倾转旋翼载人飞行器技术有哪些难点?斑斓航空
倾转旋翼机技术在载人飞行器领域有很大优势,可以满足工业需求,但在国际上还处于起步阶段。
难点:气动干扰研究
倾转旋翼载人飞行器兼具直升机(或多旋翼)和固定翼载人飞行器的优点,复杂度大于二者之和。倾转旋翼的气动干扰涉及旋翼-机翼、旋翼-机翼、旋翼-机身、旋翼-尾翼等多个方面。其中,垂直飞行和悬停时旋翼的气动干扰最为严重。由于机翼在定点悬停时是静止的,由于旋翼尖部脱落的螺旋尖涡的干扰,诱导下洗流以接近90°的方向冲击机翼,进而在机翼上表面形成阻塞的三维效应流场,严重影响载人飞行器的稳定性。
而且倾转旋翼载人飞行器性能的一个重要指标就是它的有效载荷。在悬停状态下,旋翼气动干扰对有效载荷有显著影响。实验结果表明,机翼上的下洗流载荷占总旋翼拉力的一部分,这种不利的气动干扰降低了飞机的有效载荷。只有妥善处理旋翼/机翼的气动干扰,才能提高倾转旋翼载人飞行器的有效载荷。
此外,由于倾转旋翼机在悬停状态下的横向对称性,左右机翼上方的气流在飞机对称面附近相遇,因此气流转向向上。这种运动形成附着涡分离、气流再入等独特的复杂现象,直接影响倾转旋翼的气动特性。
难点:飞行控制研究
为了实现各种飞行模式和各种飞行状态的控制,倾转旋翼载人飞行器的控制系统可能是世界上最复杂的飞机控制系统之一。倾转旋翼载人飞行器的控制系统除了用于普通固定翼螺旋桨飞机和纵列式直升机(或多旋翼)的控制系统外,还必须控制旋翼轴的倾转,以实现不同飞机模式的功能。在倾转过程中,需要同时控制飞机和直升机(或多旋翼)两个控制系统,即通过同时控制旋翼和飞机常规气动舵面来控制旋翼的倾转和飞机的飞行状态。它的操作和飞行控制比单固定翼载人飞行器和无人直升机(或多旋翼)要困难得多。特别是当倾转旋翼载人飞行器处于过渡模态时,具有明显的张力矢量控制特性,由于张力矢量的存在,三个通道之间存在强耦合。同时,气动舵控制和张力矢量控制之间存在协调问题,使得过渡模式下的飞控系统设计更加复杂。因此,飞行控制技术是倾转旋翼载人飞行器的另一个关键难点。
难点:结构设计研究
倾转旋翼载人飞行器为了适应直升机(或多旋翼)模式的垂直起降、飞机模式的高速巡航飞行以及各种飞行状态的控制,在结构设计方面有大量的研究。具体来说,倾转旋翼系统不仅要适合高速前飞,还要兼顾垂直悬停效率。叶片的形状、扭曲和轮毂设计与传统旋翼不同。
而且旋翼系统要安装在翼尖,旋翼轴要相对机翼倾斜,这对机翼强度和气动弹性稳定性提出了更高的要求。这也涉及到复合材料的技术研究。比如叶片需要采用弯扭耦合特性更强的复合材料,通过复合材料机翼可以创造理想的气动状态。同时,还需要复合材料来设计和优化叶尖的形状。此外,如何在不影响飞机整体强度的情况下,减轻飞机本身的重量,使飞机能够承受更多的载荷,实现更长的航程,这就需要精细合理的结构设计。
因此,综合考虑各方面的设计要求,可以保证飞机的控制精度,降低控制难度,保证飞机的飞行安全,合理解决重量和强度的矛盾。

天津斑斓航空科技有限公司,成立于2016年,成立之初是做华为企业网业务的代理商,原名天津瑞鼎创展科技有限公司。2019年公司由九个怀有飞之梦想的人组成团队转型研发电动垂直起降飞行器,致力于自主研发电动垂直起降载人飞行器,为高效的低空出行提供解决方案。