CN110949666A - 一种机身横截面积大小可变的低噪声多用途超声速飞机 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种能作超声速飞行的飞机，以不同功率大小的动力装置和翼型所制成的该结构的飞机，也适用于亚音速飞行；其机身装配工艺简单可靠，机身横截面积及机内可用空间是可变大小的；机身结构是减重的；在空气动力方面，其可变后掠角的机翼具有增升减阻的优点，能作无声爆或低声爆的超声速飞行；乘客舱及其可变为睡床的座椅是舒适的而且避免了机舱失压风险，在紧急时舱房由机内滑轨从机后舱门被电动的或爆炸气体推进装置牵引着后滑离机升空用降落伞着陆；载满乘客的乘客舱房能整体沿滑轨进、出机内。

Description

一种机身横截面积大小可变的低噪声多用途超声速飞机

技术领域

本发明涉及一种航空飞行器里的超声速客机包括其总体结构、气动布局、机身结构及机内可用空间、乘客舱房及座椅、燃油箱结构、减低噪音的部件、增升和减阻装置、增加乘客安全性的装置。

背景技术

让飞机的速度更快些，关系到提高人们的工作效率和更舒适的生活质量，然而自从英国和法国联合研制的“协和号”超声速飞机主要因为比较高的对地面的噪声而停航之后，全世界没有任何一架合格的超声速客机在飞行；同时，对于所有的亚音速飞机来说，面对的问题同样地还包括如何进一步减重、减噪、减阻、节能和机舱失压引起的安全问题。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的上述种种缺陷，并且提供一种低噪声多用途的超声速飞机和亚音速飞机。

实现本发明的目的的技术方案是：(结合说明书附图作说明)

在于其左、右、上、下机身渐有内凹、机身下表面是设置成具有弯度和扭转的升力面、驾驶舱后面至左右两侧的双尖头机身之间设置有一对内鸭翼、其上、下机身表面之间设有自上表面斜向向下向后贯穿机身的斜气道；其动力装置航空发动机设置在左、右两侧的头部和尾部皆呈双尖头状的机体头部和尾部或中部机身两侧或中央；机身主结构包括纵向的多根主纵梁和多个横向的三角形承力结构件组成的整体承力结构，还包括机身两侧大后掠角的前后呈连续的双S形的薄而平的带有可变后掠翼的机翼的中央翼盒；基于机身横截面积大小可变结构而设置的在机脊上和机腹下可收、放的软囊包式油箱及其用压缩空气筒和软质油箱单独地或共同地支撑着升降的面板以及两侧机身表面上、下的可收、放的机内客、货空间；在机翼及机体其它各部分的前缘设有对前方空气来流产生微气流软托、减噪和振动作用的缓冲消能层、在机尾后缘设有利用光纤的前端沿绝缘面放电而产生带电粒子的冲击力将由机身上表面流经机尾的气流向飞机后上方顶推的发挥规整气流和噪音传播方向作用的装置；其乘客舱房是含有由走道两边的前后每两排每排高低相邻的座椅的位于多层轻质的、气密的和/或适当充气的轻质软垫层内并且被拉索牵拉绑扎着的软囊舱包。

其可变机身横截面积大小的机身结构及其机内的可用空间，包括机脊和机腹下的可收放的软囊包式燃油箱，其具有可弯曲的主面板和铰链开合的侧面板以及其两侧缘分别与主面板和侧面板的侧缘粘牢着的柔性伸缩面板，设在机身上、下表面用连杆带动升起或倒平的由多层软质囊布或蒙皮构成的机内可用空间。

其每个乘客软囊舱房位于多层的整体式气密的薄壁韧性轻柔质软垫层包括降落伞布之内，此多层囊包皆由来自周围的机体包括纵向和横向的机身主结构的各个方向上的拉索或钢带反复拴系牵拉着。

其乘客舱房里的前后两排座椅的高位座椅靠背两侧的支柱沿导轨或圆筒里拉拔升降再用插销锁定，座椅两侧的斜扶手的前端装有可向前/或后方卷放长布条的卷筒，拉出的长布条搭挂在舱房壁面的套扣里，其多段的折叠成多层的座垫和靠垫能展开铺平再以其侧缘的多个吊挂环带吊挂在长布条表面的套扣里从而构成上铺吊床或床位；与高位座椅相邻的中位或低位座椅上的乘客具有在所述的高位座椅两侧的斜扶手的斜面之下的开放的活动空间；在机场上、下乘客时，前、后相连的载满乘客的多个乘客舱房可整体被推拉着沿滑轨进、出机内多层囊包。

