CN112606997A - 一种无尾布局无人运输机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无尾布局无人运输机，该无人运输机包括机身、机翼、全动升降舵、驱动机构和多个涡流发生器；全动升降舵为设置有安装槽的半包围结构，并通过转轴安装于机身的尾部；转轴的轴心线沿机身的宽度方向延伸；驱动机构安装于机身内，并与转轴传动连接，用于驱动全动升降舵转动，从而控制无人运输机的升降；机身的尾部形状配合地嵌设于安装槽内；多个涡流发生器对称设置于机身的尾部两侧表面，用于抑制机身的尾部产生强分离涡。上述无人运输机的气动布局能够减小机身后体型阻、提高升阻比、增强航向稳定性和操纵性能。

Description

一种无尾布局无人运输机

技术领域

本发明涉及无人运输机气动布局技术领域，特别涉及一种无尾布局无人运输机。

背景技术

现有技术中，为了提高货运无人运输机的运载能力，不得不对货运舱的尺寸进行加长加宽，同时对应地加大机翼面积，为了使飞机保持较高的升阻比，一般保持机翼的展弦比，从而增加机翼弦长，增大机身长度。为了使无人运输机具有较好的航向稳定性和俯仰操纵性，一般采用增加垂尾与重心之间距离、增加升降舵与重心距离的措施。在满足转场运输要求的飞机长度约束条件下，传统的垂尾布局形式和升降舵布局形式具有机身后体型阻大、全机升阻比低的问题。

发明内容

本发明提供了一种无尾布局无人运输机，该无人运输机采用全动升降舵将水平安定面和升降舵合二为一，并在机身的尾部设置有多个涡流发生器，能够减小机身后体型阻、提高升阻比、增强航向稳定性和操纵性能。

