第三屆創新杯飛行器設計大賽獲獎作品(部分)

天思 · 發表于 2008-12-23 13:12:11

神舟Ⅱ”深空探測器　　宇宙浩瀚無垠，無數神秘蘊藏其中。自古至今人類都在探索其奧秘。從地球進入太空，從太空中了解我們自己的居住的家園，利用太空資源為我們人類服務，探索宇宙中其他星球的手段就是“神舟”第Ⅱ代深空探測器。
　　結構特點：
　　“神舟Ⅱ”深空探測器是一種碟型超高速太空飛行器，它實現了輕小型，低功耗，是未來人類進行深空探測、太空移民的首選工具。它在外形設計上類似碟子，使其穩定性、強度達到最佳。探測器的內部為機艙，用于承載工作所需的設備以及折疊后的螺旋槳。底部設有倉門，打開后可以將設備探出或向下投放某些東西，支架隱于內部，著路時可伸出。內部也十分舒適，有極其奢華的座艙、餐廳，甚至還會有娛樂場所，飛行器內的噪音將被控制在最小范圍內，可提供適于人類星際移徙和長期居住的場所。此外，它在空間結構上高度對稱，使其安全性更佳，外側有三個射電望遠鏡適于太空觀測，頂部有半徑為1000米的太陽能電池板為探測器提供能量來源，最底部有8臺對稱的改進型直線感應電動機作為探測器的動力裝置。
　　性能特點：
　　1.垂直起降
　　探測器垂直起降采用改進型直線感應電動機提供動力，進行垂直起降，使其充分利用地球和外星球的環境，避免采用航天飛機所使用的巨型燃料箱，降落時占地面積小，機動靈活。
　　2. 太陽能電池板
　　太陽能電池板采用半徑為1000m,密度為0.1g/㎡的太陽帆，太陽帆是一種在硬質塑料上的超薄金屬帆。當光照射在其上時，利用光壓產生很小的加速度，其作用與風力推動帆船相似，故稱為“光帆”。光帆沒有質量消耗，全靠太陽光壓產生推力。
　　3.動力來源
　　“神舟Ⅱ”深空探測器將采用改進型直線感應電動機作為動力裝置，解決了直線感應電動機不能達到超高速度而存在的軌道短，邊端效應，電刷金屬在超高速運行過程中熔化等問題。其整體外殼由鈦錳合金板成型，內層復合鋁合金蜂窩網格填充物復合板，倉內全封閉蜂窩結構，使用液壓螺旋慣能立式磁浮交流發電機提供電力能源，可完成在地球大氣壓環境和宇宙太空真空環境的三維空間定位飛行并可達到光電磁波速度運行。
　　功用介紹：
　　1.深空探測
　　月球探測只是深空探測活動的第一步，對行星和行星際探測是人類對未知宇宙空間以及自身演化過程探索的必然延伸。“神舟Ⅱ”深空探測器解決了深空探測所需要的高技術，包括適應長期深空巡航飛行的自主導航與控制技術和成熟的推進技術。它具有很高的運輸的機動性，取樣和返回技術，并配備了高級科學儀器和新一代的電源系統，具有改進型通信系統和很強的可操作性。
　　2.飛行器可往返地球與外星球做空天飛行
　　由于飛行器的裝有多功能組合發動機，具有很強的推力，使飛行器具備往返地球與外星球做空天飛行的能力，而且能離地面任何高度作長時間空中停留，實現載人，作為天地往返的運輸器，為人類進行太空探索提供理想工具。
　　3.通信系統
　　“神舟Ⅱ”深空探測器實現了大時延的測控通信，測控通信系統采用較大口徑的高增益天線(直徑大于1m)用于遠距離的數據傳輸，還可作為臨時通信進行信號傳遞，將中繼設備裝載于此探測器中，充當通信中繼。
　　4.其他功能
　　“神舟Ⅱ”深空探測器攜帶太空實驗室進行眾多的科學與技術實驗，在載人的同時能夠承載相當多的貨物，能夠在太空釋放航天器，能夠從太空回收航天器，能夠在太空對出現故障的航天器進行維修，能夠進行大型太空結構的組裝。

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天思 · 發表于 2008-12-23 13:12:57

風之旅者”飛行器　　“風之旅者”飛行器能像風一樣飄往世界各地，可以降落在高山深谷，飄泊在湖泊海洋，到夢想的地方去旅游、居住，它有大有小，大者可容納千余人，小的可供家庭使用。
　　飛行器有氦氣囊，氦氣比空氣輕實現飛行器在空中漂浮，且氦氣的化學性質穩定，很難發生事故。
　　中間是雙層住宅，其功能與地面普通家庭住房或賓館并無兩樣，人們在住宅內可盡情享受生活。根據飛行器大小還可設置健身房、酒吧等享受型消費場所。
　　住宅區上面是生態制氧植物園，通過植物實現二氧化碳轉變為氧氣，實現蔬菜自給，美化居住環境。水箱儲備生活灌溉用水，循環使用。
　　飛行器上表面及住房玻璃全部是太陽能板，吸收太陽能轉化為電能并儲存，飛行器所需大部分甚至全部能源來自太陽能。飛行器內有高能蓄電池，供飛行動力和生活用電。
　　兩臺螺旋槳發動機作為飛行動力，可以繞發動機支架360度旋轉，實現飛行器前進、轉向、升降等操縱。

