CN103847964B - 一种可螺旋飞行的弧形翼飞行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可螺旋飞行的弧形翼飞行器，中央机身采用单弧形机翼、两侧为直机翼，弧形机翼和直机翼在横向为直飞翼布局；具有螺旋旋翼飞行和直翼飞行两种飞行模式，飞行过程可操纵，可短距起降。在起降过程中，通过两台涵道式发动机的推力差动，完成螺旋式滑跑飞行动作，实现短距离起降；飞行器也具有正常的固定翼滑跑起降模式。飞行器在螺旋飞行时，将弧形机翼和直机翼整体视作单旋翼，绕其螺旋飞行轨迹的轴线旋转，提供飞行器可控飞行的升力。升降副翼用于飞行器起降的操纵，横航向飞行操纵依靠两组涵道式发动机的推力差动与升降副翼；通过弧形机翼和上反的直机翼来实现飞行器固有的纵向和横航向飞行模态的自稳定。

Description

一种可螺旋飞行的弧形翼飞行器

技术领域

本发明属于航空飞行器领域，具体地说,涉及一种可螺旋飞行的弧形翼飞行器。

背景技术

飞机设计专家和研究人员一直在尝试设计一种能够短距离或垂直起降的飞行器。目前在实际的应用中，比较成熟的可短距离或垂直起降的飞行器有类似F-35B型“闪电Ⅱ”的喷气式战斗机，类似UH-60“黑鹰”的旋翼直升机以及像V-22“鱼鹰”这样的倾转旋翼飞机。但是F-35B型飞机为常规布局，主要利用升力风扇和尾部矢量喷管，二者组合产生向上的升力实现短距离或垂直起降，但这种实现方法耗油量较大，对发动机要求很高，短距离或垂直起降时飞机载荷有限，航程和续航时间较短；旋翼直升机通过发动机驱动旋翼提供升力，实现短距离或垂直起降，其缺点是振动和噪声较高，维护检修工作量较大、使用成本较高，速度较低，航程较短。倾转旋翼飞机利用机翼两端的可倾转旋翼实现垂直起降，前飞时旋翼向前倾转成为螺旋桨提供飞机前飞拉力，该类飞行器机械传动系统复杂，结构复杂度高，导致安全性和维护性不佳，旋翼倾转过渡过程控制难度较高，动力稳定性差，而且，旋翼与机翼之间的气动干扰非常严重。

在现有技术中，动力伞作为一种简易的个人飞行器，其在飞行过程中的螺旋下降段，可视作为一种短距盘旋降落方式；同时，由于动力伞外形的弧形翼特征，使其具有良好的自稳定性。但由于动力伞为软翼结构，飞行过程需要有翼伞拉直、充气、转换吊挂等繁琐过程，对飞行环境的风场要求高，同时也无法螺旋式起飞。因此需要对动力伞这样的弧形翼构型进行进一步的研究，设计一款新式布局的弧形固定翼飞行器，使其满足螺旋飞行起降的要求。

发明内容

为避免现有技术存在的不足,本发明提出一种可螺旋飞行的弧形翼飞行器，其具有螺旋旋翼飞行和直翼飞行两种飞行模式，且飞行过程可操纵，可短距起降。在起降过程中，通过两台涵道式发动机的推力差动，完成螺旋式滑跑飞行动作，实现短距离起降。在螺旋飞行时，将整个直飞翼视作单旋翼，绕其螺旋飞行轨迹的轴线旋转，提供飞行器可控飞行所需的升力；通过中央弧形机翼和两侧上反的直机翼来实现飞行器固有的纵向和横航向飞行模态的自稳定。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括弧形机翼、动力系统、直机翼、升降副翼，中央机身采用单弧形机翼、两侧为直机翼，弧形机翼和直机翼在横向为直飞翼布局，弧形机翼外形轮廓引导线为一段左右对称的半椭圆弧线形成机身，直机翼为等弦长矩形直翼，在直机翼的后缘安装有升降副翼，两组动力系统对称安装在弧形机翼的两侧翼梢部位，直机翼对称固定在两组动力系统的外侧，飞行器展弦比为9～25；直机翼的上反角为20°～30°；弧形机翼翼展长与全机展长之比为50%～70%。

所述弧形机翼的半椭圆弧线，其短轴与长轴之比为15%～25%。

所述动力系统采用两组涵道式风扇发动机。

有益效果

本发明提出的一种可螺旋飞行的弧形翼飞行器，中央机身采用单弧形机翼、两侧为直机翼，弧形机翼和直机翼在横向为直飞翼布局；其具有螺旋旋翼飞行和直翼飞行两种飞行模式，且飞行过程可操纵，可短距起降。在起降过程中，通过动力系统的两组涵道式发动机的推力差动，完成螺旋式滑跑飞行的动作，实现短距离起降。同时该飞行器也具有正常的固定翼滑跑起降模式。

可螺旋飞行的弧形翼飞行器，在螺旋飞行时，可将整个直飞翼，即弧形翼和外侧直机翼视作单旋翼，绕其螺旋飞行轨迹的轴线旋转，能够提供飞行器可控飞行所需的升力。安装升降副翼主要用于起降的操纵，横航向飞行操纵依靠动力系统的两组涵道式发动机的动力差动与升降副翼；通过中央弧形翼和上反的外侧直机翼来实现飞行器固有的纵向和横航向飞行模态的自稳定。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种可螺旋飞行的弧形翼飞行器作进一步的详细说明。

