CN107187599A - 一种采用双机身高后翼三翼面的高空长航时飞行器气动布局 - Google Patents

一种采用双机身高后翼三翼面的高空长航时飞行器气动布局 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种采用双机身高后翼三翼面的高空长航时飞行器气动布局，采用双机身、前机翼和后机翼、双支撑尾翼、水平尾翼与涡扇发动机；前机翼与后机翼具有上下反角差，有效改善前机翼翼尖涡对后机翼气动性能的不利诱导效应。后机翼由双支撑尾翼支撑上置，有利于提升双翼面布局整体的气动性能；后机翼采用较大展长能够减弱前翼对后机翼不利的下洗诱导效应。同时采用不等展长前后机翼布置；前机翼展长较短，后机翼展长较长，以提高后机翼气动特性。水平尾翼与发动机安装在双机身后缘，利用水平尾翼对后机翼的有利干扰进一步提高后机翼气动特性。

Description

一种采用双机身高后翼三翼面的高空长航时飞行器气动布局
技术领域
本发明属于飞行器气动布局设计领域，具体涉及一种采用双机身高后翼三翼面的高空长航时飞行器气动布局。
背景技术
高空长航时飞行器一般用于执行战略/战役侦查任务，具备持久的情报收集和侦查监视能力，并可用作无人作战平台，因而成为当今各国武器装备发展的重点。为了在战略侦察和情报收集方面更好的发挥高空长航时飞行器的平台优势，此类飞行器的飞行高度不断提升、飞行时间也越来越长，这就要求此类飞行器具有携带大载荷实现高空高速、持久飞行的能力，因此在飞行器设计方面提出了高升力、高升阻比的要求。
由于高空飞行空气稀薄,飞行动压小,巡航使用升力系数必然大,才能提供高升力。高升力会带来高的诱导阻力，对于亚声速常规布局的固定翼飞行器而言，通常会采用增大机翼展弦比的办法来提高升阻比。同时，为了保证机翼面积，不得不采用更大的机翼展长。
然而，由于采用超大展弦比、大展长机翼，机翼的展长比机翼的厚度和弦长要大得多，因而可能会存在结构刚度不足的问题。在飞行过程中，机翼会在空气动力作用下产生弹性变形。这种弹性变形反过来又使空气动力随之改变，从而又导致进一步的弹性变形，这样就构成了一种结构变形与空气动力交互作用的所谓气动弹性现象。气动弹性对飞行器的操纵性和稳定性会产生显著影响，严重时会使结构破坏或造成飞行事故。因为解决这一问题，若直接采用加强机翼刚度的方式，则会使机翼的结构重量大大增加，降低整个飞行器的有效载荷和结构效率。
为满足高空长航时飞行器具有足够升力的要求，出现了一种串列翼气动布局。该布局包含前后两个机翼，后翼会对前翼产生有利干扰，然而前翼会对后翼产生不利干扰。为了将串列翼布局应用于高空长航时飞行器气动布局，需要深入研究其构型参数对气动特性的影响，以充分利用后翼对前翼的有利干扰，降低前翼对后翼的不利干扰，使得整机升阻比达到甚至超过单翼面布局，从而得到一种可选的气动布局方案。
发明内容
针对上述问题，本发明从气动设计角度出发，在前期对前后翼气动干扰深入研究的基础上，提出了一种采用双机身高后翼三翼面的高空长航时飞行器气动布局，使飞行器结构性能和气动性能俱佳。
本发明采用双机身高后翼三翼面的高空长航时飞行器气动布局，采用双机身、前机翼和后机翼、双支撑尾翼、水平尾翼与涡扇发动机。
所述前机翼与后机翼具有上下反角差，有效改善前机翼翼尖涡对后机翼气动性能的不利诱导效应。后机翼由双支撑尾翼支撑上置，有利于提升双翼面布局整体的气动性能。
所述后机翼采用较大展长能够减弱前翼对后机翼不利的下洗诱导效应。同时采用不等展长前后机翼布置；前机翼展长较短，后机翼展长较长，以提高后机翼气动特性。
所述水平尾翼与发动机安装在双机身后缘，利用水平尾翼对后机翼的有利干扰进一步提高后机翼气动特性。
本发明的优点在于：
1、本发明高空长航时飞行器气动布局，在保证相对机翼面积的前提下，可使用较小展长，有助于增加有效载荷，增加飞行高度，提高生存能力；
2、本发明高空长航时飞行器气动布局，利用后机翼对前机翼的有利干扰和水平尾翼对后翼的有利干扰，提高前后翼的气动特性，使得飞行器的升阻比达到甚至超过常规单翼面布局；
3、本发明高空长航时飞行器气动布局，通过后机翼上置、前后机翼上下反角差和后机翼采用更大展长降低前机翼对后机翼的不利干扰效应，有利于改善双翼面布局的整体气动特性；
