CN103600835A - 一种仿生飞翼无人机的气动外形 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种仿生飞翼无人机的气动外形，其包括一体式的机体和设置于机体后端的螺旋桨，所述机体的外形为蝠鲼式外形，所述机体的后缘设置副翼，所述机体的两侧翼梢部设置有全动小翼。本发明所提供的气动外形继承了蝠鲼外形光滑的流线，具有良好的升阻特性和稳定性。另外本气动外形中由于设置了全动小翼，为一种新型的控制飞翼偏航的控制翼面，进一步保证了易于控制的优点。本发明提供的气动外形，具备结构简单，重量轻，气动布局简洁流畅、飞行性能好，隐身性能好等优点。

Description

一种仿生飞翼无人机的气动外形
技术领域
本发明属于航空技术领域，具体涉及一种仿生飞翼无人机的气动外形。
背景技术
飞翼布局是全无尾布局的一种，因其外形偏平，很难分辨出机身与机翼的分界面，如同一个巨大的机翼，固被称为飞翼布局。其实早在二战期，美国与德国就相继开始了这种布局的研究，但是最终限于这种布局本身所固有的问题，即飞行稳定性差，很难进行控制而最终放弃，而使这种气动布局重新获得生命力是飞控技术与推力矢量技术的发展。由于这两项技术的成熟应用，使得这种布局的固有问题有了现实可行的解决方案，因此在二十世纪年代开始，出现了目前为止最为成功的飞翼布局飞机，美国空军大名鼎鼎的黑色幽灵——B-2隐身轰炸机。目前飞翼布局是先进飞机广泛应用的布局形式，是近几年飞机气动布局研究的热点问题之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种仿生飞翼无人机的气动外形，该气动外形使无人机具备良好的升阻特性和纵横向稳定性，并且具备隐身性能好的优点。
为实现上述目的，本发明所采取的技术方案为：
一种仿生飞翼无人机的气动外形，其包括一体式的机体和设置于机体后端的螺旋桨，所述机体的外形为蝠鲼式外形，所述机体的后缘设置有副翼，所述机体的两侧翼梢部设置有全动小翼。
作为本发明进一步的改进，所述蝠鲼式外形为机体长度为1000mm±100mm，高度为300mm±50mm，翼展为2000mm±100mm，机翼面积0.8 m2±0.1 m2，前缘后掠角为55°±3°，全动小翼面积与机翼面积比为3.4%，展弦比为4.5±0.2。
作为本发明进一步的改进，所述全动小翼通过转轴设置于机体两侧，所述全动小翼上设置有小翼摇臂，所述机体两侧设置有电动舵机，所述小翼摇臂和电动舵机通过连杆连接，所述连杆通过螺栓与所述电动舵机连接，所述连杆与所述小翼摇臂活动连接。
与现有技术相比，本发明取得的有益效果为：
本发明利用了仿生学的原理，提出一种先进的飞翼布局无人机的气动外形，继承了蝠鲼外形光滑的流线。蝠鲼能在水中长时间的滑行，并且具有跃出水面的能力，说明其具有良好的升阻特性和稳定性，本发明所提供的气动外形继承了这些良好的特性，具有先进和实用性。另外本气动外形中由于设置了全动小翼，为一种新型的控制飞翼偏航的控制翼面，进一步保证了易于控制的优点。本发明提供的气动外形，具备结构简单，重量轻，气动布局简洁流畅、飞行性能好，隐身性能好等优点。
附图说明
图1 为本发明俯视示意图；
图2 为本发明主视示意图；
图3 为本发明侧视示意图；
图4 为本发明的全动小翼无偏转状态示意图；
图5 为本发明的全动小翼偏转状态示意图；
图6 为本发明升力特性曲线；
图7 为本发明阻力特性曲线；
图8 为本发明全动小翼机构示意图；
在附图中：1全动小翼、 2副翼 、3机体 、4螺旋桨 、5转轴、6小翼摇臂、7连杆、8连接螺栓、9电动舵机。
具体实施方式
下面将结合附图1-8对本发明进行进一步详细的说明。
如附图1-3所示，一种仿生飞翼无人机的气动外形，其包括一体式的机体3和设置于机体后端的螺旋桨4，所述机体3的外形为蝠鲼式外形，所述机体3的后缘对称设置有副翼2，所述机体3的两侧翼梢部设置有全动小翼1，所述全动小翼1通过旋转轴设置于机体3两侧。所述蝠鲼式外形为机体长度为1000mm±100mm，高度为300mm±50mm，翼展为2000mm±100mm，机翼面积0.8 m2±0.1 m2，前缘后掠角为55°±3°，全动小翼面积与机翼面积比为3.4%，展弦比为4.5±0.2。
