CN107554802B - 一种适用于飞翼布局小型喷气式无人机的进气道 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于飞翼布局小型喷气式无人机的进气道，进气道为Y形，划分进气口整形段、扩压段、合并段、收缩整流段；两个进气口在飞翼上表面，且进气口下边缘和飞翼前缘重合，进气口整形段为钟型，出口面积小于入口面积的90％，两侧的扩压段在完全扩压后通过合并段进行合并，通过收缩整流段进行收缩整流。本发明有利于内部结构布置。在小型无人机上使用双侧进气布局，有利于在机头布置电子设备，同时有利于整机配平。

Description

一种适用于飞翼布局小型喷气式无人机的进气道

技术领域

本发明涉及一种飞机进气道，属于飞行器设计领域。

背景技术

随着无人机需求的日益增加，特别是对无人机发射/回收、动力装置、飞行控制、隐身、有效载荷等方面独特的技术要求，使无人机系统成为有别于其他飞行器的独立系统。

由于小型无人机的尺寸一般较小，飞行速度也较低，航程和飞行高度都比较小。而飞机的进气道对于喷气式飞机性能的影响举足轻重，需要与飞机的飞行速度、飞行高度、发动机工作状态良好匹配。匹配不良的进气道轻则总压恢复低，气流能量损失大，会对飞机的性能造成巨大影响；重则湍流度高，发动机喘振，更严重的时候会造成发动机熄火，影响飞机的飞行安全。因此针对于无人机“小低慢”的特点，需要进气道的设计有其特殊性。

由于飞翼布局无人机没有传统意义上的机身，内部空间高度小，飞机中轴线附近空间难以利用。若要在中轴线上布置进气道，需要增加飞机的相对厚度，这将造成飞机的形状阻力增加，影响飞机的飞行性能。

对于有隐身性能要求的军用无人机而言，进气道属于大散射源，除去进气道本身的雷达波散射之外，进气道边缘的散射同样可以对飞机的隐身性能造成破坏，因此进气口的位置选择同样重要。

发明内容

本发明针对低速无人机飞行高度低，飞行速度慢，内部空间小的特点，提出一种适用于飞翼布局小型喷气式无人机的进气道，该进气道使用左右两侧进气，进气口下缘与飞机机翼前缘重合，两侧进气道在扩压后在机身中部发动机前合并，减少机头空间的占用，克服了中轴线处进气道与飞行控制计算机、陀螺仪等电子元器件争抢空间的问题；同时通过合理设计的进气道截面，减小进气道体积，节约内部空间，允许在飞机重心前布置更多部件，有利于飞机的配平。

一种适用于飞翼布局小型喷气式无人机的进气道，进气道为Y形，划分进气口整形段、扩压段、合并段、收缩整流段；

两个进气口在飞翼上表面，且进气口下边缘和飞翼前缘重合，进气口整形段为钟型，出口面积小于入口面积的90％，两侧的扩压段在完全扩压后通过合并段进行合并，通过收缩整流段进行收缩整流。

本发明的优点在于：

(1)本发明有利于内部结构布置。在小型无人机上使用双侧进气布局，有利于在机头布置电子设备，同时有利于整机配平；

(2)本发明有利于军用无人机隐身。在机翼前缘布置进气口，相比于其他进气位置，可以有效地避免增加无人机的散射源；

(3)本发明有利于低速性能提高。进气口面积较大，因此具有较大的捕获面积，低速下总压恢复高，对于进气道的低速性能有较大提升。

附图说明

图1是本发明的俯视图；

图2是本发明的侧视图；

图3是本发明的进气道截面图。

图中：

1-进气口整形段 2-进气口 3-#1控制截面

4-扩压段 5-#2控制截面 6-合并段

7-#3放样曲面 8-#3控制截面 9-收缩整流段

10-#4控制截面 11-脊线 12-#4放样曲面

13-脊线 14-#1放样曲面 15-#2放样曲面

16-脊线 17-中轴线 18-#1修剪曲面

19-#3’放样曲面 20-#4’放样曲面 21-发动机轴线

22-飞翼前缘 23-进气口下边缘

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种适用于飞翼布局小型喷气式无人机的进气道，如图1所示，该进气道大体形状为Y形，可以划分为4部分：进气口整形段1，扩压段4，合并段6，收缩整流段9。

