Overall Parameter Design and Transition Characteristics Analysis of Lift‑Tilt eVTOL

WANG Ziqi; XU Ming; SUN Donghong; ZHANG Wei; QIU Liangjun

doi:10.16356/j.2097-6771.2026.02.004

Chinese

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Overall Parameter Design and Transition Characteristics Analysis of Lift‑Tilt eVTOL

更新时间：2026-04-30

- Overall Parameter Design and Transition Characteristics Analysis of Lift‑Tilt eVTOL
- Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics（Natural Science Edition） Vol. 58, Issue 2, Pages: 285-294(2026)
- 作者机构：
  
  中国直升机设计研究所，天津 333001
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.16356/j.2097-6771.2026.02.004
  CLC： V212.4
- Received：01 August 2025，
  
  Revised：2026-01-15，
  
  Published：28 April 2026
- 稿件说明：
移动端阅览
王子琪，徐明，孙东红，等. 半倾转eVTOL总体设计与过渡特性分析［J］. 南京航空航天大学学报（自然科学版），2026，58（2）：285⁃294.

WANG Ziqi， XU Ming， SUN Donghong， et al. Overall parameter design and transition characteristics analysis of lift‑tilt eVTOL［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics（Natural Science Edition），2026， 58（2）：285⁃294.
王子琪，徐明，孙东红，等. 半倾转eVTOL总体设计与过渡特性分析［J］. 南京航空航天大学学报（自然科学版），2026，58（2）：285⁃294. DOI： 10.16356/j.2097-6771.2026.02.004.

WANG Ziqi， XU Ming， SUN Donghong， et al. Overall parameter design and transition characteristics analysis of lift‑tilt eVTOL［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics（Natural Science Edition），2026， 58（2）：285⁃294. DOI： 10.16356/j.2097-6771.2026.02.004.

摘要

半倾转构型是电驱动垂直起降飞行器（Electric vertical take‑off and landing， eVTOL）的一种常用构型，因此需要对其总体参数设计规律、总体参数优化方法以及过渡飞行功率特性进行研究。首先，提出了一种使用纵向配平框架的半倾转构型性能算法，采用升力旋翼和平尾融合算法解决操纵冗余问题。然后，通过试验数据对比，验证了算法的精度。接下来，使用该性能算法并结合重量模型，分析了各项总体参数、电池能量密度的变化对空机重量、重量效率的影响，并针对特定需求得到了一套满足要求的总体参数。最后，使用半倾转构型性能算法对过渡状态下的功率、迎角、加速度进行扫描，通过分析计算结果，定性选择过渡路径，并通过优化加速度降低过渡过程的能量消耗，得到了过渡过程中剩余功率的变化趋势，为半倾转构型eVTOL的设计与工程研制提供了可参考的研究思路。

Abstract

The lift‑tilt configuration represents a prevalent architectural solution for electric vertical take‑off and landing （eVTOL） aircraft. Consequently， systematic investigations into its general parameter design principles， optimization methodologies， and transition flight power characteristics are imperative to inform the design process. This paper proposes a performance analysis algorithm for lift‑tilt configurations based on a longitudinal trim framework， wherein a lift rotor‑horizontal tail fusion algorithm is developed to address the control redundancy issue. The predictive accuracy of the proposed algorithm is validated through comparison with experimental data. Subsequently， by integrating this performance algorithm with a weight estimation model， the influences of general parameter variations and battery energy density on empty weight and weight efficiency are quantitatively analyzed， yielding a set of general parameters that satisfy specific mission requirements. Furthermore， comprehensive parametric sweeps of power， angle of attack， and acceleration during the transition regime are conducted utilizing the proposed algorithm. Through detailed analysis of the computational results， the transition trajectory is qualitatively determined， and the energy consumption during the transition phase is minimized via acceleration optimization. Additionally， the variation trend of excess power throughout the transition process is characterized， thereby providing a systematic research framework and technical reference for the conceptual design and engineering development of lift‑tilt eVTOL aircraft.

关键词

Keywords

references

YAN X ， YUAN Y ， CHEN R . Research on pilot control strategy and workload for tilt‑rotor aircraft conversion procedure ［J］. Aerospace （MDPI Publishing）， 2023 ， 10 （ 9 ）： 742 .

MISRA A . A review on vertical take‑off and landing （VTOL） tilt‑rotor and tilt wing unmanned aerial vehicles（UAVs）［J］. Journal of Engineering ， 2022 . DOI： 10.1155/2022/1803638 http://dx.doi.org/10.1155/2022/1803638 .

