CN107651165A - 一种无人侦察机的厚度可调机翼 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无人侦察机的厚度可调机翼，包括机翼本体，机翼本体内翼肋上下面对称布置曲柄滑块机构，曲柄滑块机构包括曲柄和与曲柄铰接的滑块，曲柄另一端连接有曲柄驱动电机，曲柄驱动电机的定子转轴固定连接在翼肋上，滑块活动地嵌入到蒙皮上的固定滑槽内；本发明通过设置曲柄滑块机构，曲柄旋转，调整机翼厚度变化，从而更改蒙皮上下侧面曲率形状，降低侦察机的能耗，节约能源，提高其巡航时间，本发明还具有结构简单、价格便宜的特点。

Description

一种无人侦察机的厚度可调机翼

技术领域

本发明本新型发明属于无人侦察机技术领域，具体涉及一种无人侦察机的厚度可调机翼。

背景技术

无人侦察机的研究已经成为当今航空事业发展的热点内容。然而在实际运行过程中普遍存在载油量低，航程小，以及易被高速战斗机摧毁等问题。究其原因，其一：无人侦察机需要大的载油量更需要良好的隐身性能。加副油箱的话势必会影响飞机的隐身性和机动性；其二：由于飞机飞行时的阻力太大，导致发动机消耗过多航空燃料，造成的污染以及能源浪费；其三：在面对高速战斗机时，逃跑的速度至关重要。将纯储油机翼段收缩，可减小展长，从而达到增加飞机速度的功效。

传统飞行器的机翼设计方法分为两步，首先根据飞行器的某一特定飞行状态（比如，攻击状态、巡航状态等），优化出机翼的形状，然后再设计出能够实现这一形状要求的承载结构，进而完成机翼的设计工作。这种两步设计方法设计出的机翼只能在某个空域范围、某个速度范围内才具有良好的气动性能，而无法在整个飞行包线范围内始终保持良好的气动性能，这必然使得飞行器的性能不能很好地发挥出来，而飞行器的变体技术有望成为解决这一问题的有效途径。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种无人侦察机的厚度可调机翼，厚度可调，降低侦察机的能耗，节约能源，提高其巡航时间，以解决上述现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种无人侦察机的厚度可调机翼，包括机翼本体，机翼本体内翼肋上下面对称布置曲柄滑块机构，曲柄滑块机构包括曲柄和与曲柄铰接的滑块，曲柄另一端连接有曲柄驱动电机，曲柄驱动电机的定子转轴固定连接在翼肋上，滑块活动地嵌入到蒙皮上的固定滑槽内。

优选的，上述机翼本体为伸缩结构，通过液压缸驱动伸缩。

上翼面的分离区中湍流区较层流区会耗散更多的能量，不利于节能减排，在机翼的内部安装有曲柄滑块机构，通过曲柄连接机翼上表面的外蒙皮，在不同的来流下，通过调整曲柄滑块机构，使上翼面的形状，曲率能够发生变化，以使上翼面的转捩点尽量后移，从而使湍流区尽量的减小，分离区减小，以达到节约能源的目标，这对于降低侦察机的能耗，提高其巡航时间具有较大的帮助。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明通过设置曲柄滑块机构，曲柄旋转，调整机翼厚度变化，从而更改蒙皮上下侧面曲率形状，降低侦察机的能耗，节约能源，提高其巡航时间，本发明还具有结构简单、价格便宜的特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是凸轮连接结构示意图；

图3是曲柄滑块机构连接结构示意图；

图4是升力系数随前缘点升高的变化曲线图；

图5是阻力系数随前缘点升高的变化曲线图；

图6是阻力系数随翼型厚度变化曲线图；

图7是升阻比随翼型厚度变化曲线图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例：如图1-图7所示，一种无人侦察机的厚度可调机翼，包括机翼本体1，机翼本体1内翼肋4上下面对称布置曲柄滑块机构6，曲柄滑块机构6包括曲柄7和与曲柄铰接的滑块8，曲柄7另一端连接有曲柄驱动电机9，曲柄驱动电机9的定子转轴固定连接在翼肋4上，滑块8活动地嵌入到蒙皮5上的固定滑槽10内，曲柄驱动电机9与旋转电机3类型相同，均是外壳为转子，曲柄驱动电机9的定子转轴固定连接在机座13上，机座13固定连接在翼肋4上，固定滑槽10连接蒙皮接触面为曲面，固定滑槽10的槽口为弧形，滑块9为接触槽口面为弧形。

