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标题: 介绍一种新型气动布局的飞行器----自由翼飞行器，大家来讲讲各自的看法 [打印本页]
作者: chenhuismile 时间: 2015-7-26 21:02
标题: 介绍一种新型气动布局的飞行器----自由翼飞行器，大家来讲讲各自的看法
自由翼是继固定机翼和旋翼之后，出现的一种新概念的机翼设计形式，代表了飞机设计的原始概念。该设计的基本思想为：机翼通过一根展向旋转轴与机身之间相连，并可绕轴自由转动。这里的“自由转动”指的是通过气动原理任其随来流自由转动，而不通过任何机械设备控制的转动方式，类似于风向标。
自由翼的空气动力学原理如图1.1所示，机翼的压力中心在转轴之后。通过调节自由翼的升降副翼可控制自由翼相对气流的平衡迎角，当升降副翼位置确定不变时，无论来流方向如何，自由翼相对气流的平衡迎角保持不变。即使受到突风等外界扰动影响，一旦扰动消除，自由翼又能很快地自动恢复到平衡迎角。
与传统固定翼飞机对比，自由翼飞行器有四大显著的优势：
（1）防失速
与常规固定翼不同，自由翼能够在不同的空速下自动调节其相对气流的平衡迎角，避免了固定翼飞机在大迎角下由于气流分离、操纵失效而引起的失速问题。
（2）短距起降
通过自由翼的升降副翼控制平衡迎角，可使自由翼工作在最大升力迎角下，有效地改变飞机升阻比大小，对短距起降十分有利。
（3）抗突风载荷
固定翼飞机和旋翼机对紊流、风切变十分敏感，在较强的阵风下飞行时，气动力和力矩往往会发生明显的变化，从而引起飞机颠簸、摇晃等问题，增加了操纵飞机的难度，甚至还可能因载荷过大使飞机结构损坏。
自由机翼的转动惯量仅占飞机的一小部分，在突风紊流情况下自由翼能做出快速响应，平衡和减轻突风载荷，具有很强的抗突风干扰能力，并可减缓机身振动，延长机件寿命。
（4）能够实现结构模块化设计
自由翼与机身的连接方式简单，结构轻巧，易实现模块化设计，可按任务的需要置换不同类型的自由翼，更换简便，耗时少，维修成本低。
发展前景：
由于自由翼飞行器可实现短距起飞和降落，并具有抗突风、抗失速的特性以及易拆卸、维护成本低等优点。自由翼非常适合新型航空飞行器的创造性设计与研制，特别适用于舰载无人驾驶侦察机和民用多用途轻型飞机的创新设计。
研究现状：
从国内外研究和发展的现在来看，自由翼技术有着良好的发展前景，在国内，对自由翼飞行器技术的研究和应用还没展开，还有大量的研究和发展空间。诸如适合自由翼气动特性的新型翼型研究；自由翼转轴位置优化，即焦点与压力中心的稳定裕度关系；自由翼的副翼控制规律和频响；自由翼的增升减阻；自由翼与固定翼的组合布局特性；自由翼的颤振控制和抑制变形等。
说说你们各自的看法：例如，
你认为这种布局的可实现性怎么样？
你认为这种飞行器能不能飞起来？
你认为这种飞行器的优点突不突出？
你认为需要解决那些问题？
。。。。。。。。
作者: wangligang 时间: 2015-7-26 21:19
不明觉厉，坐沙发再看。
作者: XMODS1234 时间: 2015-7-26 21:23
这个类似于滚翼机
作者: zjs13588 时间: 2015-7-26 21:42
坐等学习
作者: 斯芬克斯 时间: 2015-7-26 21:47
有想法 赞一个！！！
作者: z3275874 时间: 2015-7-26 21:59
坐等专家评判
作者: colt1981 时间: 2015-7-26 22:00
带周期变矩的直升机出来打脸啦~
作者: Torey 时间: 2015-7-26 22:10
我觉得这种布局的机翼，一旦进入失速，则几乎无法改出。
比如，飞机在高过载情况下，机翼气流分离，升力中心则会非常靠前，而此时副翼已经失效了。升力的力矩还会使迎角继续增加啊，如何改出失速？
作者: zhaolong01 时间: 2015-7-26 22:25
学习了。
作者: jetliao 时间: 2015-7-26 22:46
正解。
所有带机翼的飞行器在空速不一样的情况下，其升力中心是不一样的，举个例子：超声速飞机在超声速的时候，其压力中心会后移。
作者: chenhuismile 时间: 2015-7-26 22:48
Torey 发表于 2015-7-26 22:10 
我觉得这种布局的机翼，一旦进入失速，则几乎无法改出。
比如，飞机在高过载情况下，机翼气流分离，升力中 ...
