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2023电力行业多旋翼无人机竞赛
10,025
单选题

将一架滑起滑降的飞机改造成垂直起降的飞机,横滚或者俯仰角要求不大于( ),旋翼动力与重力比值为1.5。

A
25度
B
45度
C
55度
D
65度

答案解析

正确答案:B

解析:

这道题考察的是垂直起降(VTOL)飞行器在过渡飞行阶段或悬停状态下的姿态控制要求,以及推力与重力的关系。 **解析如下:** 1. **垂直起降的基本原理**: 垂直起降飞机在起飞和降落时,主要依靠旋翼或喷气发动机产生的垂直向上的推力来克服重力。为了实现稳定的垂直悬停或低速垂直运动,飞机的姿态必须保持相对水平,以确保推力矢量主要垂直向上。 2. **姿态角限制(横滚/俯仰)**: * 如果飞机的横滚角(Roll)或俯仰角(Pitch)过大,推力矢量会发生显著倾斜。 * 推力的垂直分量 $T_z = T \cdot \cos(\theta)$,其中 $\theta$ 是姿态角。 * 当角度增大时,$\cos(\theta)$ 减小,用于抵消重力的垂直分力减少,导致飞机下降或不稳定。 * 同时,较大的姿态角会产生较大的水平分力,导致飞机发生不必要的水平漂移。 * 在工程实践和相关航空标准中,为了保证垂直起降过程中的稳定性和安全性,通常要求姿态角(横滚或俯仰)保持在较小范围内。**45度**是一个常见的临界值参考。超过这个角度,垂直效率大幅下降,且控制难度急剧增加,通常不再被视为标准的“垂直”起降姿态,而更接近于短距起降或过渡飞行的大角度状态。在许多无人机及VTOL飞行器的控制逻辑中,将最大允许姿态角限制在45度以内是常见的设计规范,以平衡机动性与稳定性。 3. **旋翼动力与重力比值(推力重量比)**: * 题目中提到“旋翼动力与重力比值为1.5”,即推力重量比(Thrust-to-Weight Ratio, T/W)为 1.5。 * 这意味着飞机产生的最大推力是其重力的1.5倍。 * 即使有1.5倍的推力储备,如果姿态角过大,垂直分力也可能不足。例如,若角度为60度,$\cos(60^\circ) = 0.5$,垂直推力仅为总推力的50%,即 $1.5 \times 0.5 = 0.75$ 倍重力,此时飞机无法悬停,会下落。 * 若角度为45度,$\cos(45^\circ) \approx 0.707$,垂直推力约为 $1.5 \times 0.707 \approx 1.06$ 倍重力,刚好能维持悬停并留有少量余量。因此,45度是一个在给定推力比下能够维持垂直飞行的合理上限边界。 综上所述,为了确保垂直起降的安全性和有效性,横滚或者俯仰角通常要求不大于 **45度**。 **正确答案:B**

相关知识点:

垂起飞机横滚俯仰45度内

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