NASA旋翼飞行器概念设计与性能分析方法总论

NASA 旋翼机设计与分析方法支持概念设计工作和技术影响评估。其主要任务是设计(或确定尺寸)满足特定要求的旋翼机(包括垂直起降操作)，并针对一系列条件分析飞机性能。

具体而言，主要任务包括：根据特定要求对旋翼机进行设计(参数确定)，并针对一系列飞行条件和任务分析其性能。设计任务涉及对旋翼机进行尺寸设计，以满足特定的设计条件和任务要求；分析任务包括非设计状态的任务性能分析、点工况飞行性能计算，以及子系统或部件性能图谱的生成。

图1展示了这些任务，其中主要任务(尺寸设计Sizing Task、任务分析Mission Analysis和飞行性能分析Flight Performance Analysis)以粗边框方框表示，黑色粗箭头表示对子任务的控制关系。

图1 旋翼机设计与分析任务概述

包含定义飞机的所有输入信息和派生信息。飞机由一组部件组成，包括机身、旋翼、机翼、尾翼和推进系统。这些信息可能是尺寸设计任务的结果，也可能完全来自输入(针对固定模型)，或源自先前案例/作业中的尺寸设计任务。飞机描述信息可供所有任务和解决方案使用(浅绿色箭头所示)。

该任务确定旋翼机的尺寸、动力和重量，使其能够执行特定的设计条件和任务。飞机尺寸由设计总重、空重、旋翼半径、可用发动机功率等参数表征。尺寸、动力和重量之间的关系通常需要迭代求解。根据设计飞行条件和任务，该任务可确定发动机总功率或旋翼半径(或同时固定功率和半径)，以及设计总重、最大起飞重量、传动系统扭矩限制和燃油箱容量。对于每个推进组，可对发动机功率或旋翼半径进行尺寸设计。

尺寸设计任务和任务性能分析均需定义任务。任务由多个任务段组成，需评估各段的时间、距离和燃油消耗。对于尺寸设计任务，特定任务用于发动机尺寸设计、设计总重计算、传动系统尺寸设计和燃油箱尺寸设计。任务参数包括任务起飞总重和有效载荷。对于指定起飞燃油重量且任务段可调整的情况，需调整任务时间或距离，使任务所需燃油量(消耗燃油加备用燃油)等于起飞燃油重量。任务迭代基于燃油重量或能量。

尺寸设计任务和飞行性能分析均需指定飞行条件。对于尺寸设计任务，特定飞行条件用于发动机尺寸设计、设计总重计算、传动系统尺寸设计、最大起飞重量计算，以及抗扭旋翼或辅助推进旋翼的尺寸设计。飞行条件参数包括总重和有效载荷。在飞行条件和任务起飞状态下，总重可最大化，以确保所需功率等于可用功率。

每个任务段和飞行条件均定义一个飞行状态。可针对指定状态分析飞机性能，或确定最大效能性能(如以最佳续航时间或最佳航程等指标，以及速度、爬升率或高度等变量来指定)。飞机必须通过求解产生平衡状态的操纵量和运动状态来实现配平。不同飞行状态需要不同的配平求解定义。评估旋翼桨毂力可能需要求解桨叶挥舞运动方程。

术语间的关系如图1所示：

来源：公开信息，要点纵航整理

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