CN105173061B - 一种超音速飞机布局的飞机 - Google Patents

Abstract

一种超音速飞机布局的飞机，涉及飞机气动布局设计技术领域，机身两侧对称设置有机翼，机身的尾部对称设置有尾翼，尾翼上设置有方向舵，机身上设置有发动机，机身的头部为尖状；机翼为双自由度机翼，机翼通过球形铰链与机身连接，机翼上设置有机翼舵面；机翼舵面通过作动轴与所述机翼轴动连接；发动机为涡喷发动机，设置于所述机身的后部。本发明提供的超音速飞机布局的飞机采用双自由度机翼，实现了全机翼的可变后掠，可良好地兼顾低速、亚音速、超音速飞行。可根据飞机不同的飞行状态的需要，通过对机翼的双自由度控制，实现飞机的高效，安全控制，稳定性高、安全可靠。

Description

一种超音速飞机布局的飞机

技术领域

本发明涉及飞机气动布局设计技术领域，具体而言，涉及一种超音速飞机布局的飞机。

背景技术

对于飞机设计而言，超音速巡航具有速度快、节省时间的优点，而超音速巡航飞机往往需要飞机具有大后掠角；高亚音速飞行具有速度较快、航程远的优点，而高亚音速巡航飞机往往需要飞机具有小后掠角；此外，飞机在低速起降时后掠角越小，越有利于提高飞机的低速起降性能。为了兼顾超音速、高亚音速、低速起降等性能，出现了以B-1B和Tu-160飞机为代表的变后掠翼飞机，然而变后掠翼飞机存在以下不足：

一是受到变后掠形式的限制，机翼根部存在超过45％的机翼面积不可转动，这在很大程度上限制了变后掠翼所带来的气动力的收益；

二是目前的变后掠翼机翼只有一个自由度，需要普通尾翼。普通尾翼在进行飞机操纵时，存在如下不足，由于舵面面积有限，需要较大的舵偏角对飞机实现有效操纵，这时会产生较大的阻力，会降低气动效率，尤其是飞机速度较低时，飞机需要大迎角，此时垂尾的舵面上偏至最大，会产生较大的阻力。此外，飞机从亚音速加速至超音速时，平尾操纵舵面的效率会明显降低，甚至出现舵效不足的情况；

三是由于超音速飞机的飞行速域广，焦点位置变化范围大，因此目前现有的变后掠翼飞机为了实现不同速度下焦点与重心的匹配，对飞机的重心控制要求很高，给飞机重心控制带来较大困难。

现在亟需解决的技术问题是如何设计一种超音速飞机布局的飞机，该超音速飞机布局的飞机能够克服上述现有技术中的不足。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种结构合理的超音速飞机布局的飞机。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种超音速飞机布局的飞机，包括机身，机翼、垂尾、方向舵，其中，机身两侧对称设置有机翼，机身的尾部对称设置有垂尾，垂尾上设置有方向舵，机身上设置有发动机，机身的头部为尖状；机翼为双自由度机翼，机翼通过球形铰链与所述机身连接，机翼上设置有机翼舵面；机翼舵面通过作动轴与机翼轴动连接；发动机为涡喷发动机，设置于机身的后部。

上述方案中优选的是，机翼设置有机翼大梁，球形铰链设置有球形铰链转轴，机翼大梁一端设置有套环，套环的内径尺寸与球形铰链转轴的直径相等，机翼大梁套在球形铰链转轴上实现机翼大梁与球形铰链转轴轴动连接。通过球形铰链转轴与机翼大梁的连接，使机翼大梁可绕球形铰链转轴转动。

上述任一方案中优选的是，机翼大梁的套环的外侧中部沿套环周向设置有环形凹槽。在机翼大梁的套环上设置环形凹槽的目的是，可在凹槽内设置传动带，通过传动带来带动机翼大梁绕球形铰链转轴转动。

