基本信息
- 项目名称：
- 飞行器大角度矢量推力技术应用研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 大角度矢量推力技术,通过发动机整体偏转，改变主动力作用点和施力方向，为飞行器更大程度地引入直接力控制模式，将飞行姿态运动和轨迹运动解耦，对飞行器进行快速操纵，从而极大地提高了飞行器空间运动的机动性和敏捷性。 本项目提出大角度矢量推力技术概念，结合理论分析，研究未来高机动性飞行器推力技术，论证大角度矢量推力技术对飞行性能的提升，并分析给出其系统工作过程。
- 详细介绍：
- 传统矢量推力技术的矢量喷口摆动角度有限，只能通过产生控制力矩来调整飞行器飞行状态，制约了飞行器操纵性和敏捷性的进一步提升。 基于大角度矢量推力技术研发的大角度矢量推力装置可以通过其机械结构，使发动机整体移动改变主动力的作用点和施力方向，克服了飞行器主体对矢量喷口摆动范围的限制，同时利用直接力控制模式对飞行器进行快速精确的操纵，从而快速改变飞行器的飞行姿态和航迹。 因此采用大角度矢量推力技术有助于进一步提高飞行器的机动性和敏捷性。 本项目基于理论力学、飞行力学等知识建立应用大角度矢量推力技术飞行器的数学模型，采用数值积分、最优化理论等方法对其运动特性和飞行性能进行分析，从理论角度分析大角度矢量推力技术相比于常规推进技术的优势，并设计制作模型机，通过安装在模型机机身两侧的机械臂搭载推力系统来模拟大角度矢量推力装置，设计开发基于C52单片机的控制系统，进行实际飞行试验，探究应用大角度矢量推力技术的飞行器在大气层内的飞行性能。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本项目的研究目的在于提出大角度矢量推力技术概念，引入直接力控制理论，结合理论分析和实际模型机试验，分析大角度矢量推力技术对飞行器飞行性能的影响。研究面向未来高机动性飞行器的推力技术，并分析给出其系统工作过程。 基本思路为： 1.通过数学建模的手段，从理论角度分析论证飞行器使用大角度矢量推力技术相比于常规推力技术在飞行性能方面的优势。 2、设计制作模型机，搭载基于C52单片机控制系统的大角度矢量推力模拟装置进行实际飞行试验，研究大角度矢量推力技术对飞行性能的影响。 本项目的创新点在于基于大角度矢量推力技术所研发的大角度矢量推力装置可以改变飞行器主动力的作用点和施力方向，为飞行器更大程度地引入直接力控制模式，对飞行器进行快速操纵，从而极大地提高了飞行器空间运动的机动性和敏捷性。 其技术关键在于大角度矢量推力装置的研发和控制以及对搭载大角度矢量推力装置的飞行器进行复杂受力分析。
科学性、先进性
- 科学性： 1.利用理论力学、飞行力学等相关知识，对应用大角度矢量推力技术的飞行器的机动性、超短距离起飞等性能进行数学建模分析。对发动机偏转引起的质心运动等问题进行分析求解，进而提出大角度矢量推力装置的工作流程。 2.设计制作搭载风扇的机械臂作为大角度矢量推力模拟装置，采用C52单片机控制机械臂的运动。 3.设计并制作模型飞机搭载模拟装置进行飞行试验，测试其对飞机飞行性能的影响。 先进性： 传统矢量推力技术的矢量喷口摆动角度有限，仅通过其产生的控制力矩来调整飞行器飞行状态，制约了飞行器机动性和敏捷性的提高。 大角度矢量推力技术可以通过使发动机整体偏转改变主动力的作用点和施力方向，其产生直接力控制模式有利于飞行器进行快速操纵，从而快速改变飞行器的飞行姿态和航迹。因此采用大角度矢量推力技术有助于提高飞行器的机动性和敏捷性。
获奖情况及鉴定结果
- 第六届“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 模型机已制作完成，进行多次飞行试验验证大角度矢量推力技术对飞行姿态及轨迹的影响。控制系统可持续升级。
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 照片、视频、实物
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 大气层内的运用主要以战场飞机为应用平台。战场飞机是指一种可在前线简易机场起降，最大飞行速度比喷气式攻击机慢，但比武装直升机快，功能介于二者之间的，主要实施“战场控制”与“战场支援”的低空、低速、高机动性、多用途固定翼作战飞机。结合大角度矢量推力技术的特性，运用于中小型飞行器，可充分的满足战场飞机的设计需求，使固定翼飞机具有极佳的低空、低速、高机动飞行性能，能够完成在丛林、城市、沙漠等复杂环境下低空高机动性突防打击任务。 此外，大角度矢量推力技术适用于小范围高机动飞行，可以在短时间内对飞行姿态和飞行轨迹进行迅速调整，因此使用大角度矢量推力技术的飞行器在临近空间及航天空间有极好的机动性，可以对在轨航天器等目标进行快速捕捉和摧毁，同时面对敌方的攻击也拥有较大的生存能力。
同类课题研究水平概述
- 矢量推力技术是目前较先进的理论概念，当前使用矢量推力技术的飞行器大多是通过矢量喷口偏转改变推力方向，例如F－35和雅克141等；或者采用发动机整体偏转方式产生矢量推力，例如美国V-22鱼鹰垂直起降飞机。为了使矢量推力技术发挥出更大的功效，国内外均有提出过关于增大矢量喷口偏转角度或发动机整体偏转的设想。 作者在现有矢量推力基础上提出大角度矢量推力概念，研究发动机多自由度整体偏转对飞行器飞行性能的影响。设计出模型机及相应的推力系统，通过理论分析及模型机实际试飞，研究、分析、验证了大角度矢量推力技术的运用原理及作用效果。
