多轴旋翼机除了航拍还能做什么?
旋转翼多旋翼飞机将是根据“旋转翼和翼上双旋翼”专利和“带弯曲翼尖的叶轮”专利(专利号:022042911)设计制造的动力飞机。具有直升机无需机场即可垂直起降和空中悬停的飞行性能,固定翼飞机的飞行性能快速经济。即兼具两种飞机优点的动力飞机。
专利“旋转翼和翼上双旋翼”(申请号:03155231,032077417)是针对倾转旋翼机的缺点发明的。倾转旋翼机是美国贝尔直升机公司从20世纪40年代末开始研制的。今年美军完成初步验收,已经过去了半个世纪。
倾转旋翼机是一组发动机部件,可以在类似固定翼飞机的翼尖上的水平位置和垂直位置之间切换。当旋翼发动机组件处于垂直位置时,倾转旋翼机相当于纵列式直升机,具有垂直起降的优良飞行性能,不需要机场或空中悬停的直升机。当旋翼发动机组件处于水平位置时,倾转旋翼机相当于固定翼飞机。它具有固定翼飞机速度快、经济性能好的优点。
由于倾转旋翼机的发动机与旋翼一起安装在翼尖上,旋翼工作时产生高速下降气流,由于发动机的存在存在一定的阻力。这使得机翼和发动机的设计和控制变得复杂。并且制造和维护成本增加。当旋翼发动机处于垂直位置,进入直升机飞行状态时,旋翼工作产生的高速下降气流被固定翼阻挡,在机翼上形成一定的阻力,降低了飞机的载重能力。倾转旋翼机在翼尖使用单个旋翼。为了实现垂直升力,旋翼的直径必须大于机身的高度,这使得倾转旋翼机无法充分利用短距起飞来增加其载重能力,形成安全隐患。
针对以上缺点,专利“旋转翼和翼上双旋翼”给出了改进措施。根据该专利和“弯尖叶轮”专利设计制造的旋翼多旋翼飞机,与倾转旋翼飞机相比,能量利用率可提高30%以上。简化了设计和控制,降低了制造、维护和使用成本。并且在合适的条件下,可以充分利用跑道进行短距起飞,增加载重量。机舱底部密封的话,可以在水上起降。在合适的空域和水面可以充分利用地面效应。
在现代社会,人们主要要求交通工具的两个主要指标:速度和良好的经济性能。在单个交通工具中,例如船、飞机、汽车等。影响经济效益的主要指标是能源消耗和取得的成果。能耗的指标是车辆的功率。因此,每辆车的总质量(G)与分配的功率(N)之比(G/N)是车辆的主要特性之一。比值(G/N)与车辆所能达到的最大速度的乘积,反映了该车辆单位功率因能量消耗而产生的最大效果,可简称为动力效果。
各种车辆的已知动态效应示例如下:
从上表可以看出,固定翼飞机的动力效率远高于直升机。并且可以达到快速的目的。但是,固定翼飞机的使用离不开机场。建一个机场需要大量的土地(上海浦东机场占地32平方公里。日本政府因为土地短缺,以填海造地的方式建设关西机场,并控制和影响机场周边的空域和建筑。它需要巨额投资才能建成并投入使用。据悉,日本关西机场投资为6543.8+05亿美元,连接机场与陆地的栈桥投资为6543.8+00亿美元。广州新机场总投资预计200亿元。福建长乐机场造价32亿元。贵阳新机场投资654.38+0.3亿元。因此,由于机场的占用和服务,固定翼飞机的经济性能占有一定的份额。同时,由于飞机对机场的依赖,人们对飞机的应用受到很大限制。
直升机可以不受机场的束缚,在空中自由穿行,满足人们的需求。但由于直升机操作维护复杂,成本高,能耗大,经济性能低,无法广泛应用。据统计,到1996年底,世界民用直升机总数约为25000架。中国民用直升机的使用远远落后于发达国家。民用直升机只有70多架,只有美国的66%,俄罗斯的2%。到1999年底,国家对直升机产业的投资不到20亿元。国产直升机只有八架。军队使用的直升机70%是从国外进口的。
