CN106081063A - 水平转动菱形机翼超音速飞机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水平转动菱形机翼超音速飞机，飞机的机翼平面形状为菱形，具有单独的机身和尾翼，菱形的机翼能相对机身水平转动，使本水平转动菱形机翼超音速飞机能够在起降时获得大的升力系数，在超音速飞行时能够获得较小的阻力，能够兼顾低速起降和超音速巡航；无论在起降状态还是超音速巡航状态，飞机都能实现横向平衡；无论在起降状态还是超音速巡航状态，机翼的焦点前后移动距离小，尾翼配平阻力小；机翼的转轴较轻，并且只有一个，这减小了飞机的自重；飞机有尾翼，能实现纵向和航向上的稳定性和操纵性。

Description

水平转动菱形机翼超音速飞机

技术领域

本发明涉及一种超音速飞机，特别涉及一种水平转动菱形机翼超音速飞机。

背景技术

2012年9月，美国迈阿密大学工程学院推出一种“忍者飞镖”飞机，这种飞机平面形状类似菱形，有一对长的尖角和一对短的尖角，机翼中心处有喷气式发动机，这种飞机在滑跑起降时，将一对长的尖角作为机翼，使得机翼有较大展弦比，飞机能以较小的速度起降，飞机起飞后需要进行超音速飞行时，机翼相对喷气式发动机水平转动，将一对短的尖角作为机翼，机翼有较小展弦比，阻力较小，飞机能够超音速飞行，但这种飞机是一种飞翼设计，没有单独的机身，也没有尾翼，难以实现纵向和航向的稳定性和操纵性，并且“忍者飞镖”飞机的喷气式发动机位于菱形的飞翼的中心处，中部机身臃肿，造成飞机的跨音速面积率不佳。

美国宇航局在20世纪70年代推出了AD-1斜翼机，这种飞机的机翼能通过机翼中心处的转轴相对于机身水平转动，飞机起飞时，机翼与机身纵轴线相垂直，机翼为平直翼，有较大展弦比，能够以较低的速度起飞，飞到空中后，机翼水平转动到相对于机身斜掠的角度，机翼一半前掠，一半后掠，这样飞机能够高亚音速飞行，但这种飞机不能超音速飞行。

已有的空中发射的巡航导弹，弹翼中心处具有转轴，载机挂载时，弹翼处于折叠状态，与弹体纵轴线相平行，载机挂载飞行时阻力小，空中巡航导弹发射后，弹翼水平转动打开与弹体纵轴线相垂直，为小展弦比梯形翼，能产生气动升力维持巡航导弹飞行，但这种弹翼的设计只是为了载机挂载时减小阻力和体积，并不是为了兼顾低速起降与超音速巡航的需要。

已有的变后掠翼飞机，机翼的根部具有转轴，能够在平直和后掠的角度间转动，以适应滑跑起降，亚音速飞行和超音速飞行的各种飞行状态，但这种飞机的两侧机翼都向后转动，在超音速状态，大后掠的机翼使得飞机的焦点后移太多，造成了飞机大的配平阻力，对飞机超音速飞行不利，并且转轴在机翼根部，机翼的自重和气动力使得转轴承受了较大负荷，造成转轴较重，另外由于两侧机翼都有转轴，两个转轴使得重量更大。

发明内容

本发明的目的就是提供一种水平转动菱形机翼超音速飞机，本水平转动菱形机翼超音速飞机的机翼平面形状为菱形，具有单独的机身和尾翼，菱形的机翼能相对机身水平转动，使飞机能够兼顾低速起降和超音速巡航。

本水平转动菱形机翼超音速飞机，包括细长的机身、机翼，机身两侧设置有边条，机身中后部设置有喷气式发动机，机身尾部设置有由安定面和舵面组成的蝶形尾翼，机翼平面形状为菱形，菱形的机翼比较狭长，使长对角线的长度远大于短对角线，机翼的长对角线和短对角线的相交处及机翼中心处设置有转轴，转轴相对于水平姿态的机翼为垂直设置，机翼通过转轴连接在机身中部偏后的位置，使机翼能通过中心处的转轴相对于机身水平转动，飞机需要起降时，菱形的机翼水平转动到长对角线与机身纵轴线相垂直的角度，机翼有较大展弦比，并且以长对角线所在的机翼对称平面为界线，机翼的纵向剖面前后对称，机翼有较大相对厚度，有较大升力系数，飞机能以较低的速度起降；飞机需要超音速时，菱形的机翼水平转动到短对角线与机身纵轴线相垂直的角度，机翼有较小展弦比，并且以短对角线所在的机翼对称平面为界线，机翼的纵向剖面前后对称，机翼相对厚度较小，阻力较小，使飞机能够超音速飞行。