根据自由翼的原理，飞机是不可能失速的，因为机翼自由之后会有迎着来流的趋势就是风向标效应，这样机翼始终会达不到失速迎角。
作者: chenhuismile 时间: 2015-7-26 22:48
XMODS1234 发表于 2015-7-26 21:23
这个类似于滚翼机
不一样
作者: chenhuismile 时间: 2015-7-26 22:51
Torey 发表于 2015-7-26 22:10
我觉得这种布局的机翼，一旦进入失速，则几乎无法改出。
比如，飞机在高过载情况下，机翼气流分离，升力中 ...
自由翼飞行器不能按照一般的固定翼飞机分析，对于自由机翼来说，必须考虑机翼的焦点，压心和转轴的位置之间的相对关系
作者: chenhuismile 时间: 2015-7-26 22:53
jetliao 发表于 2015-7-26 22:46
正解。
所有带机翼的飞行器在空速不一样的情况下，其升力中心是不一样的，举个例子：超声速飞机在超声速 ...
没有这么简单，请仔细看我的介绍。PS，目前来看，自由翼涉及不到超音速。
作者: argee 时间: 2015-7-27 03:20
这个对于制造是个难点，重力平衡和升力平衡随时在调整。这个调整过程，基本“自适应”，但是机械上的诸多问题，转轴摩擦，机翼载荷后变形，都会影响。
这种微调的现象，其实每个飞机都会有，尤其翼展够长的情况下，翼尖材料自身也会做相应扭曲。从根部就完全开放，恐怕要等待全面的试验数据。
个人觉得实现模型应用比较容易，但应用在真机比较难。
作者: fei6789 时间: 2015-7-27 07:18
不懂，坐观大神评论
作者: Torey 时间: 2015-7-27 09:13
如果说是“不可能失速的”那么说明这种机翼的上下表面压差也不会太大，这样一来这种机翼也不可能有多么大的载荷。
这个结构有些类似于机翼的轴向气动扭转，而在实际飞行当中，我们知道，要尽量增大机翼刚度，减少气动扭转，否则副翼会反效。
气动力学这玩意儿，仅仅是理论分析远远不够的，一定要有实际的验证，用实际数据来说事儿。有了实验结果，我们不妨再找合适的理论来对它进行解释。
作者: chenhuismile 时间: 2015-7-27 17:47
恩，国内目前南航的人员在研究，你可以去中知网或者AIAA上面搜索一下
作者: chenhuismile 时间: 2015-7-27 17:48
对目前来说，自由翼验证模型已经试飞成功，但是如果偶真的要应用的实际上取得话，还是要有许多技术难点要克服的
作者: xukejing 时间: 2015-7-27 17:53
感觉有些不对，我觉得机翼安装角的变化幅度应该做一下限制，并且发动机拉力与机翼的夹角也要限制在适当范围内。
作者: chenhuismile 时间: 2015-7-27 21:37
xukejing 发表于 2015-7-27 17:53
感觉有些不对，我觉得机翼安装角的变化幅度应该做一下限制，并且发动机拉力与机翼的夹角也要限制在适当范围 ...