4、本发明高空长航时飞行器气动布局，后机翼、V型尾翼、机身以及平尾构成了封闭结构，增强了后机翼和“V”尾的结构强度和刚度，提高了结构效率；
5、本发明高空长航时飞行器气动布局，对V型尾翼、平尾等气动面进行综合设计，采取合理的气动面配合方式，在全机气动焦点大范围移动情况下，能维持飞行器的飞行稳定性和操纵性；
6、本发明高空长航时飞行器气动布局，采用了双机身布局，可将机翼分为三段进行安装，增强了机翼强度，减轻了结构重量，增加了有效载荷。
附图说明
图1为本发明飞行器气动布局整体结构俯视图；
图2为本发明飞行器气动布局整体结构立体图；
图3为本发明飞行器气动布局整体结构正视图。
图中：
1-机身 2-前机翼 3-后机翼
4-V型支撑尾翼 5-水平尾翼 6-涡扇发动机
101-左机身 102-右机身 201-前机翼左段
202-前机翼中段 203-前机翼右段 301-后机翼左段
302-后机翼中段 303-后机翼右段 401-左支撑尾翼
402-右支撑尾翼
具体实施方式
以下将结合附图对本发明做进一步描述。
本发明飞行器气动布局中，飞行器采用圆柱形截面双机身1、较大展弦比的前机翼2和后机翼3、V型支撑尾翼4、水平尾翼5与涡扇发动机6，如图1所示。
如图2、图3所示，所述圆柱形截面双机身1轴线平行，包括左右对称的左机身101与右机身102；两机身1之间的距离根据前机翼的展长而定，位于前机翼展长的四等分点到三等分点之间，优选为靠近三等分点位置。前机翼2与后机翼3的展弦比大于7，视具体情况而定，展弦比越大越好。
安装于双机身1前部半段，由前机翼左端201、前机翼中段202以及前机翼右段203构成。其中，前机翼中段202为平直翼，安装于左机身101与右机身102之间，前机翼左段201与前机翼右段202分别对称安装于左机身101与右机身102外侧，末端分别与左机身101和右机身102外侧壁相连；同时使前机翼左段201与前机翼右段202具有一定下反角，本实施例中下反角选取为2°～7°。上述前机翼2后缘布置襟翼和副翼，用以增加飞行器飞行中的升力以及控制飞行器飞行中的滚转。
所述V型支撑尾翼4包括左支撑尾翼401与右支撑尾翼402；其中左支撑尾翼401与右支撑尾翼402底端分别固定安装于左机身101与右机身102后部，左右对称；左支撑尾翼401与右支撑尾翼402均具有向外侧倾斜45°的上反角，使左支撑尾翼401与右支撑尾翼402间形成V型结构。上述V型支撑尾翼4具有安定面和布置于后缘的气动舵面，安定面用以保证飞行器航向稳定性；舵面用以控制飞行器偏航。
所述后机翼3展长大于前机翼2，后机翼3与前机翼2沿机身1轴向距离不小于三倍前机翼2的弦长。后机翼3由上述V型支撑尾翼4支撑，安装于尾翼4梢部。后机翼3具有后机翼左段301、后机翼中段302与后机翼右段303。其中，后机翼中段302为平直翼位于左支撑尾翼401与右支撑尾翼402之间，后机翼左段301与后机翼右段303分别位于左支撑尾翼401与右支撑尾翼402外侧，并具有一定上反角。本实施例中上反角选取为2°～10°。上述后机翼3后缘同样可布置襟翼和副翼。
所述水平尾翼5平直设置于左机身101与右机身102之间，两端分别与左机身101与右机身102后缘相接。水平尾翼5同样具有安定面和布置于后缘的升降舵，安定面用以保证飞行器俯仰稳定性，升降舵用以控制飞行器俯仰。
所述涡扇发动机6为两个，分别位于后机翼3后方，安装于左机身101与右机身102尾部上方位置。
综上，本发明是一种后机翼3采用上置、大展长、与前机翼2间具有上下反角差的飞行器气动布局。后机翼3上置有利于提升双翼面布局整体的气动性能；后机翼3对前机翼2存在有利干扰而前机翼2对后机翼3存在诱导下洗效应；前机翼2翼尖涡对后机翼3气动性能存在一定的不利诱导效应；前后机翼上下反角差能有效改善前机翼翼尖涡对后机翼气动性能的不利诱导效应；后机翼采用较大展长能够减弱前翼对后机翼不利的下洗诱导效应。
因此，本发明飞行器气动布局采用不等展长前后机翼3布置；前机翼2展长较短，后机翼3展长较长，以提高后机翼3气动特性；利用V型支撑尾翼4的布置方式，增强上置较大展长后机翼3的结构刚度；双机身1后缘安置水平尾翼5，利用水平尾翼5对后机翼3的有利干扰进一步提高后机翼3气动特性。

