● 摘要
传统直升机由于局部激波、气流分离和桨盘前倾的问题限制了飞行速度。复合式共轴直升机在原有共轴式旋翼的基础上，增加机翼和螺旋桨作为辅助升力和推力部件，既拥有高效率地垂直起降和悬停性能，又具备高速度、远航程和长航时的性能特点，使得飞行器能够在军用和民用领域满足更多类型的任务需求。
复合式共轴直升机作为一种全新的构型，存在一些不同于常规直升机和固定翼飞行器关键技术，本文对复合式共轴直升机的动力传动系统设计；旋翼及操纵系统设计；旋翼与机翼气动干扰；螺旋桨与尾翼气动特性；机翼与机身气动特性；总体参数优化设计进行了深入研究。
本文的主要研究内容如下：
（1）根据总体设计各项指标要求，确定了总体参数和气动布局；分析了动力传动系统的形式和特点，设计了基于不同动力装置的传动系统方案，计算比较了基于不同动力传动系统方案的飞行性能，并对选定的方案进行了模态分析。
（2）建立了共轴式旋翼的铰链力矩计算模型，计算了悬停和前飞状态下桨叶铰链力矩的响应特性，根据计算结果，采用Solidworks，AutoCAD，MATLAB等计算机辅助软件设计了旋翼系统和操纵系统，并用Abaqus有限元分析软件对操纵系统的关键部件进行了应力分析。
（3）基于自由尾迹方法建立了共轴式旋翼的气动分析模型，基于涡格法建立了机翼的气动分析模型，对共轴式旋翼与机翼的气动干扰进行了分析，着重分析比较了不同设计参数下，旋翼-机翼组合体的气动特性。
（4）针对推力螺旋桨和尾翼气动干扰展开研究，建立了螺旋桨和尾翼气动模型，采用多种方法计算了螺旋桨载荷及诱导速度，分析尾翼载荷时计入舵面偏转和螺旋桨滑流影响。着重分析比较了不同设计参数对舵面效率的影响。
（5）采用CFD方法对样例机气动特性进行了数值计算，建立了用于数值分析的几何模型和物理模型，通过风洞试验验证了计算模型的合理性与有效性。分析了加装机翼和尾翼后气动特性的变化。
（6）提出了基于样例机重量数据的飞行器重量模型。对重量模型和气动模型进行综合处理，同一量纲后，建立了考虑气动和重量效率的总体设计评价函数。采用复合形优化算法，对样例机进行了总体设计优化。