上述任一方案中优选的是，球形铰链转轴通过机体连接轴与机体加强框轴动连接，机体连接轴与球形铰链转轴的连接处设置有第一滚动轴承。

上述任一方案中优选的是，在机体连接轴上、与机体加强框连接处设置有第二滚动轴承，第一滚动轴承的轴线与第二滚动轴承的轴线垂直。第一滚动轴承与第二滚动轴承垂直设置的目的是使机翼可在多角度范围内进行转动。

上述任一方案中优选的是，机体连接轴与第二滚动轴承之间设置有第二止动垫圈。第二止动垫圈的作用是防止机体连接轴与第二滚动轴承产生相对位移。

上述任一方案中优选的是，机翼大梁的套环内侧设置有第一止动垫圈，第一止动垫圈置于机翼大梁的套环内侧与球形铰链转轴之间，防止机翼大梁的套环与第一滚动轴承产生相对位移。

上述任一方案中优选的是，机体连接轴上长度的中部、沿机体连接轴周向设置有齿轮，通过齿轮与动力驱动机构配合连接，实现对机体连接轴的驱动。

本发明所提供的超音速飞机布局的飞机的有益效果在于，采用双自由度机翼，实现了全机翼的可变后掠，可良好地兼顾低速、亚音速、超音速飞行。可根据飞机不同的飞行状态的需要，通过对机翼的双自由度控制，实现飞机的高效，安全控制，稳定性高、安全可靠。

附图说明

图1是按照本发明的超音速飞机布局的飞机的一优选实施例的示意简图，其中，超音速飞机布局的飞机处于低速起降飞行状态；

图2是按照本发明的超音速飞机布局的飞机的图1所示实施例机翼与机身连接的结构示意图；

图3是按照本发明的超音速飞机布局的飞机的图1所示实施例的机翼与机身连接结构爆炸图；

图4是按照本发明的超音速飞机布局的飞机的图1所示实施例机翼与机身连接的剖面结构示意图；

图5是按照本发明的超音速飞机布局的飞机的图1所示实施例亚音速巡航状态的示意图；

图6是按照本发明的超音速飞机布局的飞机的图1所示实施例超音速飞行状态的示意图；

图7是按照本发明的超音速飞机布局的飞机的图1所示实施例大迎角状态的示意图；

图8是按照本发明的超音速飞机布局的飞机的图1所示实施例负迎角状态的示意图。

附图标记：

1-机翼、2-机翼舵面、3-球形铰链、4-机身、5-发动机、6-垂尾、7-方向舵、8-机翼大梁、9-第一止动垫圈、10-球形铰链转轴、11-第一滚动轴承、12-机体连接轴、13-第二止动垫圈、14-第二滚动轴承、15-机体加强框。

具体实施方式

为了更好地理解按照本发明方案的超音速飞机布局的飞机，下面结合附图(图1-图8)对本发明的超音速飞机布局的飞机的一优选实施例作进一步阐述说明。

如图1-8所示，本发明提供的超音速飞机布局的飞机包括机身4，机翼1、垂尾6、方向舵7，其中，机身4两侧对称设置有机翼1，机身4的尾部对称设置有垂尾6，垂尾6上设置有方向舵7，机身4上设置有发动机5，机身4的头部为尖状；机翼1为双自由度机翼，机翼1通过球形铰链3与机身4连接，机翼1上设置有机翼舵面2；机翼舵面2通过作动轴与机翼1轴动连接；发动机5为涡喷发动机，设置于所述机身4的后部。机翼1设置有机翼大梁8，球形铰链3设置有球形铰链转轴10，机翼大梁8一端设置有套环，套环的内径尺寸与球形铰链转轴10的直径相等，机翼大梁8套在球形铰链转轴10上实现机翼大梁8与球形铰链转轴10轴动连接。机翼大梁8的套环的外侧中部沿套环周向设置有环形凹槽。

球形铰链转轴10通过机体连接轴12与机体加强框15轴动连接，机体连接轴12与球形铰链转轴10的连接处设置有第一滚动轴承11。在机体连接轴12上、与机体加强框15连接处设置有第二滚动轴承14，第一滚动轴承11与第二滚动轴承14垂直。机体连接轴12与第二滚动轴承14之间设置有第二止动垫圈13。