Claims (7)

1.一种采用双机身高后翼三翼面的高空长航时飞行器气动布局，其特征在于：采用双机身、前机翼和后机翼、双支撑尾翼、水平尾翼与涡扇发动机；前机翼与后机翼具有上下反角差，后机翼由双支撑尾翼支撑。
2.如权利要求1所述一种采用双机身高后翼三翼面的高空长航时飞行器气动布局，其特征在于：前机翼安装于双机身前部半段，由前机翼左端、前机翼中段以及前机翼右段构成；前机翼中段为平直翼，安装于双机身之间，前机翼左段与前机翼右段分别对称安装于双机身外侧，末端分别与左机身和右机身外侧壁相连。
3.如权利要求1所述一种采用双机身高后翼三翼面的高空长航时飞行器气动布局，其特征在于：后机翼具有后机翼左段、后机翼中段与后机翼右段；其中，后机翼中段为平直翼位于双支撑尾翼之间，后机翼左段与后机翼右段分别位于双支撑尾翼外侧，并具有上反角。
4.如权利要求1所述一种采用双机身高后翼三翼面的高空长航时飞行器气动布局，其特征在于：支撑尾翼包括左支撑尾翼与右支撑尾翼；其中左支撑尾翼与右支撑尾翼分别安装于左机身与右机身后部，左右对称；左支撑尾翼与右支撑尾翼均具有向外侧倾斜的上反角。
5.如权利要求1所述一种采用双机身高后翼三翼面的高空长航时飞行器气动布局，其特征在于：前机翼与后机翼后缘布置襟翼和副翼；支撑尾翼具有安定面和布置于后缘的气动舵面；水平尾翼具有安定面和布置于后缘的升降舵。
6.如权利要求1所述一种采用双机身高后翼三翼面的高空长航时飞行器气动布局，其特征在于：所述后机翼展长大于前机翼。
7.如权利要求1所述一种采用双机身高后翼三翼面的高空长航时飞行器气动布局，其特征在于：后机翼与前机翼沿机身轴向距离不小于三倍前机翼的弦长。
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