【正文】 雙層旋翼直升飛機(jī)傾斜控制器新型直升飛機(jī)可行性報(bào)告一、新型直升飛機(jī)項(xiàng)目摘要31：項(xiàng)目的來源32：直升飛機(jī)的發(fā)展簡述4二、現(xiàn)有直升飛機(jī)的技術(shù)介紹6三、新型直升飛機(jī)技術(shù)介紹 40四、項(xiàng)目的基礎(chǔ)條件：561：前期工作情況562：發(fā)明人簡介573：創(chuàng)辦單位介紹584：現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)和工作基礎(chǔ)595：國家相關(guān)的政策596：協(xié)作單位介紹60五、項(xiàng)目攻關(guān)總體目標(biāo)，621：實(shí)施年限，612：具體的考核指標(biāo)（含主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)）及年度計(jì)劃安排61六、項(xiàng)目的主要研究內(nèi)容631：課題設(shè)置方案及承擔(dān)單位選擇方式63七、項(xiàng)目的主要技術(shù)特點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)：631：關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容，632：項(xiàng)目實(shí)施的技術(shù)、工藝路線； 633：可能取得的專利（尤其是發(fā)明專利和取得國外專利）及知識產(chǎn)權(quán)分析64八、項(xiàng)目的關(guān)聯(lián)行動(dòng)： 641：項(xiàng)目的組織管理措施，其它必要的支撐和配套條件（如基地、示范點(diǎn)、技術(shù)或工程依托等）落實(shí)情況64九、項(xiàng)目總投資預(yù)算，資金籌措及來源渠道1：自籌資金：642：外籌資金：64十、項(xiàng)目預(yù)期成果的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、環(huán)境效益分析，與國內(nèi)外同類產(chǎn)品或技術(shù)的競爭力分析，成果應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化前景分析1：軍用新型直升飛機(jī)652：民用新型直升飛機(jī)65十一、項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)分析，含技術(shù)、市場的風(fēng)險(xiǎn)分析76十二、新型直升飛機(jī)試驗(yàn) 78十三、其它需要說明的事項(xiàng) 81十四、經(jīng)濟(jì)效益 82十五、聯(lián)系方式 82一、新型直升飛機(jī)項(xiàng)目摘要1：項(xiàng)目的來源在2000年的時(shí)候，發(fā)明人彭凱有一次坐客車從黔西到貴陽，車開到鴨池河，突然間客車沖出公路，闖上路邊的巖石，由于客車突然停車，車上有多人受傷，我當(dāng)時(shí)坐在前排，前面堆有民工的行李，由于慣性，我撲倒在行李上，沒有受傷，從那時(shí)起我就想發(fā)明一種新型的直升飛機(jī)。通過觀察我發(fā)現(xiàn)直升飛機(jī)旋翼朝什么方向傾斜，直升飛機(jī)就向什么方向飛行，而現(xiàn)有的直升飛機(jī)卻不是直接控制旋翼傾斜方向，我的發(fā)明方向就是要找出直接使旋翼傾斜的方法，通過3年的摸索，在2003年7月4日，彭凱、彭晶、代宇共同申請了“滾輪式雙層旋翼直升飛行器”，專利號031473016。這種飛行器的上下層旋翼的正反方向旋轉(zhuǎn)和上下旋翼的連接都是由滾輪來帶動(dòng)的，旋翼的傾斜方向也是由滾輪來控制的，專利公開后，我們生產(chǎn)模型來做實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)證明用滾輪來控制旋翼傾斜方向是可行的，而上下旋翼用橡膠來連接，在旋翼轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候由于溫度、濕度、磨損等原因，上下旋翼會(huì)產(chǎn)生打滑的現(xiàn)象。