北京航空航天大学 2013--2014 学年第二学期 考试统一用答题册 考试课程 微小型飞行器创新设计与实践（A） 班级 110511 成绩 姓名 姜 南 学号 11051136 2014 年年 6 月月 27 日日 A 一、实验分组情况： 组长：于沿 组员：张响阳 姜南 王祁 王怀涛 贾术亮 贾志强 二、项目情况介绍： 1 1、项目名称：、项目名称：连翼布局垂直起降运输机验证机 2 2、项目简介：、项目简介：本项目立足于战场实际需求和现有机型特点，提出垂直起降运输机方案——基于倾转 动力的连翼布局垂直起降运输机两个可倾转的发动机分别置于机身两侧连翼的前后翼之间，可实现垂 直起降和垂起平飞转换与之配合的连翼布局能有效减小翼载荷，增大载重量，而且后翼在平飞状态下 处于发动机滑流区内， 进一步增大机翼失速迎角、 增加有效载荷， 具有独特的操纵性和较高的巡航效率 3 3、、项目特色与创新点项目特色与创新点：：本项目的主要特色在于它结合了连翼布局高升阻比、高巡航效率的优势和倾 转旋翼机机动性好、适应性强的特点悬停状态下没有对旋翼气流的干扰；平飞模式下具有较高的巡航 效率、后翼处于发动机滑流区之内，可有效防止气流分离。
4 4、、关键技术难点及解决办法关键技术难点及解决办法：：动力倾转机构的制造，利用 solidworks 建模并进行运动仿真，多次调 整参数后得到一套令人满意的机构设计方案；垂起悬停阶段二轴模式的稳定性控制，分析现有倾转旋翼 机控制机理后，将重心配在主轴下方，并在螺旋桨下加装滑流舵，增强俯仰、偏航稳定控制效果；垂起 平飞转换过程中的控制，采用 fvp 二选一开关进行信号切换，避免倾转过程的控制混乱 5 5、、与同类技术相比先进性与同类技术相比先进性：：与美国现役的鱼鹰 V-22 相比，该项目优势在于避免了导致 V-22 频发事 故的涡流问题，从而没有了所谓的最快下降速度的限制，增大了稳定性和灵活性另外，连翼布局的高 升阻比使得作为运输机的它有更高的巡航效率，这意味着更高的速度，更远的航程和更低的油耗 三、项目设计、制作、组装过程 1 1、、总体设计总体设计与方案论证与方案论证 （1） 、连翼布局的气动特性 对于常规布局飞机，保持弦长不变增加展长，能减小诱导阻力，提高最大升阻比，但会对飞机强度 和刚度有更高要求所以通过增加展长来提高飞机升阻比是有限的而连翼布局能很好解决这个问题 在前翼之后布置一对后翼，前后翼通过端板相连，后翼对前翼有支撑作用，能增加结构的整体刚度，显 著减小前翼的弯曲变形，从而增加有效展弦比，达到增加升阻比的目的。
在操控性方面，前后两个翼面 上布置多个操纵舵面，进行组合控制，后翼升降副翼可弥补前翼副翼操纵效率低的不足多操纵面的组 合有利于增加最大可用升力、改善起降性能和提高静升限 （2） 、飞机总体气动参数 连翼布局待定量较多，设计较为复杂作为倾转旋翼机，在确定参数时还需考虑旋翼面积为了保 证垂起和悬停的效率，须保证一定旋翼面积，而该方案中旋翼面积受到前后翼空间的限制要在各个参 数之间相互协调产生一个较为合理的参数集需要多方面考虑考虑到实际设计能力，在总体参数确定的 过程中采用了 “由前到后—性能校核—返回修改” 的迭代设计方案 具体来说， 先大体确定前翼的展长、 弦长、 后掠角、 上反角等数据， 根据位置关系确定旋翼直径和旋转中心位置， 进而确定后翼的气动参数； 初步设计完成后，应用力矩配平的方法粗略确定气动中心位置，求出气动中心与旋翼中心的距离根据 校核的结果返回修改前后机翼气动参数， 然后重新校核， 如此反复迭代最终确定出相对合理的气动参数 （3） 、悬停稳定性分析 要保证悬停稳定性应使全机重心位于主轴的下方，此时俯仰和偏航稳定性易于实现在悬停阶段， 飞行控制器通过调整两旋翼的转速来实现滚转稳定性。
