倾转多旋翼型eVTOL飞行器倾转性能简要评估

 

 

 

 

倾转多旋翼型 eVTOL 飞行器，是机翼+螺旋桨+多旋翼型 eVTOL 飞行器，或者多旋翼+螺旋桨型 eVTOL 飞行器的部分/全部电动旋翼，在飞行时向前倾转，为飞行器提供前飞动力。倾转多旋翼能够使飞行器机体保持在水平状态。若倾转旋翼倾转至 90 度，能够取代电动螺旋桨，起到旋翼/螺旋桨复用减轻“死重”的效能。

 

 

 

 

 

倾转多旋翼型 eVTOL 飞行器垂直飞行与前向飞行性能，和机翼+螺旋桨+多旋翼型 eVTOL 飞行器、多旋翼+螺旋桨型 eVTOL 飞行器基本相同。不同之处主要在于电动旋翼倾转过程中的性能变化影响，重点需要关注以下几个问题。

相对气流的影响：

飞行器前飞的相对气流与旋翼桨叶的迎角关系，对旋翼产生的矢量拉力影响很大。旋翼没有倾转时，相对气流与桨叶形成迎角，产生附加升力，叠加到旋翼旋转产生的升力之上，能够减小旋翼升力负担。

 

 

随着倾转旋翼倾转，相对气流与桨叶的迎角逐渐变小，附加升力也随之变小。当倾转角等于或者大于桨叶安装角时，相对气流不再会产生附加升力。

 

旋翼涡流的影响：

 

旋翼旋转产生的涡流会在多个旋翼之间形成相互干扰。而倾转旋翼倾转更加使相互间的涡流干扰复杂化、严重化，对飞行器的飞行控制带来很大的影响。

 

 

 

 

 

 

倾转装置的影响：

 

倾转旋翼倾转需要特定的倾转装置。倾转装置的技术复杂性、机构可靠性、性能经济性等，都是研制倾转旋翼的重要影响因素。

 

 

 

 

 

 

 

旋翼与螺旋桨性能折中的影响：

 

旋翼与螺旋桨有较大的区别。旋翼一般在前进比接近零的区域附近工作；而螺旋桨则在大前进比的区域工作。

 

 

 

 

图中横轴 λ 为前进比，三个纵轴分别是 η 为输出效率，Cf 为拉力系数，Cp 为功率系数

 

 

 

旋翼要求功率载荷要高，桨盘面积要大；而螺旋桨则要求桨盘面积不宜过大，要减小迎风阻力。

 

飞行器垂直飞行时，多旋翼需要最大功率拉升起飞行器重量阻力，可简单地将升阻比看作为 1 ；而前向飞行时，由于有机翼、相对气流等因素的作用，飞行器升阻比要大得多，旋翼只要部分倾转作为螺旋桨就能够保障飞行动力。

 

因此，复用的倾转旋翼/螺旋桨需要在旋翼和螺旋桨相关性能方面进行折中设计，以满足倾转旋翼/螺旋桨在倾转不同阶段的性能要求。

 

 

 

Joby Aviation S4 

 

 

 

Joby Aviation S4 是多旋翼+螺旋桨型倾转 eVTOL 飞行器的一个较为典型机型。共有 6 个旋翼，并且均能倾转，其中 2 个带有连杆机构的旋翼能够倾转至水平，作为螺旋桨推进飞行器飞行。

 

 

 

Wisk Aero Generation 6

 

 

 

Wisk Aero Generation 6 是机翼+螺旋桨+多旋翼型倾转 eVTOL 飞行器的一个较为典型机型。共有 12 个旋翼，后排 6 个旋翼不能倾转，前排 6 个带有连杆机构的旋翼能够倾转至水平，作为螺旋桨推进飞行器飞行。