图↑ JOBY S4
图↑ Supernal SA-2
图↑ 静展时特意不放下后方倾转旋翼
图↑ Overair Butterfly
2.部分倾转旋翼
是全倾转和复合翼构型的中间状态,动力系统的巡航阻力比复合翼小,倾转动力在巡航和垂直起降中间可以找到一个好的匹配点,动力系统的设计难度比全倾转要低,控制相比全倾转难度要小。
不过,部分倾转的设计,倾转动力设置在哪,却是很有讲究的,否则可能就导致推倒重来。
Archer Midnight、Wisk GEN6、Vertical VX4布局相似 ,目前这些原型机前方倾转动力为5叶桨,后部的升力旋翼为4叶桨(后续试飞可能会改为能重叠收起变为两叶桨),后部动力的巡航阻力贡献很大。
(参见:Archer Midnight设计简析)
图↑ Archer Midnight
图↑ Wisk Gen 6
图↑ Vertical VX4
Textron Nexus采用的是前方4个倾转,后方撑杆上2个固定旋翼,这样巡航更有利,一个推进动力失效不会导致巨大的不平衡力矩。
图↑ Textron Nexus
有一些采用了只有翼尖动力倾转的布局,对于电动飞行器来讲,如果没有左右连杆保障,那么一个动力失效的巨大不对称力矩会导致重大事故。
图↑ 仅翼尖倾转的话需要动力联动机构
有一些跨界的创业者,会挑战传统设计,这当然是好事,但是一旦权衡的方向走偏了,还得重来。比如Eviation Alice,最初是翼尖推进设计(翼尖单发停车无法控制),之后变常规两侧尾推了,再之后机身都更常规了(考虑制造成本和扩展性)。
图↑ Eviation Alice的设计变化
3.倾转涵道
优势是对地面人员和乘员保护性好,可适当降低噪声,在动力体积被限制情况下可产生大的推力,视觉美感及乘坐心情会比较好,更容易让人有买单的冲动。主要缺点一个是重量增加了,一个是太小的涵道能耗高的问题。
倾转涵道一般来讲,最好也需要4个以上,否则坏一个基本就坠机,融资发展都困难重重,很多采用这种设计的方案要么终止了,要么多年如一日没任何有效进展。
图↑ Agusta Westland Project Zero(项目结束)
图↑ 进展缓慢的XTI TriFan 600
图↑ 进展缓慢的Sabrewing Rhaegal
图↑ Bell Nexus 6HX(已终止)
图↑ Bell Nexus 4EX(已终止)
图↑ Lilium Jet
当然也有一些照猫画虎的显眼包,如下面这个,看似结构牢固升力面多,但是全机浸润面积非常大(阻力大),巡航效率极低,控制也麻烦。
图↑ Nazzeni
(参见:涵道风扇eVTOL优势与难点)
(参见:涵道风扇eVTOL方案概览)
4.倾转机翼
操控倒是简单了,转动机构位于机身内,空间够大,很多年前没有自动飞控的时代也用过。最明显的缺点还是门板效应,不过在分布式电机动力和现代飞控的加持下,会有新的希望。
(参见:倾转机翼为何再度兴起?)
图↑ Airbus Vahana(已终止)
图↑ Dufour Aero 2
图↑ Sikorsky HEX倾转机翼(左侧两架)
5.倾转沟槽翼
这个是利用了卡斯特沟槽翼的特殊升力加持效应,加速机翼上表面气流,可增加约30%升力。目前只有HopFlyt在使用倾转沟槽翼,其飞行器只转动内侧的沟槽翼部分,外翼不动。典型缺点:这个机翼的模具费、制造成本、重量代价都会大幅增加,振动模态也很复杂。
图↑ 滑跑起降的沟槽翼
图↑ HopFlyt Venturi早期方案
图↑ HopFlyt Venturi验证机完成了倾转过渡飞行
图↑ HopFlyt 的倾转沟槽翼&涵道方案
6.小角度倾转旋翼
典型代表为Crisalion Integrity 6。
这个与全倾转旋翼的不同是,这些动力时刻都还在产生升力,能够在一定小角度范围内(如30°)进行动力组的偏转,在遇到阵风的时候还可以尽量保持客舱平稳,通过偏转动力来抵消姿态影响。即使出现倾转卡死或动力故障,由于偏转角度小,全机控制能力都还不会降低太多。没有专门的倾转作动电机,节省了重量,不过缺点还是这套机构的可靠性、结构设计要求高,另一个就是巡航阻力可能会偏大。
图↑ Crisalion Flyfree技术
图↑ Crisalion Integrity 6验证机
原文始发于微信公众号(航空探索):eVTOL各种倾转构型优缺点简评