当飞机受到外界扰动抬头或低头时，飞行控制器 通过调整电机与机体之间的夹角使得螺旋桨平面始终保持水平，此时桨产生的拉力不再通过重心，使得 拉力对重心产生低头或抬头力矩，矫正机体姿态角偏差，从而实现俯仰稳定当飞机受侧风影响产生偏 航时，飞行控制器控制电机向相反的方向倾转，实现两螺旋桨差动，产生偏航力矩矫正侧风影响 （4） 、倾转过程中的俯仰力矩特性 倾转过程是一个重心逐渐前移同时略微向下移动的过程此外，螺旋桨拉力线同时倾转，螺旋桨拉 力的水平分量逐渐增大，会对重心产生一个低头力矩，而且随着倾转过程的推进该低头力矩逐渐增大 此外还应考虑到两电机高速旋转时产生的陀螺力矩的影响，容易判断两螺旋桨在倾转过程中产生的陀螺 力矩大小相等、方向相反，且最终转化为压轴力，不会对整机产生不良影响 （5） 、倾转机构设计 在分析悬停和倾转过程控制特点后，决定悬停稳定机构和倾转机构各自独立运行，可大幅度提高系 统可靠性，同时将机械装配误差带来的影响控制在最低在悬停阶段主轴锁死，飞行控制器通过控制舵 机转角调节电机和螺旋桨平面位置，提供俯仰或偏航力矩，保证悬停稳定性倾转过程开始时舵机基本 不动，主轴开始逐渐倾转，此过程俯仰操控与悬停阶段机理相同；同时机体开始逐渐积累速度，达到最 小平飞速度时，主轴转至极限位置并锁死，飞机进入平飞模式，倾转过程结束。
2 2、、验证机制作过程验证机制作过程 （1） 、木质结构制作 根据预选的参数完成全机建模后，我们进行了整机木质结构制作，在此过程中我们大胆的采用了框 架——长桁——蒙板的结构形式，与传统工艺相比，该结构具有重量轻强度大的特点翼展 2466mm，机 长 1823mm 全机木质结构仅为 1.4 公斤 （2） 、机械机构加工装配 设计好的倾转机构由 solidworks 生成工程图后交予 CNC 进行加工， 精度较高可以满足灵活转动的要 求 电机可绕株洲左右倾转 20°左右完全满足控制要求 四、本人在分组实验中完成的工作 在分组实验中，我完成的工作主要有与分组同学合作制作木质结构、飞控调节、试飞协同、校审比 赛论文、制作答辩 PPT 等具体如下： 1 1、与分组同学合作制作、与分组同学合作制作木质结构木质结构 在今年的正月十五元宵节刚过的第二天， 2 月 16 日， 我就坐上了返回北京的动车， 与分组同学会合， 着手制作飞机 我们在组长于沿同学所绘 catia 整机图像的基础上，首先进行木质结构各截面的切割这是我第一 次接触航模制作，各个方面都不是很了解但是我并没有因此而放弃、而退缩，反而虚心地向组长及组 员学习，遇到不懂的地方及时向组长请教。
就激光机的使用来说，一方面我之前从没有接触过激光机， 另一方面激光机课堂教学时我们组也不是我去的，因此可以说十分不了解但是，在组长进行切割时， 我主动要求和他一起，并向他仔细询问激光机的使用及注意事项几次之后，我基本掌握了激光机的使 用在随后的几次切割时，我主动要求自己主要操作，并请组长进行指导两次后，我完全掌握了激光 机的使用之后，我便可以独自使用激光机切割木质材料，有效地提高了我们组木质结构的制作效率 木质结构各截面的切割工作结束后，就是立肋工作划线是立肋工作的第一项工序我主动要求担 任了划线工作的主要负责人在划线中，我以左、上为基准，用直尺和签字笔在桌面上划线，并由其他 组员进行校对由于左右机翼要保证对称，且前翼和后翼要保证稳定配合连接，划线必须要准确到位 因此，每划一条线、每测量一次尺寸，我都仔细、认真，在确认无误的情况下执笔划线机翼全部划线 完毕后，我又与其他同学一起进行立肋工作，并进行组装机翼全部制作完毕后，经称重，左翼、右翼 差别微小，且前翼、后翼配合非常完美 2 2、飞控调节、飞控调节 组长于沿同学将飞控调节任务分配给我完成这是一个我从未接触过的部分，但我也深知飞控调节 对于飞机的重要性，深感责任重大。