由于机翼平面形状为菱形，比较狭长，使得长对角线的长度远大于短对角线，并且菱形的机翼能通过中心处的转轴相对于机身水平转动，当飞机需要起降及亚音速飞行时，菱形的机翼水平转动到长对角线与机身纵轴线相垂直的角度，机翼表现为梯形翼，展弦比较大，相对厚度较大，所以机翼升力系数和升阻比较大，飞机能够以较低的速度起降以及经济地进行亚音速飞行；当飞机需要超音速飞行时，菱形的机翼水平转动到短对角线与机身纵轴线相垂直的角度，使得机翼的展弦比较小，前缘大角度后掠，后缘大角度前掠，机翼相对厚度较小，而且使得飞机从机头到机尾面积分布合理，阻力较小，使飞机能够实现超音速飞行；当菱形的机翼水平转动到长对角线与机身纵轴线相垂直的角度时，以长对角线所在的机翼对称平面为界线，机翼的纵向剖面前后对称，当菱形的机翼水平转动到短对角线与机身纵轴线相垂直的角度，以短对角线所在的机翼对称平面为界线，机翼的纵向剖面前后对称，所以无论机翼相对机身水平转动到什么角度，飞机都能实现横向平衡；由于转轴在菱形的机翼的中心处，当机翼水平转动，使飞机实现低速起降和超音速巡航的不同状态时，机翼的焦点前后移动距离小，这相应减小了尾翼的配平阻力。由于转轴在机翼的中心处，转轴前后的机翼的重量和气动载荷平衡，转轴的负荷较小，重量可以较轻，而且机翼的转轴只有一个，这减小了飞机的自重。飞机具有单独的机身，也具有尾翼，所以飞机能实现纵向和航向上的稳定性和操纵性。

本发明的有益效果：本水平转动菱形机翼超音速飞机能够在起降时获得大的升力系数，在超音速飞行时能够获得较小的阻力，能够兼顾低速起降和超音速巡航；无论在起降状态还是超音速巡航状态，飞机都能实现横向平衡；无论在起降状态还是超音速巡航状态，机翼的焦点前后移动距离小，尾翼配平阻力小；机翼的转轴较轻，并且只有一个，这减小了飞机的自重；飞机有尾翼，能实现纵向和航向上的稳定性和操纵性。

附图说明

图1为本发明水平转动菱形机翼超音速飞机亚音速状态前视立体图；

图2为本发明水平转动菱形机翼超音速飞机跨音速状态前视立体图；

图3为本发明水平转动菱形机翼超音速飞机超音速状态前视立体图；

图4为本发明水平转动菱形机翼超音速飞机超音速状态仰视立体图。

图中：1.机身；2.机翼；3.前缘襟翼；4.后缘襟副翼；5.高速副翼；6.边条；7.喷气式发动机；8.安定面；9.舵面；10.支撑块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的描述。

如图1、2、3，4所示，本发明水平转动菱形机翼超音速飞机，包括细长的机身1，机翼2，机身1两侧设置有边条6，机身1中后部设置有喷气式发动机7，机身1尾部设置有由安定面8和舵面9组成的蝶形尾翼，机翼2平面形状为菱形，菱形的机翼2比较狭长，使长对角线的长度远大于短对角线，机翼2的长对角线和短对角线的相交处及机翼2中心处设置有转轴，转轴相对于水平姿态的机翼2为垂直设置，机翼2通过转轴连接在机身1中部偏后的位置，使机翼2能通过中心处的转轴相对于机身1水平转动，飞机需要起降时，菱形的机翼2水平转动到长对角线与机身1纵轴线相垂直的角度，机翼2有较大展弦比，并且以长对角线所在的机翼对称平面为界线，机翼的纵向剖面前后对称，机翼有较大相对厚度，有较大升力系数，飞机能以较低的速度起降；飞机需要超音速时，菱形的机翼2水平转动到短对角线与机身1纵轴线相垂直的角度，机翼2有较小展弦比，并且以短对角线所在的机翼对称平面为界线，机翼的纵向剖面前后对称，机翼相对厚度较小，阻力较小，使飞机能够超音速飞行。

