降。(2)直升机起飞，只要旋翼产生拉力大于重力，就能离地垂直升空,下降时，也只要通过操纵改变拉力的大小，使拉力小于重力，就能降低高度垂直降落。(3)要想让直升机向预定的方向运动，必须操纵旋翼锥体向预定的方向倾斜，使旋翼拉力也跟着倾斜，以取得向该方向运动的力。由于旋翼拉力方向在空间是可以改变的，为了便于分析问题，我们规定：在前飞中，拉力的第一分力(T,),在铅垂面内并垂直于飞行方向；拉力第二分力(T2),与飞行方向平行，；拉力第三分力(T3),在水平面内垂直于飞行方向。至于在悬停和垂直飞状态中，拉力第一分力(Tl)铅垂向上；拉力第二分力(T2)作为水平纵向分力，在无风的稳定