前言:
和傳統一樣,受限於固定翼的起降需求和直升機的航程與速度限制,誕生了接觸一下傾轉旋翼的想法。但是我一沒有科研需求,二沒有項目支撐,於是決定從X-plane當中做出一些嘗試,體驗一下。圖1是我製作的Xplane模型第一次飛行的場景,沒有意外,此模型粗糙,無法實現垂直起降、也無法實現傾轉飛行。只能在短距起降模式下起飛,在嘗試飛行模態轉換的過程中,墜機起火!
必然的,當前很多細節的地方還沒有處理,很多很多地方需要完善,有錯誤之處還請指正。
作用:
- 增強感性認識。如果是在學習傾轉旋翼,可以體驗一下傾轉旋翼的操縱和飛行,感性認識一下傾轉旋翼特點;
- 快速原型驗證。在現有的基礎上,對模型進行更改,快速定性地驗證一下自己的想法;
- 進行控制率研究。利用Xplane的數據接口,可以開發傾轉控制律與Xplane聯合仿真;
1.XV-15簡介
爲什麼是XV-15?
上圖的三架傾轉旋翼分別是XV-15, V-22, AW609。這三架飛機是不是很相似?可以說V-22是放大版的XV-15,而AW609是改進版的XV-15。V22的大名自然不必多說,而AW609是第一架在走適航流程的民用版傾轉旋翼,XV-15就是它們的前身,第一架較爲成功的傾轉旋翼飛機。
另一個原因,NASA用XV-15開展了傾轉旋翼的相關研究,發表了很多關於XV-15性能、結構等的報告,提供了豐富的數據和資料可以查閱。
什麼是XV-15?
首先字面上理解。X,代表着試驗\驗證機型,例如X47B,X51A等,V私自猜測是垂直(vertical)的意思,至於15,猜測代表最大起飛重量15000lbs(6800kg)。
20世紀50年代,貝爾直升機公司開始探索傾轉旋翼方案,研製了XV-3,然後提出了Model 266方案,隨後美國陸軍和NASA都想研究傾轉旋翼,於是就和貝爾公司簽訂了兩架Model 301合同,也就是XV-15。
XV-15是一架驗證機,不具備實戰的能力,但是它充分的驗證了傾轉旋翼方案:飛行模態轉換,空中模擬加油,武器發射,地形跟蹤飛行,機動飛行試驗,搜索、救援、吊掛貨物飛行。
鑑於XV-15的試飛進展順利,五角大樓在1982年啓動了“三軍先進垂直起降飛機”(JVX)項目,爲美國武裝部隊研製一種生產型垂直起降運輸機。誕生了後來的V-22。
時間 | 事件 |
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1977年5月 | XV-15 #1原型機首次自由懸停飛行 |
1979年4月 | XV-15 #2原型機首次飛行 |
1979年7月 | XV-15 實現了從直升機飛行模式向固定翼飛行模式的首次轉換 |
1982年5月 | XV-15 易損性評定和海上艦載飛行試驗 |
1983年9月 | XV-15 空中模擬加油、武器發射、地形跟蹤飛行和其他機動飛行試驗 |
1992年8月 | 20日,第一架XV-15因事故墜毀 |
2003年 | 第二架XV-15退役 |
XV-15有什麼優勢?
XV-15懸停效率沒有同等級直升機高,航線飛行效率沒有同等級固定翼高,但是它恰好的填補了兩者之間的空白,我們可以從它的飛行包線中一窺端倪。從飛行包線可以看出它的飛行包線涵蓋了直升機和固定絕大部分的區域,對於既需要航程又沒有良好的起降場地或者需要懸停的任務需求,是不二選擇。
2.XV-15基本數據
爲了在X-plane中建立XV-15的模型,需要XV-15的詳細數據,包括機身、機翼、佈局、動力、螺旋槳等,主要數據如下,X-plane使用的是英尺和英寸爲單位,可以直接使用。
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1. 總體佈局:
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2. 機身和機翼數據
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3. 發動機數據
4. 螺旋槳數據
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5.載重與平衡數據
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3.X-plane建模XV-15
X-plane使用的是葉素理的進行動力學仿真,其過程是模擬的氣流吹過模擬的機身,所以不需要知道特別詳細的數據去建立詳細的動力學與運行學模型,只需要按照第2節中的數據,配置好三維的飛機氣動佈局和外形,設置好載重平衡和性能數據,再配置好電源電氣、發動機參數、螺旋槳參數,就可以進行仿真。需要說明的是:當前我建立的飛機模型大體參數參考了XV-15,但是有些地方,我做的並不嚴謹,並不是一個高度符合原機的模型。
- 起落架,我參考AW-609的起落架。
- 機身,機身的橫截面形狀與原機也不一致。
- 翼型,機翼、垂尾、平尾的翼型與原機不一致,x-plane是可以畫翼型的。
- 槳葉,參考V280,做了一個假的發動機短艙固定,只傾轉槳葉的效果。
初步建模結果如下:
4.XV-15飛行演示
跌跌撞撞起飛過程
不完美傾轉過程
5. 參考資料
1.https://baijiahao.baidu.com/s?id=1575053802352462&wfr=spider&for=pc
2.傾轉旋翼機這麼好,爲什麼仍不能取代直升機?