使直升飛機(jī)的飛行達(dá)不到設(shè)計(jì)的要求。為了解決上面的問題，我們到北京航空航天學(xué)院，南京航空航天學(xué)院，中國直升飛機(jī)研究所等單位，進(jìn)行技術(shù)交流，于2006年4月6日向國家專利局申請了“旋翼噴氣式直升飛機(jī)”的專利，專利號2006100551480，此項(xiàng)目堅(jiān)持了利用滾輪控制旋翼的傾斜，上下旋翼的橡膠連接改為齒輪連接，并且增加了旋翼作為油箱和在漿尖上安裝噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)，這種設(shè)計(jì)方案主要技術(shù)要求有小型噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī) ，2006年珠海航展的時(shí)候，我們看到北京宏恩發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力公司的小型噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)非常適合，與該公司的程德恩經(jīng)理和工程師們商談后，他們都非常感興趣，并表示對項(xiàng)目的積極支持，用該公司的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)可以不買單，待實(shí)驗(yàn)成功后生產(chǎn)用發(fā)動(dòng)機(jī)采購他們的產(chǎn)品。2006年至2009年，彭凱在李林的支持下，開展了實(shí)質(zhì)性的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了一些問題，如齒輪的外形和穩(wěn)定，旋翼盤的控制穩(wěn)定，齒輪的潤滑等，在2009年4月17日申報(bào)的“雙層旋翼直升飛機(jī)傾斜控制器”上，機(jī)械機(jī)構(gòu)方面的技術(shù)問題，在專利申請的文件上都給予解決了。2；直升飛機(jī)的發(fā)展簡述； 已往的大約半個(gè)世紀(jì)中，直升機(jī)在技術(shù)上經(jīng)歷了幾項(xiàng)重大的突破性進(jìn)展，從技術(shù)特征來看，大體上可以分為四代： 一、第一代直升機(jī) 從第一架可以正式飛行的直升機(jī)在20世紀(jì)30年代末問世至60年代初期，是第一代直升機(jī)發(fā)展階段。主要技術(shù)特征是：安裝活塞式發(fā)動(dòng)機(jī)；金屬／木質(zhì)混合式旋翼漿葉；機(jī)體為由鋼管焊接成的桁架式或鋁合金半硬殼式結(jié)構(gòu)；裝有簡易的儀表和電子設(shè)備。最大平飛速度約200km／h，全機(jī)振動(dòng)水平(約0．22g)、噪聲水平(約11 0dB)均較高。典型的機(jī)型如米一bell47等直升機(jī)。 二、第二代直升機(jī) 從60年代初期到70年代中期，發(fā)展了第二代直升機(jī)。主要技術(shù)特征是：安裝了第一代渦輪軸式發(fā)動(dòng)機(jī)；全金屬漿葉與金屬鉸接式漿轂構(gòu)成的旋翼；機(jī)體主要仍為鋁合金半硬殼式結(jié)構(gòu)；開始采用最初的集成微電子設(shè)備。最大平飛速度約達(dá)250km／t1。振動(dòng)水平(約O．15g)、噪聲水平(約l OOdB)有所降低。典型的機(jī)型有米一“超黃蜂”等直升機(jī)。 三、第三代直升機(jī) 從70年代中期至80年代末，屬于第三代直升機(jī)發(fā)展時(shí)期。主要技術(shù)特征是：安裝第二代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)；全復(fù)合材料漿葉及帶有彈性元件的漿轂構(gòu)成的旋翼；機(jī)體結(jié)構(gòu)部分使用復(fù)合材料；采用大規(guī)模集成電路的電子設(shè)備和較先進(jìn)的飛行控制系統(tǒng)。最大飛行速度約達(dá)300km／h。振動(dòng)水平(約O．1 0g)、噪聲水平(約90dB)又進(jìn)一步得到控制。