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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 飛行器大角度矢量推力技術(shù)應(yīng)用研究
- 小類：
- 機(jī)械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 大角度矢量推力技術(shù),通過發(fā)動(dòng)機(jī)整體偏轉(zhuǎn)，改變主動(dòng)力作用點(diǎn)和施力方向，為飛行器更大程度地引入直接力控制模式，將飛行姿態(tài)運(yùn)動(dòng)和軌跡運(yùn)動(dòng)解耦，對飛行器進(jìn)行快速操縱，從而極大地提高了飛行器空間運(yùn)動(dòng)的機(jī)動(dòng)性和敏捷性。 本項(xiàng)目提出大角度矢量推力技術(shù)概念，結(jié)合理論分析，研究未來高機(jī)動(dòng)性飛行器推力技術(shù)，論證大角度矢量推力技術(shù)對飛行性能的提升，并分析給出其系統(tǒng)工作過程。
- 詳細(xì)介紹：
- 傳統(tǒng)矢量推力技術(shù)的矢量噴口擺動(dòng)角度有限，只能通過產(chǎn)生控制力矩來調(diào)整飛行器飛行狀態(tài)，制約了飛行器操縱性和敏捷性的進(jìn)一步提升。 基于大角度矢量推力技術(shù)研發(fā)的大角度矢量推力裝置可以通過其機(jī)械結(jié)構(gòu)，使發(fā)動(dòng)機(jī)整體移動(dòng)改變主動(dòng)力的作用點(diǎn)和施力方向，克服了飛行器主體對矢量噴口擺動(dòng)范圍的限制，同時(shí)利用直接力控制模式對飛行器進(jìn)行快速精確的操縱，從而快速改變飛行器的飛行姿態(tài)和航跡。 因此采用大角度矢量推力技術(shù)有助于進(jìn)一步提高飛行器的機(jī)動(dòng)性和敏捷性。 本項(xiàng)目基于理論力學(xué)、飛行力學(xué)等知識(shí)建立應(yīng)用大角度矢量推力技術(shù)飛行器的數(shù)學(xué)模型，采用數(shù)值積分、最優(yōu)化理論等方法對其運(yùn)動(dòng)特性和飛行性能進(jìn)行分析，從理論角度分析大角度矢量推力技術(shù)相比于常規(guī)推進(jìn)技術(shù)的優(yōu)勢，并設(shè)計(jì)制作模型機(jī)，通過安裝在模型機(jī)機(jī)身兩側(cè)的機(jī)械臂搭載推力系統(tǒng)來模擬大角度矢量推力裝置，設(shè)計(jì)開發(fā)基于C52單片機(jī)的控制系統(tǒng)，進(jìn)行實(shí)際飛行試驗(yàn)，探究應(yīng)用大角度矢量推力技術(shù)的飛行器在大氣層內(nèi)的飛行性能。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本項(xiàng)目的研究目的在于提出大角度矢量推力技術(shù)概念，引入直接力控制理論，結(jié)合理論分析和實(shí)際模型機(jī)試驗(yàn)，分析大角度矢量推力技術(shù)對飛行器飛行性能的影響。研究面向未來高機(jī)動(dòng)性飛行器的推力技術(shù)，并分析給出其系統(tǒng)工作過程。 基本思路為： 1.通過數(shù)學(xué)建模的手段，從理論角度分析論證飛行器使用大角度矢量推力技術(shù)相比于常規(guī)推力技術(shù)在飛行性能方面的優(yōu)勢。 2、設(shè)計(jì)制作模型機(jī)，搭載基于C52單片機(jī)控制系統(tǒng)的大角度矢量推力模擬裝置進(jìn)行實(shí)際飛行試驗(yàn)，研究大角度矢量推力技術(shù)對飛行性能的影響。 本項(xiàng)目的創(chuàng)新點(diǎn)在于基于大角度矢量推力技術(shù)所研發(fā)的大角度矢量推力裝置可以改變飛行器主動(dòng)力的作用點(diǎn)和施力方向，為飛行器更大程度地引入直接力控制模式，對飛行器進(jìn)行快速操縱，從而極大地提高了飛行器空間運(yùn)動(dòng)的機(jī)動(dòng)性和敏捷性。 其技術(shù)關(guān)鍵在于大角度矢量推力裝置的研發(fā)和控制以及對搭載大角度矢量推力裝置的飛行器進(jìn)行復(fù)雜受力分析。
