电推进的出现拓宽了垂直起降飞机的设计空间，特别是在机翼面的布局方面，以及如何将多个推进单元紧密结合到这些机翼设计中，以创建一个整体功能性但安全的飞机。最终，使飞机设计师能够开发新的eVTOL飞机，以适应基于航程、续航能力或有效载荷要求的各种空中任务剖面。然而，这种增强的设计自由度提出了一个关键问题：就eVTOL飞机的空气动力学性能和操纵品质而言，哪种类型的机翼布置能够实现最大的整体优化？

 

想要确定eVTOL飞机的最佳机翼设计，必然需要利用多学科方法比较各种机翼布置的空气动力学性能、控制、稳定性和操纵品质。尽管对很多机翼构型的研究已经很明确，但同时比较所有机翼构型类型的研究有限。因此，Dikshit等人对用于确定实际eVTOL飞机尺寸的各种机翼布置进行了比较研究。飞机布置由鸭翼、常规翼、飞翼和串联翼飞机组成。研究重点关注机翼布置的影响，同时强调空气动力学效率、静态稳定性及其对eVTOL飞机设计和要求的适用性。

 

通过这些详细的研究，收集了关于垂直飞行飞机使用机翼面可能带来的好处的见解。然而，迫切需要对eVTOL飞机的机翼面效果进行基本评估和详细验证，以确保设计的成功，特别是在目前eVTOL飞行器采用大量可能的机翼布置的情况下。

 

确定机翼配置的方法

具有不同外侧翼展百分比的鸭式飞机和常规飞机的机翼布置

具体关于不同机翼配置方案的分析和试验这里不做介绍，我们一起看一下简单的结论。

 

空气动力学分析

1.阻力系数的降低，因为前翼展或后翼展从全串联机翼基准构型减少，导致空气动力学效率增加，从而允许更长的飞行范围。

2.与典型的传统飞机不同，传统机翼表现为升力面。在这种情况下，由于前翼和后翼之间的叶尖涡流相互作用，传统机翼的升力系数高于鸭翼。然而，传统机翼也有更高的阻力系数，导致空气动力学效率峰值相似。然而，与鸭翼相比，传统机翼实现最大空气动力学效率的AoA较低，鸭翼有利于避免飞机在失速状态附近运行。

3.与LAR机翼相比HAR机翼具有更高的空气动力学效率，因为升力系数的增加比由于前部面积较大而引起的剖面阻力系数的轻微增加更显著。在所有机翼布置的空气动力学性能排名中，翼展的缩短揭示了性能的系统性改进。此外，传统机翼往往优于鸭翼，HAR机翼优于LAR机翼。因此，HAR 0%常规机翼在这一类别中表现最好。

 

飞行测试和性能测量

1.由于在配置中翼展从基准串联机翼缩短，可以看到飞行速度增加的总体趋势，从而产生更高的功率要求。然而，测得的所需功率并没有显著增加，这突出表明翼展的缩短大大减少了阻力损失。因此，翼展较短的飞机在飞行速度和功率要求方面具有较高的效率。

2.鸭翼与传统机翼的比较，随着翼展的减小，鸭翼对重心位置的调整更为敏感，需要进一步改变重心位置来调整飞机，从而限制了机翼上推进单元的设计空间。其次，传统机翼往往具有飞行速度能力，从而缩短了到达目标目的地的飞行时间。第三，鸭翼通常比传统机翼具有更高的滑翔速度，为增加迫降选择提供了更大的滑翔范围。此外，鸭翼可以在更高的飞行速度下实现更高的峰值升阻比，这突出表明传统机翼更适合低速飞行。从而为eVTOL飞机提供更安全的过渡和非过渡飞行阶段。

3.比较LAR和HAR机翼。LAR机翼与HAR机翼相比具有更低的巡航速度和巡航功率要求。同样，强调LAR机翼更适合低速飞行。在各种机翼布置的飞行测试和性能排名中，传统机翼通常比鸭翼表现更好，这与空气动力学分析的结果一致。尽管需要注意的是，HAR和LAR 0%鸭翼没有进行评估，因为无法实现CG位置来调整飞机以实现稳定可控的飞行。LAR 0%常规机翼是这类飞机中性能最好的，HAR 0%常规机翼排名第二。

 

飞行稳定性响应和控制

1.HAR鸭翼和传统机翼提供了更高的水平稳定性，同时为商业客运应用保持足够的可控性和可操纵性。

2.鸭翼虽然有点非传统，但由于升降舵与螺旋桨的尾部位置，在横滚稳定性、失速和升降舵有效性等方面被证明更稳定、更可预测。然而，他们也有围绕方向稳定性的问题。考虑到其惯性特性，需要进一步研究以确定其在中型飞机中的适用性。而传统机翼的控制布局非常简单，需要一个简单的升降舵和副翼控制系统。在螺旋模式下也更稳定，允许更多的恢复时间，在俯仰稳定性方面表现更好，允许飞机自动恢复。

3.HAR在飞行稳定性和控制方面，传统机翼提供了所有领域之间的最佳折衷方案。通过反复飞行测试，没有发现引起安全问题的明显重大缺陷。在各种机翼布置的CHR稳定性和响应评估的排名中，总体趋势表明，翼展较长的布置是优选的，其中100%至50%的机翼占排名的第25个百分位，尽管HAR 0%的传统机翼是一个例外，在所有机翼布置中排名第二。

 

总之，研究中得出结论，eVTOL飞机最理想的机翼布置是HAR 0%常规机翼，该飞机表现出优异的空气动力学性能，具有更大的航程能力。飞机的反复飞行测试显示，飞机的总体功率效率最高，需要最少的功率达到最大飞行速度。此外，飞机的机翼布置提供了更大的旋翼布局设计空间，主要是由于其CG位置不太敏感，从而允许为eVTOL飞机充分安装垂直推力电机和螺旋桨单元。这一点尤其重要，因为不同的旋翼位置可能在悬停和过渡阶段提供额外的好处。此外，飞机可以以可接受的巡航速度巡航，允许在较低的飞行速度下进行更安全的过渡和去过渡阶段，同时仍然具有合理的高巡航速度，以高效地将乘客带到目标目的地。在稳定性分析方面，试飞员还评估了飞机具有良好的稳定性和机动性。在失速开始时，飞机有一个可预测的失速模式，需要飞行员进行可控的修正，部分原因是其良好的俯仰稳定性。

 

因此，通过考虑eVTOL飞机设计的频谱，包括各种机翼布置，很明显，这些配置为优化飞行性能提供了一条途径。不同机翼设计的适应性使现有的eVTOL飞机能够在不同的任务场景中提高效率和机动性。此外，集成替代机翼面可以解决与基于旋翼布局的固定重心位置相关的限制，从而有助于整体飞行稳定性和控制。这一探索突显了eVTOL设计中的巨大创意潜力，使研究人员、设计师和工程师能够结合不同的机翼和旋翼布局，实现针对特定应用的最佳飞机配置。