天思 · 發表于 2008-12-23 13:14:22

　　“破繭”柔性翼兩棲飛行器是一款仿生折疊翼的小型撲翼機，適用于低空的中低速飛行，可用于的休閑觀光，環境監測，航拍、航模等不同的領域。
　　撲翼飛行器是人類最古老的夢想之一，就是能夠肩插雙翅像鳥一樣在天空自由飛翔。與傳統的固定翼和旋翼飛行器相比，撲翼飛行器的主要特點是，將升力、懸停、推進、控制功能全面集成于撲翼系統中，可以用很少的能量進行遠距離飛行，同時具有高效率、高機動性、低噪音、無須專用起飛著陸場地等。
　　同時，科學家對眾多的撲翼飛行的生物研究中發現，蝙蝠在飛行過程中翼的扇動與翼的柔韌性及彈性配合得天衣無縫，堪稱是世界上最離奇、最完美的運動。蝙蝠在飛行過程中身體旋轉180度所需距離只有其翼展長度的一半。同時，與其它動物相比，蝙蝠翼展面積之大還有效保證了它在飛行過程中只需消耗極少的能量就能夠產生理想的上升力。盡管其它鳥類和昆蟲在飛行過程中都會有翅膀的翻轉和折疊現象，但與之相比蝙蝠在飛行過程中翼的活動控制更為自如。
　　“破繭”柔性翼兩棲飛行器正是基于蝙蝠飛行原理的小型兩棲撲翼機。
　　設計創新點：
　　1.仿生造型：仿生翼龍和蝙蝠的翅膀構造，且折疊機翼瞬間打開時如同飛蛾破繭而出，一飛沖天，這也是名字的由來。流線型的造型有較好的空氣動力學性能，具有速度感。
　　2.輕質材料：彈性的鈦合金骨架蒙以太陽能聚合物透明薄膜構成的機翼，如同昆蟲的翅膀一般輕盈柔韌。隨著科學界對復合結構、輕盈智能型材料、能量生產和儲存等領域的研究，機翼材料可以由超薄太陽能電池組成的“皮膚”代替。
　　3.節能環保：撲翼飛行，消耗能量少，機動性高；使用氫氧燃料電池，綠色能源，減少對環境的污染。
　　4.折疊機翼：充分地折疊機翼，減少了陸地行駛時的阻力，節約了更加便捷，更好地實現兩棲。
　　5.垂直/短距起降：無須專用起降場地，在起飛著陸場地有限的情況下可撲翼垂直起降。