图1为本发明可螺旋飞行的弧形翼飞行器结构示意图。

图2为本发明可螺旋飞行的弧形翼飞行器主视图。

图3为本发明可螺旋飞行的弧形翼飞行器俯视图。

图4为本发明可螺旋飞行的弧形翼飞行器侧向视图。

图中:

1.弧形机翼2.动力系统3.直机翼4.升降副翼

具体实施方式

本实施例为一种可螺旋飞行的弧形翼飞行器。

参阅图1、图2、图3、图4，本实施例可螺旋飞行的弧形翼飞行器,由弧形机翼1、动力系统2、直机翼3、升降副翼4组成，中央机身采用单弧形机翼1、两侧为直机翼3，弧形机翼1和直机翼3在横向为直飞翼布局，弧形机翼1外形轮廓引导线为一段左右对称的半椭圆弧线形成机身，直机翼3为等弦长矩形直翼，在直机翼3的后缘安装有升降副翼4，弧形机翼1内部包含有燃油油箱、任务载荷和必要的飞行仪器设备。两组动力系统2对称安装在弧形机翼1的两侧翼梢部位，弧形机翼1两侧的翼梢与动力系统的涵道外表面相连接；两个直机翼3对称固定安装在两组动力系统2的外侧，直机翼3的翼根与动力系统2的涵道外表面相连接,其展弦比为9～25；直机翼3的上反角为20°～30°；弧形机翼1翼展长与全机展长之比为50%～70%。弧形机翼1外形轮廓引导线为一段左右对称的半椭圆弧线，其短轴与长轴之比为15%～25%。

弧形翼飞行器在螺旋飞行时，将弧形机翼1和直机翼3作为整体视作单旋翼，绕其螺旋飞行轨迹的轴线旋转，提供飞行器可控飞行所需的升力。

可螺旋飞行的弧形翼飞行器上安装升降副翼4用于起降的操纵，横航向飞行操纵依靠动力系统2的两组涵道式发动机的动力差动与升降副翼4；通过弧形机翼1和外侧上反的直机翼3,实现飞行器固有的纵向和横航向飞行模态的自稳定。

本实施例中,弧形翼飞行器的弧形机翼1和直机翼3在横向为直飞翼布局，弧形机翼1采用后缘反弯的E186翼型，确定弧形机翼1的外形轮廓引导线为一段左右对称的半椭圆弧线，其短轴与长轴之比为20%，翼面外形为翼型沿引导线放样形成。弧形机翼1的两侧翼梢与动力系统2的涵道外表面相连接。动力系统2为涵道式风扇发动机，涵道外形为E186翼型以动力系统2纵向中轴线为轴旋转360°而形成的旋转体。动力系统2的中心安装有转子，转子的前端固定安装有桨叶。直机翼3的翼根与动力系统2的涵道外表面相连接。升降副翼4安装在直机翼3后缘。

本实施例中,弧形翼飞行器两侧采用直机翼3上反的布局,采用这种布局，能够增加飞行器在飞行过程中的横航向稳定性，其飞行器的展弦比为10,外侧直机翼3的上反角为22.5°。在以上布局的飞行模式的飞行过程中，弧形机翼1作为主升力面提供升力，外侧两个直机翼3作为次升力面提供升力。飞行器的动力系统2提供飞行器前飞的动力；动力系统2采用两组涵道式风扇发动机。

本实施例可螺旋飞行的弧形翼飞行器,具有短距起降和正常起降两种起降模式:

短距起降模式:弧形翼飞行器起飞时，采用动力系统2的两组涵道式风扇发动机推力差动，盘旋滑跑的方式，绕滑跑圆心轴线做离心运动，使飞行器成螺旋状离地起飞并低速飞行。当达到飞行高度时，飞行器改出螺旋轨迹，动力系统2的两组涵道式风扇发动机采用相同的推力，使飞行器进入平飞状态。在这种状态下，飞行器通过动力系统2的两组涵道式风扇发动机的推力差动，实现横航向操纵；通过升降副翼4偏转，实现纵向操纵。通过弧形机翼1的自稳定性和直机翼3来实现纵向和横航向的稳定。飞行器降落时，与起飞状态类似，飞行器在空中利用动力系统2的两组涵道式风扇发动机的推力差动，盘旋下降，通过转弯控制消耗高度，最终减速到达地面，短距滑行后停车。

正常起降模式:飞行器采用一般固定翼飞机的起降方法。通过滑跑起飞，在空中飞行时同短距起降模式一样均为正常的平飞状态。降落时，通过下滑、拉平、平飞减速、飘落和地面减速滑跑着陆。

Claims (1)

1.一种可螺旋飞行的弧形翼飞行器,包括弧形机翼、直机翼，中央机身采用单弧形机翼、两侧为直机翼，弧形机翼和直机翼在横向为直飞翼布局，弧形机翼外形轮廓引导线为一段左右对称的半椭圆弧线形成机身，其特征在于:还包括动力系统、升降副翼，直机翼为等弦长矩形直翼，在直机翼的后缘安装有升降副翼，两组动力系统对称安装在弧形机翼的两侧翼梢部位，直机翼对称固定在两组动力系统的外侧，飞行器展弦比为9～25；直机翼的上反角为20°～30°；所述弧形机翼翼展长与全机展长之比为50％～70％，弧形机翼的半椭圆弧线，其短轴与长轴之比为15％～25％；所述动力系统采用两组涵道式风扇发动机。