典型的機(jī)型有“海豚”、“山貓”、“黑鷹”、“阿帕奇”等直升機(jī)。 四、第四代直升機(jī) 從90年代以來，直升機(jī)技術(shù)發(fā)展進(jìn)入第四代，主要技術(shù)特征包括：安裝第三代渦軸發(fā)動(dòng)機(jī)；裝有進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)的翼型、漿尖和先進(jìn)的復(fù)合材料旋翼漿葉，無軸承或彈性鉸式等新型漿轂；機(jī)體結(jié)構(gòu)大部分或全部使用復(fù)合材料；操縱系統(tǒng)改為電傳操縱；機(jī)載電子設(shè)備采用數(shù)據(jù)總線、綜合顯示和任務(wù)管理；先進(jìn)的飛行控制、通信導(dǎo)航等系統(tǒng)。最大平飛速度已約達(dá)3 1 5km／h。振動(dòng)水平(約0．05g)、噪聲水平(約80dB)已得到良好控制。典型的機(jī)型有“科曼奇”、NH一90等直升機(jī)。 五：第五代直升機(jī) 進(jìn)入二十一世紀(jì)，滾輪式旋翼噴氣式直升機(jī)，組合了以上直升機(jī)的先進(jìn)技術(shù)，其重要技術(shù)特征是：旋翼設(shè)計(jì)成油箱的一部分，翼尖安裝噴氣式發(fā)動(dòng)機(jī)，機(jī)艙的噪音可低于80dB，由于發(fā)動(dòng)機(jī)分散安裝在漿尖，從而減少了機(jī)械設(shè)備的重量，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的利用率和使用壽命，上下兩層旋翼座和滾輪座都設(shè)計(jì)成球形結(jié)構(gòu)，通過對滾輪的控制，可調(diào)整上下層旋翼的傾斜面，從而達(dá)到控制飛行方向，旋翼噴氣直升機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，操縱方便，旋翼使用鋁合金材料，經(jīng)久耐用，操作系統(tǒng)可人工操作，也可電傳操作，旋翼噴氣直升機(jī)還可設(shè)計(jì)成多層旋翼，成為超級直升飛機(jī)，其起飛重量可達(dá)100T以上。二、現(xiàn)有直升飛機(jī)的技術(shù)簡介 第一節(jié) 直升機(jī)飛行特點(diǎn) 直升機(jī)最顯著的標(biāo)志是旋翼，即可旋轉(zhuǎn)的翼面。利用旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí)提供的升力、前進(jìn)力和操縱力，能有效地完成空中懸停、垂直起落和前飛、后飛、側(cè)飛等飛行，這就是直升機(jī)有別于飛機(jī)等其他航空飛行器的基本特點(diǎn)。 一、旋翼的空氣動(dòng)力特點(diǎn) (一)旋翼的一般介紹 旋翼的作用概括起來有以下三點(diǎn)： 產(chǎn)生向上的升力(占拉力的主要部分)用以克服直升機(jī)的重力，類似于飛機(jī)機(jī)翼的作用。即使直升機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)空中停車時(shí)，駕駛員可通過操縱旋翼使其自轉(zhuǎn)，仍可產(chǎn)生一定升力，減緩直升機(jī)下降趨勢。 產(chǎn)生向前的不平分力克服空氣阻力使直升機(jī)前進(jìn)，類似于飛機(jī)上推進(jìn)器的作用(例如螺旋槳或噴氣發(fā)動(dòng)機(jī))。 產(chǎn)生其他分力及力矩對直升機(jī)進(jìn)行控制或機(jī)動(dòng)飛行，類似于飛機(jī)上各操縱面的作用。旋翼由數(shù)片槳葉(即翼面)及一個(gè)槳轂(又稱軸套)組成。工作時(shí)，槳葉與空氣作相對運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生空氣動(dòng)力，槳轂則是用來連接槳葉和旋翼軸，以轉(zhuǎn)動(dòng)旋翼，槳葉一般通過鉸接方式與轂連接，典型的鉸接式旋翼如圖2．2—1 2．2．2 旋翼的運(yùn)動(dòng)與固定翼飛機(jī)機(jī)翼的不同，在于旋翼的槳葉除了隨直升機(jī)一同作直線或曲線運(yùn)動(dòng)外，還要繞旋翼軸旋轉(zhuǎn)，因此槳葉的空氣動(dòng)力現(xiàn)象要比機(jī)翼的復(fù)雜得多。 (二)工作參數(shù) 旋翼的基本參數(shù) (1)旋翼直徑 旋翼旋轉(zhuǎn)時(shí)，槳尖所劃圓圈的直徑，叫做旋翼直徑，用D表示(圖2．1—4)。大型直升機(jī)的旋翼直徑可達(dá)30m以上，小型直升機(jī)的也有7～8m。 (2)槳盤面積及槳盤載荷槳葉旋轉(zhuǎn)所劃圓的面積，叫槳盤面積。直升機(jī)的飛行重量與槳盤面積的比值，叫做槳盤載荷。(3)旋翼實(shí)度各片槳葉中面積與整個(gè)槳盤面積之比，叫做旋翼實(shí)度，以希臘字母6表示。(4)旋翼迎角如圖2．1—5所示，直升機(jī)的相對氣流同槳轂旋轉(zhuǎn)平面之間的夾角，叫旋翼迎角，用as表示。飛行狀態(tài)不同，旋翼迎角的正負(fù)和大小也不相同。(5)旋翼狀態(tài)特性系數(shù)直升機(jī)沿任一傾斜軌跡飛行時(shí)，氣流斜吹旋翼，相對氣流速度(V0)可分解為兩個(gè)分量(圖2．1—6)。一個(gè)是沿槳轂旋轉(zhuǎn)軸方向的分量(V0sinas)；一個(gè)是沿槳轂旋轉(zhuǎn)平面的分量(VocosaS)。(6)旋翼轉(zhuǎn)速和角速度旋翼轉(zhuǎn)速(n)一般以每分鐘一轉(zhuǎn)為單位(r/min)，而角速度(Q)以每秒鐘一個(gè)弧長為單位(rad／s)，兩者關(guān)系如下：Q=兀n/30旋翼轉(zhuǎn)速要受到葉尖速度的限制，以避免葉尖出現(xiàn)過大的空氣壓縮效應(yīng)。目前旋翼槳葉尖部圓周速度Q IPl80～220m／s。大致相當(dāng)于葉尖馬赫數(shù)M=O．55～0．6(海平面、標(biāo)準(zhǔn)大氣)。槳葉的基本特性和參數(shù)(1)槳葉平面形狀槳葉平面形狀常見的有矩形、梯形和矩形加后掠形槳尖等。近年來槳尖的形狀變化發(fā)展較多。目前已從第一代矩形、第二代簡單尖削加后掠、第三代曲線尖削加后掠發(fā)展到下反式三維槳尖。這是因?yàn)闃~尖部速度對旋翼性能有著十分密切的影響。原因之一是前行槳葉尖的空氣壓縮性不允許速度過大，通常限制M數(shù)在O．92以下。(2)槳葉剖面形狀槳葉剖面形狀與飛機(jī)機(jī)翼剖面形狀相類似，均稱作翼型。國外許多有實(shí)力的研究單位，無不關(guān)注翼型的發(fā)展研究，通過大量地研究、實(shí)驗(yàn)，發(fā)展了許多優(yōu)良的翼型族，例如法國的OA翼型系列、俄羅斯的翼型系列以及美國的VR系列。以美國波音公司的VR翼型族為例，該公司從50年代至80年代先后發(fā)展了四代翼型(見圖2．1—8)，翼型的最大升力系數(shù)和阻力發(fā)散M數(shù)都有顯著提高。(3)槳葉剖面安裝角和槳距槳葉某一剖面的翼弦與槳轂旋轉(zhuǎn)平面之間的夾角，叫槳葉該剖面的安裝角。駕駛員通過直升機(jī)的操縱系統(tǒng)可以改變旋翼的總距和各片槳葉的槳距，根據(jù)不同的飛行狀態(tài)，總距的變化范圍約為2～14度。(4)槳葉剖面迎角槳葉旋轉(zhuǎn)時(shí)，槳葉剖面的相對氣流合速度(W)與翼弦之間的夾角，叫槳葉剖面迎角。(5)槳葉的幾何扭轉(zhuǎn)為使空氣動(dòng)力沿槳葉的分布比較均勻，減小由于誘導(dǎo)速度分布不均勻引起的附加功率損失，通常都把槳葉做成具有負(fù)的幾何扭轉(zhuǎn)，即從根到尖，槳葉安裝角逐漸減少。槳葉的扭轉(zhuǎn)，可分為線性扭轉(zhuǎn)和非線性扭轉(zhuǎn)。線性扭轉(zhuǎn)比較好制造，非線性理想扭轉(zhuǎn)則是根據(jù)空氣動(dòng)力優(yōu)化設(shè)計(jì)的需要進(jìn)行扭轉(zhuǎn)，但制造上較困難。(6)槳葉剖面的來流角槳葉剖面的相對氣流合速度由平行于槳轂旋轉(zhuǎn)平面的和垂直于該平面的相對氣流所合成，它與槳轂旋轉(zhuǎn)平面的夾角，叫來流角，用￡表示，W從上方吹向槳轂旋轉(zhuǎn)平面，￡為正。由上述分析可知：(1)直升機(jī)由于利用旋翼產(chǎn)生拉力，即使前進(jìn)速度為零，只要旋翼處于正常工作狀態(tài)，就能產(chǎn)生支撐全機(jī)重量的拉力。所以，直升機(jī)不僅可以飛得很慢，且可在空中懸停和垂直升降。(2)直升機(jī)起飛，只要旋翼產(chǎn)生拉力大于重力，就能離地垂直升空，下