第三届创新杯飞行器设计大赛获奖作品(部分)

天思 · 发表于 2008-12-23 13:49:11

霞光超音速民航客机效果图　　一、气动设计创新
　　1.弓形机翼的乘波设计，当飞机进行超音速巡航飞行时，通过调节发动机的进气锥，使它的激波锥紧贴着弓形机翼的前缘上，这样机翼下表面的压强就是激波后的压强，飞机机翼上下表面的压力差就大大提高了，升力也大大提高了。这样，利用激波的能量使飞机得到了附加的升力，而相对减少伴随的附加阻力，从而使飞机的超声速巡航升阻比大幅度提高，使飞机超音速巡航时经济性得以提升。
　　2.上平下斜的锲形体的机身设计，可以由飞机前进对空气的动压产生升力。一个上平下斜的锲形体前行时，下斜面对空气的动压的压缩作用时产生升力，锲形体上表面水平的，减小了的阻力，提高了升力。
　　3.凹进去的，凸出来的机身和尾部的设计，可以利用机身各部位产生的激波在相位上的差异，诱使它们产生干涉激波，这样激波就会互相对消，使传递到地面的声波的强度减小，大大地削弱音爆。其次，发动机外的方形外壳内部结构由蜂巢式的六边形组成，可以进一步达到消音的效果，达到真正的静音飞行。
　　4.机翼的翼尖有向下弯曲和展开两种状态设计，在起飞和降落状态时翼尖展开，产生较大的升力，在巡航状态时，机身下的压力不仅仅向下，也有向两侧作用的，所以翼尖向下弯曲。这样，不仅可以把“流散”的压力包拢起来达到最大的收效，增加有效升力，而且翼尖向下弯曲还有助于方向稳定性。
　　5.倒V字形的尾面设计，一方面，可以产生一些附加升力，另一方面，超声速飞行时可以与机翼产生一些有利的干扰。
　　6.发动机的方形外壳设计，用铝蜂巢结构结合智能材料的主动震动来改变振动频率和噪声频度的改变，这样可以大大减少发动机的噪音。
　　7.主动流动控制机翼设计，在机翼上安装一些超微型涡轮发动机和可以控制打开和关闭并能改变方向的小型喷管，引入一些的二级气流，实现流场主动控制，这样可以实现飞机起飞和降落的短距离滑跑，提高各个方向偏移的机动性，进而减轻飞机的重量，达到减小阻力和增升节油的效果。
　　巧妙的结合以上的设计理念，又将三机身以立体式分布结合在一起，在符合气动外形和不增加飞机的外形尺寸的情况下增加飞机的客容量和空间，使乘客在乘坐时更加舒适。另外，飞机的外形与现有的大型民航客机很接近，这样，现有的机场即可投入使用。
　　二、动力系统创新
　　采用以液氢为燃料，将涡扇发动机和冲压发动机结合的智能发动机，前面涡扇发动机燃气发生器中通液氢，燃气发生器推动涡轮，带动风扇，风扇吸入空气。后面是冲压发动机。当马赫数达到3以上，风扇叶片顺桨，不转动，靠滞止冲压吸入空气。另外，发动机利用磁浮轴承，由于没有磨损，无需润滑和冷却，可以减轻发动机重量和使用寿命，在高速的转速下工作又可以减少震动。同时，发动机利用通用核心机又大大降低生产和维修成本，达到真正意义上的环保和高效。
　　三、热防护系统创新
　　采用主动热防护系统，即在飞机的蒙皮下安装冷却面板，配合热交换器循环系统和对流冷却热防护系统。由液氮冷却剂(选用液氮是考虑到它的热稳定性比较好)通过冷却板和热交换器，再由将热量传递给液氢燃料，这样可以实现以液氢燃料为中心的“防热-推进”一体化。
　　四、安全方面创新
　　大部分失事的飞机在失事前都有一段时间能与地面取得联系，这说明在失事前都有一段反应时间，由于飞机由三个机舱组成，当飞机的一个机身出现事故时，可以将乘客疏散到另外两个机舱，只有三个机身与机翼的连接处均使用激光切割迅速切开，同时，三个机身分别展开自身备用前后两对的滑翔机翼，这样可以避免重大空难的发生。
　　五、航空“插件”的构想
　　航空“插件”的构想就是，飞机的部件及零件可以通用，当一架飞机退役以后，可以将这些插件从退役的飞机上拆下，安装到新的飞机上，这样可以大大节省飞机的制造费用，如飞机的安全防护部件，发动机的主要部件等等。尤其是，客机的安全防护部件，可以设计个人防护系统，当飞机发生事故，防护系统可以启动防护装置将个人保护起来，每个座位都要安装的费用会很高，如果把它做成航空“插件”就能大大降低费用，就能实现客机的安全个人防护系统。
　　六、飞机的基本数据：
　　机长：70米
　　翼展(展开)：68米
　　翼展(下弯)：66米
　　机高：13米
　　座位数：700位
　　航程：25000千米
　　巡航速度：M4
　　巡航高度：20千米
　　“霞光”超音速民航客机达到了真正意义上的环保，静音，高效，舒适，快捷，在未来的民航客机方面潜力无限，也将会成为未来蓝天中一道耀眼的霞光。