上翼面的分离区中湍流区较层流区会耗散更多的能量，不利于节能减排，在机翼的内部安装有曲柄滑块机构，通过曲柄连接机翼上表面的外蒙皮，在不同的来流下，通过调整曲柄滑块机构，使上翼面的形状，曲率能够发生变化，以使上翼面的转捩点尽量后移，从而使湍流区尽量的减小，分离区减小，以达到节约能源的目标，这对于降低侦察机的能耗，提高其巡航时间具有较大的帮助。

优选的，上述机翼本体1为伸缩结构，通过液压缸驱动伸缩，伸缩段11内端连接气缸，外端连接活动的机翼。

优选的，上述机翼本体1后端设置有副翼12。

优选的，上述机翼本体1的翼型前缘处内部安装一个凸轮2，凸轮2内孔嵌入旋转电机3，旋转电机3的定子转轴固定连接在翼肋4前端上，凸轮2紧密接触机翼本体1的弹性变形蒙皮5，旋转电机3的定子转轴通过机架14固定连接到翼肋4上，旋转电机3为转轴固定为定子，线圈固定连接的外壳作为转子。在翼型的前缘处内部安装一个凸轮机构，当机体以不同的速度飞行时，通过调整机翼前缘的形状以达到提高升力的目的。因为翼型的升力与上下翼面的压力差有关系，而上下翼面的压力差与流过上下一面的速度的大小有关，通过调整前缘处的凸轮机构，在不同的来流Ma下，使流过前缘到达上翼面的气流速度达到较大值，从而使上翼面的压强较小，上下翼面的压强差较大，从而提高了升力。

在机翼强度等条件允许的情况下，在机翼中可储油，从而使得无人侦察机可以储存更多的燃油，从而提高了其巡航的时间及里程，在同等型号的无人侦察机中的优势更加突出。

机翼的伸缩变形可以大幅度改变机翼的翼展、展弦比、浸润面积等，是飞行器实现变形的方式之一，该机翼采用固定翼加可伸缩机翼相结合的形式，通过可伸缩部分的伸缩，以达到改变机翼翼展等功能，从而更大限度的提高其性能。

总而言之，本发明通过在机翼中增加凸轮，曲柄滑块机构以及储油和可伸缩机翼的各种装置，既能够是侦察机提高升力，节约能源达到节能减排的目的，又在同等情形下增加了飞机的储油量，提高了其巡航距离和飞行时间，提高了飞机的各项性能。

低速飞机常采用圆头尖尾形的翼型，其前缘半径和厚度均较大；随着飞机速度的提高，最佳翼型的前缘半径和厚度均逐渐减小,常规不可变形机翼其前缘半径和厚度一定，不能随着速度的改变做出相应调整以达到最佳飞行性能。为了使飞机在任意速度下，都能尽量达到最佳飞机性能，机翼就必须设计为可变性的。可变性机翼简化结构如图1所示：

机翼蒙皮采用柔性可变形材料制作，在凸轮机构和连杆机构运动下发生弹性变形，起到改变机翼前缘点位置和翼型厚度的作用。

凸轮机构，安装于翼肋，用于改变前缘点位置。

曲柄滑块机构，上下翼面各布置三个，固定于翼肋上，用于改变翼型厚度。

可伸缩机翼11，为一小翼，位于主机翼内部，用于不同速度飞行时翼展的改变。

副翼12，与普通机翼相同，控制飞机的滚转运动。

通过设置的凸轮和曲柄滑块机构控制前沿点变化和机翼厚度分别如下表1和表2所示：

翼型结果分析

1）起飞状态机构制动影响升力的分析结果

起飞时升力的增大对于起飞性能的提高和改善有着非常重要的作用，如何在起飞时提高其升力系数对于飞机有着重要的意义，通过在前缘附近加之以凸轮机构，可以有效的改变前缘半径和前缘出的曲率，以此通过翼型前缘的优化寻找最优的翼型，通过凸轮机构的运动，前缘出的曲率可以连续变化，通过这种连续的变化，寻找最大的CL对应的前缘处的数据，通过Xfoil软件对十组数据进行比较可得升力系数随着前缘出曲率的改变如图4所示。

由图4可知，升力系数随着前缘处点的上移而近似呈现增大趋势，所以提高前缘附近上翼面的曲率会提高升力系数，对于起飞性能有很大的提高和改进。但是随着上翼面前缘附近曲率的增大，会导致阻力系数也随之增大，如图5所示。

并且升阻比是不断的减小的，综合各项系数的变化，因为起飞过程中升力的提高是最主要的优化目的，于是选图像上升力系数最大的点作为飞机起飞时前缘的数据，通过凸轮机构的连续变化，选择此处作为起飞翼型。

