莫斯科航空学院世界排名,莫斯科航空学院世界排名第几

目标:验证全新原理的机翼设计,实现优良的短距起降性能

设计局:莫斯科航空学院

设计师:亚.伊.博尔迪列夫(А.И.Болдырев)

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设计师,亚历山大.伊万诺维奇.博尔迪列夫

亚历山大.伊万诺维奇.博尔迪列夫(А.И.Болдырев)是莫斯科航空学院空气动力学系的高级工程师、讲师。在1944年至1951年期间,他对一种全新原理的机翼进行了深入研究,这是一种非常规的机翼布局,由主翼和位于其前面以±15°夹角围绕翼轴上下波状振荡的板条机翼组成的分体式机翼系统,板条机翼的高速振荡产生了一个沿着主翼表面运行的涡流系统,从而产生向前的推力和向上的升力。通过飞行模型的风洞实验,博尔迪列夫获得了大量有关板条机翼工作原理和性能的研究结果,这些成果成为建造全新推进方式飞机的技术基础。

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“板条小翼” 的空气动力性能

1946年,博尔迪列夫展示了他最初的飞机设计方案,并从中央空气流体动力学研究所获得了研究资金。1947年底,实验飞机在莫斯科航空学院(МАИ)的实验生产工厂完成建造,该机采取支撑式上单翼,单座驾驶舱,机身后是一个单薄尾梁,尾梁上布置了常规的垂直尾翼和水平尾翼。飞机的尺寸非常小:翼展6.07米,机长5.0米,翼弦1.2米,机翼面积7.2平方米,总质量约为180公斤,起飞重量为290公斤。板条机翼采用结构简单的对称结构,长度为主翼长度的2/3,弦长286毫米。安装板条机翼的长轴用Д16铝合金制成,肋条也是用这种材料制成。板条机翼端部和后缘为钢丝,前缘是一毫米厚的胶合板,用帆布做蒙皮。板条机翼拥有静稳定和动稳定的空气动力学特性。

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“博尔迪列夫”实验飞机

在机翼下方,主翼梁的前,安装一台M-72双缸对置发动机,最高转数可达到4500转/分,功率仅为22到25马力。发动机输出轴连接到一个特制的机械变速箱,通过这个变速箱驱动板条机翼快速的上下振荡,可以产生相当于90公斤的推力。普通螺旋桨飞机要达到同等的推力,螺旋桨直径得设计成近3米。而“博尔迪列夫”实验飞机翼展只有6米多一点。

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“博尔迪列夫”实验飞机

从测试结果看,这架分体式机翼飞机,只需要快速摆动板条机翼,就可以在城市狭窄的街道上起降,甚至可以在狭小的森林空地上安全起降,相对于直升机对起降场地面积的要求和快速旋转的旋翼叶片带来的潜在安全危险,该机良好的性能使得其成为了未来短距/垂直起降飞机的有利竞争者。

这架飞机仅通过了第一阶段实验,完成了地面台架实验,后来因为驱动板条机翼的机械变速箱内的锥形齿轮损坏,导致后续的实验工作无法按计划完成,最终在1947年底停止了飞机测试工作。从空气动力的理论原理上而言,博尔迪列夫的这架飞机大大超前于时代,在涡轮喷气发动机大发展的时代背景下,这架装有快速摆动板条机翼的飞机渐渐被航空业界遗忘了。

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“博尔迪列夫”实验飞机设计方案

空气动力学原理

像鸟儿或昆虫一样挥舞着翅膀自由翱翔,是人类自古以来的梦想。科学家们一直试图想复制大自然的杰作,经过大量理论计算和实验研究表明,原则上,机翼前缘如果能在一定夹角范围内快速波动振荡,飞机就能获得向前飞行的推力。然而,这种结构的效率很低,即使在理论上也超不过0.5。原因在于当机翼振荡时,机翼上会产生一个连续的涡流层,它会卷成自由涡流被气流带走,造成效率损失。

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不同机翼设计的气动效率

是否可以利用涡流尾流中损失的能量?实验证明是有可能的,在振荡的机翼后面再放置一个固定机翼,由振荡机翼(也被称为板条机翼)产生的涡流会附着在固定机翼周围,并沿着固定机翼循环,当板条机翼向上摆动时,产生的附加涡流与迎面而来的气流相互作用,在后面的固定机翼前缘形成向上的升力。当板条机翼向下摆动时,板条机翼前缘也会形成向上的升力,这也是因为附着的涡流与迎面而来的气流相互作用。这样,机翼的空气动力效率可接近于1的理论效率。

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分体式机翼的气动示意图

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分体式机翼的气动计算值

如果进一步改进设计,牺牲来自板条机翼的相对较小部分的射流能量(高达25%),可以在固定翼周围产生额外的速度循环,固定翼的升租比会随之升高。在工程上这很容易做到,只需调整板条机翼的位置,确保板条机翼产生的空气射流主要吹在固定翼的上表面。使用这种方案的飞机,升力系数会大大提高,尤其在低速飞行的工况下特别有价值。

导致升力增加的原因如下:空气围绕板条机翼循环,空气涡流循环方向指向与飞机前进方向相反,形成额外的空气涡流循环平衡。这两个方向相反的空气涡流循环可以类比成两个啮合旋转的齿轮,循环转动会在机翼上产生一个额外的升力,这个升力与飞机前进的速度无关。这个空气涡流循环的过程正是亚.伊.博尔迪列夫天才发明的精髓所在。

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分体式机翼的涡流示意图

技术参数

机型

“博尔迪列夫”实验飞机

翼展(米)

6.07

长度(米)

5.0

高度,米

机翼面积,平方米

7.2

重量,公斤

空载

180

正常飞行

290

最大速度,千米/小时

机组成员

1人

............试读结束............

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