我从于沿那里借来了 MultiWii MWC 飞控板，拷贝了 arduino 飞控程序，打算利用寒假时间在家中自 习研究然而，第一次看程序就完全没有看懂，第一次接触飞控板也没有搞懂但是，我深知飞控的重 要意义，深知自身责任重大，我在网上搜集了若干飞控调节的教学视频，一秒一秒、一个一个地学习研 究有的第一遍没有看懂，就看第二遍、第三遍……平均下来，每一个视频都看了大约四五遍，基本清 楚了飞控板如何与电脑连接、如何更改程序、如何调节 PID 数据等等随后，我又比对说明书一点一点 地更改程序并进行烧录 开学后， 飞机整机全部制作完毕后， 我们将各个舵机安装在飞机各控制面上 然后我先大体确定 PID 数据并烧录通过在校内的地面简单实验，我们对飞机的控制情况以及反馈情况进行观察，确定各数据 应调整的方向及范围，随后我再进行微调、烧录，再次进行实验反反复复几次，得到一个较为合理的 数值进行外场试飞时，我又根据试飞中反馈情况对 PID 具体数据进行细微调整最终，试飞情况较为 良好，完成了预定飞行动作，也达到了预定飞行效果，说明我进行的参数选择、确定是较为合理的、准 确的 总之，在完成飞控调节这个任务中，我从零开始学起，一点一点地清楚明白，并学会了应用，对于 我个人而言，提高了新的技能，拓展了新的领域，同时也对小组飞机的最终完成起到了重要的作用。
可 以说，我基本完成了飞控调节的任务 3 3、试飞协同、试飞协同 我们一共进行了三次外场试飞——3 月 23 日、3 月 30 日与 4 月 13 日在三次外场试飞中，我参加 了前两次 前两次外场试飞中，我与组长于沿早上不到 6 点起床，将飞机各部件装机到达试飞地点后，将飞 机总装，并进行细微调节在此期间，常常会遇到一些问题，每当这时候我都会协同组长于沿对出现的 各种问题思考解决方法并进行解决总装全部完成后，我负责进行试飞前的最后准备工作 在操纵手进行操作试飞时，我还担负摄影摄像工作在试飞过程中，由于我还负责飞控调节部分的 任务，我还要仔细观察飞行的飞行情况，判断飞机飞行过程中的控制情况与反馈情况，并且为试飞结束 后飞控调节的相关参数调节做好准备第一次试飞往往是不太成功的每次试飞后，我都会与操纵手进 行沟通交流，讨论出现的问题以及原因，而后与组长于沿进行沟通，确定下一步飞机改进的方向，并且 制定改进计划 试飞完毕后，我又与组长于沿将飞机各部件拆解，运回基地，并根据试飞情况对后续工作提出改进 建议 可以说，在前两次的试飞协同中，我对飞机出现的问题提出了较好的解决方案，对飞机的进一步改 进起到了较为重要的作用。
4 4、校审比赛论文、校审比赛论文 临近冯如杯报名，比赛论文是一项艰巨且紧张的工作比赛论文是对制作过程以及特色亮点的一个 完整阐述，论文对于冯如杯比赛的重要性不言而喻 碰巧的是，我在学院中负责有效性审查方面的工作，对格式、排版、用词等方面较为熟悉于是， 我主动要求负责论文格式、排版、校审等方面的工作在组长于沿和组员张响阳完成论文初稿后，我对 其进行了修改，使格式排版等符合要求，使语法、用词等流畅恰当，同时对改动较大的部分提出了自己 的修改意见，反馈给组长于沿进行修改组长于沿修改完毕后，我又进行了二次修改，同时又对冯如杯 网站上相关项目简介等进行了修改 5 5、制作答辩、制作答辩 PPTPPT 由于自己较为频繁地制作 PPT，制作 PPT 经验相对丰富，因此组长将制作 PPT 的工作安排给我来完 成首先我自己用 Photoshop 制作了一个答辩 PPT 模板，随后我与组长于沿以及部分组员讨论答辩内容 思路，进而制作答辩 PPT从学院初审、中审、终审到冯如杯现场答辩，答辩 PPT 基本均由我完成 除了这些工作之外，我还协助组长完成了拉力测试、悬停验证等其他工作，以及组长安排的其他工 作。
五、项目试飞情况： 项目的试飞共分为两个阶段进行 第一阶段第一阶段，，垂起及悬停验证垂起及悬停验证 首先将整机悬挂在试车台上，测试发现螺旋桨能够轻松将飞机拉起，但航向控制不稳定，主要。