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性： 1.利用理論力學(xué)、飛行力學(xué)等相關(guān)知識(shí)，對應(yīng)用大角度矢量推力技術(shù)的飛行器的機(jī)動(dòng)性、超短距離起飛等性能進(jìn)行數(shù)學(xué)建模分析。對發(fā)動(dòng)機(jī)偏轉(zhuǎn)引起的質(zhì)心運(yùn)動(dòng)等問題進(jìn)行分析求解，進(jìn)而提出大角度矢量推力裝置的工作流程。 2.設(shè)計(jì)制作搭載風(fēng)扇的機(jī)械臂作為大角度矢量推力模擬裝置，采用C52單片機(jī)控制機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)。 3.設(shè)計(jì)并制作模型飛機(jī)搭載模擬裝置進(jìn)行飛行試驗(yàn)，測試其對飛機(jī)飛行性能的影響。 先進(jìn)性： 傳統(tǒng)矢量推力技術(shù)的矢量噴口擺動(dòng)角度有限，僅通過其產(chǎn)生的控制力矩來調(diào)整飛行器飛行狀態(tài)，制約了飛行器機(jī)動(dòng)性和敏捷性的提高。 大角度矢量推力技術(shù)可以通過使發(fā)動(dòng)機(jī)整體偏轉(zhuǎn)改變主動(dòng)力的作用點(diǎn)和施力方向，其產(chǎn)生直接力控制模式有利于飛行器進(jìn)行快速操縱，從而快速改變飛行器的飛行姿態(tài)和航跡。因此采用大角度矢量推力技術(shù)有助于提高飛行器的機(jī)動(dòng)性和敏捷性。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 第六屆“挑戰(zhàn)杯”首都大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 模型機(jī)已制作完成，進(jìn)行多次飛行試驗(yàn)驗(yàn)證大角度矢量推力技術(shù)對飛行姿態(tài)及軌跡的影響。控制系統(tǒng)可持續(xù)升級(jí)。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無
作品可展示的形式
- 照片、視頻、實(shí)物
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測
- 大氣層內(nèi)的運(yùn)用主要以戰(zhàn)場飛機(jī)為應(yīng)用平臺(tái)。戰(zhàn)場飛機(jī)是指一種可在前線簡易機(jī)場起降，最大飛行速度比噴氣式攻擊機(jī)慢，但比武裝直升機(jī)快，功能介于二者之間的，主要實(shí)施“戰(zhàn)場控制”與“戰(zhàn)場支援”的低空、低速、高機(jī)動(dòng)性、多用途固定翼作戰(zhàn)飛機(jī)。結(jié)合大角度矢量推力技術(shù)的特性，運(yùn)用于中小型飛行器，可充分的滿足戰(zhàn)場飛機(jī)的設(shè)計(jì)需求，使固定翼飛機(jī)具有極佳的低空、低速、高機(jī)動(dòng)飛行性能，能夠完成在叢林、城市、沙漠等復(fù)雜環(huán)境下低空高機(jī)動(dòng)性突防打擊任務(wù)。 此外，大角度矢量推力技術(shù)適用于小范圍高機(jī)動(dòng)飛行，可以在短時(shí)間內(nèi)對飛行姿態(tài)和飛行軌跡進(jìn)行迅速調(diào)整，因此使用大角度矢量推力技術(shù)的飛行器在臨近空間及航天空間有極好的機(jī)動(dòng)性，可以對在軌航天器等目標(biāo)進(jìn)行快速捕捉和摧毀，同時(shí)面對敵方的攻擊也擁有較大的生存能力。
同類課題研究水平概述
- 矢量推力技術(shù)是目前較先進(jìn)的理論概念，當(dāng)前使用矢量推力技術(shù)的飛行器大多是通過矢量噴口偏轉(zhuǎn)改變推力方向，例如F－35和雅克141等；或者采用發(fā)動(dòng)機(jī)整體偏轉(zhuǎn)方式產(chǎn)生矢量推力，例如美國V-22魚鷹垂直起降飛機(jī)。為了使矢量推力技術(shù)發(fā)揮出更大的功效，國內(nèi)外均有提出過關(guān)于增大矢量噴口偏轉(zhuǎn)角度或發(fā)動(dòng)機(jī)整體偏轉(zhuǎn)的設(shè)想。 作者在現(xiàn)有矢量推力基礎(chǔ)上提出大角度矢量推力概念，研究發(fā)動(dòng)機(jī)多自由度整體偏轉(zhuǎn)對飛行器飛行性能的影響。設(shè)計(jì)出模型機(jī)及相應(yīng)的推力系統(tǒng)，通過理論分析及模型機(jī)實(shí)際試飛，研究、分析、驗(yàn)證了大角度矢量推力技術(shù)的運(yùn)用原理及作用效果。