该船运输能力大,动力效率高。但是它既慢又费时。并且受到水的限制。必须依靠码头靠泊(截至2002年底,我国内河码头泊位数为29778个,沿海为3822个)。其中沿海可停泊万吨级以上船舶的泊位700个,内地135个),只能作为大宗货物的公共运输。在其他快捷方便的交通工具的竞争下,使用客船的人的占用率在逐年下降。提高船速是以降低动力效率为代价的。当速度达到30节时,相当于空中和地面车辆的动力效率。
汽车是当今社会使用最广泛的交通工具,基本可以满足人们的需求。最大的不足是对道路的依赖。公路建设需要巨额资金投入,占用大量土地资源,对生态环境造成永久性影响(截至2002年底,我国已建成公路1.76万公里,其中高速公路2.5亿多公里)。道路的维护也需要大量的资金、资源和人力投入。因此增加了汽车的使用成本。道路的状况限制了汽车的动力效率(只有在高速公路上,大型面包车才能充分发挥动力效率。车最大的动态效果就是根本没玩过的场地。随着汽车保有量的不断增加(据统计,截至2002年底,我国汽车保有量为2053万辆,其中汽车约500万辆),交通拥堵问题日益严重,已成为大城市的通病。汽车的动力效率得不到充分发挥,造成了巨大的资源浪费。依靠增加和扩建道路来解决交通堵塞问题只能是治标不治本。而且受到资金和土地资源的制约,不能作为解决交通问题的灵丹妙药。对于城市来说,寻找另一种合适的交通工具成了追求的目标。从上表可以看出,汽车的动力效率只比直升机强。在实际使用中,很少有车能充分发挥动力效率。即使在高速公路上,也很难充分发挥(高速公路上的限速因时区不同而有不同的等级)。对于大城市、山区、西部来说,发展空中交通是解决人们交通需求最有效的途径之一。
铁路在中国的运输系统中起着重要的作用。经过几十年的努力,已建成7万多公里,基本形成了覆盖全国的运营网络。与汽车相比,火车的动力效率更高,占地面积更少。在客货运输中,与汽车相比,经济性能好,速度快。然而,由于运输能力有限和线路的限制,它不能满足人们的需求。
中国铁路客运为了满足客运需求,在客流剧增的情况下,不得不以降低运费为代价,承受相应的损失。在铁路长途客运中,火车的卧铺票价堪比飞机的打折票价。由于中国民航运力有限,机场布局的制约,航空运输无法为铁路客运缓解更多的运输压力。
截止到2001年底,中国民航只有1031架飞机,其中通用航空飞机296架。民航开放的机场只有143个。与人口众多、地大物博的中国庞大的市场需求极不相称。中国民航局认为,要发展中国的航空运输业,需要花费数千亿美元购买2000-3000架飞机才能满足市场需求。根据40个发达国家的统计,平均每万平方公里拥有2.08个机场,而我国目前只有0.127个机场,远低于其他国家的水平。所以更需要投入巨资建设大量的机场,才能让购买的上千架飞机充分发挥作用。
经过几十年的努力,中国航空工业已建成一定规模的生产能力,可生产27个型号、60个型号的各种型号飞机。在过去的几十年里,* * *已经生产了超过14000架飞机和超过50000台发动机。产品以军品为主。据外电报道,我国空军的空运能力一次最多可运送5000名士兵。
中国幅员辽阔,三分之二的国土是山区和高原,还有大量的沙漠和草原。并且有18000多公里的海岸线和5000多个岛屿。台湾省与大陆隔海相望,因为台湾省海峡宽100多公里。陆地边境线两万多公里。西藏和新疆的边界将近一万公里。这些边界和地理自然条件是复杂的。只有大量发展航空工业,生产出大量能垂直起降、跑得快、经济性能好的有动力的飞机,才能更好地促进我国国民经济的发展。满足人民生产生活需要,维护国家安全等需要。
