共轴多旋翼人力驱动飞行器结构设计

这套共轴多旋翼人力驱动飞行器结构，核心瞄准低空低速人力航空探索场景，可用于航空院校的人力飞行器竞赛验证、低空低速气动特性试验场景，也能作为轻量化航空结构设计的教学验证载体，区别于常规燃油或电动旋翼飞行器，整套结构完全依靠乘员肢体动作输出动力，不需要搭载额外的动力源与储能单元，对结构自重的控制要求达到克级精度。从功能特性来看，整套结构采用上下共轴布置的多组旋翼，旋翼桨叶采用镂空桁架式结构，在保证桨叶抗弯扭刚度的前提下最大限度降低结构自重，桨叶的翼型截面做了低速低雷诺数适配，在人力输出的低转速区间就能获得足够的升力效率，避免常规高转速旋翼在低转速下升力不足的问题。机架部分采用空间桁架式焊接结构，主承力杆件选用轻量化高强度管材，乘员乘坐区域采用半开放的框架式布局，既给乘员留出足够的蹬踏、摇臂操作空间，也能将乘员的重量均匀分散到整个机架的承力节点上，避免局部应力集中导致结构失效。设计思路上，首先围绕人力输出的功率上限做反向匹配，普通人持续输出的功率在0.3到0.5马力区间，整套结构的升阻比、传动损耗、结构自重都围绕这个功率阈值做迭代优化，传动机构采用带传动与齿轮传动组合的方式，将乘员蹬踏输出的扭矩传递到上下旋翼的转轴上，上下旋翼采用反向旋转的布局，抵消旋翼旋转产生的反扭矩，不需要额外设置尾桨结构，进一步降低了结构复杂度与自重。外形尺寸与安装边界方面，整套旋翼展开后的最大直径控制在合理区间，既保证足够的桨盘面积获得升力，也避免尺寸过大导致结构刚度不足、地面转运困难；机架的乘员安装位预留了通用的人体工学调整空间，可适配不同身高体型的乘员，传动机构的安装支座都设计了可调节的张紧结构，在长期使用出现传动带松弛时可快速调整张紧度，不需要拆解整体结构。旋翼与转轴的连接部位采用铰接式结构，允许桨叶在旋转过程中做小幅度的挥舞摆振，抵消低转速下的气动不平衡载荷，避免旋翼根部出现疲劳断裂。整套结构的所有承力节点都做了轻量化的开孔处理，在不降低节点强度的前提下挖去多余的材料，每一处杆件的壁厚、截面尺寸都经过受力校核，在满足极限载荷下的强度要求时尽可能缩减材料用量。实际使用场景中，这套结构可在开阔无强风的低空场地开展试验，地面滑跑阶段依靠机架下方的滑橇式起落架支撑，滑橇的弧度与长度经过匹配，在起飞与降落阶段能吸收地面冲击，同时避免降落时侧翻。旋翼的桨叶前缘做了局部加强，防止低空飞行时遇到细小杂物撞击导致桨叶破损，传动机构的外露部分都设置了轻量化的防护结构，避免乘员操作时衣物卷入传动部件。不同于常规飞行器的设计逻辑，这套结构没有设置冗余的机载设备安装位，所有设计都围绕减重与升力效率两个核心目标，结构上的每一处凸起、每一个连接点都经过气动修型，尽可能降低飞行过程中的寄生阻力，让有限的人力输出能全部转化为升力与前飞的推力。