CN102616371A - 一种实施鸭翼展向活塞式射流间接涡控技术的方法与装置 - Google Patents

一种实施鸭翼展向活塞式射流间接涡控技术的方法与装置 Download PDF

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Abstract

目前，第四代战斗机大都采用鸭式布局。鸭式布局飞行器相对于正常布局飞行器有很多优点，但是其缺点同样明显，尤其是鸭翼在大迎角下易失速，而且最大升力系数小于正常布局。为了改善鸭式布局的性能，本发明采用在鸭翼上展向吹气的技术，通过射流直接控制鸭翼涡以延缓其破裂，同时巧妙的利用鸭翼涡和主翼涡的相互干扰提高全机的升力系数，提升其气动性能。本发明同时采用目前较为成熟的活塞式零质量射流激励器，整个装置只需要能量输入，而不需要气源。通过这样一种装置，就可以实现对鸭翼无源的展向射流控制，利用鸭翼涡和主翼涡的相互干扰，改善了其飞行品质，控制效率远高于传统的主翼直接展向吹气控制。

Description

一种实施鸭翼展向活塞式射流间接涡控技术的方法与装置
技术领域
本发明涉及一种飞机气动布局中的鸭式布局飞机鸭翼旋涡涡控制方法和装置，更特别地说，是指一种近距耦合鸭式布局飞机鸭翼旋涡涡控制方法和装置。本发明在近距耦合鸭式布局飞机上通过鸭翼上表面沿前缘方向使用活塞式射流控制鸭翼产生的鸭翼前缘旋涡，利用鸭翼前缘旋涡间接控制主翼产生的主翼前缘旋涡，达到提高鸭式布局飞机布局升力，增大鸭式布局飞机失速迎角的作用。
背景技术
在飞机气动布局中，鸭式布局飞机是相对常规布局飞机而言的，通常认为在飞机主翼之前带有鸭翼，而且在飞机主翼之后无平尾的称为鸭式布局飞机。若鸭翼纵向位置距主翼较近，鸭翼兼有操纵面及气动增升部件双重功能，这种布局的飞机称为近距耦合鸭式布局飞机。在近距耦合鸭式布局飞机中，由于鸭翼距主翼较近以致鸭翼流场与主翼流场产生干扰耦合，即鸭翼前缘涡和主翼前缘涡的有利干扰，延迟了主翼前缘涡的破裂，提高了布局的升力系数和失速迎角，从而改善了主翼大迎角气动性能。
为了提高近距耦合鸭式布局飞机的最大升力系数、增大布局的失速迎角，考虑到鸭翼涡拖出后对其后的气动部件会产生明显的影响，对鸭翼涡实施旋涡控制便成为一种自然的考虑。按照旋涡控制方式可分为被动旋涡控制和主动旋涡控制两种。被动控制技术主要是通过固定几何形状的部件作为流动的控制手段，没有能量的注入，控制方式不能随流动条件的改变而变化。如飞机导流片、缝翼、挂架涡发生器、边条、固定鸭翼等。主动控制技术则是通常采用可改变的构型或有能量注入的方式来实现对流动的控制，因而可以随流动条件的改变而调整控制策略，一般这种控制方式结构并不复杂，对飞机构型无限制，成本又不高，灵活多变，适应性强，并且对飞机隐身有利，适合在飞机设计、改型时考虑使用，是可以与气动布局研究并驾齐驱的另一种途径。
使用主翼面展向吹气旋涡控制技术能够有效的增强主翼前缘旋涡的强度，增大旋涡破裂迎角。但普通的主翼展向吹气需要从发动机大量引气，从而降低了发动机可用推力。这对战斗机使用是不能容忍的。使用鸭翼展向吹气旋涡控制技术，使用较小的吹气量来稳定鸭翼前缘涡，从而通过鸭翼前缘涡和主翼前缘涡的相互干扰产生间接涡控作用，达到增强主翼前缘涡强度并延迟主翼涡破裂的目的，从而能够实现提高鸭式布局飞机布局升力，增大失速迎角的作用。
使用零质量射流是一种非常有效而且经济的旋涡控制技术。图1所示的是这种零质量射流激励器的一种应用原理，通过一个具有一定体积的腔体，采用某种激励的方式，使其容积产生周期性变化，从而周期性地在出口孔(缝)处剪切分离向外喷射出非定常涡环。零质量射流的结构就是一列不断向外扩展的非定常涡环。零质量射流不需要额外的气源，其输气管道也比较简单，从而避免了传统的从发动机引气的带来的结构变复杂和发动机推力下降的问题。关于零质量射流的控制效果，本发明人在《近耦合鸭式布局鸭翼展向零质量射流控制技术实验研究》一文中做出过解释和分析。
发明内容
本发明的目的是提供一种主动间接涡控技术来提高鸭式布局飞机升力和增大失速迎角。
本发明的优点：较传统的主翼展向连续吹气涡控技术，本发明不需要从飞机发动机引气，具有能耗小，效率高，控制简单的优点。特别是在大迎角下，使用本发明能够有效的增加布局升力和失速迎角，起到了四两拨千斤的作用。
根据本发明的一个方面，提供了一种用于鸭式布局飞机的旋涡控制装置，其中，所述鸭式布局飞机包括：飞机头部、飞机尾部、对称安装在所述鸭式布局飞机的前部的右鸭翼和左鸭翼、对称安装在所述鸭式布局飞机的中后段的右主翼和左主翼、安装在所述飞机尾部上方的垂尾，