天思 · 發表于 2008-12-23 13:16:15

X-獵手”無人機　　——“X-獵手”無人機的設計思路
　　一、設計前言
　　＂長空一號＂作為我國獨立研制的第一種多用途噴氣式無人機，開創了一個先例，奠定我國無人機發展的堅實基礎。而作為“長空一號“技術骨干的我國無人機專家趙煦曾經說過：“在2050年左右，無人作戰飛機將非常廣泛地應用于各國部隊，并有取代有人駕駛飛機的趨勢。”
　　鑒于無人機在我國軍事發展中的重要性，以及自己平時對我國無人機的關注，這次飛行器大賽，我拿出的作品是一種新型的多功能無人機“X-獵手”，并且提供了兩種不同的設想。希望通過這次比賽能展望未來無人機的發展方向，探討我國無人機的先進技術，為祖國填磚加瓦。
　　“X-獵手1”效果圖
　　“X-獵手2”效果圖
　　二、設計說明
　　1.設計定位:
　　“X-獵手”系列的兩款多功能無人機是為了增強我國的空軍實力孕育而生的，它不僅具有偵察機的功能，可以用于完成戰場偵察和監視、定位校射、毀傷評估、電子戰等；也可民用，如邊境巡邏、核輻射探測、航空攝影、航空探礦、災情監視、交通巡邏、治安監控等。
　　北京時間2008年5月12日14時28分04秒，我國四川汶川發生了8.0級的地震，造成了無數的傷亡。2008年5月31日下午，51歲的羌族飛行員邱光華在駕機執行任務返回途中，在映秀鎮附近不幸失事。試想，如果派的是無人機來執行這個任務的話，可能悲劇就不會發生，控制者可以在監控室里觀察災區的每一個氣象變化，從而有效采取相應對策來順利完成救援和運送任務，同時也可以大大提高地震監測，災情監視等任務的工作效率，降低人員的傷亡率。
　　由此可見，現在的無人機應當是多功能的，而不僅僅體現在軍事作戰方面。
　　2.設計靈感：
　　正當我為無人機的設計冥思苦想的時候，我從網上無意中看到一篇關于拉丁26個字母由來的文章，對于文章中所描述的字母演變深深吸引。對于字母“X”,它是這樣敘述的：字母“X”是“S” 演變來的, 初期形式與“S”不分，后來西部希臘人將其改為斜十字形，才最后確定下來。
　　而正是拉丁字母的這種演變賦予了我設計“X-獵手”的靈感，我決定將字母“X”的造型融入到無人機的設計中。仔細觀察“X”的造型，我們發現它顯得很穩固，往四周各加一條邊就成了四個同頂點的三角形，科學表明三角形有穩定性，由此可見將機身和機翼完全融合為一個“三角形”，這種結構牢固可靠，即使高速狀態下也一樣能保持穩定。
　　3.細節設計：
　　a.發動機及輪子
　　簡要說明：
　　1.采用采用氫燃料渦輪螺旋槳發電發動機，使用電能驅動螺旋槳，低耗低噪。渦輪螺旋槳發動機(Turboprop Engines)，渦槳發動機的驅動原理大致上與使用活塞發動機作為動力來源的傳統螺旋槳飛機雷同，是以螺旋槳旋轉時所產生的力量來作為飛機前進的推進力。
　　2.發動機可圍繞機翼進行360度的旋轉，從而使“X-獵手”無人機的機動性大大增強。
　　b. 雷達裝置
　　簡要說明：
　　1.雷達通過底座的一系列支架固定與機身上，支架的鏤空設計可以一定程度上減輕飛機的重量。
　　2. 雷達的優點是白天黑夜均能探測遠距離的目標，且不受霧、云和雨的阻擋，具有全天候、全天時的特點，并有一定的穿透能力。在這里，它不僅作為軍事上必不可少的電子裝備，還具有氣象預報、資源探測、環境監測、洪水監測、地質調查等作用。
　　c. “X-獵手2”中的探照燈及攝像機
　　簡要說明：
　　利用相應的設備能進行探照功能，并且還能將所觀察到的信息通過安裝在機上的發報裝置，反饋回地面。
　　d. “X-獵手1”中的螺旋槳
　　簡要說明：
　　強有力的螺旋槳可以極大的提升飛機的機動性，使得“X-獵手1”的運輸能力大大增強。
　　e. 導彈
　　簡要說明：
　　有三種方案鎖定敵機：(依情況而定)
　　1.紅外制導.........美國響尾蛇,俄羅斯R73,以色列怪蛇,中國PL-9C
　　2.雷達主動制導..........美國AIM120,俄羅斯R77,中國SD-10
　　3.雷達半主動制導........美國麻雀,俄羅斯R27
　　f.表面涂裝
　　1.機身整體采用迷彩涂裝，能利用顏色色塊使飛機形體融匯于背景色中。
　　2.等離子體包裹機身后部不僅可以對雷達完全隱身，還可以借助等離子氣體減少機身和空氣的摩擦提高飛行速度。
　　4.飛機大致數據
　　三視圖
　　“X-獵手1”
　　“X-獵手2”
　　動力裝置：
　　發動機：4臺新型渦輪螺旋槳發動機；
　　最大加力推力：2 x 100 千牛；
　　最大軍用推力：2 x 80 千牛；
　　發動機推重比：11：1 (初步)；
　　“X-獵手1”
　　尺寸：
　　機長：9米；
　　翼展：16 米；
　　機高：6m；
　　“X-獵手2”
　　尺寸：
　　機長：9 米；
　　翼展：16 米；
　　機高：4m；
　　武器：
　　可裝載我國現行和未來研制的各種空空、空地、空艦、反輻射導彈，以及各種常規炸彈、精確制導炸彈甚至核彈。
　　補充：
　　1.造型上采用飛翼式設計，機翼機身融合技術；
　　2.采用氫燃料發電發動機，使用電能驅動螺旋槳，低耗低噪；
　　3.在機翼上可裝太陽能電池板，在高空巡航時充分利用太陽能，轉化為自身耗電裝置的能源來源，甚至為螺旋槳提供能量，延長巡航時間，實踐飛行器耗能設計的可持續發展思想；
　　4.還可設計抗風險數據回收的裝置，即：當飛機遇險失事、行將墜毀時，可以通過自動控制裝置將機載的數據黑匣子彈射出去，通過降落傘安全著陸，失事的黑匣子自行向衛星發出隱蔽信號，將自己定位，等待回收。
　　5.不同環境下飛行
　　注：由于篇幅所只舉了“X-獵手1”飛行場景。
　　三.未來前景
　　“X-獵手”大致性能如上，具有相當超前的設計。雖然有些技術還有待實現但是我想相信終有一天 “X-獵手”無人機會在天空飛翔。
　　我國無人機事業還處在研究之中，本設計方案的無人機不僅有一定的軍用前景，在民用或科研領域則有更大的發揮空間。長航時的設計使飛行較經濟，發動機由氫燃料發電機和電機組合構成，可拆分維護更換，經濟性好。我國地域較大，有許多的地方等待人們的研究和勘探，需要有先進的有效率的勘探偵察工具。此外，“X-獵手”在自然災害的預測以及救災方面也能發揮舉足輕重的作用，通過其反饋的信息，控制者可以在監控室里觀察災區的每一個氣象變化，從而有效采取相應對策來順利完成救援和運送任務，同時也可以大大提高地震監測，災情監視等任務的工作效率，降低人員的傷亡率。

天思 · 發表于 2008-12-23 13:17:26

“雨燕”無人機　　無人機在現在的戰爭中發揮著越來越重要的作用，它可以輕易高效的對敵情進行偵查，和進行打擊，而不會造成己方人員的傷亡，是一種十分有力的武器。
　　我設計的“雨燕”無人機是對雨燕進行仿生設計，既可以進行高空的盤旋進行偵查，也可以對目標進行精確打擊。
　　“雨燕”整體采用鴨式布局配合推力矢量控制系統。機翼分為兩部分，靠近機身的部分是前掠翼，遠離機身的部分是變后掠翼。靠近機身的前掠翼可以發揮前掠翼的結構優勢，可以保障機身與機翼之間更好的連接，并合理的分配機翼和前起落翼所承受的壓力。前掠翼的結構設計，還可使飛機的內容積增大，為設置內部武器艙創造了條件，同時也大大提高了飛機的隱身性能。
　　完全展開時
　　結合遠離機身部分的可變后掠翼可以滿足不同發高度，速度飛行和起降對機翼的要求。
　　在起降和巡航的時候，可變后掠翼機翼在平直的位置，結合前掠翼，減少對跑道長度的要求；當對目標進行攻擊的時候，機翼后斜，發揮前掠翼的優勢，提高飛機低速飛行的時候的可控性，對目標進行精確打擊，并可以迅速的進入和撤離戰場

