CN201647122U - 一种飞行器气动布局 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种飞行器气动布局。该飞行器分为前部前掠翼边缘锐化翼身融合体加外翼段和后部三角翼边缘锐化翼身融合体加外翼段两大部分。其组成方式是以前部左右前掠翼加后部左右三角翼串连在同一水平面，左右前掠翼和左右三角翼翼根并列相连并串联一起。前掠翼和三角翼的前缘和后缘分别交接在一起。前掠翼的前缘交接于机头处，后缘与三角翼前缘内翼段结合在一起，三角翼的后缘交接于机尾。前掠翼与三角翼相连，在结构上更坚固。同时具有前掠翼和三角翼飞机的优点，又彼此缺点互补，具有更好的性能。

Description

一种飞行器气动布局

技术领域

本发明涉及一种飞行器的气动布局，该飞行器的气动布局可适用于飞机和地效飞行器。

背景技术

双翼机，前掠翼，三角翼，翼身融合飞翼，前掠翼弯扭发散，地效应飞行性能。

前掠翼拥有气动结构布局、亚音速内飞行高机动性能、短距起降、低速飞行高可控性能四大优势。前掠翼存在结构方面的严重问题。前掠翼在超声速时产生弯曲变形会使外翼迎角增大，从而使外翼的升力增大，进一步导致机翼弯曲变形。在足够大的速度下，这种现象会形成恶性循环，直至机翼弯曲折断，被称为弯扭发散。为应对这一问题，需要增加机翼结构重量以增加抗弯曲能力，但这样就会抵消前掠翼带来的好处。因此，前掠翼一直以来未被广泛采用。20世纪70年代后，人们开始利用复合材料结构的弯扭变形耦合效应克服弯扭发散问题。新材料和技术的应用使得前掠翼飞机又重新引起重视。1984年12月14日，美国X-29前掠翼验证机首次升空。1997年9月25日，俄罗斯的苏-37前掠翼战斗机试飞。标志着前掠翼飞机步入了新的发展阶段。但当达到弯扭变形时俩翼面变形角度不可能一样，即俩边升力不一样于是横向平衡能力差。

三角翼机翼重量轻、刚度好，有利于收置起落架，安放燃油和其他设备。三角翼超声速阻力小，从亚声速过渡到超声速时机翼压力中心向后移动量小，这对于舵面平衡能力比较差的飞机尤为重要，所以无尾飞机和鸭式飞机基本上都采用三角翼。超声速飞机也常用三角翼的形式，但由于超声速三角翼飞机展弦比较小，亚声速飞行时的升阻比低，故亚声速巡航特性不好。小展弦比的三角翼只有在大迎角下有足够升力系数，因飞机着陆前迎角不能很大，故其着陆性能较差。

由于飞机、战斗机因气动阻力、结构重量等因素使用单一主机翼的结构，而不能完美兼顾低速和超声速性能。虽有采用变后掠翼技术，但是以改变整个主机翼的气动布局和形态来实现，会对机翼的结构、使用材料、设计、制造上造成困难，也降低稳定性。靠改变前掠翼的材料、结构，只能推迟弯扭发散的发生速度，并没有太大的跨越；而增加整个机翼的结构重量，以增加抗弯曲能力，也会增加机体重量，而抵消前掠翼升力较大的优点。

发明内容

本发明是一种新型飞行器的气动布局。兼具高低速飞行和一定的地效应飞行，以提高机动性，改善飞行器的任务适应能力。

本发明的技术方案为：该飞行器采用纵向一体化前后双下翼加边缘锐化翼身融合飞翼(内翼段)、小展弦比机翼(外翼段)、无尾翼、无垂尾布局。将该飞行器分为前部前掠翼边缘锐化翼身融合体加外翼段和后部三角翼边缘锐化翼身融合体加外翼段两大部分。其组成方式是以前部左右前掠翼加后部左右三角翼串连在同一水平面，左右前掠翼和左右三角翼翼根并列相连并串联一起。前掠翼和三角翼的前缘和后缘分别交接在一起。前掠翼的前缘交接于机头处，后缘与三角翼前缘内翼段结合在一起，三角翼的后缘交接于机尾。前后机翼翼展同样宽。前掠翼和三角翼又分为外翼段和内翼段。外翼段为机翼，均采用切角三角形翼面，前部外翼段因前掠翼前掠，后部外翼段因三角翼后掠。前掠翼的外翼段可变动前掠角，三角翼外翼段为固定式。

