[發(fā)明專利]一種傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器動(dòng)力系統(tǒng)分布方案的設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110168767.5
• 申請(qǐng)日: 2021-02-07
• 公開（公告）號(hào): CN112810832B
• 公開（公告）日: 2022-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 嚴(yán)旭飛;婁斌;王曉波;陳令凱;謝也;謝安桓;張丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 之江實(shí)驗(yàn)室
• 主分類號(hào): B64F5/00
• 分類號(hào): B64F5/00;G06F30/15;G06F30/20;G06F119/06
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發(fā)明公開了一種傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器動(dòng)力系統(tǒng)分布方案的設(shè)計(jì)方法，其包括傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器基本參數(shù)設(shè)計(jì)方法，以及推重比、懸停拉力、單個(gè)旋翼失效和旋翼動(dòng)力系統(tǒng)功耗分析方法。所述的傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器基本參數(shù)設(shè)計(jì)方法是推重比、懸停拉力、單個(gè)旋翼失效和旋翼動(dòng)力系統(tǒng)功耗分析方法的前提。通過(guò)本發(fā)明提出的研究方法，可以綜合分析旋翼尺寸、槳葉片數(shù)、旋翼分布等對(duì)飛行器的推重比、懸停拉力以及單個(gè)旋翼失效后的修正影響，并同時(shí)考慮機(jī)翼展長(zhǎng)限制，槳尖速度限制(旋翼噪聲限制)以及動(dòng)力系統(tǒng)功耗限制。該發(fā)明可以在傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器的概念設(shè)計(jì)階段快速確定合理的飛行器動(dòng)力系統(tǒng)分布方案，從而顯著加快飛行器概念設(shè)計(jì)的研究進(jìn)程。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于飛行器設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器動(dòng)力系統(tǒng)分布方案的設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

城市空中交通運(yùn)輸以及各類特種飛行任務(wù)(空中觀光、物流運(yùn)輸、反恐防暴、災(zāi)后救援等)對(duì)飛行器的飛行性能提出了更高的要求，包括擁有高效的懸停性能、大航程、大航時(shí)以及可以進(jìn)入高速飛行等能力。常規(guī)旋翼類飛行器的旋翼組件在前飛時(shí)左右氣流不對(duì)稱，其最大飛行速度受到了前行槳葉氣流壓縮性以及后行槳葉氣流分離的限制，因此飛行速度很難進(jìn)一步提高。

為了克服以上問題，國(guó)內(nèi)外研究者進(jìn)行了大量的探索與嘗試，提出了許多新構(gòu)型方案。其中傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器能夠兼顧低速懸停與高速前飛性能，是目前較為成功的新構(gòu)型方案。此外，由于分布式動(dòng)力(DEP)技術(shù)的應(yīng)用，動(dòng)力系統(tǒng)的冗余度提高，還可以實(shí)現(xiàn)旋翼組件的分步式傾轉(zhuǎn)，因此傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器還可以滿足安全、高效的目標(biāo)。然而，由于DEP多旋翼配置的存在，旋翼動(dòng)力系統(tǒng)的分布方案一直是傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器概念設(shè)計(jì)階段的難題：如果旋翼個(gè)數(shù)過(guò)少，則無(wú)法保證單個(gè)旋翼失效后機(jī)體能夠安全著陸，或繼續(xù)完成飛行任務(wù)；如果旋翼個(gè)數(shù)過(guò)多，則由于機(jī)體尺寸的限制，整個(gè)旋翼組的槳盤面積會(huì)大幅降低，導(dǎo)致氣動(dòng)效率下降，徒增功耗。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器動(dòng)力系統(tǒng)分布方案的設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的目的通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：一種傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器動(dòng)力系統(tǒng)分布方案的設(shè)計(jì)方法，該方法包含傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器基本參數(shù)設(shè)計(jì)方法，以及推重比、懸停拉力、單個(gè)旋翼失效和旋翼動(dòng)力系統(tǒng)功耗分析方法，所述的傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器基本參數(shù)包括飛行器載荷、起飛重量、翼展、展弦比、巡航速度、推重比范圍、旋翼槳根總距和槳葉負(fù)扭。

進(jìn)一步地，所述的多旋翼飛行器至少包括4個(gè)旋翼。

進(jìn)一步地，所述的傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器基本參數(shù)設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

1)根據(jù)設(shè)計(jì)需求確定飛行器載荷；

2)根據(jù)載荷，統(tǒng)計(jì)各類飛行器的起飛重量范圍，從而確定起飛重量；

3)根據(jù)飛行器載荷與氣動(dòng)構(gòu)型，統(tǒng)計(jì)各類傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器的翼展范圍，從而確定翼展與展弦比；

4)根據(jù)載荷，統(tǒng)計(jì)各類傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器的巡航速度范圍，從而確定巡航速度；

5)根據(jù)載荷，統(tǒng)計(jì)各類傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器的推重比范圍；

6)根據(jù)載荷與巡航速度，統(tǒng)計(jì)各類傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器的槳根總距與槳葉負(fù)扭，從而確定一組可行的槳根總距與槳葉負(fù)扭。

進(jìn)一步地，所述的推重比、懸停拉力、單個(gè)旋翼失效和旋翼動(dòng)力系統(tǒng)功耗分析方法通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)：

7)根據(jù)傾轉(zhuǎn)多旋翼飛行器基本參數(shù)，初步確定可行的旋翼布局與槳葉片數(shù)集合；所述旋翼布局包括旋翼個(gè)數(shù)、旋翼半徑和安裝位置；

8)推重比和功耗分析：分別計(jì)算對(duì)比各組旋翼布局與槳葉片數(shù)在最大允許槳尖馬赫數(shù)下的機(jī)體推重比和對(duì)應(yīng)的旋翼總需用功率，以低噪聲、低功耗、大推重比為目標(biāo)，在集合中分析得到第一組可行的旋翼布局與各旋翼槳葉片數(shù)范圍；