其特征在于包括：
安装在所述右鸭翼上方一定高度处的右鸭翼喷管；
安装在所述左鸭翼上方一定高度处的左鸭翼喷管。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于鸭式布局飞机的旋涡涡控制方法，其中，所述鸭式布局飞机包括：飞机头部、飞机尾部、对称安装在所述鸭式布局飞机的前部的右鸭翼和左鸭翼、对称安装在所述鸭式布局飞机的中后段的右主翼和左主翼、安装在所述飞机尾部上方的垂尾、安装在所述右鸭翼上方一定高度处的右鸭翼喷管、安装在所述左鸭翼上方一定高度处的左鸭翼喷管，
其特征在于包括：
右鸭翼喷管的喷口和左鸭翼喷管的喷口处产生周期性地吸入流体，然后射出高速的流体涡环——即零质量射流。
附图说明
图1是零质量射流激励器原理示意图。
图2是根据本发明的一个实施例的鸭式布局飞机旋涡涡控制方法和装置轴测图。
图3是根据本发明的一个实施例的鸭式布局飞机旋涡涡控制方法和装置喷口位置轴测图。
图4是根据本发明的一个实施例的鸭式布局飞机活塞式零质量射流激励器与鸭翼上的喷口的连接关系示意图。
附图标记：
1.飞机头部 2.右鸭翼喷口 3.左鸭翼喷口 4.右鸭翼
5.左鸭翼 6.右主翼 7.左主翼 8.垂尾
9.飞机尾部 10.右喷口射流方向 11.右鸭翼前缘 12.左喷口射流方向
13.左鸭翼前缘 14.零质量射流连接管 15.气缸 16.活塞
17.曲柄连杆 18.飞轮
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。
如图2、图3、图4所示的，是根据本发明的一个实施例的一种鸭式布局飞机旋涡涡控制方法和装置，其中，鸭式布局飞机的前部为飞机头部1；鸭式布局飞机的尾部为飞机尾部9；鸭式布局飞机的前部有对称安装的右鸭翼4和左鸭翼5；鸭式布局飞机的中后段有对称安装的右主翼6和左主翼7；鸭式布局飞机的尾部在飞机尾部9上方安装有垂尾8；鸭式布局飞机的右鸭翼喷管2安装在右鸭翼4上方一定高度处，右喷管出口射流方向10平行于右鸭翼前缘11；鸭式布局飞机的左鸭翼喷管3安装在左鸭翼5上方一定高度处，左喷管出口射流方向12，平行于左鸭翼前缘13；鸭式布局飞机的右鸭翼喷管2和左鸭翼喷管3通过零质量射流连接管14和安装在机身内部的汽缸15相连；汽缸15内的活塞16通过曲柄连杆17和飞轮18相连。
根据本发明的一个实施例的技术方案包括：在鸭式布局飞机的右鸭翼4和左鸭翼5上方，安装有出口内轴指向分别平行于右鸭翼前缘11和左鸭翼前缘13的右鸭翼喷管2和左鸭翼喷管3。
本发明所采用的技术方案是：在鸭式布局飞机的右鸭翼4上方，安装有出口内轴指向平行于右鸭翼前缘11的右鸭翼喷管2；在右鸭翼5上方，安装有出口内轴指向平行于左鸭翼前缘13的左鸭翼喷管3。
零质量射流产生过程是：由动力带动飞轮18转动，飞轮18带动曲柄连杆17，曲柄连杆17带动活塞16在汽缸15内做往复运动；汽缸15通过零质量射流连接管14与右鸭翼喷口2和左鸭翼喷口3相连，使得空气能够从喷口处进出汽缸15，从而产生周期性吸入、射出的高速的流体涡环——即零质量射流。
通过使用活塞式零质量射流激励器，在鸭翼翼面上方的右鸭翼喷口2和左鸭翼喷口3处产生周期性地吸入流体，然后射出高速的流体涡环——即零质量射流。这种射出的高速涡环能够增强鸭翼前缘涡的强度，增加鸭翼前缘旋涡破裂时鸭式布局的迎角。利用鸭翼前缘旋涡和主翼前缘旋涡的有利干扰，产生间接旋涡涡控制作用，达到增强主翼前缘旋涡的强度并延迟主翼前缘旋涡破裂的目的，从而能够实现提高鸭式布局飞机布局升力，增大失速迎角的作用。
使用这种增加鸭式布局飞机升力和可用迎角的旋涡涡控制方法和装置，能够使得鸭式布局飞机在小表速大迎角下，获得更大的布局升力和失速迎角。
相关参数使用范围：
根据本发明的一个具体实施例，零质量射流激励器工作频率F在25～35Hz最佳；射流吹气半周期内，平均射流速度为自由来流速度2～3倍；喷射管内径无量纲系数为0.001最佳，其中D为喷射出口内径，Sc为鸭翼面积。喷射管出口距离鸭翼翼面高度为喷射管直径的1～2倍最佳；喷射管在鸭翼面上的弦向位置在0.2～0.3根弦长处最佳；喷射管在鸭翼面上的展向位置在当地外露半展长的一半处最佳。
本发明可以应用于新型战斗机，小飞机和无人机上，可以有效增加战斗机机动性能。具有能耗小，效率高，控制简单的优点。