嗯，这也是我们现在正在考虑的东西。
作者: redsock2009 时间: 2015-7-28 11:35
叫自由翼可以说是大错特错！迎角可控制才是王道。就是可控制如无强烈的采用理由也不会有飞机用，最近出现的一架国外能够垂直起降电动飞机就采用了这种结构，但意义可能是得不尝失，这个轴不是一般的轴，里面要包涵翼梁，这个想到没有！
作者: chenhuismile 时间: 2015-7-28 12:31
恩，说的没错。自由翼的迎角的确是可以控制的，可以通过机翼后部的升降副翼来控制（在来流速度一样的情况下，一个升降副翼的上偏角对应着主机翼的一个平衡迎角），之所以叫其自由翼，是因为机翼与机身没有一个机械上的固定连接，机翼相对于机身是自由的。对于自由翼的优势，我在介绍里面已经说的很清楚了。对于自由翼的转轴问题，你说的很对，这跟轴不是一般的轴，对于大飞机，这跟轴在工程三的确是很难实现，但是对于模型验证机来说（例如翼展两米以下），这并不是很困难的事。目前国内的模型验证机就采用的3K碳杆，即当转轴，又当翼梁。
作者: redsock2009 时间: 2015-7-28 13:41
这东西也就用到小型的飞机上有点好处！主贴说了四点好处，不过这四点也就转动惯量小这一点有说头，其他的都有些牵强附会短距起降
例如这个短距起飞降落，现有的结构抬头形成的最大迎角与自由翼的迎角不会有太大的区别，因此有效地改变飞机起飞升阻比大小是一厢情愿。
抗突风载荷在飞机本身就有强度裕度的情况下也不会有差别，现在自动控制已经实现了利用副翼偏转调整阵风载荷的目的，所谓的对率流敏感其实也是一个小小的噱头，知道了切风还害怕什么，自由式翼必须要固定在机身上，由操控系统控制，在不知道切风的情况下虽然是反应快速，但在切变探测技术面前这一点与固定翼的提前反应无二致。能够实现结构模块化设计这一点则根本没有根据，一根大碳管的结构现在航模上用得很多，其实这种结构就是自由翼的前身，前后锁定装置就相当于操控系统，常规结构也照样模块化，
现在有可变弯度机翼，这个历害，也不受结构的限制，大小通吃！
作者: vigo316 时间: 2015-7-28 14:59
既然已经小模型验证了，麻烦上个图啊
作者: redsock2009 时间: 2015-7-28 16:54
这种机翼在特种飞行时可能有用武之地，如固定翼的三D飞行，表演艺术航空！失速不会确实如此，但飞机一定要加控制其角度的装置，只是意义非常有限！这实际上是牛角尖技术，钻进去到最后就没意义了，呵呵，光说机翼的转动惯量小，可再小能有可动舵面的小？人家消化气流的扰动远要比转动机翼快，因此所谓的转动惯量小就是噱头！
作者: redsock2009 时间: 2015-7-28 17:03
它这个东西就是小型飞机直机翼小速度，属于传统概念再次开发，是牛角尖技术，用不到其他飞机上去！
作者: redsock2009 时间: 2015-7-28 17:08
这有嘛验证的？机翼迎角变化已经丰富的经验，人们早就知道机翼转动也能飞行，就是花不来没人这样搞了，现在无人机大规模出现，好像它又活过来了，仅此而已。
作者: 雾海孤帆 时间: 2015-7-28 18:18
升力中心始终保持在转轴之后，是能自动改变迎角以保证不失速的前提。
个人感觉，升力中心和转轴的距离，是问题的关键。
距离大了，虽然迎角随气流变化的更快更稳定了，但翼载荷肯定要小了，飞机承重是个问题。
距离小了，升力中心围绕转轴旋转所需的转矩变大（因为力臂变短了），所以翼载荷高了，飞机承重能力提高，但是，机翼旋转改变迎角的能力和灵活性肯定下降，甚至有可能升力中心跑到转轴前面去，而导致迎角失去自稳而立即失速。
作者: redsock2009 时间: 2015-7-28 22:05
呵呵，你的感觉不对劲啊！这个机翼只是转动，在升力中心上可以看成是轴上，再自动改变迎角升力也是在重心的前面，这一点不是关键！。
关键是意义没有，主贴中说了四点，其实一点也靠不住，机翼质量轻，转动惯量小，但操纵力矩也小，想反应快速？那就请加大操纵装置的功率，而反应更快速的是机翼上的舵面，一下子就能增加升力，这在飞行资源上就存在着以时间换取空间的效果，因此在操纵效果上会一样，但操纵装置的重量却非常轻，
作者: chenhuismile 时间: 2015-7-28 23:42
雾海孤帆 发表于 2015-7-28 18:18
升力中心始终保持在转轴之后，是能自动改变迎角以保证不失速的前提。
个人感觉，升力中心和转轴的距离，是 ...
嗯，说到点子上去了。这也是我在帖子介绍研究现状里面提到的。
作者: chenhuismile 时间: 2015-7-28 23:43
redsock2009 发表于 2015-7-28 13:41
这东西也就用到小型的飞机上有点好处！主贴说了四点好处，不过这四点也就转动惯量小这一点有说头，其他的 ...