其机体包括机翼前缘设置的对于前方空气来流发挥柔性的微气流软托作用的减噪缓冲消能层，其包括位于遍布具有密集的小圆孔的微小突面的板面之下的基于压电振动的基板且与吸音减噪材料混合布置在一起的利用多排多根光纤前端沿面放电产生带电粒子对空气的推力及其调整空气来流的方向的作用的光纤；在机尾后缘设有利用光纤的前端沿绝缘面放电而产生带电粒子的冲击力将由机身上表面流经机尾的气流向飞机后上方顶推的发挥规整气流和噪音传播方向作用的装置。

其机身横截面是扁平的且在其上、下、左、右四面具有向各面的纵向中心渐呈内凹形，在机身下表面纵向中央及其两侧构成一个具有适当的弧形弯度的且因其纵向前后各部分的机身横截面积大小可变因而还可调整其弧形弯度的升力面。

其机身两侧大后掠角的前后呈连续的双S形的薄而平的机翼是可变后掠角的机翼。

附图说明

附图1是飞机的俯视示意图；

附图2是飞机的侧视示意图；

附图3是飞机机身主结构示意图；

附图4是在机脊和机腹的以可变机身横截面积大小的结构方式设置的可收放的燃油箱结构图；

附图5是走道两边的乘客舱及其两排座椅的结构及配置图；

附图6是设置在机翼及机体其它各部分的前缘位置上的微气流软托式的缓冲消能部件结构示意图；

具体实施方式：

本发明的技术方案结合如如下附图作进一步说明：

说明书附图1中的“1”是机首的驾驶舱；“2”是航空发动机的进气道及发动机短舱；“3”是发动机支架；“4”是头、尾皆呈双尖头状的双尖头机身的尖头，它的多根主纵梁结构件直接延伸到支架“3”的结构，它也与一对内鸭翼“6”的结构直接连接延伸着构成为一个整体构件，它带有可张开的气动翼面，对于大型飞机来说，在其内部空间可设置电动的沿滑轨进退的高度约几十厘米的躺椅供机组人员在驾驶舱和主机身之间来往，发动机“2”的头部以下俯状态的负1度以及向机身中央的中心略有内偏的状态位置进行设置，如此，其尾部及其喷出的向后的气流方向自然是略有上抬和外偏的；“7”是可收放的前轮起落架的支柱及其根部结构件所在的位置；“8”是具有例如55°大后掠角S形机翼的前段；“9”是后段具有可变后掠角的机翼，两者一起构成一整个前后锐缘的薄而平的机翼，其内部设有整体式燃油箱；图中虚线及符号“Δ”一起代表的是变成外掠的后掠角机翼时的机翼及其位置；“10”是机身后部的双尖头机尾；在其内部的多根主纵梁向后延伸构成设置在机尾的航空发动机的支架，机尾的发动机的两侧和上方设有整流罩板面；“11”是向后兼向下的气流通道，一部分气流流入对来流作方向调整兼消能减噪板“12”之下，与下方的来流交汇，然后一起向上向后流动；“#”标记“13”代表的是采用本发明基本结构的飞机采用两个发动机时的两个发动机的安装位置；“#”标记“14”代表的是此飞机只采用一个发动机时的该发动机的安装位置；配置功率足够大的发动机，适合进行超声速飞行；“15”是设置在机身两侧的机翼可往上、下张开的阻力方向舵兼升降副翼。

附图2的“16”是位于机脊的可收放的燃油箱；“17”是位于机腹的可收放的燃油箱；由图中可见，“18”是位于驾驶仓和内鸭翼之后的向下的气道；“19”是自双尖头机尾上表面向下的气道；“20”是位于机尾的发动机之后的向下的气道；两条双曲线代表的是机翼内被动作筒推出的构成后掠角机翼内段的一段软质机翼，其上、下翼表面是用既可折叠又可展平的软质合成材料布材制成的；为此，对机头和机尾的发动机的安装高度和角度是有要求的，机尾发动机较佳方式是埋入式的以便吸入前面机身附面层气流；在所述的这三处向下的气道入口位置主要的气流方向自然是流向机身上表面的气流。

