吴俊琦

　　“蝶莲”联合飞行平台

　　南京航空航天大学

　　一、引言

　　像鸟一样的翱翔已不是梦想，一个世纪的创新让我们自叹不已。当今的科技正以无法想像的速度飞速前进，材料科学与自动控制技术也给航空航天事业在国防与民用领域中的发展带来了新的契机。

　　就像直升机作为一种可垂直起降的飞行平台一样，飞行平台的概念已广为接受，然而现有的垂直起降飞行器由于动力系统的约束，其飞行高度及载重量都受到了较大的限制。“蝶 莲”的设计思想就是为未来提供一种具有超强动力、可垂直起降、经济环保、优秀合理的联合飞行平台。

　　二、概述

　　“蝶 莲”，独特的设计在于把燃气发生器布置在大半径升力风扇的外围，提高了径向压气及燃气膨胀做功的功率与效率。同时去掉传动轴，把压气机与涡轮制成环状一体化，高压空气可对涡轮直接进行气膜冷却，减轻自重又解决了散热和气密问题。飞行包线宽广，预计飞行器空载无地效时推重比达到3，升限达到8000米，耗油率可望降低10%～20%。飞行器四周有轴对称球型旋转矢量喷管，来平衡三轴力矩并提高机动性能。此外，机体结构将应用前沿工艺技术制造，采用大型整体部件代替组装的钣金结构和铝蜂窝结构件，还利用先进的高周疲劳寿命(HCF)控制和“主动健康管理”(AHM)技术，使飞行器的正常使用寿命可望达到或超过十万小时，从而大幅度降低了使用维护成本。而且配备了可升级的先进数字飞行控制系统(DAFCS) 的联合飞行平台可实现自主飞行。

　　大半径升力风扇，外围有起传动作用的箍圈，箍住整个风扇，可使风扇结构强度增大，避免间隔旋涡，并防止颤振。风扇叶片的根部参数采用等环量(即自由涡)分布规律，稍部采用等反力度分布规律，中段则通过通用规律进行过渡，目的是使风扇在具有较高临界马赫数的同时，又减小不均匀气流的掺混，以提高风扇效率。风扇中心又使用高性能无刷记忆电机作为启动电机兼发电机。

　　离心压气机，把空气从进气道吸入，压缩后送到高压压气机作进一步压缩，高压空气与燃料在环形燃烧室内混合燃烧，排出的高温燃气在三组涡轮中膨胀做功，向压气机与风扇提供动力，使其绕中心轴高速旋转，产生强大的升力。

　　同时，高温燃气又引入轴对称球型旋转矢量喷管，矢量喷管的调节旋转，控制着姿态，平衡了三轴力矩，保证飞行器在360度范围内任意改变推力方向，实现较高机动性能。由于飞行器

　　“蝶 莲”如若作为无人机平台，由于其出色的动力性能，可携带各种任务设备，执行如：侦查与搜索、电子干扰、设置假目标、空中照明、起重运输，通信中继，环境监测，气象观察等任务。

　　希望在不久的将来，“蝶 莲”能翱翔在祖国的蓝天上，为了国防和民航事业的振兴发展写下宏伟的篇章。

　　相关专题：中国创新杯第二届未来飞行器设计大赛