天思 · 發表于 2008-12-23 13:18:32

　　“赤宵”——亞軌道殲擊轟炸機
　　“赤宵”為劉邦之劍，乃中國十大寶劍之一，它寒光逼人、刃如霜雪。本戰機取其名預示著它的鋒芒戰斗力。本人為一武器迷，經常關注當今國內外的飛行器發展動態，今依托此次飛行器設計大賽表達個人對未來飛行器的想法。
　　一、設計背景及定位
　　從激光武器攻擊近地衛星等技術的日漸成熟，我們可以預見未來的空戰可能發生在近地軌道甚至為太空。遠程的戰略轟炸在亞軌道或空天區域將會更快速，減少地面雷達探測，提高戰機被地空導彈襲擊的難度。中國目前國產的具有一定航程兼備殲擊能力的轟炸機只有“飛豹” ，但它畢竟是上世紀70年代的產品，雖改進型成出不斷，但其氣動布局、隱身性能和發動機等各項指數已不及現代先進戰機，所以中國要建設三位一體的核威懾力量，具有一定突防和精確的遠程轟炸能力的戰機必不可少，本殲擊轟炸機的設計定位為亞軌道超音速遠程隱身殲擊轟炸機，兼具一定的全天域殲擊格斗能力。作為未來30～60年空軍的主力機型。
　　二、技術特點
　　1、可變前掠無級調節鴨翼
　　可變無級調節鴨翼的特點是鴨翼可根據氣動及飛行狀態需要由計算機控制無級調節(兩個自由度)，實現近距遠距耦合。
　　A、該飛機鴨翼收回時，鴨面與機頭邊條、機翼為一整體，形成小展弦比大后掠角三角機翼，在遠程高速平飛推進時，對機動性能要求不高，可采用此布局狀態，它解決了鴨面伸出時的隱身性能不足，同時整體為小展弦比三角翼面，阻力小速度更快，翼身融合(BWB)和發動機等一體化設計使其隱身性能更加卓越。
　　B、在飛機起降時，鴨翼伸展，形成近距耦合，利用鴨翼的脫體渦對主翼形成有利干擾，增加整機升力，減少低速時的靜不穩定性。
　　C、起飛后，鴨翼前掠，遠距鴨面搭配三角機翼，在跨音速和超音速飛行時有較高的升阻比特征，減小配平阻力以及較大的升力線斜率。前掠的鴨翼可以增加機翼的臨界馬赫數，減少跨聲速時激波阻力劇增，超音速飛行性能更佳。(見圖1)
　　D、在小迎角或亞音速情況下，鴨翼對戰機的阻力相對增大，所以在此狀態下可適當收回鴨翼。
　　(圖1：前掠遠距鴨翼)
　　計算機自動控制調節鴨翼設想：
　　計算機分析飛行性能參數，發送指令調節鴨翼面布局，計算機再次分析飛行性能的改變，最后調節鴨翼到最適當位置。這是在起飛后有做機動時的自動控制，而在起飛或穩定高速平飛時，計算機可選擇采用通用鴨翼位置布局。(見圖2)
　　同時，也可人為操作鴨翼的布局位置。
　　可行性分析：
　　要實現前掠鴨翼的無級調節，最關鍵在于超高強度復合材料和高性能計算機的發展，再者就是機械強度、加工工藝的提高。在超音速飛行時，鴨翼面過載很大，在很大過載下實現前掠調節對材料的要求很高，內部的機械裝置也需要特殊的加工處理，要求有穩定的電傳裝置以調節鴨翼。需要有臺高性能計算機，能快速讀取飛行性能參數變化，發送指令調節鴨翼。
　　2、隱身性能
　　A、翼身融合及發動機噴口
　　本戰機采用翼身融合體BWB，發動機等突出圓柱體設計于機體上方，避免了雷達波的直接照射。發動機的噴口設計為矩形噴口，以增大噴口周長和表面積，提高燃氣冷卻速度，同時加裝了尾氣冷卻裝置以降低紅外特征。
　　B、視覺隱身技術
　　過去轟炸機在深入敵后轟炸地面目標時，常降低高度以鎖定目標提高命中率，但它只能在夜間出行，所以，采用這項視覺隱身技術，地面目測難以觀察到飛機，降低了低空投彈時被高炮擊中的幾率。
　　視覺隱身技術原理設想：機底涂裝新型材料本人稱之為“表面等離子聚集可顯示圖象材料”，它的表面附著等離子體，具有如液晶顯示屏的顯示圖象功能。機頂裝有球形攝像頭，把位于飛機上方的采集圖象時時“投影”于底部涂裝材料上，地面目測機體與周邊天空環境融為一體，達到視覺隱身目的。(見圖3)
　　(圖3)
　　地面人員仰視位置即使不是機體正下方，利用球形攝像頭也能實現其效果，目視所見的機腹位置所顯示圖象為該曲面法線與球形攝像頭連線延長線對應處的景象。(見圖4)
　　(圖4)
　　可行性分析：
　　國內外對視覺隱身技術近幾年有很大的突破，國外某些藝術家在其衣服涂上與人體背后相同的圖形顏色等，人體與背景就融為一體，這就是“靜止的視覺隱身”。(見右圖)
　　為達到“動隱身”，關鍵的技術是能發明出特殊的材料。 2004年，日本東京大學教授推出了一款寬大外衣，人們只需穿上這件外衣，就可以讓人“難以辨認”。這件隱身衣是由回射性物質構成，具體的做法是在整個衣服上涂上了一層回射性物質，衣服上還裝配了照相機。原理是將衣服后面的場景由攝影機拍攝下來，然后將圖像轉換到衣服前面的放映機上，再將影像投射到由特殊材料制成的衣料上。(見左圖)
　　在飛機表面實現這項技術，必須能夠使堅硬的金屬表面也融入“回射性物質”。等離子用于隱身目前取得重大突破，所以如果能借鑒等離子的原理，在機腹表面時時散發出特殊的等離子體，由等離子構成不同的圖象形式，正如液晶屏幕原理，那將可以時時“顯示”上方攝像頭所拍攝的影響，達到“動隱身”。
　　C、無垂尾設計
　　本戰機采用了矢量發動機，它的側向機動可以由矢量發動機配合副翼的測向滾動來實現，所以采用了無垂尾的設計，最大程度地降低了雷達反射面，同時有利于超音速巡航。
　　D、S型進氣道
　　戰機的進氣道安置“百葉窗簾”式水平隔柵，內部進氣道為S型設計，避免雷達波的直接照射反射。(見圖5)
　　E、隱身涂裝
　　采用等離子等吸波新涂料降低機體的RCS值。
　　3、發動機
　　由于該飛機在亞軌道飛行，空氣稀薄，氧含量較低，所以發動機采用兩臺帶矢量噴口的超燃沖壓發動機配合液氧助燃裝置。其推重比達到20，最大連續推力200千牛，最大加力推力達到280千牛，使戰機亞軌道最大巡航速度達到6馬赫，最大平飛速度為8馬赫。
　　亞軌道上層空間氧氣含量少，所以在兩發動機中部攜帶液氧裝置，當助燃不足時，裝置往左右兩邊發動機補充高純度氧，其燃燒效率更高。(見圖示5)
　　(圖5)
　　4、武器系統
　　A、激光技術應用于空天區域比導彈更有優勢，所以本戰機在亞軌道上掛裝激光發射器用于攻擊近地軌道衛星可以減少由地基發射激光在大氣中的能量消耗，而且提高了其命中率，激光器由電力做能源，而電力則由發動機帶動發電機提供。激光武器另外的作用是致盲敵方飛行員和燒毀武器或機載設備的光學元件。激光的射程可達150千米，超過了多數遠程空空導彈的發射距離，且激光的速度比導彈要快的多，可以先于對手發起攻擊。
　　B、“赤宵”的彈艙位于機腹兩側內部，可載國產空空格斗、空艦導彈和精確制導炸彈等。
　　5、操作系統及導航系統：光子計算機配合GPS/INS組合導航系統
　　6、雷達：AESA——有源主動相控陣雷達
　　7、座艙設置：前后2名，前位操控航行，后位操控攻擊。
　　三、技術參數
　　1、尺寸參數
　　全長：22.23m
　　翼展：13.07m
　　全高：4.55m
　　(見下圖)
　　2、性能參數
　　動力裝置：2臺超燃沖壓發動機，加力推力：2x280千牛
　　空重：20,000 千克；
　　最大起飛重量：45,000 千克；
　　正常起飛重量：32,000 千克；
　　最大著陸重量：28,000 千克；
　　機內油箱載油：12,000千克
　　最大載彈量：13,000 千克；
　　起飛滑跑距離：510米
　　著陸滑跑距離：950米(不用減速傘)
　　高空最大平飛速度：8 馬赫；
　　實用升限：80，000 米；
　　最大迎角：180度；
　　作戰半徑：3000 千米；
　　轉場航程：7000 千米；
　　限制過載：9+/-3g