天思 · 发表于 2008-12-23 13:52:16

中国星超大型可变翼飞翼布局客机　　凌维安王全平
　　面对21世纪燃油价格日趋上涨，人们对环境保护的要求愈加严格。人们对民用航空的期望已经不仅仅局限于飞行更安全、速度更快、乘坐更舒适这样的对客机的基本要求。因此，人们会提出对客机的能源消耗以及污染气体和噪音的排放等关乎生态可持续发展更高层次的要求。
　　为了迎合人们这种要求，同时面临着来自空客公司A380客机对民用航空市场的巨大冲击，波音公司提出了“翼身合一”(blended-wingbody,缩写BWB)的客机设计理念，并制作出了X-48试验验证机进行研究。但该验证机也暴露了诸如容易出现俯仰和偏航失速、操纵面设计和控制困难、各种控制系统高度非线性和高度耦合及结构承压高于传统布局客机等技术难题。
　　立足于飞翼布局这一基本概念，针对波音公司X-48的不足，运用正在兴起的最新科技，我们设计了“中国星”超大型可变翼飞翼布局客机(下文简称“中国星”)，为中国不远的未来超大型客机的发展做了探索性的设计研究。
　　0.“中国星”概述
　　“中国星”有效座位数为1000座级，巡航马赫数为0.88，最大航程为14000公里。飞机装有两台采用两台860千牛低功耗静音涡扇发动机。飞机为整体翼身融合，其中机翼采用了先进的“智能可变翼”技术，实现机翼在空间的多自由度变形。机身尾部也利用“智能可变翼”技术实现全动“智能全动襟翼”。此外“中国星”还采用了先进的控制和导航系统。
　　1.“中国星”气动特性设计研究
　　1.1“流线型翼身融合”整体设计
　　众所周知，翼身融合技术已经在军用轰炸机中得到实现，其中最著名的是美国的B-2和F-117隐身轰炸机。客机中翼身融合技术在上世纪九十年代末美国也进行了研究。“中国星”采用翼身融合技术，包括机身总体为“后缘扩张翼型”，机体能直接提供升力。同时，“后缘扩张翼型”能明显减弱激波，增大升阻比。机体表面光滑平整，无平尾垂尾附加装置，大大减小了零升阻力。从而降低了飞机单位公里油耗。
　　1.2“智能可变翼”技术
　　为了兼顾飞机的高速巡航和低速飞行性能，“中国星”运用了“智能可变翼”技术(图1.1)。使得机翼能够在空间实现多自由度的变形。“智能可变翼”采用最新发展的压电材料为驱动器和传感器，可伸缩弹性硅树脂蒙皮，并用钛合金和刚材料网线加强。利用中央大规模计算机做中心控制。实现机翼在高速巡航和低速飞行下，翼展和翼尖小翼状态的变化。
　　图1.1 “智能可变翼”技术
　　同时，机翼表面能实现自适应鼓包，压电材料通过对外界气流的捕获，将信号传回中央计算机，在通过电流驱动，实现在当前气流状态下，最适合的气动形状，来获得最大升阻比。
　　图1.2“中国星”低速飞行状态
　　我们特别给出了飞机低速飞行状态和高速巡航状态(图1.2)(图1.3)。在低速飞行状态下，飞机展长可以达到125米，到了高速巡航状态下，为86米。当飞机为于机场候机状态时，也可以收起长翼展，增加机场空间。翼尖小翼也具有感知外界气流能力，从而做出最有利上反角，减小诱导阻力。
　　图1.3“中国星”高速飞行状态
　　特别要指出的是，“中国星”机身后部为“智能全动襟翼”(图1.4)，能够提供一定的下弯角，从而在飞机起飞时，有效增加升力系数，使得“中国星”在起飞时的滑跑距离大大缩短。在高速飞行时，可以该回平面，减小废阻。由于“智能全动襟翼”是通过智能材料变形，没有传统襟翼的缝隙，因此对飞机的气动特性更加有利。同时“智能全动襟翼”还能够起到全动舵平面的作用，提供飞机的纵向稳定性。
　　图1.4“智能全动襟翼”
　　1.3“主动非线性涡升力”技术
　　由于采用了“智能可变翼”技术，因此机翼的两侧前缘可以主动形成沟槽，使得气流从两侧前缘经过会产生脱体涡，这种涡可以为飞机提供额外的非线性升力。另外由于，表面压电传感器的捕获流场作用，又可以通过改变沟槽形状来获得，最满意的非线性升力，从而使飞机得到最满意的升阻比。
　　2.“中国星”推进系统设计研究
　　“中国星”装有两台860千牛低功耗静音涡扇发动机。具体利用下列最新技术实现。
　　2.1变循环发动机技术
　　两台发动机均为变循环发动机，其可通过改变发动机一些部件的几何形状或位置来改变其热力循环, 在各种飞行条件和工作状态下提供良好的性能。变循环发动机可自发改变涵道比, 在低速飞行时加大涵道比, 以降低耗油率。在高速飞行时减小涵道比, 以增大推力。
　　2.2多电发动机技术
　　“中国星”涡轮发动机上用主动磁浮轴承系统代替传统的滚动轴承系统,用安装在主轴上的大功率内置式整体起动/发电机为发动机和飞机提供所需要的电源, 用全电气化传动附件取代机械液压式传动附件,实现发动机和飞机的全电气化传动, 同时, 发动机的控制系统也由集中式全权限数字电子控制系统改为分布式控制系统, 发动机的燃油泵和作动器也改为电力驱动。多电发动机除为飞机提供飞行所需推力外, 还为飞机上的用电系统提供电力, 发动机上的机械、液压和气压系统均采用电力驱动,并且由于采用磁浮轴承而无需润滑系统。与传统的发动机相比, 多电发动机具有性能更好、结构更紧凑、运行和维护成本大大节省等许多优势。
　　2.3智能发动机技术
　　“中国星”发动机为智能发动机, 依靠传感器数据、专家模型以及它们之间的融合, 发动机全面了解环境和自身状态, 以作出最佳决策, 并采取物理动作执行这些决策。它能对发动机的性能和状态进行主动的自我管理, 并根据环境因素平衡任务要求, 从而提高性能、可靠性, 延长寿命, 降低使用和维修成本。
　　2.4静音发动机技术
　　“中国星”发动机进气道口由3块智能吸音材料板构成。智能吸引材料板可以向舵面一样实现偏转，以实现最佳的发动机口进气。吸音材料表面由打孔的金属板构成，在表面之下是一层蜂窝状中心的材料，最后是无孔背板。智能吸音材料可以通过主动检测发动机声波频率，通过压电材料驱动蜂窝结构的紧密程度，从而吸收特定频率的噪声。