由于机翼2平面形状为菱形，比较狭长，使得长对角线的长度远大于短对角线，并且菱形的机翼2能通过中心处的转轴相对于机身1水平转动，当飞机需要起降及亚音速飞行时，菱形的机翼2水平转动到长对角线与机身1纵轴线相垂直的角度，机翼2表现为梯形翼，展弦比较大，相对厚度较大，所以机翼2升力系数和升阻比较大，飞机能够以较低的速度起降以及经济地进行亚音速飞行；当飞机需要超音速飞行时，菱形的机翼2水平转动到短对角线与机身1纵轴线相垂直的角度，机翼2的展弦比较小，前缘大角度后掠，后缘大角度前掠，机翼2相对厚度较小，所以阻力较小，飞机能够实现超音速飞行。当菱形的机翼2水平转动到长对角线与机身1纵轴线相垂直的角度时，以长对角线所在的机翼对称平面为界线，机翼2的纵向剖面前后对称，菱形的机翼2水平转动到短对角线与机身1纵轴线相垂直的角度，以短对角线所在的机翼对称平面为界线，机翼2的纵向剖面前后对称，所以无论机翼2相对机身1水平转动到什么角度，飞机都能实现横向平衡；由于转轴在菱形的机翼2的中心处，当机翼2水平转动，使飞机实现低速起降和超音速巡航的不同状态时，机翼2的焦点前后移距离小，这相应减小了尾翼的配平阻力。由于转轴在机翼2的中心处，转轴前后的机翼2的重量和气动载荷平衡，转轴的负荷较小，重量可以较轻，而且机翼2的转轴只有一个，这减小了飞机的自重。飞机具有单独的机身1，也具有尾翼，所以飞机能实现纵向和航向上的稳定性和操纵性。

如图1、2、3，4所示，所述机翼2为下单翼，机翼中心处的转轴设置在机翼2上翼面，机翼2通过转轴连接在机身1腹部。

由于机翼2为下单翼，机翼中心处的转轴设置在机翼2上翼面，机翼2通过转轴连接在机身1腹部，所以不影响机身1尾部上部两侧的由安定面和舵面构成的蝶形尾翼的设置；机翼2下翼面设置有主起落架及机轮，位置位于当机翼2水平转动到长对角线与机身1纵轴线相垂直的角度时，机翼2的长对角线相对于机头向后的一侧的两边，主起落架和机轮可以收起和放下，收起来存放的位置位于机翼2内。

如图1、2、3，4所示，所述机翼2水平转动到长对角线与机身1纵轴线相垂直的角度，机翼的纵向剖面为前后对称的不对称双凸翼型，机翼的前缘和后缘的半径较小；机翼2水平转动到短对角线与机身1纵轴线相垂直的角度，机翼的纵向剖面为前后对称的不对称双凸翼型，机翼的前缘和后缘的半径较小。

菱形的机翼2无论从横向还是纵向方向的剖视图来看都为前后对称的不对称双凸翼型，而且机翼的前缘和后缘的半径较小，这样可以兼顾低速的起降状态和超音速巡航状态的需要。

如图1、2、3，4所示，所述机翼2的四个角修圆。

机翼2的四个角修圆，这使得机翼2无论在起降的低速状态还是超音速巡航状态，都可以减小翼梢涡流的阻力，并提高临界颤振速度。

如图1、2、3，4所示，所述边条6为哥特式大边条，边条6从机身1中前部开始出现，与机身1互相融合，并向后一直延伸至机身1尾部，两个喷气式发动机7对称地设置在机身1中后部两侧，边条6的上翼面。

