与实现非直升机短距离垂直起降相关的历史问题评估 飞行车的性能和搜索外文翻译资料

 2021-12-02 10:12

英语原文共 19 页

通过对相关历史问题的分析探索飞行汽车实现短距离垂直起降的可能性

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航空学会,这导致了最后一篇论文的出版——因此,文字和图片是正确的,但是

格式与日志中的格式不同。本论文(第3470号)的完整引文如下:

B.Saeedamp;GB Gratton,与实现非直升机短距离垂直起降相关的历史问题评估

飞行车的性能和搜索,Aeroj第114卷第1152号PP91-1

摘要

短距离垂直起降组合即“V/Stol”能力一直是航空领域非常需要的, V/STOL能力对于许多未来飞机来说是一种标准能力。过去的V/STOL飞机的审查和分析关于它们的性能参数。本次研究基于推进系统的飞机,在此类中找到两个嵌入的类别,即喷气式飞机和非喷气式飞机,突出了它们之间的性能差异。并鉴于历史经验表现评价飞行汽车。

命名法

A 加速度 2 m s/

CD 阻力系数

CG 重心

CL 升力系数

CLmax 最大升力系数

CTOL 常规起飞和着陆

D 风机直径(m)

G 重力加速2 m s/

ks 吸收因子

L 升力 (N)

LOGE 地外效应产生的升力

Lf 喷射喷泉升降机

Ls 吸式升降机

M 质量流率(kg/s)

NTSB 国家运输安全委员会

P 发动机功率(watts)

S 机翼表面积( 2m )

d S 螺旋桨盘面积2 (m)

S0 起飞地面距离(m)

STOL 短距起落

T 总推力(N)

Tdp 导管螺旋桨产生的推力

Treq 垂直起降所需的推力

TR 反向发动机推力

UAV 无人驾驶飞行器

V/STOL 短距离垂直起降

V 巡航速度(m/s)

Vmax 最大巡航速度

Vref 接近速度

c v 爬升速度

VTO 垂直起飞

VTOL 垂直起降

W 总重(kN)

rho; 海平面3的空气密度( 1.225 / )  kg m

 风机与风管排气面积比

micro; 干摩擦系数

p 推进效率

1引言

V/Stol指短距离垂直起降能力,一种可以执行垂直或短的起飞或着陆被称为继承V/Stol能力,如Bae Harrier。V/STOL由另外两个垂直垂直垂直垂直垂直方向的垂直方向起飞和降落,以及短距起飞和着陆。垂直推力不足的飞机可能尝试短距离起飞和垂直着陆减轻燃油消耗的重量,这类飞机由STOVL特别指定。V/STOL能力减少了对长跑道和缩短实现水平飞行的时间:传统喷气式飞机以速度着陆和起飞约80至120 m/s,可能需要跑道上升。在某些情况下,长度为3500米-这是V/Stol存在的昂贵基础设施问题解决的可能性。对V/STOL飞行的兴趣可能出现在早期尝试动力飞行试图模仿行为但是,没有早期的人造机器很多鸟类都实现了控制飞行。它是当时还没有意识到短而垂直的起飞鸟类的能力在很大程度上是可能的由于它们的低机翼载荷,这是它们的小尺寸。可以看出,鸟类的翅膀负荷相对较低前进速度实际上是vtol有能力的,如蜂鸟、黑鸟和谷仓燕子,其他鸟是V/Stol或常规起飞和着陆(CTOL)能力。西尔乔治·凯莱,他是第一个认识区分升力和推力的重要性特别是要认识到,对于水平飞行,所需推力是一个或两个数量级以下超过所需的提升力为了进一步了解这一现象,考虑典型机翼截面的升力和阻力曲线电梯总是比较大比典型飞行条件下的阻力大,通常对应于10/15 C L D,和因此,克服阻力所需的推力较小。比产生的升力大。早期垂直飞行直升机——通过空气动力学实现的,或旋转翼,解决方案,而不是纯推进解决方案。以下方程式最能说明作用在飞机上的力之间的关系水平飞行。推力阻力提升重量喷气推进通过在飞机重力作用下工作直接,而旋转翼解决方案确实有效最初是针对阻力(轮廓和诱导),因此提升现象带来的好处大于阻力。不管机制如何,发展V/STOL能力也不可避免地依赖于提供合适的发电厂。在尤其是燃气涡轮发动机,其高推力:重量比,使最终的发展成为可能飞机的静推力与总重量比大于1–vtol能力的先决条件。随着飞机速度的不断提高,v/stol操作和向前飞行性能变得兼容。此外,同时,在马赫数1以上所需推力几乎等于或超过总推力飞机在水平飞行时的重量-与一些V/Stol和超音速飞机。到目前为止,最多产的V/STOL飞机是显然是直升机;但是在水平飞行中与典型的固定翼相比,直升机效率低速度和航程仅在飞机的一半或三分之一(大约)。而且,至少部分原因是它们更复杂,直升机的安全性比