天思 · 发表于 2008-12-23 13:55:31

2.5“锯齿边”技术　　发动机喷口采用的是“锯齿边”(图2.1)。“锯齿边”能减少发动机噪声中的喷流噪声分量。由于喷流噪声是起飞过程中的重要噪声，因此，采用锯齿边能最有效地降低民用航班起飞过程中的噪声。
　　图2.1“锯齿边”发动机
　　2.6射流消声技术
　　发动机内部运用了射流消声器技术，通过机械直接射出气流来，降低发动机内部空气和机械结构的摩擦，从而大大降低了发动机内部的噪声。
　　3“中国星”结构设计研究
　　3.1“智能可变翼”结构
　　由于“中国星”的“智能可变机翼”需要实现空间多自由度变形，因此对于“智能可变翼”的结构具有严格要求。利用最新发展的压电材料为驱动器和传感器，可伸缩弹性硅树脂蒙皮，并用钛合金和钢材料网线加强，同时采用了滑动蒙皮技术，用记忆合金设计机翼内部的梁、肋和加强筋，通过合理布置梁、肋和加强筋实现机翼的多自由度变形。
　　3.2飞行器结构健康监测系统
　　“中国星”率先利用了现在正在研究的结构健康检测系统，该系统主要应用在整机疲劳寿命监测和重要结构的损伤监测两个方面。通过在全机布置压电材料传感器，能够对“中国星”结构实现在线检测并获知飞行载荷谱。通过中央计算机分析，前者可以对飞机的重要结构部分获得实时信息，从而对结构维护提供依据。后者则通过对飞行载荷谱的分析研究，对飞机疲劳失效情况的发生做出提前判断。从而保证飞机在空中飞行时发生结构瞬间疲劳解体的恶性事故。
　　3.3飞行器结构自我修复系统
　　“中国星”机体为百分之二十的钛合金与钢合金钢与百分之八十左右的复合材料构成。在复合材料中填充有环氧树脂和硬化剂的中空纤维。当这些纤维管束被嵌入飞机结构的任一部分中，如机身、机翼中，一旦这些部分受损，这些纤维管就会漏出来封住所有孔洞，就像伤口结痂。这些材料可以修复80%到90%的损伤，使飞机能够正常工作。通过往树脂中掺入染料还可以令修复的损伤部位显示为有色的补丁，这就有利于在之后的全面检修中被清楚发现。不过，这种染料在正常的灯光环境中是看不出来的，只能在紫外光下才可见。
　　4.“中国星”控制系统设计研究
　　4.1稳定性控制
　　4.1.1纵向稳定性控制
　　飞机的纵向稳定一方面由飞机的气动布局保证。由于飞机采用了“流线型翼身融合”整体设计，机体的侧视面也为一个机翼，因此很容易使得飞机焦点落在飞机重心之后。保证飞机纵向静稳定。另一方面，飞机采用的“智能全动襟翼”可以起到升降面的作用，从而保证飞机的纵向稳定性。此外，飞机还利用了先进的光传操纵系统。该系统通过感知飞机的姿态，对飞机起到增稳的作用，确保在各种条件下飞机纵向稳定，防止失速发生。
　　4.1.2横向稳定性控制
　　“智能机翼”在变形时，在两侧机翼上产生了翼稍小翼。翼稍小翼一方面可以减小诱导阻力，另一方面起又能起到垂尾的作用，可以保持飞机的横向稳定性。由于“智能机翼”可以根据操纵变形，因此可以为飞机的横航向稳定性提供增稳。另外，机翼有两个副翼，副翼的偏转可以作为飞机的航向控制。
　　4.2“智能机翼”变形控制
　　对于“智能机翼”的变形控制利用了最新发展的压电材料为驱动器和传感器，可伸缩弹性硅树脂蒙皮，并用钛合金和刚材料网线加强。图4.1给出的是机构变形的示意图，虽然给出的是二维图，但三维尺度上同样可以参考图4.1的机构设计。图中aj方向为展向。在c,d,g,i节点分别布置了压电材料的驱动器和传感器，就可以实现对机翼的变形控制。图4.2给出了“智能机翼”闭环控制的示意图，作动器和检测器为压电材料。箭头表示气流附着在机翼表
　　图4.1“智能机翼”机构变形示意图
　　面。只要运用人工智能技术，实施闭环控制技术，就能实现机翼像鸟一样伸展变形。
　　图4.2 智能机翼”闭环控制示意图
　　4.3“量子计算机”技术
　　为了完成对“智能变形机翼”、“智能发动机”及飞机飞行状态的基本控制，“中国星”自身必须具备一颗强劲的心---一台高效能的中央处理系统。因此，“中国星”的中央控制系统采用了下一代计算机的代表--量子计算机。量子计算机与传统计算机原理不同，它是建立在量子力学的原理上工作的。经典粒子在某一时刻的空间位置只有一个，而量子客体则可以存在于空间的任何位置，具有波粒二象性，量子存储器可以以不同的概率同时存储0或1，具有量子叠加性。如果量子计算机的CPU中有n个量子比特，一次操作就可以同时处理2n个数据，而传统计算机一次只能处理一个数据。例如，具有5000个量子位的量子计算机，可以在30秒内解决传统超级计算机要100亿年才能解决的大数因子分解问题。“中国星”的运算能力可达1亿亿次/秒，是当今世界上运算能力最强的电脑——美国蓝色基因超级计算机的35倍。
