说说双飞翼垂直起降无人机

2023-11-22 星期三

        在第二十五届中国国际高新技术成果交易会上亮相的国产新型双飞翼垂直起降无人机确实挺吸引人的。对于这种布局的飞机(下面简称新机),说点个人的粗浅看法。

        一,垂直起飞构型

        新机这种垂直起飞构型,其实就是尾座式构型,在上个世纪50-60年代垂直起降飞机大发展的时代曾经昙花一现。

        像洛克希德XFV-1、康维尔XFY-1:

        瑞恩X-13

        达索C.450

        都属于这一构型。

        这种构型的优点是:升力发动机和巡航发动机合二为一,基本不存在因为垂直起降而产生的死重。但是在当年,尾座式布局存在几个根本性的缺陷无法解决:

        1,着陆操纵极其困难——要求飞行员背对地面操纵飞机精确着陆,这个难度太大。

        2,操纵习惯——尾座式飞机在垂直起降时的操纵特点与常规飞机完全不同,与其它垂直起降构型飞机也不同,培训飞行员难度大。

        3,操纵系统的控制效率问题——垂直姿态起降时,飞机重心一旦偏离理想位置,如果操纵系统无法及时纠正,重力造成的转动力矩会越来越大,最终导致飞机姿态失控。

        4,载荷-航程能力不足——由于垂直姿态起降时机翼不能产生任何升力,因此这类飞机也无法依靠短距起飞之类的形式来增大飞机的起飞重量。这一点最致命,因为飞机发动机的推力上限决定了飞机的最大起飞重量。

        而以今天的观点来看,1/2/3都不是问题。目前的多轴无人机其实已经解决了这些问题。但是第四点确实对飞机性能产生了极大的制约,所以这类垂直起降无人机重量都不大,就是受限于发动机总功率。

        而新机选择尾座构型,根本目的就是尽可能减少死重,将所有额外重量转为有效载荷。按照工作人员介绍,50公斤总重有17公斤有效载荷,载重系数确实很高。        

        二,双飞翼布局

        个人看法,新机采用双飞翼布局,基本出发点有两个:

        1,垂直起降的底座需要。按照上面列举的几架飞机,除了X-13采用“天钩”系统起飞/回收,其余都是四支座设计。

        2,多轴飞控。上面说的尾座式飞机第三个缺点就是飞控。当然现在我们的多轴无人机已经解决了这个问题。

        为了匹配四支座和多轴发动机飞控,“+”(XFY-1)或“X”(XFV-1)或“=”(新机)构型其实都可以考虑。但从结构效率最高的无疑就是飞翼布局。而从第一点来看,新机是要节省每一分重量用于有效载荷的,所以从这个角度看飞翼布局要由于其它布局。虽然飞翼布局也可以搞成“+”或“X”,但这样飞翼的升力优势不能完全发挥,所以最终选择了双飞翼的“=”构型。

        飞翼布局在飞控上最大的问题是,俯仰和航向控制力臂短,控制能力差,特别在低速段表现更明显。从视频上看,新机每台发动机后面都有一块升降副翼/阻力方向舵,看起来是利用螺旋桨滑流来增强舵面效率。

        视频中没有出现方向控制的镜头。但从新机设计来说,只要同侧上下两个升降副翼相对偏转,即可实现阻力方向舵的作用。又或者,只要控制同侧螺旋桨的桨距,造成不对称的拉力差即可实现方向控制。具体如何,还要看后续的信息。

        就个人看法,双飞翼布局确实令人耳目一新。但尾座式构型发动机与起飞重量的根本矛盾仍然存在。所以这种布局适合轻小型无人机,而对大型无人机甚至有人机,在发动机技术取得飞跃性突破前都难以应用(或者应该说效果有限)。

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