天思 · 發表于 2008-12-23 13:19:20

自由騎士個人飛行器　　隨著飛行器普及，個人飛行器必然是未來發展方向。輕巧，靈活的低空，低速飛行器將是個人飛行器的發展方向。本設計就是抓住了這一設計點，力圖設計一款輕巧，靈活，自由的低空，低速飛行器。它將是人們代替步行的上班工具，也是將來引領潮流的個性時尚品。
　　騎姿飛行是這款飛行器的一大亮點，由于本飛行器輕巧，低空，低速的特點。因此滿足了人們以騎姿進行飛行的目的。使用者在駕駛次飛行器時猶如在駕駛一輛空中摩托。
　　騎姿飛行的安全性問題，為了防止使用者從飛行器上跌落下來。一、使用者在駕駛飛行器前將穿戴上專門設計的手套和鞋子。這雙手套、鞋子將分別和飛行器上的手把、腳踏的自鎖裝置鎖緊，這樣人與飛行器之間就有了四個可控制的固定連接點。二、如果使用者想取消固定連接點，比如說想讓左手與手把分離，讓左手自由活動，只要將左手向外側旋轉45度即可。三、為了安全，使用者不能同時取消兩個以上固定連接點，并且不能同時取消身體同側的連接點。四、此手套和鞋子相當于飛行器的鑰匙開關，如果他們沒有與飛行器連接，飛行將無法發動，這樣防止了使用者沒穿戴手套和鞋子就上機飛行。
　　關于飛行器的多引擎問題和可折疊機翼問題在展圖中已有說明(本飛行器機翼幾乎不提供升力)。
　　這也是一款仿生設計，飛行器的飛行時似一只展翅飛行的鴻鵠，折疊存放時又似一只傲立枝頭的鷹。