　　4.4“人工智能”技术
　　为实现“中国星”自主飞行，“人工智能”技术将在“中国星”被充分利用。并且提出了“有人操纵、无人飞行”的概念。即由飞行员对应急情况进行处理，其余情况下由“中国星”自主实现起飞、巡航、盘旋和降落。“人工智能”技术还主要体现在“中国星”的“自主学习”与“专家系统”方面，可以将以前的客机飞行数据传入“中国星”内，“中国星”可自主形成“专家数据库”和“学习知识库”，用库中的知识指导自身的自主飞行。另外，在“智能可变机翼”上的压电传感器会自带微型数字处理器(DSP)，传感器与传感器之间形成神经网络。神经网络可以感知机翼外界的气流，其作用与鸟的羽毛能够感知空气的机理一致。
　　4.5光传操纵系统
　　“中国星”运用光传操纵FBL (Fly By Light) 系统对舵面和机翼变形进行控制。光传系统是以光代替电作为传输载体,以光导纤维代替电导线作为物理传输媒质，应用光纤数据传输技术在飞控计算机之间或飞控计算机与远距离终端(如舵机等)之间传递指令和反馈信息的飞行控制系统。
　　与电传(FBW)相比，光纤传输技术之所以得到迅速的发展,是由于它具有许多非常独特的优点：
　　(1) 频带宽、信息容量大. 目前单模光纤的带宽可达THz·km 量级；
　　(2) 传输损耗低、传输距离长. 光纤损耗降至0. 2 dB/km 以下,比电缆小1～2个数量级；
　　(3) 抗干扰性强,使用安全. 光纤传输密封性好,有很强的抗电磁干扰性能,不易引起信号串扰,不打火花,耐高温和耐腐蚀,具有很高的可靠性和安全性；
　　(4) 体积小、重量轻,便于在狭小的空间敷设；
　　(5) 运用波分和时分技术,光传操纵具有灵活的数据总线协议和结构。
　　4.5全球定位系统—第三代北斗星导航系统
　　“中国星”的导航与定位，将采用中国自行研制开发的全球定位系统--第三代北斗星导航系统。第三代北斗星导航系统性能如下：
　　(1)覆盖范围：第三代北斗导航系统能全天候覆盖全球所有区域。能够确保地球上任何地点、任何时间能同时观测到15颗卫星。
　　(2)卫星数量和轨道特性：第三代北斗导航系统在地球8个轨道平面上设置50颗卫星，轨道赤道倾角55°，轨道面赤道角距60°。航卫星为准同步轨道，绕地球一周11小时58分。
　　(3)定位原理：第三代北斗导航系统利用被动式伪码单向测距三维导航。由用户设备独立解算自己三维定位数据。
　　(4)定位精度：第三代北斗导航系统三维定位精度能达到厘米级，授时精度约2ns。
　　(5)用户容量：第三代北斗导航系统单向测距系统，用户设备只要接收导航卫星发出的导航电文即可进行测距定位，因此第三代北斗导航系统的用户设备容量是无限的。
　　(6)生存能力：第三代北斗导航系统正在利用星际横向数据链技术，使万一主控站被毁后GPS卫星可以独立运行。
　　5.客舱布局和舱内设施设计
　　“中国星”的客舱分为上下两层，包括有头等舱、商务舱和经济舱三种类型。其中“中国星”上层为头等舱，能容纳200人，内部装饰非常豪华，各种休闲娱乐及办公设备一应俱全。此外，“中国星”上层设有5套总统套房，按5星级标准设计。上层还设有商场，在这里旅客可以买到全世界的无税商品。另外，还包括了一个酒吧和一个健身场所。让乘客在旅途中得到全面放松。
　　“中国星”客舱下层为商务舱和经济舱，商务舱共有座位400座，分为10排，每排四十座，共八通道。经济舱也设有400个座位，其布置模式与商务舱相同。商务舱，能够支持无线网络连接，并提供全球免费卫星电话，此外还包括前排位置椅背上的LCD显示器提供的XBOX3和PLAYSTATION5的游戏功能以及最新电影的免费观赏。经济舱不提供无线网络连接和免费卫星电话外其余设施与商务舱一致。
　　6.“中国星”超大型可变翼飞翼布局客机设计方案的主要数据
　　翼展(高速巡航)：86米
　　翼展(低速起飞、着陆)：125米
　　机长：88米
　　机高：32米
　　空重：360吨
　　最大起飞重量：620吨
　　安装两台低功耗静音涡扇发动机，单台最大推力：860千牛
　　最大载客量：1000
　　最大飞行速度：M0.91
　　最大巡航速度：M0.88
　　最大燃油航程：18000千米
　　最大载重航程：14000公里
　　实用升限：14千米