规飞机(7):例如轻型飞机遭受致命事故率的传统飞机飞行小时数为1170小时,而飞行小时数为3350小时小型直升机的飞行时间。同样的复杂性有助于提高成本:例如写罗宾逊R44的典型雇佣成本英国的直升机为400英镑/小时或购买飞机将耗资10万至20万英镑,而塞斯纳C172飞机,具有类似的有效载荷和巡航性能,可租用约150英镑/小时或约30000-100000英镑购买-成本约为直升机成本的30-40%。

对V/STOL能力的搜索引发了一种嵌入式vtol的性能研究直升机改为传统的固定翼飞机。然而,这几乎没有实现。作者已确定45架固定翼飞机尝试将高向前飞行速度的直升机常规飞机。在这45个国家中,只有4个:BAEHarrier、Yak-38、Bell Boeing V-22和洛克希德马丁X35联合攻击战斗机冒险了很多在原型阶段之后。显示这45架飞机按其推进力排列系统垂直起降推进策略飞机模型先验的1G型1倾斜轴/转子贝尔XV-3 2柯蒂斯·赖特x100三倾斜支柱Curtiss-Wright x19四多克16 VZ-4 5倾斜管喇叭口-X22A 6诺德500学员7维托76 VZ-2 8希勒X-18 9雷弗瑞安XC-142 10倾斜翼CANADAIR CL—84Dynavert 11贝尔XV-15 12波音V-22倾斜转子钟鱼鹰13号倾斜喷射喇叭口65 14罗伯逊vtol 15赖安92 VZ-3Vertiplane 16偏斜的滑流费尔奇尔德224 VZ-5 17贝尔X-14 18小贩P.1127Kestrel 19雅可夫列夫Yak-36 20BAe Harrier 21矢量推力波音X-32 22洛克希德XFV-1 23康沃尔XFV-1POGO 24Ryan X-13 Vertijet 25号相同推进悬停系统向前飞行尾随者SnCMCMA C450 26短S.1 27Dassault Balzac V 28独立电源悬停装置

电梯

达索海市蜃楼三号游轮

二十九

EWR VJ101C 30

多尼尔道31 31

洛克希德XV-4B 32

VFW VAK 191B 33

雅科夫列夫雅克-38 34

电梯/巡航

雅可夫列夫Yak-141 35

麦克唐纳XV-1 36

联合动力

悬停装置

翼型旋翼机喷嘴37

洛克希德XV-4A 38

喷射器

罗克韦尔XFV-12A 39

先锋

全平面40Fan GE Ryan XV-5a 41型

洛克希德马丁X-35 42KAMOV-KA—22 43

皮亚塞基16H-1 44增强功率

悬停装置

转子

洛克希德AH-56 45尝试对两个vtollift使用相同的电源系统推进力:包括BAE Harrier和贝尔波音V-22。Yak-38和JSF X-35,同时成功地进入服务,利用悬停增能联合发电厂分别种植悬停植物。