所述的进气口整形段1，包括进气口2、#1控制截面3和#1放样曲面14。进气口2为带尖角的曲边四边形，形状根据飞机对外形的要求确定。进气口2的下边缘23与飞机的前缘22重合。#1控制截面3的面积略小于进气口2的面积(约80％～90％)，曲边形状与进气口类似，但圆滑曲线的尖角外形，使之曲率连续。#1放样曲面3的脊线13切线方向在进气口处与飞机巡航状态的迎角与侧滑角相匹配，并偏向中轴线17方向1°～3°，根据飞机侧滑角的统计期望值确定。

所述的扩压段4，包括#2控制截面5和#2放样曲面15。#2控制截面5的面积大于#1控制截面3面积(约1.05倍～1.15倍)，截面基础形状为半圆形，尖角圆滑过渡使之曲率连续。#2放样曲面的脊线16分别与#1放样曲面的脊线13终点和#4放样曲面半部分的脊线11的起点相切。

所述的合并段6，包括#3控制截面8和#3放样曲面7、#3’放样曲面19、#1修剪曲面18。#3控制截面8为圆形，面积等于#2控制截面5的两倍，并与发动机轴线21方向垂直。#3放样曲面7和#3’放样曲面19共同构成了合并段的外侧曲面，#1修剪曲面18为修剪得到的内侧曲面。

所述的收缩整流段9，包括#4控制截面10、#4放样曲面12和#4’放样曲面20。#4控制截面10连接发动机，截面为圆形，面积小于#3控制截面8(约90％～95％)；同时该截面的面积满足发动机对于吸气与散热的需求。

该进气道使用在面向军用的无人机上，该无人机为飞翼布局固定翼飞机，其飞行高度范围不超过2500m，飞行速度不超过0.3Ma(约367km/h)，重量不超过200kg。

按照进气口位置选取原则，选取飞机迎风面作为开口曲面位置，进气口下边缘23与飞翼前缘22重合。这样进气口2的一个边缘便不会作为雷达波散射源出现，可以提高飞机的隐身性能。进气口2的展向位置则由机头设备的位置和大小决定，需要做到机头设备和进气道不会互相影响。考虑到大多数设备功率不大，热效应微弱，不会因此改变进气道的气流状态，进气口2可以紧挨设备舱布置，并共用一处壁面，进一步减轻机体重量。

通过CFD等手段计算巡航状态时的当地气流方向。由于贴近机体表面的气流不可避免地存在展向流动，进气口需要向内侧偏转；由于存在飞行迎角的原因，进气口还需要向下方偏转。但是由于有限展长机翼的原因，当地迎角并不等于几何迎角，需要CFD等手段确定。根据计算结果，将进气道的进气口整形段脊线13向下并向内偏转。进气口整形段1属于钟型进气口，即进气口截面积大于排气口截面积。这样的安排可以提高进气口捕获面积，并提高在低速下的进气道总压恢复。

#4放样曲面脊线11的位置需要由发动机确定。由于脊线连续的限制，#4放样曲面脊线11应和前序的#1放样曲面的脊线13、#2放样曲面的脊线16保持连续，因此该脊线应穿过#4控制截面10的右半部分的重心位置，并与发动机轴线21平行。接下来，保证两个端点处分别与#1放样曲面的脊线13、#2放样曲面的脊线16保持曲率连续，可以确定一条样条曲线。取这条曲线在#2控制截面5之前的部分，即为#2放样曲面的脊线16，这样整条脊线得到了确定。

由发动机进气量和散热量的要求，可以确定进气道末端的#4控制截面10，即接发动机入口处直径。依据此末端直径可依次计算得各截面(进气口2,#1控制截面3,#2控制截面5,#3控制截面8)的面积。#2控制截面5的面积是#1控制截面3面积的1.15倍，使得#2放样曲面15形成扩压流道，气流在此处流速降低，静压提高。由于发动机的工作空气流速有限，因此扩压流道是必须的，使得进气状态能够匹配发动机的工作状态。合并段6是等截面积流道，也即是说#3控制截面8的面积是#2控制截面5面积的两倍，空气在其中是等速流动的。收缩整流段9是收缩流道，空气在其中加速；此段的作用是使进气道合并后可能形成的涡旋通过气流加速而破裂，降低最终排出气体的湍流度，改善发动机工作状态。