天思 · 发表于 2008-12-23 13:56:47

精“鹰”无人战机　　1、总体设计概述
　　随着各种新型无人机种的出现，无人机将一改过去和战场上充当辅助角色的状况，不仅会在未来战场上与有人战斗机平分秋色，甚至还有可能取代有人战斗机，占据空中作战主力军的地位。无人战斗机，采用人在回路中的控制方式，由地面指挥中心控制，能够执行对地攻击和空战任务。无人战斗机相对于有人战斗机来说最大的特点就是“将飞行员的大脑放在驾驶舱中，而将身体的其他部分放在家中”，从而避免了人员伤亡或被战俘。另外，由于它是无人驾驶，只要是结构强度允许，它可作任意高机动，大载荷飞行，而无需考虑驾驶员的生理和心理极限，这是有人战斗机永远所无法比拟的。
　　精“鹰”无人战机是集众多性能于一身的一种新型无人战机，它在未来的战争中占有重要之地，是对未来无人战机的一种合理想象。它采用三翼面布局，翼身融合技术，S型进气道,隐身性能较好的椭圆进气道唇口，翼展约10m，机长12.5m，机高9m，采用整体式机翼油箱，载油量可达5-6吨，低速巡航马赫数约为0.8,实现 “变体”后高速巡航马赫数约为2.0＜主要是改变上反,兼顾低速稳定性和高速机动性＞。从远处望去，它就是一只展翅翱翔的雄鹰，故将其取名为精“鹰”。
　　2、设计创新点
　　2.1 机翼以雄鹰的外形为参考，进行仿生设计。一方面可以提高飞行时的横向稳定性,还可以减少飞行的诱导阻力,并且采用翼身融合布局,整个飞机作为一个升力体,具有较大升阻比.
　　2.2采用操纵效率较高的三翼面布局，即机翼、鸭翼和平尾，但无垂尾。一般鱼是有垂尾(鳍)无平尾，而鸟是有平尾(尾巴)无垂尾的。
　　2.3精“鹰”无人战机是一种先进的“变体”飞行器，它借助于未来智能结构和先进控制系统，即可改变机翼的上反角，实现飞机低速时的优异稳定性能和高速时的良好机动性能，又可以进行柔性机翼的收缩折叠，减少飞行器的存放空间。作为一种舰载战斗机，占有体积小是精“鹰”无人战机的一大优点，当降落在航空母舰上以后，机翼就像鸟一样收缩折叠于机身内部。
　　2.4 油箱采用“海绵挤压式”机翼油箱，根据发动机的蚝油特点来控制挤压海绵的速度。这种机翼油箱一方面能够增加燃油质量，提高了续航性能，另一方面又很好的解决了因为燃油晃动造成能量损失和飞机振动问题，其机翼油箱平面机构见图4 。另外飞机还具有空中受油能力，受油口设置在机身背部.
　　2.5 精“鹰”无人战机机身设计成船形，采用未来先进的流体密封技术，如果在航母上降落失败或拦击钢索断裂，就迫降在宽阔的海面上。
　　2.6 前置鸭翼设计成滑动式，低速起降时，鸭翼自动向后滑动，形成近耦鸭式布局，利用鸭翼的脱体涡对主翼形成有利干扰，增加整机升力，同时还能避免低速时过大的静不稳定。高速时巡航时，鸭翼能自动向前滑动，形成远耦鸭式布局，有效阻止使气动焦点后移，减小配平阻力。
　　另外说明：翼型采用超临界翼型，提高它的临界马赫数，特别是翼型的阻力发散马赫数，以便推迟翼形的跨声速气动特性的剧烈变化，同时还能增加升力。由于初初接触CATIA三维设计软件，对它的一些功能还不熟悉，所以翼型没有在图上具体绘出。
　　3、性能特点
　　3.1 该战机采用三翼面布局，它有以下几大优点；
　　首先，通过鸭翼-机翼后缘-平尾的操纵控制，提高了飞机操纵效率和减小了配平阻力，充分发挥了主动控制技术的潜力。其次，采用三翼面和机翼边条，大大提高了飞机高速大迎角时的机动性能。再次，在同样的机动过载下，三翼面载荷分布更为合理，对减轻结构重量有利，并且有效的解决了一味的增大襟翼面积和偏度所带来的问题。最后，它便于实现直接升力控制，从而达到了对飞行轨迹的精确控制。对于未来先进的战斗机，特别强调高机动，大载荷性能，因此三翼面布局是未来战斗机的一种很有发展前景的布局形式。AFTI-15验证机就是在F-15飞机上增加鸭翼形成的三翼面布局
　　飞机，其机动性能得到大大的提高。另外说明精“鹰”无人战机是一种变体飞行器，它依赖于一种具有“形状记忆”能力的合金和其他新型的“智能”材料，能使飞机的机翼通过柔性变形弯曲等来形成新的形状，以使飞机的外形结构更适合不同飞行任务和飞行条件下的性能要求。低速时飞机带有一定的上反角，提高其低速时的稳定性能和起降性能，高速飞行时则依赖于柔性结构减小其上反，以提高高速时的机动性能。甚至在进入格斗状态时，可以时机翼略带有一点下反角，通过静不稳定性来增强飞机的机动性能，在整个战斗中居于有利位置。
　　战斗时利用柔性结构实现了飞机的变体
　　3.2 精“鹰”无人战机具有良好的隐身性能。
　　1.它采用翼身融合技术，机翼机身平滑过度，融为一体
　　2.进气道设计成S型弯道，使强散射源进气道减弱散射强度
　　3.武器内埋于机身，以避免雷达的探测。
　　4.发动机采用特种冷却技术，从喷管排出的温度极低，大概只有几摄氏度，使红外信号大大减弱，能够顺利的躲避敌方的红外探测。
　　5.采用未来等离子隐身技术，被敌方发现的概率可降低90%，即能真正实现“全隐身”设计目的。
　　3.3 无人机由于载油量的限制，一般航程航时都很短。精“鹰”无人战机作为未来新型战斗机，必须强调它的续航性能，以提高作战半径和远程飞行能力。
　　1.全机选用复合材料，重量轻，发动机采用加力式涡轮风扇发动机，蚝油率低，热效率高。由航程航时公式T=∮＜ηK/gqG＞dG，L＝∮＜ηVK/gqG＞dG知续航性能得到提高。
　　2.采用整体式机翼油箱并且具有空中受油能力。为了防止燃油在油箱中晃动造成能量损失和飞机颤动，特意制造了“海绵挤压式”油箱。
　　3.精“鹰”无人战机还具有空中受油能力
　　3.4 短距起飞、着落能力是精“鹰”战机的又一性能特点。
　　1.发动机选用加力涡轮风扇发动机，采用了新颖的外骨架结构，即用全新的复合材料鼓式转子，取代了常规喷气发动机中笨重的盘和轴，使发动机重量减轻三分之一，这样大的重量减轻能让推进系统的推重比大幅提高，能瞬间获得很大的加速度，并且矢量推力和反推力与前鸭翼结合，进一步缩短了起飞着落距离，适合在航空母舰上起降。俄罗斯的SU-37改进型载战斗机同样也是在SU-27基础上增加鸭翼形成三翼面布局，不但解决了增大襟翼面积和偏度带来的问题，更大大提高了襟翼的增升效率和起降时的升力。
　　2.令我们更加关注的是精“鹰”无人战机机身设计成船形，即使在航空母舰上着落失败或者拦机钢索断裂我们也不必担心，它还可以迫降在海面上，那里永远是世界上最广阔的“机场”。
　　3.5 优异的作战性能
　　精”鹰”无人战机装有20mm以上的航空机炮,同时内挂多枚雷达制导的中距拦击导弹红外跟踪的近距格斗导弹,也可以携带3-4吨的航空炸弹或其他对地攻击武器.雷达为合成孔径雷达,进行搜索时的分辨效率达1M,进行识别的分辨率达0.3,能同时跟踪几十个目标并攻击其中数十个.
　　4.采用的未来先进技术
　　等离子隐身技术，发动机特种冷却技术，先进流体密封技术，未来智能结构和先进控制系统实现飞机变体。