由于边条6为哥特式大边条，从机身1中前部开始出现，机翼2通过转轴连接在机身1中部偏后的位置，当机翼2转动到长对角线与机身1纵轴线相垂直的角度时，机翼2有较大展弦比，飞机处于低速的起降状态，有一定迎角，边条6会拖出边条涡，边条涡会流过后方的机翼2上翼面，并使机翼2内翼段产生涡升力，这能使飞机能以较低的速度起降；边条6从机身1中前部开始出现，与机身1互相融合，并向后一直延伸至机身1尾部，使得飞机的阻力较小，同时由于边条6为哥特式大边条，两个喷气式发动机7对称地设置在机身1中后部两侧，边条6的上翼面，使得两个喷气式发动机位于边条6拖出的边条涡的内侧，不致吸入边条涡，不影响喷气式发动机7工作；两个喷气式发动机7设置在机身1中后部，当机翼2水平转动到短对角线与机身1纵轴线相垂直的角度，飞机的跨音速面机率会更加合理，使飞机能够超音速飞行；由于两个喷气式发动机7对称地设置在机身1中后部两侧，边条6的上翼面，喷流噪音会被其下方的边条6反射到空中，减小了传到地面的噪音；在本实施例中，喷气式发动机7为小涵道比涡扇发动机。

如图1、2、3，4所示，所述机翼2水平转动到长对角线与机身1纵轴线相垂直的角度时，机翼2的前缘襟翼3和后缘襟副翼4在边条6外侧，能够自如偏转；机翼2水平转动到短对角线与机身1纵轴线相垂直的角度时，菱形的机翼2与边条6无缝贴合，形成翼身融合体，靠近翼梢的高速副翼5在边条6外侧，能够自如偏转。

机翼2具有前缘襟翼3和后缘襟副翼4，当机翼2水平转动到长对角线与机身1纵轴线相垂直的角度时，飞机处于低速的起降状态，下偏的前缘襟翼3和后缘襟副翼4能使机翼2达到最大升力系数，并使飞机能以一定迎角飞行；机翼2的前缘襟翼3和后缘襟副翼4都是简单襟翼形式，且平面外形相同，这是兼顾制造简便和美观的需要；当机翼2水平转动到短对角线与机身1纵轴线相垂直的角度时，菱形的机翼2与边条6无缝贴合，使得边条6，机翼2相互融合并和机身1共同形成翼身融合体外形，使飞机从机头到机尾，面积分布合理，阻力较小，飞机能够以超音速巡航，在超音速巡航状态，飞机的横向操纵性由高速副翼5承担。

如图1、2、3，4所示，所述由安定面8和舵面9组成的蝶形尾翼设置在边条6的后部的两侧。

由安定面8和舵面9组成的蝶形尾翼设置在边条6的后部的两侧，行使纵向和航向的稳定性和操纵性的功能，并且蝶形尾翼和边条一起对喷气式发动机7的喷口形成遮挡，使喷气式发动机7的喷流噪音反射到空中，减小了传到地面的噪音。

当飞机停在地面需要起飞时，机翼2处于长对角线与机身1纵轴线相垂直的角度，机翼2有较大展弦比，喷气式发动机7开始工作，推动飞机开始滑跑，当飞机的滑跑速度到达可以起飞的速度时，放下前缘襟翼3和后缘襟副翼4，上偏蝶形尾翼的舵面9，飞机抬头起飞；由于机翼2前缘半径较小，下偏的前缘襟翼3使飞机能以一定角度爬升，而不致造成上翼面气流分离，同时，边条6拖出边条涡，进一步增大后方机翼2的升力系数，使飞机能以较大的角度爬升。

当飞机爬升到适合巡航的高度，继续加速，收起机翼的前缘襟翼3和后缘襟副翼4，开始水平转动机翼2，在本实施例中，以俯视的角度看，转动的方向为逆时针方向，当机翼2逆时针水平转动到一定角度时，机翼2一半机翼前掠，一半机翼后掠，机翼2处于斜掠状态，此时飞机达到跨音速阶段，此阶段机翼2的前缘襟翼3，后缘襟副翼4和高速副翼5会与边条6产生干涉，不能自如偏转；机翼2继续水平转动，飞机继续加速，当机翼2水平转动到短对角线与机身1纵轴线相垂直的角度，机翼向上方移动一段距离，使机翼2与边条6无缝贴合，使得边条6，机翼2相互融合并和机身1共同形成翼身融合体外形，使飞机从机头到机尾，面积分布合理，阻力较小，飞机能够以超音速巡航。