附图3的“21”是由下面的横向并列的两个等边三角形承力构件的顶点所支持的上面的一个同样性质的三角形结构件，此三个构件是一个整体性构件，设在 6个交点“22”位置上的是6根机身主纵梁“23”，并且有自机翼翼梁延伸过来的一整个整体件“24”将机身两侧机翼主结构和6根机身主纵梁及其所在的整体性的三角形构件全部一起紧固地连接成机身主骨架；“25”是“24”机身主骨架内部的局部加强梁柱；“26”是自机身主骨架分别向机身外侧延伸成左右各一个横截面为双空泡状的构件，沿机身纵向每隔一段距离设置该构件，每两个构件之间设置若干个彼此相连的由每前、后两排座椅组成的软囊包式乘客舱房“27”，每个乘客舱房皆用来自各个方向上的机身主纵梁和机身主骨架构件的多根拉索或钢带栓系绑扎着；其作用是象斜拉桥的斜拉索一样既起连接作用又对其下的乘客仓房起锁定位置的作用；“28”是飞机机身蒙皮，其下分别是多层的每层是气密的或轻质柔软的薄壁体，“29”乘客舱房基本上是吊挂式锁定着的轻质结构体。

如附图4所示，“30”是机身上表面或下表面的两侧的弧形表面，“31”是沿机身纵向的铰链开合机构，设有以铰链轴心为中心而上、下摆动的活络板面“32”，“33”是主板面，在主板面和活络板面的侧缘之间是一长条其横向可折叠式伸缩的软质复合材料层，它分别粘牢在主板面和活络板面的侧缘并且随其伸缩。各板面下有整体式的软油箱“33”；“34”是基于机身的圆底形台，沿机身纵向设多个这样的底台，每个底台上设置可单独地用压缩空气收张的中部收窄的软质材料为筒壁的压缩空气圆筒体“35”，其上、下底面分别粘牢于上面的板面和下面的底台，它与各个加满燃油的油箱一样对可弯曲的各板面起支承和升降收拢作用。为了达到气动要求的弧形弯度，还可在板面外增设整流罩加强此效果。针对飞机开始滑跑的不同飞行阶段，根据有利的空气动力要求，优先消耗机身上、下的位于特定的位置的油箱内的燃油；在飞机巡航时，机腹下的原先鼓起的软油箱逐渐收缩内凹，在高速飞行时构成具有乘波压缩效果的升力面，这导致机翼所要求升力面积减小，因而也达到减重的目的。机身及机翼横截面积是可变大小的；具有可变后掠角及其翼面积的机翼，由机翼内收角互变为往外的后掠角机翼，这就满足了该飞机低速状态下的对于产生足够升力的机翼面积的要求，其是用机内的动作筒将隐藏在机内的一部分软质机翼随机外的机翼一起往外推动移动而构成往外的后掠角如图所示的可变后掠翼。

附图5的“35”是每个乘客舱房里的前后其两排中的前排座椅，每排两至三座或更多座位，“36”是后排座椅的座垫椅面位置高度较高的座椅，“37”是低几十厘米的中位高度的座椅；“38”是位于高位座椅两侧的硬质承力结构支柱，它是可沿导轨梁或套筒式向上拉出伸长达到上铺高度再锁定的，此时就能将多段折叠的软垫展开成睡床垫子，“39”是斜面扶手，“40”是其下的开放空间，供邻座的中位座椅乘客有更宽广一些的胳膊活动空间；“41”是乘客舱房“42”的囊布和隔帘等等，乘客里的每个舱房上述各物品皆是互相用拉索或降落伞伞布联结成一体的，当飞机面临紧急状态，根据指令，互连着的纵向的多个乘客舱房之下的滚轮可被向后的电动的或爆炸气体的牵引力牵引而沿着滑轨从机后舱门滑出离开后机身飞出机外，每个乘客舱房配一组由多个伞面连成的降落伞包括主伞和先导伞，离机后在空中展开，在着地前的几米间距或一两秒钟时可自动地在伞面中心之下释放一股气体上冲力，以其顶升力使降落伞下的乘客舱房获得一个短暂的慢速着地的机会。每个囊包式乘客舱房底部两侧设有前、后滚轮沿滑轨进、出机身，多个乘客舱房是互连的，因此它可作为前后相连的整体式舱房被推入或拉出整体式多层气密的薄壁韧性软质软垫层性质的供乘客使用的囊包内，在每个乘客舱房设有装在每层相应位置上的多层透明视窗构成的往外的观察窗。其一个优点就是能缩短飞机在机场为上、下乘客所需的时间，也就是说在乘客下飞机的时候，可将多个乘客舱房一齐拉出机外，然后象装卸集装箱一样将已载满乘客的另一个同样功能结构的多个乘客舱房沿机内、机外互相对接着的滑轨进入机身的多层囊包之内；关闭后舱门，飞机就可准备起飞了。