从上面提到的动力效率的定义可以理解为,对于动力效率相等的不同车辆,即在相同的距离上运输相同重量的物体所需的能耗是相同的,即能耗的成本是相同的。例如,一辆汽车的最高时速为100公里,单位动力负荷重量为20公斤/马力,即G/N=20。运输机的最大速度是每小时500公里,G/N=4。两者的动力效率完全相等,都是2000。虽然汽车的G/N是飞机的5倍,但以100公里的时速跑500公里,消耗的能量是飞机的5倍。也就是每吨公里的能耗是一样的。显然,与飞机相比,汽车完成同样的运输任务只需要五分之一的时间。换句话说,在同样的时间内,一架飞机可以完成五辆汽车的工作,而一架飞机的载重量是相同的。因为在现实生活中,对于线性运输,汽车很少有机会充分发挥其动力效率。所以如果飞机不受机场限制,一架飞机相当于5-10辆车的工作效果。
由前述可知,旋翼多旋翼飞机的能量利用率提高了30%以上,即动力效率提高了30%以上。也就是接近汽车的动态效果。因为汽车在实际应用中的动力效率远低于最大动力效率。但如果旋翼多旋翼飞机在空中飞行,则可以充分发挥动力效率。也就是说,在实际应用中,它们的动态效果是相同的。因为它不需要机场,可以垂直降落,所以可以充分利用城市建筑物的屋顶,满足城市生活各方面的需求,给人们带来更大的经济效益和社会效益。机舱底部密封的话,可以在水上起降。在合适的空域和水面可以充分利用地面效应。根据俄罗斯科研部门对地效飞行器的实验研究,地效飞行器的升阻比可以提高到22以上,而目前大型运输机的升阻比不超过16-17。在运输同样距离的货物时,以500公里时速飞行的地效飞行器需要的运输成本与以40公里时速航行的轮船相同。现有运输机的载重量约为20%,而地效飞行器的最大载重量可达50%。因此,旋翼多旋翼飞机的飞行特性能够满足我国国民经济各方面的需求。比如中国的热带水果,比如新鲜的荔枝、龙眼,空运成本高,海运速度慢,无法长时间保鲜,只能望欧美出口市场兴叹。果农只能看到劳动成果的低价保底销售,得不到更多的利益。每年春运高峰铁路客运都是大问题,大量新飞机可以从容满足春运高峰的社会需求。将中国在公路建设上的巨额投资转移到民航上,大量应用这种交通工具,可以尽快满足中国西部和广大山区的交通需求,是发展经济、改变西部落后状态、保护生态环境、有效利用旅游资源的切实举措。对于隔海相望的台湾省省来说,用旋翼多旋翼飞机穿越100公里宽的台湾省海峡,不过是坐一趟大巴。在军事装备中大量应用,可以尽快提高军队的现代化水平和战斗力。中国漫长的边境线,以及对广大海域和岛屿主权的捍卫,是旋翼多旋翼机发挥作用的最佳场地。
2000年6月6日,在国新办新闻发布会上,国防科工委副主任在《面向21世纪的中国航天》报告中指出;中国政府将继续支持和鼓励航天事业,坚持独立自主、自力更生、自主创新的基本原则,统筹规划、协调发展,积极推动航天事业的新发展在中国现有航空工业的基础上,改革内部机制,充分利用中国的工业制造能力。给予积极的政策支持和巨大的资金投入。在拥有自主知识产权的前提下,集中科技力量形成新的工业生产体系,避免汽车工业的弯路和短板,发展这一对我国国民经济增加巨大效益(万亿)的适用科技项目。在很短的时间内,旋翼多旋翼飞机将大规模生产和使用,质优价廉、应用广泛的新型工业化产品将提高人们的生活水平,满足人们生产生活的需要。给人民新的就业机会,给国民经济发展中国家增添新的活力。加强国防力量,为新军事革命提供合适的装备。它将在维护国家主权、确保国土安全和社会各方面的健康发展方面发挥极其重要的作用和意义。(