72、螺旋桨偏转滑流垂直起降飞机的飞行动力学建模与仿真

螺旋桨偏转滑流垂直起降飞机的飞行动力学建模与仿真

垂直起降（VTOL）飞机作为一种特殊的飞行器，自 20 世纪 40 年代以来，已诞生了 30 多种类型。它兼具旋翼和固定翼飞机的优点，摆脱了对跑道的依赖，具有广泛的飞行速度、航程、载荷和出色的机动性。然而，由于其设计和实现的技术复杂性，目前关于 VTOL 飞机系统建模的研究相对较少。本文将详细介绍一种基于实验数据和理论计算的 VTOL 飞机飞行动力学建模方法，并对其在不同飞行状态下的动态特性进行分析。

1. 引言

VTOL 飞机具有多种飞行状态，包括悬停、过渡和水平飞行。在悬停和过渡飞行状态下，喷气/螺旋桨诱导效应会显著影响飞机的动力学模型。螺旋桨滑流会增加机翼上方的空速，改变机翼后方的下洗角，并改变尾翼处的动压。偏转滑流 VTOL 飞机的本质在于螺旋桨、机翼和襟翼的串联设计，通过调整螺旋桨的转速和襟翼的偏转角，使推力、升力和阻力的合力方向尽可能垂直，以抵抗重力。

2. 飞机配置

本文研究的 VTOL 飞机翼展为 2.16 米，起飞重量为 7.6 千克。机翼采用 mhmi3 翼型，根部为直翼，外侧为后掠角 45°的后掠翼。采用单缝襟翼以提高升力，在中心对称平面安装垂直安定面以增强水平飞行时的稳定性。该飞机具有多种飞行状态，在悬停和过渡状态使用偏转滑流技术，襟翼同步展开，同时开启位于机头的涵道风扇提供抬头力矩。偏航和滚转运动通过调整机翼上主发动机的转速和襟翼偏转角来控制。在过渡状态，飞机从大俯仰角和零自由流速度的悬停状态过渡到水平飞行。在水平飞行时，机翼上的两对螺旋桨提供推力，直翼段后缘的两个单缝襟翼控制俯仰和滚转。

飞机的详细参数如下表所示：
| 参数 | 值 | 参数 | 值