机翼大梁8的套环内侧设置有第一止动垫圈9，第一止动垫圈9置于所述机翼大梁8的套环内侧与球形铰链转轴10之间。机体连接轴12上长度的中部、沿机体连接轴12周向设置有齿轮，通过齿轮与动力驱动机构配合连接，实现对机体连接轴12的驱动。

本发明提供的超音速飞机布局的飞机的机身4采用尖状的前缘，可超音速飞行，减少气流的阻力。垂尾6采用大后掠角的形式安装于机身4的尾部，垂尾6采用大后掠角的目的是减少垂尾6产生的较强的激波，影响本发明提供的超音速飞机布局的飞机的飞行。在垂尾6上设置有方向舵7，方向舵7用于实现对本发明的超音速飞机布局的飞机的航向的操纵。在本发明提供的超音速飞机布局的飞机的机身4的中后部设置有涡喷发动机5，涡喷发动机5高速性能要优于涡扇，特别是高空高速性能，本发明提供的超音速飞机布局的飞机需要进行高速飞行，而涡喷发动机5的高空高速性能正符合本发明提供的超音速飞机布局的飞机高空高速飞行的需求。

本发明提供的超音速飞机布局的飞机的机翼1采用双自由度的机翼，机翼1不仅可以沿机身方向转动，并且可绕机翼大梁8轴向转动，实现机翼的双自由度转动。机翼1与机身4连接处设置有球形铰链3，用于连接机翼1与机身4，球形铰链3使机翼1在转动的过程中既能保持机身4的气密性，又可以使机翼1以球形铰链3为定点多角度转动，以适应本发明提供的超音速飞机布局的飞机的不同的飞行状态。

机体连接轴12与球形铰链转轴10的连接处设置有第一滚动轴承11。在机体连接轴12上、与机体加强框15连接处设置有第二滚动轴承14，第一滚动轴承11与第二滚动轴承14垂直。通过该种形式设置的机翼大梁8与机体连接轴12使机翼1通过机翼大梁8与机体连接轴12的组合可在多角度转动。

机体连接轴12通过第二滚动轴承14与基体加强框15轴动连接，机体连接轴12在第二滚动轴承14内转动，机体连接轴12与第二滚动轴承14之间设置有第二止动垫圈13，防止机体连接轴12与第二滚动轴承14之间产生相对滑动，导致机翼1调节的不准确，对本发明提供的超音速飞机布局的飞机的飞行造成影响。同理，在机翼大梁8与球形铰链转轴10之间设置有第一止动垫圈9，避免机翼大梁8与球形铰链转轴10之间产生相对位移，对机翼1的调节不准确。

在具体的使用过程中，某型本发明提供的超音速飞机布局的飞机，包括机翼舵面2、球形铰链3，机身4、涡喷发动机5、垂尾6、方向舵7、四副双自由度的机翼1。机身4采用较尖的前缘形式，可超音速飞行；垂尾6安装于机身尾部，采用较大后掠角45°-50°；涡喷发动机5安装于机身后部；方向舵7用于实现对飞机的航向操纵。双自由度机翼1采用大展弦比的梯形形式，并通过球形铰链3与机身连接；双自由度机翼1可通过球形铰链3前后旋转。

当飞机在低速起降时，可通过球形铰链3旋转将机翼1后掠角调至0°-5°，后掠角越小，越有利于提高飞机的最大升力系数，提高飞机起降性能；当飞机在高亚音速巡航时，可通过球形铰链3旋转将机翼1后掠角调至20°-30°，小后掠角有利于降低阻力，提高飞机巡航升阻比，增加航程；当飞机在超音速飞行时，可通过球形铰链3将机翼1后掠角调至90-arcsin(1/M)+4°(其中M为马赫数)，该角度可使得飞机在超音速飞行时，机翼1前缘处于马赫锥后，保持亚音速前缘，降低激波阻力，提高超音速飞行升阻比。