附图6的“43”是对高强韧度的片材用捣压方式压出的密集排列的多个小而圆的表面突起的小鼓包，捣压头的端部带有尖头，能在小鼓包上凿出多个小的圆孔，众多小圆孔之下设有由供电驱动产生快速微颤动的压电材料基板“44”，基板上还具有与有多根光纤的光纤“45”层一起混合安装在同一层的吸音材料，基本上当这一结构安装在机翼前缘表面时，多根光纤沿面放电产生推力，它能起到柔性的缓冲吸能减噪性质和作用的微气流软托效果，这对降低地面的噪音是有利的，也具有减阻作用。

效果：

处在飞机横截面里的每一部分包括飞机的动力装置发动机在内皆与前方空气来流产生相互作用，动力装置使空气由飞机的前方经由1、机身内部或内层； 2、机身及飞机各部分的表面层包括机体的附面层和3、扩散层向飞机的后方流去，气流流动时在空气之间及空气与机体各部分包括机体内部之间皆产生相互作用，该相互作用力的大小涉及气流的质量、密度、体积、方向、速度、温度、能量、压力压强，此时若飞机的结构欠坚固，则飞机受不住空气压力而解体；将机体上表面的一个适当大小的质量和密度的流速快于下表面的部分来流经由机身内部气道移入到机身下表面，该部分气流在机身下表面与空气来流汇合，汇合时产生的效果及作用之一是产生向飞机后方流动的自然层流的气流；效果及作用之二是增加了对机体的向上的升力，同时又减小了机体上表面和下表面与空气来流之间的阻力；效果及作用之三是前方空气来流到飞机尾部的飞机表面时，虽然其流速仍然是比飞机下表面的气流速度更快，但是其质量和能量已经有所减弱，因而其在机尾处的通常的下洗流易于受到由飞机下表面向后流动的流经尾部的气流向上的顶托作用而使得传到地面的声波强度(包括声爆)有所减弱。设在机尾的消能板上的多道光纤推力能用于增强对于所述的飞机后方的下洗气流的向上的推力，从而改变和减小其向下的对于地面的声波传力方向及强度。

所示的飞机用于超声速飞行，可使用不用加力的涡扇发动机。常规的四发、三发、双发的大、中型客机可配置各图所示的部件进行亚音速飞行，飞行时获得节能减噪更安全更舒适的良好效果。

进入飞机横截面积内的前方空气来流，就是进入飞机内部的空气动力，本发明通过设置几道斜向穿过机身贯通机身上、下表面然后与机身下表面交汇，交汇时消除了不利在该交汇位置的气流分离及其阻力的增加，同时也产生增升效果，减弱了传到扩散层的声波噪音能量。每个等边三角形结构件的边长大于等于 60cm；乘客舱房所在整个飞机机体上、下外表面的蒙皮之间的厚度至少约2.2米，如此，以左、右两侧机身每侧机身内的中央走道两边各安排2-3个座位计算，则以某种本型结构的飞机为例其整个机身横截面积可以是约10-16m²；薄而平的机翼横截面积是比较小的，其内部的整体油箱的容积不需要比较大，主要的燃油供应由飞机机脊上和机腹下的可收放的燃油箱还有飞机机身内部的燃油箱提供；乘客舱房被多层的整体式气密的薄壁韧性轻柔质软垫层包括降落伞布包复着且又互相拴系牵挂着，安全可靠而且消除了机舱失压的风险及其事故。

在前后各乘客舱房之间设有距地板面高约1.3米的软壁面，先将支柱升高锁定，然后由扶手前端的双向可转动的卷筒拉出宽约30CM的长布条的竖直的前缘处的上、下两个插销插入软质的仓房壁面的软质套扣筒体里，然后再将后排座椅的上下折叠着的座垫和靠背处的软垫拉出，再将软垫两侧的多个插销插入长布条表面的软质套扣筒体，于是构成吊铺性质的上层睡床。斜扶手的作用是防止乘客向侧外倾倒，同时它象圈椅靠背那样增加依靠活动的空间及其舒适性。降落伞在空中时展开散布在乘客舱房的外部周围；吊拉着每个乘客舱房的降落伞随舱房在机尾处打开的舱门离机后以多片多层方式在空中打开。

Claims (7)