天思 · 發表于 2008-12-23 13:20:33

　　海岸潛行者——“海燕”兩棲變翼飛機
　　一、設計背景與設計創意
　　1.1設計背景
　　“海燕”兩棲變翼飛機的設計概念是根據現在地效飛機和兩棲飛機發展狀況設定的。地效飛行升阻比高，具有很好的承載能力和經濟性。
　　地效飛行器的用途十分廣泛，完全可以勝任如特種作戰、兩棲登陸、海空反潛、實地偵察等等軍事任務。地效飛行器的經濟性、安全性、適航性、隱蔽性等特性將使其在未來的飛行器發展中占據重要位置。
　　然而地效飛機往往都針對地效飛行時的空氣動力設計氣動布局，不能或僅僅能夠短暫進入低空，脫離地面效應進行巡航，這在一定程度上約束了地效飛行器的適用范圍，但較之兩棲飛機，它則沒有這種煩惱。兩棲飛機可以從水面滑翔起飛，進入地空飛行。不過兩棲飛機并不能借助地效進行巡航，它只是設置浮力裝置，利用水面進行起降而已。
　　1.2設計創意
　　“海燕”兩棲變翼飛機是一種可以在水面或陸地起降，既可以進行地效飛行也具有低空巡航能力的可變后掠翼兩棲飛機。這一概念試圖綜合地效飛機和兩棲飛機各自的優點，彌補兩者的不足，達到功能的最大化。
　　“海燕”兩棲變翼飛機的外形設計，借鑒了自然中的一些生物的形態。自然形態經過優勝劣汰法則的篩選，不僅和諧美觀、動感十足，而且比例科學、功能完善。
　　二、效果展示與設計參數
　　2.1三維視圖
　　圖2.2 飛行假想圖之二
　　2.2“海燕”性能參數
　　翼展：10m(后掠90°）30m(后掠15°）
　　機長：15m機高：6m
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　　最大起飛重量：15t最大負載：6t
　　最大燃料：3t乘員：15-20人
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　　巡航速度：200-350km/h(地效)300-450km/h(低空飛行)
　　失速：100km/h(地效)150km/h(低空)
　　極速：500km/h
　　——————————————————————————————————
　　地效飛行高度：3m-8m海平面爬升率：300m/分
　　——————————————————————————————————
　　實用升限：5000m轉場半徑：約3000km
　　三、“海燕”的設計細節與說明
　　3.1機體設計
　　“海燕” 主體采用仿生造型，機身前部寬大，采用前三點式收放起落架，可以在平靜水面或陸地降落。機身、主翼、浮筒等結構融合為一個整體升力面，可以提高運載效率。尾部縱向加長，是為了提高機身水平面縱向上的穩定性，同時為尾翼的機動提供足夠的力距。
　　整體結構采用大量高強度復合材料，使飛機在具有很好的彈性強度的同時減輕重量，提高運載能力。為應對飛機地效、低空突防時可能遭遇的惡劣條件，機身下部分與浮筒采用具有形狀記憶功能的材料制造，使飛機受到輕微撞擊表面變形后，能自行恢復。
　　3.2機翼設計
　　“海燕”的主翼為水平下單翼，主翼浮筒外側設置有變后掠翼，其后掠角變化范圍是15°-90°，后掠90°可進行地效巡航或停泊，在地效飛行過程中變翼逐漸展開，提高展弦比，增加升力，最終使飛機能夠爬升到5000米的高度巡航。當飛機停泊水面時可變后掠翼浮于水面之上。可變后掠副翼采用彈性輕質材料制造。在地效、低空高速飛行遭遇氣流湍流時，副翼具有一定彈性變形能力，緩和瞬時過載，增加機體穩定性。
　　尾翼為高平尾，脫離主翼安定面氣流擾動，以保證地效飛行時尾翼的氣動性能。上端平尾翼寬度較小，為全動式設計。尾翼整體形態纖細活潑，參照了變掠翼的造型特點，同時也具有仿生形態的意味，視覺上比較美觀。
　　3.3動力配備
　　3.3.1發動機
　　采用兩臺高效能小型渦槳發動機,安裝在機身中上部，可以在地效飛行時起到保護發動機的作用。機身尾部可加裝兩節助推火箭，以用于提高突防速度、水平面快速爬升、陸地短距起飛等。
　　3.3.2進、排氣道設計
　　進氣道——帶有可調進氣錐結構，可以改變進氣道截面大小，調節進氣量和壓縮比。
　　排氣道——具有廢氣冷卻功能，具有雙層冷空氣導流涵道，把渦槳發動機熱廢氣與冷空氣混合，減小發動機的紅外特征。
　　四、“海燕”前景與展望
　　在未來的交通運輸中，高性能兩棲飛行器的重要性不可忽視，“海燕”兩棲變翼飛機的設計概念應運而生。可以預見到，在不遠的未來，對于如同海岸巡邏、海事救援、領海突發事件處理、特種登陸作戰、低空突防與實施傘降等任務，“海燕”兩棲變翼飛機將是一個不錯的解決方案。