本文试图比较这些飞机通过性能参数,特别是:最大速度、范围、推力重量比和权力。

2独特的空气动力学

V/STOL能力的主要特点是需要的高推力重量比扩大推进性能范围使动力装置成为最重要的部件V/STOL飞机的重量和机身体积。大多数喷气式战斗机是1960年左右发展起来的。有(至少在轻型配置中),有产生推力重量比t/w的可能性超过1。然而,传统上发动机排气口位于飞机尾部并分流。向下排气不是解决办法-这是用于水平飞行,但不用于悬停飞行存在平衡问题的地方。为了解决这个问题,推力必须与重力,或附加可控推力装置必须远离主贯穿线,创造一种平衡——比如在BAE的情况下Harrier(。这两种方法将倾向于将飞机从传统的通常是最佳布局。对于巡航控制的垂直起降飞机——如设计用于运输目的,更严重问题涉及推力匹配。如果推力垂直飞行所需的用于巡航的发动机,发动机也太远了大到有效的巡航。推力不匹配将产生巨大的燃油消耗和范围罚款为巡航控制设计,仅使用矢量控制用于垂直飞行的巡航发动机的推力。为此许多概念性垂直起降交通设计的原因包含单独的“提升发动机”,用于垂直飞行。图4突出显示了不匹配垂直飞行所需的推力和典型喷气式V/STOL飞机的水平飞行。此外,推力失配可能随着保持稳定所需的推力高度高空飞行(~15000米)减少明显地。这些都是我们所知道的基本问题必须在垂直起降飞机上克服。在V/STOL飞机中,也有必要考虑影响性能的因素CTOL和水平飞行案例。这些因素可能是地面滚压简化分析评价着陆飞机的距离及其关系它们之间由(9)定义。其中,S0为地面滚转距离,Vref为进近距离速度和其他符号被指定为通常意义。关系清楚地表明推力重量比是最重要的实现最小地面滚转距离的参数最大化clmax可以进一步最小化降低机翼载荷w/s。显示典型STOL飞机的着陆性能不出所料,接近速度应该减少着陆距离。这样做,clmax和tr(这是向前推力的函数重量比)需要增加。当然,飞机配置也很相关实现STOL性能。尤其是在设计阶段,提升发电机的进排气应考虑系统。正确的排气位置,如在耙上所取得的成绩,甚至可以提高常规增大机翼升力在常规跑道起飞时。还表明机翼载荷必须减少以获得更好的重量动力性能。直升机拥有最高的重量功率比其余的,倾斜转子,升降螺旋桨和升降喷气式飞机,效率显著降低。然而,本文是仅涉及固定翼V/STOL飞机,以及这使得倾斜旋翼机成为最有效的飞机这类飞机。

3主要原因

空气动力损失审查主要设计缺陷是有用的。引入了人们熟知的传统飞机通过增加垂直起降能力。在悬停或垂直飞行中,飞机空气动力损失包括吸入、再循环、热气体吸入、推力矢量控制和反应控制系统。

3.1吸入和喷泉提升

使飞机保持稳定状态的下洗同时加速周围的气流,推动在垂直阻力的飞机上向下取决于飞机的整个表面积面对水流。影响垂直阻力是螺旋桨的相对位置。或喷气式排气和固定翼。如果螺旋桨是在主机翼正上方,如洛克希德或排气喷嘴直接位于机翼,如在贝尔65 ATV,然后更大引气气流施加向下的力。对于喷气式飞机来说,吸入是相当严重的空气动力损失。喷射升力是质量流的产物。速率M盎司和喷气式速比,T mu j盎司

②非常大需要从导致复杂的环境飞机周围的流场如图7所示。这个复杂的流场导致总升力的变化。主要由低压引起的吸入引起在飞机的下表面。这种损失往往通过部署垂直翼片来平衡发动机转向向内排气,形成良好的喷泉效果。升

(3)

其中loge是由于剖面阻力作用导致的升力损失。飞机的平面形状取决于爬升率。

3.2再循环

一架V/STOL飞机靠近地面它周围的势流场向下冲洗/废气进入入口,导致升力/推力的显著损失。这种再循环也通常会注入灰尘和侵蚀颗粒,从而损坏发动机。

3.3热气体摄入

热气体摄入仅适用于喷射vtol热废气被注入的飞机提高进气温度和使推力显著减小。热气

摄入是非常依赖配置的,喷嘴布置、入口位置和机翼位置重要变量。相对逆风也可能对进气量有很大影响温度。

3.4推力矢量控制

推力矢量控制一般是通过喷管矢量控制来实现的。喷嘴的布置有着重要的意义对推力损失的影响。矩形喷嘴布置和侧入口单喷嘴最高进气温度升高(高达111摄氏度)(14)。

3.5反应控制系统(RCS)损失

在悬停飞行中,飞机需要一个雷达散射截面。控制;例如,这可以通过使用来实现。压缩空气从翼尖、机头或机尾排出(如鹞和牦牛38)。这样的系统是本身很重,而且需要很大的电力在飞机上。(对于平衡的旋转翼飞机)vtol是通过组合摆动来实现的。稳定性,用于高机翼配置和动态通过光盘角度控制。)vto的净t/w在法向轴,但必须考虑推力损失鉴于上述情况。

Heave Control / 0.05

Suckdown / 0.03

RCS / 0.1

HGI / 0.08

Landing Weight / 1.0

因此,为了实现喷气式飞机的悬停,

正常情况下1.3/1.5(t w.4 V/Stol性能分析传统上,飞机的整体性能是由功率和推力载荷规定,W/P/ANT/T.起飞距离越短,海拔越高,气候越热,越大发动机提供足够的动力或推力。具体来说,对于V/STOL飞机来说强调参数,从概念设计到性能分析,是静态推力与重量比和机翼载荷(16)。对于CTOL飞机,性能方程

定义关系在功率、推力和重量之间同时,通过合并不同的飞行模式。因此,下

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