升力体式浮升混合飞艇设计及参数分析

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1、航空学报May252015V01．36No．51500—1510ActaAeronauticaotAstronauticaSinicaISSN1000—6893CN11-t929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．CBhkxb@buaa．edu．cn升力体式浮升混合飞艇设计及参数分析孟军辉，张一，刘东旭，吕明云*，武哲北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191摘要：升力体式浮升混合飞艇将艇体设计为具有较大升阻比的气动外形，升力由静浮力和气动力共同提供，适用于复杂地形下的大载重运输。控制速度和迎角的变化可

2、有效控制动升力的大小，矢量推进系统的增加共同提高了飞艇的可控性，气垫着陆系统(ACLS)有效降低了地面保障系统的复杂度。多项系统的有效集成对总体设计提出较高的要求，通过重量平衡和推阻平衡的关系，对浮升混合飞艇进行了总体设计，分析了浮重比、巡航速度等参数对于总体性能的影响规律，同时研究了浮升飞艇气动性能、总体飞行性能和经济性能，为后续详细设计和有效控制方法的研究提供基础。关键词：混合飞艇；总体设计；浮重比；气动分析；矢量推进中图分类号：V221文献标识码：A文章编号：1000—6893(2015)05—1500—11浮升混

3、合飞艇是指将传统静浮力飞艇与其他升力来源飞行器进行适当组合而成的略重于空气的新型飞行器。根据升力来源的不同可将混合飞艇分为气动升力类和螺旋桨升力类两种。前者包括艇翼式(旋成体艇身+固定翼)和艇体升力体式(升力体式艇身)等，是由静浮力和气动升力共同提供升力；后者包括直升机式(旋翼系统+旋成体式艇身)等，是由静浮力和旋翼升力共同提供升力‘1

4、。传统静浮力飞艇具有载重量大、运营成本低、滞空时间长等优点，但同时也具有飞行速度低、可控性差、保障系统复杂等先天不足。升力体式混合飞艇通过将多个(2--5)设计成具有升力体外形的艇囊进行

5、适当的组合以求在静升力的基础上可以产生较大气动升力，可实现长航时、大载重、易操纵，同时经济性和安全性也有很大的提高心]。近年来国外关于浮升混合飞艇的概念有很多在研型号。如英国先进技术集团的Skycat[3]，美国洛克希德·马丁公司的P一791已完成试飞H]。中国关于艇翼式浮升混合飞艇有少量研究[5。7]，其他多数集中在概念方案可行性的讨论确‘90上。参考国外相关在研型号的设计，综合考虑重量分配、气动设计和能源平衡等，编写升力式浮升混合飞艇的总体设计程序，并对相关参数进行分析，有助于更好地理解其飞行机理并寻找更好的设计方法

6、。1浮升混合飞艇的特点及应用在早期空气动力学研究过程中，科研人员对运动速度较快的海鱼和鲸的轮廓进行了研究，并由此决定了传统飞艇两个共轭半椭圆的子午线轮廓[1⋯。然而随着安全性和可操纵性等方面问题的逐渐暴露，传统旋成体飞艇在第二次世界大战以后纷纷退出历史舞台。随着材料技术、电子飞收稿日期：2014—05—22；退修日期：2014—10-09；录用日期：2015—01—14；网络出版时间：2015—02—1209：46网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929．V．201502120946．0

7、01．html基金项目：北航蓝天新秀基金(YWF一13．T·RSC-071)*通讯作者．Tel．：010-82338116E-mail：1v503@buaa．edu．cn孑

8、用格式IMengJH．Zhangy．LiuDX．eta1．Designandparameteranalysisofliftbody-typebuoyancy-liftinghybridairships￡J]．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015．36(5)：t500．15t0．孟军辉，张一，裁东旭，等．升力

9、体武浮舞混合飞艇设计及参数分析!J]．航空学报．2015．36(5)：1500—1510．盂军辉等：升力体式浮升混合飞艇设计及参数分析控系统(EFCS)等的发展以及20世纪60年代的世界性石油危机，低油耗的飞艇又重新得到青睐。传统飞艇通过EFCS驱动前后副气囊、前飞时艇体和舵面的俯仰力矩等实现自身的控制n1

10、。然而随着飞行高度和载重需求的增加，EFCS所驱动的控制面效力无法满足飞艇稳定性和操纵性的需求。升力体式浮升混合飞艇在传统静浮力的基础上增加了气动升力，从而有效地提高飞艇整体的可操纵性，这成为混合飞艇的主要优点之一；

11、传统飞艇通过压舱物来弥补卸载之后的重量损失，气动升力的采用使得混合飞艇可以通过飞行速度和迎角的改变来调节重量平衡，从而避免了压舱物的使用，可用于承载更多重量的燃油，使得长时远程运输成为可能；矢量推进技术和起降气垫的应用可实现垂直或短距起降，实现“点对点”远距离运输。因此，浮升混合飞艇可用于大型异件货物的远距离运输、灾