前掠翼特征为：左右前掠翼由线段1分为外翼段和内翼段，使前缘分为内段和外段，内段前掠35度以上，外段最初与内段前掠度数一样，但随外翼段前掠而改变前掠度数(35°-0°)。后缘后掠40度。其左右前掠翼的翼根连接处在本飞行器的纵向中轴线上。一般前掠翼的梢弦在根弦的前面，但本前掠翼前缘前掠，后缘后掠并且又在三角翼前缘内段内，后缘长度比前缘短；使翼梢弦从后掠的后缘末端向其前缘末端前掠，形成根弦在梢弦中间。此时翼梢在前缘末端向后切尖，形成一个从前缘末端向后掠的翼尖。左右前掠翼俯视平面为一蝴蝶翅膀形状。

三角翼特征为：左右三角翼由线段2分为外翼段和内翼段，使前缘和后缘也分为内外前缘和内外后缘。前缘内段后掠40度(前掠翼后缘)，外段后掠45度，后缘内外段平直连接一起。其左右翼根连接在一起并与前掠翼翼根串联一起，形成本飞行器的纵向中轴线。其翼梢向后缘垂直切角。

内翼段即边缘锐化翼身融合飞翼特征为：前部前掠翼和后部三角翼由线段1和2分为内翼段和外翼段，边缘锐化翼身融合飞翼就是由内翼段为平面基础而形成。由于内翼段在本飞行器的基础整体翼面积中所占的面积比外翼段的要大，使由内翼段形成的边缘锐化翼身融合飞翼横向面积很宽，为了减小气动阻力、与外翼段的平滑曲面过渡、机身加机翼的作用，需减小机身厚度使其边缘厚度很薄向刀口一样尖锐，故称其为边缘锐化翼身融合飞翼。

组成方式为：前部前掠翼内翼段的边缘锐化翼身融合体加后部三角翼内翼段的边缘锐化翼身融合体组合成飞翼。采用下机翼和前部前掠翼加后部三角翼两者串连在同一水平面和中轴线上。使前后内翼段连成一体并形成一个平面，边缘锐化翼身融合飞翼就以内翼段为平面基础在其上部形成。因前掠翼内段前缘前掠并交接一起使机头呈V字形，线段3与左右前掠翼前缘交接点11，以中轴线方向后上方倾斜到达前掠翼后缘交接点和三角翼内段前缘交接点的交接处的垂直上方即本飞行器的最高处，即交接点13。线段4也从左右前掠翼前缘内外段和线段1的交接点12，向飞行器的最高处交接点13连接。于是在边缘锐化翼身融合飞翼前部从机头沿中轴线向其后缘交接点13之间的翼面形成内凹并向后上方后掠的V字形翼面。线段6从交接点13按前掠翼的后缘(三角翼的前缘内段)方向，垂直向下与交接点14连接，交接点14为前掠翼后缘、内段翼梢与三角翼前缘内外段、线段2的交接点。线段7沿纵向中轴线向线段8倾斜，在三角翼边缘锐化翼身融合体顶部形成向线段8倾斜的平面，线段2和线段6内的翼面也向线段7倾斜，形成线段9和线段10。线段8、9、10内为尾喷口。整个边缘锐化翼身融合飞翼横切面基础结构为钝角三角形，即边缘为锐角。前部由于形成内凹V字形翼面，其横切面由一钝角大三角形分为左右钝角小三角形。后部由于线段6、7、8形成一向后下方尾喷口倾斜的平面，使横切面由钝角三角形去掉上部钝角变为梯形结构并逐渐向尾喷口缩小。