天思 · 发表于 2008-12-23 14:03:15

联合战斗机设计

天思 · 发表于 2008-12-23 14:04:31

蓝色天使”蜻蜓翼飞行器　　飞行自古以来就是人类的梦想，自从飞机发明以来，人类的飞行方式在不断的发展与完善。
　　设计目的：
　　方便、简洁的实现每一个人的飞行梦想。
　　“蓝色天使”蜻蜓翼飞行器是根据这种要求而设计的，飞行器采用混合动力，由电力和太阳能混合驱动，满足环保和绿色能源的需要。
　　飞行器结构及工作原理：
　　1、机翼：飞行器采用双排翼结构，在符合空气动力学的基础上，模仿蜻蜓的翅膀形态，可灵活调整，在科学计算的基础上达到滑翔、上升、俯冲、自由转向等操作目的。
　　2、机身：机身采用轻质纳米级新材料，坚固，附有太阳能吸收等功能，可方便将飞行中捕捉到的太阳能转化为电能。采用垂直分体式结构，分别有驾驶座、操纵区、电子及雷达控制区、储物区等。
　　3、发动机：采用一个主发动机和两个副发动机，主发动机位于飞行器上部，主要产生向前的动力。副发动机位于飞行器下部，储物区两侧，有两个小发动机组成，可270°旋转方向，从而提升了飞行器的机动性，可完成垂直起降、加速、减速、空中悬停等目的。
　　生产实用性预测：
　　这款飞行器的设计思想主要是为个人服务，所以在飞行速度上要求不是很高，不能满足长途旅行的需要，但是可作为一种休闲的交通工具，满足人们放松心情、自由飞翔的愿望。
　　由于这款飞行器的操作十分自由，可原地垂直起降，空中悬停，滑翔和加速，大多数动作有电脑进行科学计算后完成，降低了技术门槛，提升了其普及的可能性。
　　相信这是一款属于未来的人人都可实现飞行梦想的飞行器。

天思 · 发表于 2008-12-23 14:05:06

大型垂直短距离起降运输机

　　机长55M 机宽45M 机高10M
　　拥有一只大型运输机队是一个空军大国的标志，而一型先进的大型运输机能够有效的提高空军的战斗力。
　　Y20大型等离子隐型短距离/垂直起降运输机，采用联翼结构，上翼后掠30度，下翼前掠30度，两翼用垂直翼面连接。拥有6台大推力的发动机。其中4台埋在上翼内，2台在下翼外侧，可向下偏转90度。。
　　该机有四个特点，一是宽机身，拥有比同级别的大运输机更宽更高的货舱，方便运载体积更大的货物，其二是具备隐身能力，通过把发动机埋入机体内部，优化机体表面，携带等离子发生器这些手段，减少RCS数值。其三是具有短距离/垂直起降能力。主翼部分的上翼后的衬翼面，能够向下转动75度，再与下翼，上下翼的连接面结合，能够行成完整的空气通道，把发动机产生的高速气流改变方向，使其向下喷射，产生垂直动力。而下部的2台发动机，通过整体偏转，能够向下喷射。另外再结合上下两部分的主翼面的大面积，前掠的下翼能够提供的巨大升力，使的Y20能够具备满载时短距离起飞，轻载时垂直起降的能力。其四，因为在设计时就大量采用模块化设计，使Y20在战时能够快速的修理，在平时，拥有巨大的改装潜力。6台大推力发动机，在起降时能够提供可观的动力，在巡航时，又能为等离子隐型发生器提供电力支持，在改装成预警机，电子对抗/侦察机，战场监视型等特殊机体时，能够直接提供电力支持。改装时只需要更换相应部分的机身模块，通过接口连接上即可。