飞机到达目的地，减速下降及降落的过程与起飞，爬升和加速的过程相逆，不再赘述。

为了减小机身1长度，边条6后部悬在机身1尾部下方，所以增加了一个三角形的支撑块10来连接二者，以增强此处结构。

飞机的前起落架和机轮位于机身1前部，可以收放。

本实施例中飞机能载数人，为公务机，但也能按比例增大或缩小飞机的外形和动力，使飞机相应能载更少或更多的人，比如缩小只能载一人，为单人飞行器；或增大能载数十人，为支线客机；此外也可以更改为无人机。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种水平转动菱形机翼超音速飞机，包括细长的机身(1)，机翼(2)，机身(1)两侧设置有边条(6)，机身(1)中后部设置有喷气式发动机(7)，机身(1)尾部设置有由安定面(8)和舵面(9)组成的蝶形尾翼，其特征在于：机翼(2)平面形状为菱形，菱形的机翼(2)比较狭长，使长对角线的长度远大于短对角线，机翼(2)的长对角线和短对角线的相交处及机翼(2)中心处设置有转轴，转轴相对于水平姿态的机翼(2)为垂直设置，机翼(2)通过转轴连接在机身(1)中部偏后的位置，使机翼(2)能通过中心处的转轴相对于机身(1)水平转动，飞机需要起降时，菱形的机翼(2)水平转动到长对角线与机身(1)纵轴线相垂直的角度，机翼(2)有较大展弦比，并且以长对角线所在的机翼对称平面为界线，机翼的纵向剖面前后对称，机翼有较大相对厚度，有较大升力系数，飞机能以较低的速度起降；飞机需要超音速时，菱形的机翼(2)水平转动到短对角线与机身(1)纵轴线相垂直的角度，机翼(2)有较小展弦比，并且以短对角线所在的机翼对称平面为界线，机翼的纵向剖面前后对称，机翼相对厚度较小，阻力较小，使飞机能够超音速飞行。

2.根据权利要求1所述的水平转动菱形机翼超音速飞机，其特征在于：所述机翼(2)为下单翼，机翼中心处的转轴设置在机翼(2)上翼面，机翼(2)通过转轴连接在机身(1)腹部。

3.根据权利要求1所述的水平转动菱形机翼超音速飞机，其特征在于：所述机翼(2)水平转动到长对角线与机身(1)纵轴线相垂直的角度，机翼的纵向剖面为前后对称的不对称双凸翼型，机翼的前缘和后缘的半径较小；机翼(2)水平转动到短对角线与机身(1)纵轴线相垂直的角度，机翼的纵向剖面为前后对称的不对称双凸翼型，机翼的前缘和后缘的半径较小。

4.根据权利要求1所述的水平转动菱形机翼超音速飞机，其特征在于：所述机翼(2)的四个角修圆。

5.根据权利要求1所述的水平转动菱形机翼超音速飞机，其特征在于：所述边条(6)为哥特式大边条，边条(6)从机身(1)中前部开始出现，与机身(1)互相融合，并向后一直延伸至机身(1)尾部，两个喷气式发动机(7)对称地设置在机身(1)中后部两侧，边条(6)的上翼面。

6.根据权利要求1所述的水平转动菱形机翼超音速飞机，其特征在于：所述机翼(2)水平转动到长对角线与机身(1)纵轴线相垂直的角度时，机翼(2)的前缘襟翼(3)和后缘襟副翼(4)在边条(6)外侧，能够自如偏转；机翼(2)水平转动到短对角线与机身(1)纵轴线相垂直的角度时，菱形的机翼(2)与边条(6)无缝贴合，形成翼身融合体，靠近翼梢的高速副翼(5)在边条(6)外侧，能够自如偏转。

7.根据权利要求1所述的水平转动菱形机翼超音速飞机，其特征在于：所述由安定面(8)和舵面(9)组成的蝶形尾翼设置在边条(6)的后部的两侧。