飞机设计阶段(概念阶段和初步阶段)本质上必然是协作的。本文进行的一个示例设计使两个学术小组(一个在那不勒斯,一个在斯德哥尔摩)使用他们自己的工具 ADAS 和 CEASIOM 分别进行概念设计和初步设计,从而实现了设计的协作方面。ADAS 工具主要基于经验的设计方法,而 CEA-SIOM 工具主要基于物理的设计方法。所选示例是符合 FAR-23 标准的 16 座双涡轮螺旋桨飞机。ADAS 概念设计产生的高翼配置被选为 CEASIOM,在其中构建了几何的防水模型,生成了体积网格,并通过欧拉方程的解模拟了 16 种飞行条件,一些飞行条件为螺旋桨关闭,另一些飞行条件为螺旋桨开启,以判断螺旋桨洗对主翼和水平尾翼表面的影响。对 ADAS 结果和 CEASIOM 结果的稳定性和控制特性进行了详细比较。总体而言,这两组结果具有合理的一致性,因为 ADAS 中的经验主义考虑了粘性效应,而 CEASIOM 纯粹是无粘性的(但非线性)。最大的差异出现在水平尾翼的俯仰力矩贡献中,对此提出了各种解释,包括主翼下洗和尾流对
分布在重心周围。纵向稳定性和控制力来自水平尾翼和升降舵,它们具有非常有用的力矩臂。垂直尾翼提供方向稳定性,使用方向舵进行方向控制。机翼/机身/起落架设置允许机翼在重心附近提供升力,并将起落架定位在飞机可以以起飞速度旋转的位置,同时提供足够的旋转而不会刮擦尾部。这种布置还可以降低修剪阻力。发动机位于机翼下方的吊架上。这种布置允许发动机重量抵消机翼升力,减少翼根弯矩,从而减轻机翼重量。这种发动机位置还可以设计成基本上没有不利的空气动力学干扰。
波音 747 的布局如图 4-1 所示。它符合上述标准。有效载荷分布在重心周围。纵向稳定性和控制力来自水平尾翼和升降舵,它们具有非常有用的力矩臂。垂直尾翼提供方向稳定性,使用方向舵进行方向控制。机翼/机身/起落架设置允许机翼在重心附近提供升力,并将起落架定位在飞机可以以起飞速度旋转的位置,同时提供足够的旋转而不会刮到尾部。这种布置还可以降低修剪阻力。发动机位于机翼下方的吊架上。这种布置允许发动机重量抵消机翼升力,从而减少翼根弯矩,从而使机翼更轻。这种发动机位置还可以设计成基本上没有不利的气动干扰。
YRF-4C 12200 经过进一步修改,成为 F-4E 项目的空气动力学原型机,1967 年 4 月 20 日,官方名称从 YRF-4C 更改为 YF-4E。从 1968 年开始,YF-4E 测试了由铍制成的方向舵,而不是标准铝制方向舵。空军飞行动力学实验室 (AFFDL) 的工程师建议使用铍来减轻重量,因为铍制方向舵比铝制方向舵轻 34.6%。YF-4E 62-12200 于 1968 年 5 月 14 日使用新方向舵进行了首次飞行,并在接下来的 39 个月内进行了 158 次试飞。在测试新方向舵时,空军对飞机进行了改装,以测试“敏捷鹰 IV”计划下的固定前缘机动缝翼,并在安装到 F-4E 机队之前测试了开槽水平尾翼。测试计划结束时,固定翼前缘缝翼被拆除。
本文的目的是开发一种既具有垂直起飞 (VTOL) 能力又具有固定翼飞机能力的固定翼飞机。为了实现这一目标,开发了一种带有两个螺旋桨的固定翼旋翼机原型,其旋翼可以像无人机一样机动,同时还具有类似直升机的垂直起降能力。这项研究为旋翼机提供了制导、导航和控制算法。首先,本研究描述了固定翼飞机的动力学及其控制输入,即油门、桨叶螺距和推力矢量。其次,分析了来流速度、作用在旋翼叶片上的力以及影响旋翼速度的因素。然后,给出了旋翼、双引擎、机翼以及垂直和水平尾翼的数学模型。随后,设计了使用全球处理系统 (GPS) 模块的飞行控制策略。检查的参数包括姿态、速度、高度、转弯和起飞控制。最后,基于硬件在环 (HWIL) 的仿真证明了导航制导和控制机制的有效性和稳健性。仿真证实,所提出的新机制是稳健的,并满足任务要求。旋翼机在整个飞行过程中保持稳定,并有效地操纵指定路径。