天思 · 发表于 2008-12-23 14:06:22

"和谐号"环形翼超声速旅客机
“和谐号”是继“协和号”之后的未来先进超声速客机，它采用了与传统飞机布局形式所不同的环形机翼以及尾吊式发动机布局，融合了环翼机和弓形翼飞机的气动优势，采用了激波控制技术、激波压缩升力技术、氢燃料技术、层流减阻技术、柔性蒙皮技术、音爆抑制技术等先进技术，高空巡航速度可达M3，航程达13000千米。
　　设计特点及技术创新：
　　1、新概念环形翼：
　　“和谐号”采用大后掠环形机翼，这也是该飞机的最大亮点，世界各航空大国都对环翼飞机进行过研究，与普通机翼对比，环翼机有以下几大优点：(1)翼展小，在升力相同的条件下，环翼比平面机翼小30%，这对于运输、停放和生产组装都是难得的优点。(2)重量轻，机翼两端连接成一个圆环，机翼的强度和刚度显著提高，因此结构重量可以降低，这对飞行所需的燃料和发动机推力都有利，并能提高飞机的商载。(3)抗振性好，与平面机翼相比，环翼的抗扭和抗弯能力都非常强，不容易出现平面机翼会碰到的颤振问题。(4)机动性好，环翼飞机的转弯是靠环翼产生的侧力完成的，转弯时不需要象常规飞机那样先倾斜，环翼机很容易实现直接侧力控制技术。与传统的亚声速环翼概念不同的是，“和谐号”采用了大后掠角的高速环形翼并在上端形成了类似弓形翼概念的乘波翼，这样的设计是出于其高速巡航飞行的需要，大后掠角有利于高速飞行并有利于加强方向安定性和改善高亚声速特性，弓形翼则出自乘波的概念，波音公司曾对弓形翼战斗机概念进行过深入研究，但由于弓形翼不利于飞机隐形而作罢，但对于民用旅客机，这种技术完全可以应用。“和谐号”超声速飞行时，机头产生的激波可以集中在环形翼的前缘，增大机翼下表面的压力，而上表面却没有相应的压力与之平衡，故飞机会获得一个很强的激波升力，同时飞机的阻力并不增加，这样便大大提高了飞机超声速巡航的升阻比，大大降低了燃料消耗，提高了飞机的经济性。
　　2、柔性蒙皮技术及激波控制技术
　　“和谐号”的机头和部分机翼采用了先进的智能柔性蒙皮技术，可以根据飞行状态智能调节外形，提高整体的气动性能，如形成操纵面、自动形成层流翼型、以及通过振动增加边界层流动能量或清除边界层，这种柔性蒙皮能大大提高飞机的气动性能，使得飞机在大部分飞行状态下都能保持高的气动效率，好的操稳特性。机头整流罩采用的柔性蒙皮可以在低速飞行如起降时变形，使得机头产生脱体涡，对机翼进行有利诱导，产生涡升力，改善飞机的低速性能。在高速时，机头柔性可变形整流罩与头部激波杆组合变形，控制不同速度下的激波形状，使激波正好打在机翼前缘，产生压缩升力。
　　3、尾吊式涡扇冲压发动机：
　　“和谐号”采用了非常规的尾吊式发动机方案，这种方案有诸多优点：(1)减少配平阻力，飞机高速飞行时气动中心后移，需要压平尾进行配平，压平尾形成的向下气动压力产生配平阻力，机尾发动机的重量形成自然的配平力矩，减少配平阻力。(2)降低客舱噪音并提高安全度，发动机距离客舱比较远，会大大降低噪音和振动对客舱的影响，提高乘坐品质；一旦发动机发生故障，如涡轮盘破碎，碎片不易伤及乘客。(3)检修方便，维护人员可以很方便的在地面对发动机进行检修或更换。
　　“和谐号”的巡航速度为3马赫，在该速度下冲压发动机具有比普通涡轮发动机高的多的效率，因此采用综合效率最优的涡扇冲压双模态发动机。
　　4、音爆抑制技术：
　　由于超声速飞行会产生很强的音爆，对地面的居民的影响非常大，因此超声速飞行受到很多限制，研究表明：只要对机身进行精细的修形，可以利用机身各部位产生的激波在相位上的差异，诱使它们互相对消，使传递到地面的 N 形波的强度减小，至少不再尖锐，减低音爆的影响。“和谐号”的机身经过细致的布置，再加上机头和机翼柔性蒙皮在计算机的控制下综合联动，进而控制激波的形状和相位，使得满足飞行性能的前提下让激波对消，这样便大大抑制了音爆的强度，使得超声速飞行变得安静许多。
　　5、氢燃料及主动防热技术：
　　传统的超声速飞机尾气排放会对大气尤其臭氧层造成严重的破坏，因此无毒无污染的氢燃料技术得到青睐，同时氢燃料具有质能比高的优点，所以在相同的航程下，氢燃料飞机携带的燃料要比普通飞机少的多，这样可以大大提高飞机的商载或航程。但传统的低温储氢技术体积很庞大，使得其在飞机上的应用受到限制，碳纳米管储氢技术将成为这一问题的极佳解决方案，碳纳米管具有储氢量大、储氢温度高、结构重量低的优点，在“和谐号”中，储氢的碳纳米管分布在机翼及机身高温部位的蒙皮下，这样可以一举两得——高速飞行产生的热量非常大，而“和谐号”利用在高热部位的碳纳米管以及燃料输运管，可对蒙皮和结构进行主动冷却，同时，燃料也得到一个预热的作用，提高了整体的能源利用率。
　　6、层流减阻技术：
　　减阻是提高飞行器性能以及效费比的重要方式，“和谐号”采用任务自适应柔性蒙皮，可以根据任务需要产生层流翼型，并可以通过振动激励增加边界层能量，在主翼段重点部位还设置了边界层吹吸孔，通过推迟转捩保持层流流动，减少阻力。
　　“和谐号”环形翼超声速旅客机技术数据：
　　翼展：40米
　　机长：90米
　　机高：60米
　　空重：100吨
　　最大起飞重量：200吨
　　四台涡扇冲压双模态发动机，单台最大推力：300千牛
　　最大载客量：230
　　巡航速度： M3.0
　　最大航程：13000千米
　　最大商载航程：11000千米
　　实用升限：25000米
　　起飞滑跑距离：1700米
　　着陆滑跑距离：1500米
　　“和谐号”采用了先进的非常规气动设计，使得飞机具有异乎寻常的性能，乘客可以通过它尽情享受神奇的高速飞行“和谐之旅”所带来的快乐和节约时间带来的便利，而不必担心票价过高，因为飞机具有很好的经济性，技术的进步使普通老百姓都能承受的起高速飞行的票价，“和谐号”定能促进全世界的和谐发展。

