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[大杂烩] 悬挂式滑翔翼:固定翼飞行器中的一朵奇葩

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发表于 2015-11-4 16:04:18 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 奥特曼的内裤 于 2015-11-18 11:08 编辑

  这里,让我们对照传统轻型飞机看看悬挂式动力滑翔翼有哪些独特之处:首先是外形结构简单,只有机翼和前后排列的双人悬挂式座舱,三点式固定轮式起落架,没有尾翼及连接机身,停放起来比同样双座轻型飞机短一大截,相应材料重量自然也少了不少。驱动马达和油箱都在座舱后部,采用推力螺旋桨,驾驶员及乘员视界更为开阔。更为让人称奇的是,双翼可以收褶拆卸下来,成为一个长约5米直径约0.5米的圆筒包装,双翼收褶后整个飞行器无需特别车辆,很容易在普通车辆普通道路上运输,存放于家庭用车库中。由于自重轻,双人起降所需跑道距离短于100米,且对于跑道路面承重要求很低,可以在修剪过的草坪地面起降。尽管没有垂直和水平尾翼,更没有左右副翼及襟翼,同样可以完成起飞着陆,以及在空中的爬升下冲飞行以及左右转弯飞行。
  为什么悬挂式动力(或无动力)滑翔翼能够在没有垂直和水平尾翼,更没有左右副翼及襟翼的结构情况下,同样可以完成起飞着陆,以及在空中的向上向下飞行以及左右转弯飞行呢?
  关键在于其主要载重的座舱或飞行员(占飞行器总重2/3以上)不是刚性固定在机翼下,而是通过活动连接悬挂于机翼下的特殊点(机翼升力合力作用点)。双翼既可以相对悬挂物前后转动改变机翼迎角,也可以相对悬挂物左右转动摆动机翼左右翼尖。驾驶员通过顶角固定于双翼中心主管的三角形操纵架的横管,通过横管两端的前后拉索(另一头分别固定于中心主管前端和后端)和左右拉索(另一头分别固定于左右翼梁中部),可以操控改变机翼迎角;也可以改变机翼左右翼尖相对高度(摆动双翼)。
  正常水平直线匀速飞行时,机翼的升力与飞行器总重力平衡,机翼机舱阻力与推力平衡。当驾驶员前推三角形操纵架的横管,使机翼迎角增大,双翼升力增大超过总重力,飞行器向上飞;反之,后拉三角形操纵架的横管,使机翼迎角减小,双翼升力减小低于总重力,飞行器向下飞。
  而当驾驶员向右推三角形操纵架的横管,使得左翼尖下沉,右翼尖上扬,则机翼的升力向左偏斜,与总重力的合力不再为零而成为向左方向的力,使得向前匀速直线飞行变为向左转的匀速圆周飞行;反之,向左推三角形操纵架的横管,使得右翼尖下沉,左翼尖上扬,则机翼的升力向右偏斜,与总重力的合力不再为零而成为向右方向的力,使得向前匀速直线飞行变为向右转的匀速圆周飞行。如果你观察老鹰的展翅翱翔,在不扇动双翅的情况下,正是通过改变双翼翼尖的下沉和上扬(摆动双翼),实现左右转向飞行的。在这一点上,悬挂式滑翔翼的飞行操控具有仿生的特征。
  根据简约即是美的观点,悬挂式动力(或无动力)滑翔翼可算得轻型固定翼飞行器的最佳品类了。但是需要指出,与同样使用柔性蒙皮的传统轻型飞机相比,其双翼为了追求可收褶(也源自三角形滑翔翼最初结构),骨架中并没有理想翼型的翼肋组件,近来产品发展到有若干上下翼肋管来帮助形成翼型,(上管前部有点弧度,数量稍多,下管基本是直管,数量较少,)这些翼肋管都需要在展开双翼时一根根插入蒙皮,在收褶双翼时一根根从蒙皮内取出。所以最后结果是,展开双翼和收褶双翼操作较为麻烦,熟练者也需花费30分钟以上时间,更重要的结果是,展开的双翼后所形成的翼型并不理想,远不如传统轻型飞机的翼型,直接造成同样翼面积的升力减小阻力增大,同样展弦比下飞行器升阻比小于理想翼型机翼。
  如何在保持机翼可以收褶展开的特点同时,解决翼型不理想以及展开收褶过程费时费力的问题,是现有悬挂式动力(或无动力)滑翔翼发展改进的关键课题。可喜的是,从爱飞客轻型飞机创意设计大赛的“鸥燕2014”设计说明得知,该作者已经分别有“可快速展开与收褶柔性蒙皮机翼(A型)”“可快速展开与收褶柔性蒙皮机翼(M型)”两项设计,较圆满解决了上述关键问题,并已经获得我国国家专利。相信该项专利的实施必将使得我国悬挂式动力(或无动力)滑翔翼的研发生产直接步入国际最先进水准。
  从满足绿色飞行要求角度来看,传统轻型飞机和现有动力滑翔翼都存在噪声和尾气污染大气环境及产生碳排放问题。后者在污染程度和能耗上还要小些,在今后应该更容易采用电池驱动技术来替代现有燃油摩托。一旦上述两方面改进完成,就能让这种固定翼飞行器中的奇葩在通用航空中个人飞行运动中更加大放异彩。
  上篇博文结尾还指出:现有动力滑翔翼还存在一个不足之处是,其操控动作与传统轻型飞机不太一致,三角形操控架使得驾驶座舱不能封闭,对于飞行者升级飞机的驾驶不太方便。据传上两项专利发明人也已经在解决此项问题。(完)

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