PAVAN N . Design of tiltrotor VTOL and development of simulink environment for flight simulations ［D］. Madras ： Indian Institute of Space Science and Technology ， 2020 .

BAUERSFELD L ， SPANNAGL L ， DUCARD G ， et al . MPC flight control for a tilt‑rotor VTOL aircraft ［J］. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems ， 2021 ， 57 （ 4 ）： 2395 ‑ 2409 .

邓景辉 . 电动垂直起降飞行器的技术现状与发展［J］. 航空学报， 2024 ， 45 （ 5 ）： 47 ‑ 69 .

DENG Jinghui . Current technological status and development trends of electric vertical takeoff and landing aircraft ［J］. Journal of Aeronautics ， 2024 ， 45 （ 5 ）： 47 ‑ 69 .

PARK D . Improvements in robustness and versatility of blade element momentum theory for UAM/AAM applications ［J］. Aerospace ， 2025 ， 12 （ 8 ）： 728 .

UGWUEZE O ， STATHEROS T ， HORRI N ， et al . An efﬁcient and robust sizing method for eVTOL aircraft configurations in conceptual design ［J］. Aerospace ， 2023 ， 10 （ 3 ）： 311 .

TAI M ， LEE W ， KIM D ， et al . Improvements in robustness and versatility of blade element momentum theory for UAM/AAM applications ［J］. Aerospace ， 2025 ， 12 （ 8 ）： 728 .

PEAK S‑K ， CHAE S ， KANG H‑J . Development of mission analysis tool for eVTOL aricrafts of lift‑tilt concept ［J］. Korean Society for Aeronautical Space Science ， 2021 ， 49 （ 10 ）： 859 ‑ 870 .

WANG Y ， MA W ， CHEN Z . Sensitivity analysis for design parameters of electric tilt‑rotor aircraft ［J］. Aerospace （MDPI Publishing）， 2024 . DOI： 10.3390/aerospace11040322 http://dx.doi.org/10.3390/aerospace11040322 .

田洪源，鲁森魁，武上景 . 半倾转构型旋翼飞行器纵向操纵策略研究［J/OL］. 北京航空航天大学学报： 1 ‑ 15 ［ 2025‑11‑09 ］. https：//doi.org/10.13700/j.bh.1001-5965.2025.0514 https://doi.org/10.13700/j.bh.1001-5965.2025.0514 .

TIAN Hongyuan ， LU Senkui ， WU Shangjing . Research on longitudinal manipilation strategy of partial tilting aircraft ［J/OL］. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics ： 1 ‑ 15 ［ 2025‑11‑09 ］. https：//doi.org/10.13700/j.bh.1001-5965.2025.0514 https://doi.org/10.13700/j.bh.1001-5965.2025.0514 .

普劳蒂 . 直升机性能及稳定性和操纵性［M］.高正，译. 北京：航空工业出版社， 1990 .

PROUTY K W . Helicopter performance， stability and control ［M］. Translated by GAO Zheng. Beijing ： Aviation Industry Press ， 1990 .

朱清华，张呈林，倪先平，等 . 改进遗传算法的纵列式直升机总体参数优化设计［J］. 南京航空航天大学学报， 2006 ， 38 （ 1 ）： 1 ‑ 5 .

ZHU Qinghua ， ZHANG Chenglin ， NI Xianping ， el AL . Improvement of genetic algorithm for columnar helicopter overall parameter optimization design ［J］. Journal of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics ， 2006 ， 38 （ 1 ）： 1 ‑ 5 .

陈俊章 . 飞机设计手册［M］//第8册，重量平衡与控制 . 北京：航空工业出版社， 1999 .

CHEN Junzhang . Aircraft design manual ［M］// Volume 8， Weight Balance and Control . Beijing ： Aviation Industry Press ， 1999 .

彭名华 . 直升机总体多学科设计优化研究［D］. 南京：南京航空航天大学， 2009 .

PENG Minghua . Research on the overall multidisciplinary design optimization of helicopters ［D］. Nanjing ： Nanjing University of Aeronautics & Astronautics ， 2009 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

No data

Related Author

No data

Related Institution

No data

AI问答

Postal code：100079
Tel：（010）53879206 Email：tmw@bjxintong.com.cn
Technical support is provided by Beijing Founder electronics co., LTD 京ICP备09082226号-64 京公网安备11010602201714号
It is recommended to read the content of this site in Chrome&IE9+. Please switch to extreme mode in browser 360.
Cookies We use cookies to help provide and enhance our service and tailor content. By continuing, you agree to the use of cookies.

⁰