天思 · 发表于 2008-12-23 14:07:19

白鲸“级多用途航空中继飞艇
随着科技的不断进步，未来的交通必定朝着立体交通的方向发展。更多的私人航空器进入千家万户，人们的出行变得异常的方便、高效。但普通航空器仍然离不开地面的支持，如燃料的补给，人员的休息等。特别是小型航空器在远程飞行时，因航程的限制，起降次数比较多，由于空气阻力及地球引力的关系，每一次的地面起降都要消耗大量的燃料，这样就使得小型航空器的远程飞行非常的不经济，因此我设计了这一款“白鲸”航空中继飞艇。
　　此款航空中继飞艇长400米，宽50米，艇身采用两架硬壳式飞艇连接而成，飞艇内充氦气，各气囊采用隔舱化设计，保证了飞艇的安全。飞艇上部铺设飞机跑道，艇身中部设有机库、货舱及燃料舱库，下部吊挂人员休息舱。飞艇由尾部的四台螺旋桨发动机驱动，而能源由艇身上跑道两侧铺设的大面积太阳能电池板提供。
　　此飞艇飞行在一万一千米的平流层，每艘飞艇分别停留在固定的区域，做为小型飞行器的高空中继站。当有飞行器接近时，飞艇会向飞行器发送询问信号，确认需要降落时会引导飞行员飞往降落进入区域，然后飞艇的计算机接管飞行器的控制权，并使其准确降落在飞艇跑道上，防止因人员的操作失误引起重大事故。降落后，工作人员通过跑道一端的升降机将飞行器运送到机库，并按需要为其添加燃料及设备维护，人员也可在飞艇底部的舱室内休息用餐。
　　当飞行器需要再次起飞时，飞艇内的空管人员清理出跑道，即可放飞。由于在高空起飞，飞行器不需要使用很大的发动机推力即可飞离飞艇，因此可以大大减少燃料的消耗。如果天空中每隔一定的区域就设置一架中继飞艇的话，那么小型的航空器就可以采用类似蛙跳的方式，从一个中继战飞到另一个中继站，直至到达目的地。另外飞艇内还设有大型的货舱，尾部开有舱门，在特殊情况下也可执行远程运输的任务。另外由于飞艇的飞行高度高，留空时间长，还可做为电子信号的中继站来使用。

天思 · 发表于 2008-12-23 14:08:16

个人休闲型飞行器
定位于年轻家庭和猎奇探险的休闲型飞行器,牢固而更具人性化的考虑,前舱的驾驶及休息间,后舱的饭厅及厨房,人性化的功能空间分割,使整个飞行器在除了造型以外的功能上更接近流行趋势。优雅时尚的前悬门设计，在概念设计中作为车家族的开门方式较为常见，但是，配置在飞行器上，更加具有强烈的视觉感官，冲破以往飞行器的刻板印象，新从头开始。
　　明亮的黄和中庸的灰色搭配，色彩上跟具有亲和力，使人眼前一亮。在空中飞行中色彩的人机更为重要，外型的色彩直接关系到，分辨度，警示等。飞行器在造型上采用“梭”型，对造型而言。具有流体感的梭型代表的是速度，与爆发力，中宽两端窄的造型，更符合空气动力学，结构更为稳固。变换的机翼以及可以随时变换行进方式也是此款飞行器的一大亮点，直升机的利于停靠，方向掌握，喷气式的速度融为一身，机身由固翼，和可伸缩折叠的螺旋桨组成(螺旋桨可后移变形后变为固翼)，头似汽车，车身似飞机。有可折叠型起落架，可收起。前舱主要为透明构成，前舱盖由前翻起打开，机身后部有橱柜和炉具，可折叠餐桌和椅子相互拼接为后舱，在打开时候使用。机后有喷气式助推器，在进行高速飞行的同时，螺旋桨变固翼，双翼平飞，换喷气式飞行状态。
　　在民用方面，这两种飞行状态的结合，实际上最为实用。
　　氢能源是启用绿色设计的首要元素，耐用而环保的氢能源电池，是此款飞行器的绿色心脏。

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第三届创新杯飞行器设计大赛获奖作品(部分)

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