翼型前缘的变化以及凸轮机构的目的就是提高飞机起飞性能，能够在飞机起飞时提高更大的升力。从而有助于飞机更快更平稳地实现起飞。

2）续航状态机构制动影响阻力分析的结果

可变形机翼的厚度改变是由安装于翼肋上的微型连杆机构来实现的，随着连杆机构角度位置的改变，柔性蒙皮将在连杆支承力和蒙皮张力的共同作用下，始终贴合连杆，从而使得翼型厚度发生改变，以期改变飞机的阻力。巡航状态时，小阻力可以提高航程；着陆时，大阻力可以缩短着陆距离。

为了验证翼型厚度的改变对飞机阻力影响的方式，采用经典的NACA0012翼型（翼型厚度为12%）为原始模型，在其厚度的基础上往上以步长0.005增厚翼型，得5组数据：厚度分别为0.125、0.13、0.135、0.14、0.145；往下以步长 -0.005减薄翼型，得5组数据：厚度分别为0.115、0.11、0.105、0.10、0.995，然后利用Fluent软件对改变后的翼型进行优化并计算机翼的阻力系数。

Fluent软件中对翼型参数设置为：马赫数0.7，雷诺数3000000，翼型迎角3.75度。对各优化后的翼型进行计算，得出不同翼型在该环境参数下的阻力系数。以下为其中3个翼型计算结果：

以翼型厚度相对NACA0012原始翼型的变化量为横坐标，阻力系数为纵坐标，对各计算结果整理绘图如6所示：

由图7可以看出：通过机构改变翼型，阻力系数与翼型厚度变化呈正相关，即阻力系数随翼型厚度的减小而减小，随翼型厚度的增大而增大。升阻比随翼型的厚度减小而增大。

因此，飞机巡航时，通过微型连杆机构向小角度转动，减小对蒙皮材料的支承力，蒙皮材料在张力作用下，会跟随连杆机构运动，减小翼型厚度，进而减小飞机所受阻力，减小油耗，增加飞机航程；飞机着陆时，通过微型连杆机构向大角度转动，顶起蒙皮材料，使蒙皮材料整体向翼厚增大方向扩展，机翼厚度得以增加，阻力增大，可以有效地缩短着陆距离。

爬升：前缘处凸轮机构的转动，可以带动前缘点及其附近各点向上或向下发生微小变形，借此可以改变翼型前缘特点，由软件计算结果数据分析，可知：前缘点向上变形，翼型的升力系数提高；当飞机起飞或做爬升运动时，前缘凸轮转动，带动前缘整体微微上移，此时飞机升力系数较未变形时高，可以有效地缩短起飞距离及爬升时间，提高飞机性能。

巡航：微型连杆机构2的转动，可以改变翼型厚度，当连杆机构转向90度的过程中，连杆机构会向外顶起机翼蒙皮，柔性蒙皮在支承力作用下变形从而使得机翼厚度微微增大；当连杆机构从90度向小角度转动时，机构对蒙皮的支承力逐渐减小，蒙皮材料在张力作用下会使蒙皮始终贴合连杆机构，从而减小翼型厚度。

对计算结果进行分析，有：飞机的阻力系数随翼型厚度的增大而增大，随翼型厚度的减小而减小；当飞机巡航时，连杆机构2转向小角度，减小翼型厚度，进而减小飞机所受阻力，有效提高飞机航程。

着陆：飞机着陆过程中，连杆机构2向90度方向转动，增大翼型厚度，可以起到增大飞机阻力的作用，有效缩短着陆滑跑距离。

高低速飞行：可伸缩机翼由位于机翼内部的收缩结构驱动，可以有效改变机翼展长和面积，满足飞机低速飞行和高速飞行不同的需求。

低速飞行时，收缩结构推动小翼向外运动，增大机翼展长和机翼面积，改善飞机低速飞行性能。

高速飞行时，收缩结构收回伸出主机翼的小翼，减小机翼展长和机翼面积，进而减小飞机高速飞行时所受阻力，提升高速飞行性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种无人侦察机的厚度可调机翼，其特征在于：包括机翼本体（1），机翼本体（1）内翼肋（4）上下面对称布置曲柄滑块机构（6），曲柄滑块机构（6）包括曲柄（7）和与曲柄铰接的滑块（8），曲柄（7）另一端连接有曲柄驱动电机（9），曲柄驱动电机（9）的定子转轴固定连接在翼肋（4）上，滑块（8）活动地嵌入到蒙皮（5）上的固定滑槽（10）内。

2.根据权利要求1所述的一种无人侦察机的厚度可调机翼，其特征在于：机翼本体（1）为伸缩结构，通过液压缸驱动伸缩。