短距起降的原理其实还有拉力矢量的因素
作者: 雾海孤帆 时间: 2015-7-29 00:32
有点不知所云啊抱歉。感觉可能没有认真看楼主1楼的帖子。
作者: 雾海孤帆 时间: 2015-7-29 01:20
这个设计的好处之一是机翼单独改变迎角，避免了刚性机翼平尾操纵俯仰，导致的全机迎角变化而带来的无用的阻力和操控不稳定性。之二是自动，带来的好处是无需复杂的控制系统和机构以及相应的感知元器件。
这个可以比作没有电传操控技术前设计的具有自稳特性的飞机。当然这个如果加上电传操控系统那就不必拘泥于升力中心必须位于转轴之后了，可想象的空间那就变的很大了。
随着数字电传控制的技术和可靠性的不断进步和小型化，感觉这个自由翼的设计有非常大的讨论空间。
其实，要是真有了足够可靠和复杂的数字电传控制技术，飞机变成什么样子都是有可能的了，不只是机翼这个局部了
作者: redsock2009 时间: 2015-7-29 10:12
实际上这个设计在实践中已经有了，例如全动平尾，结构重量比平尾上加舵面要大一些，但因为是以小代大，起到的是称陀作用，因此有了用武之地，机翼用平尾操纵俯仰，没有要避免的东西！全机迎角变化带来的无用的阻力增加是有，但与全动结构重量相比，根本不值得一提，所谓的操控不稳定性何以谈起？。好处是自动？机身不管机翼不要紧，要紧的是机身自身需要操纵，全动翼还得需要机身的操纵，这凭空增加的操纵系统或放大尺寸的操纵系统谁掏钱？，无需复杂的控制系统和机构以及相应的感知元器件也是无从谈起，增加了操纵装置还能说是简化无需要？。
说具有自稳特性的飞机也无根据，自由翼不自由，得由机身控制，不受控制也行，只提供升力，但这与无需要复杂元件有嘛关系？。电传操控系统已经实现了升力中心超前于重心，自由翼上来，实际上已经是画蛇添足或狗尾续貂之类的行为了，那人可想象的空间？
实际上航空界在飞行控制上该项干的事情已经干完，数字电传控制的技术和可靠性的不断进步和小型化就是其主要特征，与硬件的关系已经不大了。
作者: redsock2009 时间: 2015-7-29 10:25
与前面几位认为的机翼升力中心会随着速度的改变而后移，其实自由翼完全可以做到让这个升心中心移动的幅度小一些，因为它的迎角始终与气流处于最佳状态，再变化也是办矩上的事，不存在关键不关键，关键就在于花来花不来！
作者: chenhuismile 时间: 2015-7-29 23:47
说实话，您回帖这么多内容，说明你的确是狠人真思考了，但是我一直抓不到头绪，不知所云。
作者: redsock2009 时间: 2015-7-30 09:54
本帖最后由 redsock2009 于 2015-7-30 09:56 编辑
主贴中提到自由翼用副翼控制迎角，想得倒不错，可副翼对飞机横侧平衡至关重要，按照这个思路下去，你会发现这种想法不切合实际！
作者: 键盘上的K 时间: 2015-7-30 13:09
本帖最后由 键盘上的K 于 2015-7-30 13:22 编辑
升力被翼吸收，机翼会想红旗一样上下摆动。不能获得升力的飞机根本飞不起来。
作者: redsock2009 时间: 2015-7-30 20:08
呵呵，力能被机翼吸收？消耗了能量的力量不会消失！它将支撑机体，不是像红旗一样上下摆动，而是像固定在标杆上的风标一样，尽管没有移动，但力量同样作用到了标杆上，
作者: 键盘上的K 时间: 2015-7-30 20:22
哦,会这样.
作者: 农夫小车 时间: 2015-7-30 21:54
抛开空气动力不谈，轴的材料怎么解决
作者: 白冰8968 时间: 2015-7-30 22:17
高手
作者: redsock2009 时间: 2015-7-31 16:53
材料不是问题，空气动力也不是问题，只是花来花不来的事！至于用副翼操纵这个自由翼则是脱离实际的想法。
作者: Glider 时间: 2016-9-22 14:06
优点是机翼自动适应来流方向 始终处于最佳迎角
这对于垂直起降类飞行器、倾转旋翼机在45度倾斜动力装置的时候很有意义，螺旋桨滑流和飞行方向来流共同作用在机翼上
缺点是牺牲机翼性能 跟飞翼一样 牺牲气动阻力获得气动稳定性 副翼反向弯曲 降低升阻比
作者: 天穹 时间: 2016-10-4 23:50
其实动力三角翼就是自由翼，上面是飞翼，下面是吊舱，只是人力掰着机翼在飞
作者: 天穹 时间: 2016-10-4 23:51
Glider 发表于 2016-9-22 14:06
优点是机翼自动适应来流方向 始终处于最佳迎角
这对于垂直起降类飞行器、倾转旋翼机在45度倾斜动力装置的 ...
总结很到位
作者: 天穹 时间: 2016-10-4 23:52
转弯的时候拉杆，机身迎角大，机翼迎角没变，因此机动性特别差。。。
作者: lsyallen 时间: 2016-10-25 22:11
不错，科普贴，好
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