在飞翼无人机直线飞行时，两侧全动小翼1无偏转（如附图4所示），当无人机进行飞行偏转时，使全动小翼1进行偏转（如附图5所示），可以控制飞翼无人机偏航。全动小翼1的偏转是由电动舵机9接收操纵信号，驱动连杆7，连杆7再驱动小翼摇臂6，从而带动全动小翼绕轴旋转一定的角度来实现的。
实施例1
如附图1-6所示，一种仿生飞翼无人机的气动外形，其包括一体式的机体3和设置于机体后端的螺旋桨4，所述机体3的外形为蝠鲼式外形，所述机体3的后缘对称设置有副翼2，所述机体3的两侧翼梢部设置有全动小翼1，所述全动小翼1通过转轴5设置于机体3两侧，所述全动小翼上设置有小翼摇臂6，所述机体3两侧设置有电动舵机9，所述小翼摇臂6和电动舵机9通过连杆7连接，所述连杆7通过连接螺栓8与所述电动舵机9连接，所述连杆7与所述小翼摇臂6活动连接。本实施例蝠鲼式外形为机体长度为1000mm，高度为300mm，翼展为2000mm，机翼面积0.8 m2，前缘后掠角为55°，全动小翼面积与机翼面积比为3.4%，展弦比为4.5。
如附图7和8所示，利用CFD计算软件计算其在低雷诺数下气动特性，计算雷诺数为30000～50000，具有良好的气动特性，其最大升阻比为7.16，失速迎角大，攻角为16°时仍没有失速现象发生。其纵向力矩静稳定裕度为2.5%～3.5%，基本能达到巡航飞行时的自配平设计要求。
本发明是基于以下原理实现的：
仿生学是指模仿生物建造技术装置的科学，它是在上世纪中期才出现的一门新的边缘科学。仿生学研究生物体的结构、功能和工作原理，并将这些原理移植于工程技术之中，发明性能优越的仪器、装置和机器，创造新技术。
蝠鲼被人们喊作魔鬼鱼，蝠鲼最具特色的一个习性就是它那“凌空出世”般的飞跃绝技！经科学家观察发现，蝠鲼在跃出海面前需要做一系列准备工作：在海中以旋转式的游姿上升，接近海面的同时，转速和游速不断加快，直至跃出水面，时而还会伴以漂亮的空翻。最高时，它能跳1.5～2米高，落水时发出砰的一声巨响，场面优美壮观。蝠鲼能在水中长时间的滑行，并且具有跃出水面的能力，说明其具有良好的升阻特性和稳定性。本发明所提出的气动外形即是参照蝠鲼的外形，根据仿生学的思想，经过优化后得到。经过仿生和优化后的无人机外形，继承了蝠鲼外形光滑的流线。另外，为了增加飞翼无人机气动外形的可控性，本发明在机体的翼梢部，装有两片翼梢全动小翼，该翼梢全动小翼可以绕轴转动，以提供飞机偏航所需的力矩，从而控制飞机的飞行姿态。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种仿生飞翼无人机的气动外形，其特征在于：其包括一体式的机体(3)和设置于机体（3）后端的螺旋桨(4)，所述机体(3)的外形为蝠鲼式外形，所述机体(3)的后缘设置有副翼(2)，所述机体(3)的两侧翼梢部设置有全动小翼(1)。
2.根据权利要求1所述的一种仿生飞翼无人机的气动外形，其特征在于：所述蝠鲼式外形为机体长度为1000mm±100mm，高度为300mm±50mm，翼展为2000mm±100mm，机翼面积0.8 m2±0.1 m2，前缘后掠角为55°±3°，全动小翼（1）面积与机翼面积比为3.4%，展弦比为4.5±0.2。
3.根据权利要求1或2所述的一种仿生飞翼无人机的气动外形，其特征在于：所述全动小翼(1)通过转轴(5)设置于机体(3)两侧，所述全动小翼（3）上设置有小翼摇臂(6)，所述机体(3)两侧设置有电动舵机(9)，所述小翼摇臂(6)和电动舵机(9)通过连杆(7)连接，所述连杆(7)通过连接螺栓(8)与所述电动舵机(9)连接，所述连杆(7)与所述小翼摇臂(6)活动连接。
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