#2控制截面5的位置需要用如下方法确定：

确定#2控制截面5的形状与尺寸后，顺#2放样曲面的脊线16绘制其包络面。由于该脊线与机身轴线17之间的距离一定小于#2控制截面5的重心到其内侧边缘的距离，该截面必然会在某个位置A与机身对称平面相交。假设存在一个与#2控制截面5的面积相等的半圆，其半径为D，那么从A点起，顺#2放样曲面的脊线16向上游按测地距离测量距离D，得到点B，#2控制截面5的位置就在点B处。

因此进气道可以唯一确定，将各个截面平滑过渡即为进气道外形曲面。

本发明的实例公布的是较佳的实例之一，但本发明不局限于此实例，具备1.两个进气口在飞翼上表面，且进气口下边缘和飞翼前缘重合；2.进气口整流段为钟型，即出口面积小于入口面积的90％；3.两侧的进气道在完全扩压后再合并、收缩整流，以上三个特征的进气道，都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于飞翼布局小型喷气式无人机的进气道，其特征在于，进气道为Y形，划分进气口整形段、扩压段、合并段、收缩整流段；

两个进气口在飞翼上表面，且进气口下边缘和飞翼前缘重合，进气口整形段为钟型，出口面积小于入口面积的90％，两侧的扩压段在完全扩压后通过合并段进行合并，通过收缩整流段进行收缩整流；

所述的进气口整形段，包括进气口、第一控制截面和第一放样曲面；

所述的扩压段，包括第二控制截面和第二放样曲面；

所述的合并段，包括第三控制截面和第三放样曲面、与第三放样曲面对称的第五放样曲面、第一修剪曲面；

所述的收缩整流段，包括第四控制截面、第四放样曲面和与第四放样曲面对称的第六放样曲面。

2.根据权利要求1所述的一种适用于飞翼布局小型喷气式无人机的进气道，其特征在于，所述的进气口为带尖角的曲边四边形，第一控制截面的面积为进气口面积的80％～90％，曲边形状与进气口类似，但圆滑曲线的尖角外形，使之曲率连续，第一放样曲面的脊线切线方向在进气口处与飞机巡航状态的迎角与侧滑角相匹配，并偏向中轴线方向1°～3°。

3.根据权利要求1所述的一种适用于飞翼布局小型喷气式无人机的进气道，其特征在于，所述的第二控制截面的面积为第一控制截面面积的1.05倍～1.15倍，截面基础形状为半圆形，尖角圆滑过渡使之曲率连续，第二放样曲面的脊线分别与第一放样曲面的脊线终点和第四放样曲面半部分的脊线的起点相切。

4.根据权利要求1所述的一种适用于飞翼布局小型喷气式无人机的进气道，其特征在于，所述的第三控制截面为圆形，面积为第二控制截面的两倍，并与发动机轴线方向垂直，第三放样曲面和第五放样曲面共同构成了合并段的外侧曲面，第一修剪曲面为修剪得到的内侧曲面。

5.根据权利要求1所述的一种适用于飞翼布局小型喷气式无人机的进气道，其特征在于，所述的第四控制截面连接发动机，截面为圆形，面积为第三控制截面的90％～95％，同时第四控制截面的面积满足发动机对于吸气与散热的需求。

6.根据权利要求1所述的一种适用于飞翼布局小型喷气式无人机的进气道，其特征在于，所述的第四放样曲面脊线和第一放样曲面的脊线、第二放样曲面的脊线保持连续，连续的脊线穿过第四控制截面的右半部分的重心位置，并与发动机轴线平行，脊线两个端点处分别与第一放样曲面的脊线、第二放样曲面的脊线保持曲率连续，确定一条样条曲线，取这条曲线在第二控制截面之前的部分，即为第二放样曲面的脊线。

7.根据权利要求1或3所述的一种适用于飞翼布局小型喷气式无人机的进气道，其特征在于，所述的第二控制截面的位置确定方法为：

根据第二放样曲面的脊线绘制其包络面，第二控制截面在某个位置A与机身对称平面相交，假设存在一个与第二控制截面的面积相等的半圆，其半径为D，则从A点起，顺第二放样曲面的脊线向上游按测地距离测量距离D，得到点B，第二控制截面的位置就在点B处。

8.根据权利要求1所述的一种适用于飞翼布局小型喷气式无人机的进气道，其特征在于，所述的第一控制截面、第二控制截面、第三控制截面、第四控制截面平滑过渡形成进气道外形曲面。

Images