外翼段即机翼特征为：则是内翼段即边缘锐化翼身融合飞翼翼面的延伸，并与边缘锐化翼身融合飞翼平滑曲面连接，形成完整的前掠翼和三角翼。

本发明的优点是：前部前掠翼加后部三角翼的组合使其内翼段形成的边缘锐化翼身融合飞翼拥良好的连接性、更坚固的结构、更大的内部使用空间、更小的气动阻力形态和气动性能，具有前掠翼和三角翼彼此气动性能优缺点互补并加以提高。兼具高低速飞行和一定的地效应飞行性能，以提高机动性，改善飞行器的任务适应能力。前掠翼不作为飞行器的单一主机翼而是与另一主机翼(三角翼)组合并配合使用，能使其在气动作用、气动性能、气动形态、气动结构、使用材料、生产与使用上简单化并解决前掠翼引起的弯扭发散技术方案。

附图说明

图1为普通状态的俯视图。

图2为普通状态的仰视图。

图3为前掠翼前掠状态的俯视图。

图4为前掠翼前掠状态的仰视图。

图5为前视图。

图6为后视图。

图7为侧视图。

具体实施方式

一种新型的飞行器气动布局，由前部的左右两个前掠翼1和后部的左右三角翼2为基础，形成机翼加边缘锐化翼身融合飞翼布局。前部的两个前掠翼的前缘交接一起形成V字形机头，后缘与后部三角翼的前缘内段相连；三角翼的前缘和后缘也分别交接在一起。前掠翼和三角翼又分为外翼段和内翼段，外翼段为机翼，内翼段则以自身为平面基础在其上部形成边缘锐化翼身融合飞翼。前掠翼的外翼段为可变前掠前掠翼，并与三角翼外翼段一样下反0-2度。该飞行器由机翼加边缘锐化翼身融合飞翼组成的整体翼面积中，机翼所占的面积比边缘锐化翼身融合飞翼所占的面积要小。

前掠翼外翼段的作用：主要起与其内翼段形成完整的前掠翼并辅助边缘锐化翼身融合飞翼以提供低速和地效应飞行气动性能、推迟和消除整个前掠翼大马赫数飞行时发生弯扭发散难题、减小飞行器高速时气动阻力。为可变前掠外翼段，在飞行器速度逐渐提高的同时逐渐向前前掠以达到逐渐推迟并解决前掠翼高速时发生弯扭发散。当在与前部边缘锐化翼身融合飞翼形成全部前掠翼时，共同产生低速和地效应飞行气动性能。当前掠到左右外翼段的前缘并列相连一起，即外翼段前掠到机头前方下面，通过改变其外翼段气动形态即前掠角度，以外翼段小面积翼面的改变使整个前掠翼由前掠变为后掠，用小范围的改变解决整个前掠翼引起的弯扭发散难题，并与边缘锐化翼身融合飞翼共同形成俯视平面为三角形气动形态减小飞行器高速飞行的气动阻力和增加高速气动性能。

三角翼外翼段的作用：与其内翼段形成完整的三角翼并与边缘锐化翼身融合飞翼共同起飞行器的稳定性能、各种机动性能、高速气动性能、平尾作用和与前掠翼外翼段共同起到机翼作用。

边缘锐化翼身融合飞翼的作用：使前掠翼边缘锐化翼身融合体和三角翼边缘锐化翼身融合体更好的融为一体。边缘锐化翼身融合飞翼在机腹形成一个平面，使横切面为钝角三角形结构更坚固、降低气动阻力、气动性能更好、内容积更大。该前掠翼边缘锐化翼身融合体比外翼段的机翼面积大，降低了外翼段的翼展长度以推迟外翼段发生弯扭发散临界速度。由V字形机头形成的左右钝角小三角形结构，有足够的空间和更好的结构来降低外翼段产生弯曲变形和安装外翼段前掠的转动装置。后部三角翼边缘锐化翼身融合体为发动机舱，横切面由钝角三角形切去上部钝角变为梯形，下部宽并逐渐向上缩小，使左右两边翼面向内倾斜并拥有一定高度，形成左右翼面内倾类似尾垂的翼面，并与外翼段一起用来安装各种活动翼面，以提供飞行器稳定性和机动性。