天思 · 發表于 2008-12-23 13:22:03

“隱形殺手”戰略轟炸機　　有人曾經預言：“屬于轟炸機的日子已經一去不返，未來的地地導彈、戰斗轟炸機等新一代武器將完全取代其價值和位置。”但我要說這種思想是荒謬的、可笑的，戰略轟炸機作為三位一體核戰略的一個重要組成部分，其重要的戰略意義和超強的載彈量是其他武器所無法取代的。尤其是彈道導彈防御系統和超遠程激光武器的出現，將為彈道導彈的時代劃上句號，此時可以使用遠程巡航導彈進行防區外攻擊的戰略轟炸機將重放光芒。為了替換服役多年的轟六戰機，筆者和合作者設計了新一代的隱身戰略轟炸機——“隱形殺手”。
　　作為新一代戰略轟炸機，“Night Ghost”的主要任務是遠程戰略轟炸和進行核威懾，為達到這一目的，“Night Ghost”集眾家之所長吸收了所有成熟的、先進的技術，同時運用了一系列的新概念、新想法。所以“Night Ghost”擁有無可匹敵的攻擊能力和全身而退的自我保護能力。
　　性能全面透視：
　　㈠隱身性：“Night Ghost”的隱身性能首先來自它的外形，“Night Ghost”的整體外形光滑毫無“折皺”，不易反射雷達波；為了隱身的需要，“Night Ghost”的進氣口上置，可讓入射進來的雷達波經多次反射后自然衰減，發動機的噴嘴則深置于機翼之內，也成蜂巢狀，使雷達波能進不能出；“Night Ghost”的武器倉和武器掛架全部埋入到了平滑的機身之下，從而避免了雷達波的反射。針對未來太空偵察衛星的紅外探測儀“Night Ghost”在紅外隱身能力方面進行很大的改進，巨大的進氣口吸入的空氣中相當大的一部分不經過發動機高溫燃燒而是直接與燃氣混合以降低噴氣的紅外輻射。
　　㈡超低空機動：“Night Ghost”極其重視超低空機動能力。它的氣動布局具有隱身性，但不是以犧牲機動性能為代價的，所以“Night Ghost”的機動能力也是十分優秀的。
　　1.“Night Ghost”轟炸機的前翼設計十分獨特，它可以以翼根處為轉軸旋轉75°，當前翼完全展開時形成前掠翼，這為飛機提供了較大的升力，而更重要的是其巨大的控制面極大的提升了飛機低空飛行時的機動性能。
　　2.“Night Ghost”的氣動布局極適合超低空機動飛行，它繼承了以前戰機的優點，并將進氣道下置、彈艙內置、噴氣口上置以此來優化整機的氣動布局。翼身的完美融合再加上獨特的鴨翼布局極大的提高了其低空機動能力。
　　3.“Night Ghost”的主翼分為兩段，內段為固定式，擁有巨大的機翼面積，使飛機有較小的翼載，提高了“Night Ghost”的機動性和靈活性。外段機翼的后掠角和機翼面積都可以調整，該部分機翼的蒙皮具有優良的機械性能和變形能力，其內部包裹著的活動“骨架”則在計算機控制下隨時活動以改變后掠角和機翼面積。這種活動機翼的應用極大的提高了飛機超低空飛行時的控制能力。
　　㈢高速性：“Night Ghost”作為高速隱身轟炸機，其高速性能是其他轟炸機不能比的。“Night Ghost”以新型渦輪——沖壓一體的發動機作為動力，此發動機為未來最先進的發動機，擁有很高的推重比，極適應高速飛行。它為“Night Ghost”提供了充足的動力使飛機能以高超音速巡航。另外當“Night Ghost”的前翼向前完全折疊時，前翼與前部的小鴨翼整合成超大后掠角的后掠翼，這極大的減少了飛機高速飛行時的阻力。
　　㈣遠程、大載彈量：“Night Ghost”的進氣道上置使巨大的機腹擁有充足的空間來安裝兩個巨大型彈倉。每個彈倉內都有一個旋轉的發射裝置，它可以安置5枚射程3000KM的巡航導彈或大量普通炸彈和精確制導彈藥。雖然“Night Ghost”在體型上并不算是超大型轟炸機，但其強勁的發動機和優良的氣動布局使它有20噸以上的載彈能力；另一方面“Night Ghost”的巨大機翼內可以容納大量的燃料，發動機在渦輪與沖壓兩種模式共同工作的情況下擁有極高的燃料利用率，再加上超低阻力的外形設計，使飛機在不加油時有近萬里的航程，如果配合加油機“Night Ghost”的作戰半徑將更加巨大。
　　㈤強大的武器系統：“Night Ghost”的武器系統十分先進。它主要以遠程巡航導彈為武器，在進入敵人防區之前進行超遠程精確攻擊；也可以使用精確制導炸彈進行轟炸。“Night Ghost”也很重視常規轟炸能力，因為未來大國之間直接爆發戰爭的可能性很小，地區沖突、反恐怖作戰發生的可能性卻很大，此時常規轟炸是必不可少的。
　　未來戰爭是高科技的戰爭，武器技術會在戰爭中快速更新，所以只憑單一技術領先而忽略戰術靈活性的武器必將在戰爭中被迅速淘汰，因此“Night Ghost”極重視戰術的靈活性和多樣性。
　　⑴高空高速突防：
　　在高靈敏度的有源相控陣雷達等新一代雷達相繼投入使用的現代戰爭中，轟炸機的單獨作戰已經變得日趨困難，當前的模式是己方部隊先用攻擊機、電子干擾機、反輻射導彈等對敵防空系統進行全面壓制后轟炸機才進入敵方領空執行轟炸任。但“Night Ghost”憑借其優良的隱身性能在高空以高速突破敵人的防空系統，在目標進入進入攻擊范圍以后迅速攻擊。這種戰術只能適應如今的戰場，并不會適應未來戰爭的需要，但是它在未來戰爭中仍占有著一席之地。
　　⑵超低空超高速突防：
　　在未來戰場特別是兩個強國的對決中，雙方都擁有強大的科技實力，可以快速破解敵人的武器技術，隱身與反隱身將如同矛與盾的爭斗，即使最新的隱身技術也將在戰爭之中被迅速破解。因此決不可以迷信這一技術。在未來陸、海、空、天組成的四維戰場中，被發現的高空高速飛行的戰機勢必難逃遠程防空導彈、超高速戰機、射程數千公里的激光武器甚至太空武器的聯合打擊。當高空高速之門被封死之時，超低空超高速突防便成為解決這一切的方法。“Night Ghost”極重視超低空作戰，在設計之時便把超低空機動性能作為最重要的設計指標。“Night Ghost”擁有先進的地形匹配系統及導航系統，同時機載計算機內存儲著精度極高的三維地形模型，可以根據機載雷達所測得的數據確定自己的位置，并根據地形模型在超低空自動駕駛或輔助控制。所以其能利用地形的掩護在敵人雷達的盲點中以十幾米到幾十米的超低空高速突破敵方的防空系統，對敵進行出其不意的攻擊。
　　基本參數：
　　尺寸：
　　作戰半徑：4000km——5000km
　　最大載彈量：25噸
　　最遠航程：10000 km
　　彈倉：可容納長度小于9 m，彈徑(不計彈翼)小于0.7 m的導彈10枚。
　　外掛架：可掛載大量彈藥。
　　正常武器配置：3000km射程巡航導彈×10(可攜帶核彈頭)或1500公斤級精確制導炸彈×10。
　　動力裝置：渦輪——沖壓一體發動機×2。
　　最高速度：約5馬赫。