双自由度的机翼1可通过球形铰链3俯仰旋转，双自由度机翼1均可分别调节其迎角。当飞机需要实现俯仰操纵时，可通过改变前机翼迎角或改变后机翼的迎角实现飞机俯仰操纵。在飞机亚音速巡航或超音速飞行时，可同时调节机翼1的迎角，使飞机机身保持顺气流方向，减小阻力。当飞机在不同飞行速度变化时，可通过机翼1迎角的调节，实现升力分配，使得飞机处于最佳飞行状态。机翼舵面2主要在飞机起降时起到增升的作用，并可以作为滚转操纵舵面。

本发明提供的超音速飞机布局的飞机由于机翼1采用机翼根部旋转方式，且具有双自由度，与现有兼顾低速起降、亚音速巡航、超音速飞行的飞机相比具体有以下优势：全机翼1可变后掠，可大幅提高变后掠所带来的气动力收益；与现有变后掠翼相比，增大了飞机重心范围，对飞机重心的控制要求大幅度降低；双自由度机翼的后掠角与自身迎角可同步调节，可以根据飞机不同飞行状态的需要，将飞机调整至最佳飞行状态，提高全剖面飞行效率，保证各个阶段的飞行安全。

以上结合本发明的超音速飞机布局的飞机具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改均属于本发明的技术范围，还需要说明的是，按照本发明的超音速飞机布局的飞机技术方案的范畴包括上述各部分之间的任意组合。

Claims (7)

1.一种超音速飞机布局的飞机，包括机身(4)，机翼(1)、垂尾(6)、方向舵(7)，其中，机身(4)两侧对称设置有机翼(1)，机身(4)的尾部对称设置有垂尾(6)，垂尾(6)上设置有方向舵(7)，机身(4)上设置有发动机(5)，其特征在于，所述机身(4)的头部为尖状；所述机翼(1)为双自由度机翼，所述机翼(1)通过球形铰链(3)与所述机身(4)连接，所述机翼(1)上设置有机翼舵面(2)；机翼舵面(2)通过作动轴与所述机翼(1)轴动连接；发动机(5)为涡喷发动机，设置于所述机身(4)的后部；

所述机翼(1)设置有机翼大梁(8)，球形铰链(3)设置有球形铰链转轴(10)，机翼大梁(8)一端设置有套环，套环的内径尺寸与球形铰链转轴(10)的直径相等，机翼大梁(8)套在球形铰链转轴(10)上实现机翼大梁(8)与球形铰链转轴(10)轴动连接。

2.如权利要求1所述的超音速飞机布局的飞机，其特征在于：所述机翼大梁(8)的套环的外侧中部沿套环周向设置有环形凹槽。

3.如权利要求1所述的超音速飞机布局的飞机，其特征在于：所述球形铰链转轴(10)通过机体连接轴(12)与机体加强框(15)轴动连接，机体连接轴(12)与所述球形铰链转轴(10)的连接处设置有第一滚动轴承(11)。

4.如权利要求3所述的超音速飞机布局的飞机，其特征在于：在所述机体连接轴(12)上、与机体加强框(15)连接处设置有第二滚动轴承(14)，第一滚动轴承(11)的轴线与第二滚动轴承(14)的轴线垂直。

5.如权利要求4所述的超音速飞机布局的飞机，其特征在于：所述机体连接轴(12)与所述第二滚动轴承(14)之间设置有第二止动垫圈(13)。

6.如权利要求1所述的超音速飞机布局的飞机，其特征在于：所述机翼大梁(8)的套环内侧设置有第一止动垫圈(9)，第一止动垫圈(9)置于所述机翼大梁(8)的套环内侧与球形铰链转轴(10)之间。

7.如权利要求4所述的超音速飞机布局的飞机，其特征在于：所述机体连接轴(12)上长度的中部、沿所述机体连接轴(12)周向设置有齿轮，通过齿轮与动力驱动机构配合连接，实现对所述机体连接轴(12)的驱动。