前方的前掠翼边缘锐化翼身融合体加外翼段和后方的三角翼边缘锐化翼身融合体加外翼段在同一平面上并且融为一体，因前后都是主翼，在低速时前掠翼比三角翼升力高，可以提高三角翼的升力，加上三角翼阻力小，从亚声速过渡到超声速时机翼压力中心向后移动量小，因此前后翼负重比为4∶3。此前掠翼主要起到增加各部分性能即提供低速飞行的气动性能、低速机动性能、载重量、外翼段起到改变升力的大小、减小超声速时的阻力、增加低速性能、高负载能力的作用。三角翼主要起到提供飞行的气动性能、超声速性能、机动控制性能、舵面平衡能力、一定的负载能力的作用。前置前掠翼在亚音速飞行拥有升力大，具有非常好的气动性能，从而大大提高其在仰角状态下的机动性，低速操纵性能好，缩短起飞着陆滑跑距离，以补偿三角翼在亚声速巡航特性不好和着陆性能较差的缺点。加上后置三角翼机翼重量轻、刚度好，有利于安放设备，阻力小，从亚声速过渡到超声速时机翼压力中心向后移动量小，舵面平衡能力好，故机动性能成倍提高。以达到前置前掠翼和后置三角翼之间各自缺点的补偿。

飞行器在起飞、着陆、低速和地效应飞行时。前部前掠翼的外翼段前掠度数为35-0度之间，此时外翼段和边缘锐化翼身融合飞翼形成完整前掠翼，起到体现其前掠翼低速气动性能以提高三角翼低速气动性能的不足。此时三角翼共同提供气动性能和气动控制作用。前掠翼和三角翼组合使用可提供高升力并提高三角翼在低速时的各种性能。

当飞行器进入超声速时，前部前掠翼的外翼段前掠到机头前面(前掠度数为0度)，前掠翼外翼段在机头变为三角翼与边缘锐化翼身融合飞翼融合在一起。此时前掠翼主要为俯视平面为三角形形态边缘锐化翼身融合飞翼，以减小气动阻力和共同提供气动性能，三角翼则变为主翼起到体现其高速气动性能和气动控制作用。前掠翼气动形态和气动布局的改变降低了气动阻力，并解决了高速时形成弯扭发散问题。该布局提高了该飞行器的高速性能，类似于导弹的气动布局。

飞行器在地效应飞行时，前部外翼段和边缘锐化翼身融合飞翼形成完整前掠翼使迎面气流流向翼根形成向下的下洗流，通过外翼段改变前掠角度，起到控制下洗流大小作用；在流经三角翼时增加其低速气动性能并整流后排出。此时根据伯努定律，前后气流流速慢，中间气流流速快，使翼面融合体直接产生升力和地面效应。

Claims (2)

1.一种飞行器气动布局，包含有前掠翼和三角翼，其特征在于：该飞行器分为前部前掠翼边缘锐化翼身融合体加外翼段和后部三角翼边缘锐化翼身融合体加外翼段两大部分，其组成方式是以前部左右前掠翼加后部左右三角翼串连在同一水平面，左右前掠翼和左右三角翼翼根并列相连并串联一起，前掠翼和三角翼的前缘和后缘分别交接在一起，前掠翼的前缘交接于机头处，后缘与三角翼前缘内翼段结合在一起，三角翼的后缘交接于机尾，前后机翼翼展同样宽。

2.根据权利要求1所述的一种飞行器气动布局，其特征在于：前掠翼和三角翼又分为外翼段和内翼段，前掠翼的外翼段可变动前掠角，三角翼外翼段为固定式。

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