天思 · 發表于 2008-12-23 13:23:31

分體式高速經濟型飛行器　　分體式高速經濟型飛行器
　　目前飛機存在兩個問題：第一是高速性能與低速性能受氣動外形影響不能兼顧。第二是能源消耗很大。模塊化飛機可以解決這些問題。
　　它分為三部分：第一部分是承載主要大負荷的主飛行器，第二部分是幫助起飛降落的飛翼機，第三部分是磁懸浮軌道以及軌道車。
　　主飛行器主要用于高速巡航，故它的布局采用典型的切尖三角翼布局。由于展弦比低，這種外形有效地降低了風阻并延遲了激波的產生，從而可以實現超音速飛行。飛機采用變循環發動機，以保障超音速巡航性能。尾部采用環形翼，發動機進氣道的激波打在環翼下表面，形成局部乘波構型，在高速下可以產生較大升力，同時有利于提高機體橫向穩定性的提高。在主飛行器的主翼與起降服務機結合的時候，環翼還能起到作水平尾翼的作用
　　飛翼機大規模使用復合材料制造，采用飛翼結構有助于提高低速飛行的可操作性。飛翼機采用渦扇發動機，以便提供優良的低速性能。飛翼機上表面有固定機構，可以與主飛行器牢固連接。它們連接起來的時候總體外形和普通客機外形基本類似。
　　飛翼機沒有駕駛室，是全自動電腦控制飛行姿態。地面塔臺和空中的飛機都可以發指令遙控它的飛行。
　　磁懸浮軌道上有軌道車，軌道車與飛翼機對接，供飛機起飛和降落用。軌道在飛機起飛的時候提供動力，在降落的時候提供電阻制動，同時將動能轉換為電能存儲起來備用。
　　工作方式：
　　在地面狀態下，飛機、飛翼和軌道車三者組合起來，此時飛機的外形就像普通客機一樣。
　　起飛時，軌道車在磁懸浮軌道上啟動，帶動飛機加速。普通飛機在起飛的時候發動機處于非經濟運行工況，耗油率很高。而加速軌道由地面提供能源供飛機加速起飛，所以可以減少飛機攜帶的燃油載重量，相應的提高人員或者貨物的有效載重量。軌道車與軌道之間采用磁懸浮的方式，這樣軌道車不僅能在起飛提供較高的速度，也可以在降落時通過非接觸磁層減少著陸的沖擊力。
　　在軌道車的速度加速到起飛速度的時候，飛機和飛翼機作為一個整體與軌道車分離。由飛翼機做主動力帶動飛機加速到高速巡航速度。然后飛翼機與主飛行器分離，減少主飛行器的重量和風阻。
　　加速達到一定航速后，主飛行器啟動自身的沖壓發動機，飛機做高速巡航，同時起降服務機返回軌道待命。
　　要降落時，起降服務機從軌道起飛，到空中與主飛行器對接鎖定，然后下滑至軌道，與軌道器對接鎖定。對接完畢后飛行器在軌道上滑行，軌道將飛機的動能轉換成電能存儲起來，供下次起飛時使用。這樣也節約了能源。整個對接的過程都由機載計算機統一自動化控制。
　　圖5：起飛過程
　　這種飛行器的好處就是在巡航的時候大幅度減少了不必要的負荷，同時提供了高速巡航的性能，對于飛行的各方面要求均得到了滿足。

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第三屆創新杯飛行器設計大賽獲獎作品(部分)

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