Claims (8)

1.一种用于鸭式布局飞机的旋涡控制装置，其中，所述鸭式布局飞机包括：
飞机头部(1)；
飞机尾部(9)；
对称安装在所述鸭式布局飞机的前部的右鸭翼(4)和左鸭翼(5)；
对称安装在所述鸭式布局飞机的中后段的右主翼(6)和左主翼(7)；
安装在所述飞机尾部(9)上方的垂尾(8)，
其特征在于包括：
安装在所述右鸭翼(4)上方一定高度处的右鸭翼喷管(2)；
安装在所述左鸭翼(5)上方一定高度处的左鸭翼喷管(3)。
2.根据权利要求1的旋涡涡控制装置，其特征在于：
所述右鸭翼喷管(2)和左鸭翼喷管(3)通过零质量射流连接管(14)和安装在机身内部的汽缸(15)相连。
3.根据权利要求2的旋涡涡控制装置，其特征在于：
右喷管出口射流方向(10)平行于右鸭翼前缘(11)；左鸭翼喷管3的出口射流方向(12)平行于左鸭翼前缘(13)；汽缸(15)内的活塞(16)通过曲柄连杆(17)和飞轮(18)相连。
4.根据权利要求3的旋涡涡控制装置，其特征在于进一步包括：
汽缸(15)，其通过零质量射流连接管(14)与右鸭翼喷管(2)和左鸭翼喷管(3)相连，
飞轮(18)，
曲柄连杆(17)，其连接飞轮(18)和汽缸(15)的活塞(16)，
其中
由动力带动飞轮(18)转动，飞轮(18)带动曲柄连杆(17)，曲柄连杆(17)带动活塞(16)在汽缸(15)内做往复运动；从而使得空气能够从喷口处进出汽缸(15)，从而产生周期性吸入、射出的高速的流体涡环——即零质量射流。
5.一种用于鸭式布局飞机的旋涡涡控制方法，其中，所述鸭式布局飞机包括：
飞机头部(1)；
飞机尾部(9)；
对称安装在所述鸭式布局飞机的前部的右鸭翼(4)和左鸭翼(5)；
对称安装在所述鸭式布局飞机的中后段的右主翼(6)和左主翼(7)；
安装在所述飞机尾部(9)上方的垂尾(8)，
安装在所述右鸭翼(4)上方一定高度处的右鸭翼喷管(2)；
安装在所述左鸭翼(5)上方一定高度处的左鸭翼喷管(3)，
其特征在于包括：
右鸭翼喷管(2)的喷口和左鸭翼喷管(3)的喷口处产生周期性地吸入流体，然后射出高速的流体涡环——即零质量射流。
6.根据权利要求5的旋涡涡控制方法，其特征在于：
所述右鸭翼喷管(2)和左鸭翼喷管(3通过零质量射流连接管(14和安装在机身内部的汽缸(15)相连。
7.根据权利要求6的旋涡涡控制方法，其特征在于：
右喷管出口射流方向(10)平行于右鸭翼前缘(11)；左鸭翼喷管(3)的出口射流方向(12)平行于左鸭翼前缘(13)；汽缸(15)内的活塞(16)通过曲柄连杆(17)和飞轮(18)相连。
8.根据权利要求7的旋涡涡控制方法，其特征在于：
汽缸(15)，其通过零质量射流连接管(14)与右鸭翼喷管(2)和左鸭翼喷管(3)相连，
飞轮(18)，
曲柄连杆(17)，其连接飞轮(18)和汽缸(15)的活塞(16)，
其中所述方法进一步包括：
由动力带动飞轮(18)转动，
以飞轮(18)带动曲柄连杆17)，
以曲柄连杆(17)带动活塞(16)在汽缸(15)内做往复运动，从而使得空气能够从喷口处进出汽缸(15)，从而产生周期性吸入、射出的高速的流体涡环——即零质量射流。
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