自轉旋翼飛行器總體設計關鍵技術研究.pdf

1、自轉旋翼飛行器（以下簡稱旋翼機）是一種以自轉旋翼作為升力面、螺旋槳推/拉力或其它供能方式為前進動力的旋翼類飛行器，具有機構簡單、安全性高、成本低等特點。為設計具有鷂躍起飛性能的旋翼機，解決其總體設計過程中遇到的關鍵技術問題，本文針對自轉旋翼氣動特性、旋翼機飛行動力學特性、鷂躍和超短距起飛技術、參數多目標優(yōu)化設計、旋翼系統(tǒng)及其操縱系統(tǒng)設計等進行了深入的研究，并最終完成了ZX1型旋翼機總體方案設計。本文主要研究內容如下： （1）基

2、于葉素理論，采用數值積分的方法，引入動態(tài)入流理論，建立了自轉旋翼氣動計算模型。經過旋翼自轉氣動特性風洞吹風試驗的驗證，最終提出了自轉旋翼氣動力和穩(wěn)定轉速計算方法，分析了影響旋翼自轉氣動特性的主要因素對氣動特性的影響規(guī)律，明確了自轉旋翼的氣動優(yōu)勢和改善其氣動性能的方法。 （2）建立了旋翼機飛行動力學數學模型，分析了所設計的旋翼機平衡操縱特性和穩(wěn)定特性，得出了帶平尾高、前重心布局是旋翼機合理布局的結論。并以能量轉換和變參數的方法，

3、對鷂躍和超短距起飛特性進行了全面分析，得出各項參數和操縱變量與起飛特性的關系及改善跳飛性能的方法，并對實現鷂躍起飛的傳動系統(tǒng)進行了方案設計。 （3）結合Pareto概念，引入模糊理論，增加群體排序、小生境技術、精英保存策略等改進的遺傳算法和能提高優(yōu)化結果魯棒性和可靠性的六西格瑪設計方法，形成了適合于旋翼機參數多目標優(yōu)化設計的方法。算例表明了多目標優(yōu)化方法的正確可行性，并針對ZX1型機研制總要求，對旋翼機分別進行了總體參數和推&

4、升力系統(tǒng)參數多目標優(yōu)化設計，得到了滿足設計要求的最佳參數組合。 （4）通過分析蹺蹺板式旋翼的揮舞、擺振和變距特性及自轉旋翼的特點，設計了適用的蹺蹺板式自轉旋翼及其周期變距和總距操縱機構，解決了自轉旋翼要在轉速差別很大的地面預轉和空中飛行兩種狀態(tài)下使用的問題。 （5）在以上研究的基礎上，依據ZX1型旋翼機研制總要求，通過運用CATIA、FLUENT、AUTOCAD，MATLAB等計算機輔助設計軟件，研究了旋翼機總體構型

5、、氣動布局、重量重心布置等，并經試驗驗證和多輪次設計改進，完成了滿足研制總要求的ZX1型自轉旋翼飛行器總體方案設計。 本文從自轉旋翼飛行器總體設計要求出發(fā)，研究了旋翼機研制過程中遇到的關鍵技術問題。主要完成了自轉旋翼氣動特性的理論和試驗研究，形成了自轉旋翼的分析和設計方法；進行了旋翼機飛行動力學及鷂躍起飛建模研究，形成了旋翼機飛行動力學和跳飛分析方法；完成了ZX1型旋翼機總體方案設計（包括參數優(yōu)化設計），形成了一套較完整的合理