1.一种能作超声速飞行和亚音速飞行的飞机，其特征在于其左、右、上、下机身渐有内凹、机身下表面是设置成具有弯度和扭转的升力面、驾驶舱后面至左右两侧的双尖头机身之间设置有一对内鸭翼、其上、下机身表面之间设有自上表面斜向向下向后贯穿机身的斜气道；其动力装置航空发动机设置在左、右两侧的头部和尾部皆呈双尖头状的机体头部和尾部或中部机身两侧或中央；机身主结构包括纵向的多根主纵梁和多个横向的三角形承力结构件组成的整体承力结构，还包括机身两侧大后掠角的前后呈连续的双S形的薄而平的带有可变后掠翼的机翼的中央翼盒；基于机身横截面积大小可变结构而设置的在机脊上和机腹下可收、放的软囊包式油箱及其用压缩空气筒和软质油箱单独地或共同地支撑着升降的面板以及两侧机身表面上、下的可收、放的机内客、货空间；在机翼及机体其它各部分的前缘设有对前方空气来流产生微气流软托、减噪和振动作用的缓冲消能层、在机尾后缘设有利用光纤的前端沿绝缘面放电而产生带电粒子的冲击力将由机身上表面流经机尾的气流向飞机后上方顶推的发挥规整气流和噪音传播方向作用的装置；其乘客舱房是含有由走道两边的前后每两排每排高低相邻的座椅的位于多层轻质的、气密的和/或适当充气的轻质软垫层内并且被拉索牵拉绑扎着的软囊舱包。

2.如权利要求1所述的能作超声速飞行和亚音速飞行的飞机，其特征在于其可变机身横截面积大小的机身结构及其机内的可用空间，包括机脊和机腹下的可收放的软囊包式燃油箱，其具有可弯曲的主面板和铰链开合的侧面板以及其两侧缘分别与主面板和侧面板的侧缘粘牢着的柔性伸缩面板，设在机身上、下表面用连杆带动升起或倒平的由多层软质囊布或蒙皮构成的机内可用空间。

3.如权利要求1所述的能作超声速飞行和亚音速飞行的飞机，其特征在于其每个乘客软囊舱房位于多层的整体式气密的薄壁韧性轻柔质软垫层包括降落伞布之内，此多层囊包皆由来自周围的机体包括纵向和横向的机身主结构的各个方向上的拉索或钢带反复拴系牵拉着。

4.如权利要求1所述的能作超声速飞行和亚音速飞行的飞机，其特征在于其乘客舱房里的前后两排座椅的高位座椅靠背两侧的支柱沿导轨或圆筒里拉拔升降再用插销锁定，座椅两侧的斜扶手的前端装有可向前/或后方卷放长布条的卷筒，拉出的长布条搭挂在舱房壁面的套扣里，其多段的折叠成多层的座垫和靠垫能展开铺平再以其侧缘的多个吊挂环带吊挂在长布条表面的套扣里从而构成上铺吊床或床位；与高位座椅相邻的中位或低位座椅上的乘客具有在所述的高位座椅两侧的斜扶手的斜面之下的开放的活动空间；在机场上、下乘客时，前、后相连的载满乘客的多个乘客舱房可整体被推拉着沿滑轨进、出机内多层囊包。

5.如权利要求1所述的能作超声速飞行和亚音速飞行的飞机，其特征在于在其机体包括机翼前缘设置的对于前方空气来流发挥柔性的微气流软托作用的减噪缓冲消能层，其包括位于遍布具有密集的小圆孔的微小突面的板面之下的基于压电振动的基板且与吸音减噪材料混合布置在一起的利用多排多根光纤前端沿面放电产生带电粒子对空气的推力及其调整空气来流的方向的作用的光纤；在机尾后缘设有利用光纤的前端沿绝缘面放电而产生带电粒子的冲击力将由机身上表面流经机尾的气流向飞机后上方顶推的发挥规整气流和噪音传播方向作用的装置。

6.如权利要求1所述的能作超声速飞行和亚音速飞行的飞机，其特征在于其机身横截面是扁平的且在其上、下、左、右四面具有向各面的纵向中心渐呈内凹形，在机身下表面纵向中央及其两侧构成一个具有适当的弧形弯度的且因其纵向前后各部分的机身横截面积大小可变因而还可调整其弧形弯度的升力面。

7.如权利要求1所述的能作超声速飞行和亚音速飞行的飞机，其特征在于其机身两侧大后掠角的前后呈连续的双S形的薄而平的机翼是可变后掠角的机翼。

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