为达到上述目的，本发明采用以下具体技术方案：

一种无尾布局无人运输机，包括机身和对称设置于所述机身两侧的机翼，还包括全动升降舵、驱动机构和多个涡流发生器；

所述全动升降舵为设置有安装槽的半包围结构，并通过转轴安装于所述机身的尾部；所述转轴的轴心线沿所述机身的宽度方向延伸；

所述驱动机构安装于所述机身内，并与所述转轴传动连接，用于驱动所述全动升降舵转动，从而控制所述无尾布局无人运输机的升降；

所述机身的尾部形状配合地嵌设于所述安装槽内；

多个所述涡流发生器对称设置于所述机身的尾部两侧表面，用于抑制所述机身的尾部产生强分离涡。

优选地，所述机翼在背离所述机身的端部设置有翼梢小翼。

优选地，所述翼梢小翼包括从所述机翼的端部向上倾斜的上小翼和从所述机翼的端部向下倾斜的下小翼；

所述上小翼通过上小翼转轴转动地连接于所述机翼；

所述下小翼通过下小翼转轴转动地连接于所述机翼。

优选地，还包括安装于所述机翼前缘的前缘缝翼和安装于所述机翼后缘的后缘襟翼；

所述前缘缝翼为沿所述机翼伸展方向延伸的弧形板，用于延缓所述机翼的气流分离；

所述后缘襟翼能够相对所述机翼偏转和伸缩，用于增大所述机翼的面积。

优选地，所述全动升降舵包括位于所述机身后侧的水平尾翼和两个对称连接于所述水平尾翼两侧的侧翼；

两个所述侧翼沿所述机身的宽度方向相对设置，并固定连接于所述转轴的两端；

两个所述侧翼和所述水平尾翼围绕形成开口朝向机头方向的所述安装槽。

优选地，所述侧翼为倾斜设置的曲面结构，顶端与所述水平尾翼固定连接，底端朝向所述机身外侧延伸；

沿所述机身的长度方向，所述侧翼的顶端长度大于所述侧翼的底端长度、且大于所述水平尾翼的长度。

优选地，从所述侧翼的顶端到底端，所述侧翼的长度逐渐减小，并且两个所述侧翼之间的间距逐渐增大。

优选地，所述侧翼的顶端长度为所述水平尾翼长度的至少两倍。

优选地，所述水平尾翼在水平面上的投影形状为矩形；

所述侧翼在水平面上的投影形状为梯形。

优选地，所述水平尾翼和两个所述侧翼为一体成型结构；

所述水平尾翼和所述侧翼采用铝合金材料制成。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

上述无尾布局无人运输机在机身的尾部设置有半包围结构的全动升降舵，并在机身的尾部设置有多个涡流发生器，采用全动升降舵将水平安定面和升降舵合二为一，替代了现有无人机的尾翼、垂尾与升降舵，全动升降舵通过转轴安装于机身的尾部，在驱动机构的驱动作用下能够相对机身进行转动，可以控制整个平面偏转，这使得无人运输机的操纵性能大大提高，在发生侧滑的时候能产生稳定航向力矩，起到增强航向稳定性的作用；全动升降舵的舵面面积大，无人运输机的配平和操作能力强；同时，涡流发生器将机体尾部产生的强分离涡进行抑制，形成强度较小的分离涡，将绕后体从下到上的气流进行阻挡，减小了压差阻力，从而能够减小机身后体型阻、提高了升阻比；因此，上述无尾布局无人运输机能够减小机身后体型阻、提高升阻比、增强航向稳定性和操纵性能。

附图说明

图1为本发明实施例提供的无尾布局无人运输机的立体结构示意图；

图2为图1中无尾布局无人运输机的全动升降舵的立体结构示意图；

图3为图1中无尾布局无人运输机的机身尾部的部分结构示意图；

图4为图1中无尾布局无人运输机的前缘缝翼的结构示意图；

图5为图1中无尾布局无人运输机的后缘襟翼的结构示意图；

图6为无尾布局无人运输机的翼梢小翼的结构示意图；

图7为前缘缝翼和后缘襟翼的组合偏转与无人运输机升力特性之间的关系曲线图；

图8为全动升降舵的偏转角度在不同迎角下影响无人运输机的俯仰特性的关系曲线图；

图9为上小翼偏转角与无人运输机的偏航力矩之间的关系曲线图；

图10为下小翼偏转角与无人运输机的偏航力矩之间的关系曲线图；。

附图标记：

1-机身；2-机翼；3-全动升降舵；4-涡流发生器；5-尾部；6-头部；7-翼梢小翼；8-前缘缝翼；9-后缘襟翼；31-水平尾翼；32-第一侧翼；33-第二侧翼；34-安装槽；71-上小翼；72-下小翼。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了方便说明本发明实施例提供的无尾布局无人运输机的具体结构，在图1中示意了无尾布局无人运输机的立体结构示意图，在图2中示意了无尾布局无人运输机的全动升降舵3的立体结构示意图，在图3中示意了无尾布局无人运输机的机身尾部5的部分结构示意图，在图4示意了无尾布局无人运输机的前缘缝翼8的零部件结构示意图，在图5中示意了无尾布局无人运输机的后缘襟翼9的零部件结构示意图。需要说明的是，在图1中，从机身1的头部6到尾部5的方向为无人运输机的长度方向，机身1两侧的机翼2的排列方向为无人运输机的宽度方向，竖直方向为无人运输机的高度方向。

本发明实施例提供了一种无尾布局无人运输机，该无人运输机包括机身1、对称设置于机身1两侧的机翼2、全动升降舵3、驱动机构(图中未示出)和多个涡流发生器4；如图1结构所示，机身1为无人运输机的主体结构，在机身1的两侧分别设置有一个机翼2，两个机翼2对称设置在机身1的两侧，并可以在机身1的头部6和尾部5分别设置有便于货物装卸的舱门；在机身1的尾部5安装有全动升降舵3和多个涡流发生器4；

如图1和图2结构所示，全动升降舵3为设置有安装槽34的半包围结构，并通过转轴(图中未示出)安装于机身1的尾部5；转轴的轴心线沿机身1的宽度方向延伸；转轴的延伸方向为水平方向，即，从一侧机翼2朝向另一侧机翼2延伸；全动升降舵3在驱动机构的作用下，能够相对机身1沿顺时针方向或逆时针方向摆动；转轴可以为整体结构，也可以为分体结构；

驱动机构安装于机身1内，并与转轴传动连接，用于驱动全动升降舵3转动，从而控制无尾布局无人运输机的升降；通过驱动机构可以控制全动升降舵3，从而实现无人运输机的配平和产生稳定航向力矩；驱动机构可以为电动机，转轴可以为电动机的主动轴或输出轴；转轴与驱动机构之间还可以通过传动机构进行传动连接，以将驱动机构地驱动力矩通过传动机构和转轴传递到全动升降舵3；

如图1结构所示，机身1的尾部5形状配合地嵌设于安装槽34内；

多个涡流发生器4对称设置于机身1的尾部5两侧表面，用于抑制机身1的尾部5产生强分离涡；如图3结构所示，在机身1尾部5的底端两侧表面均设置有多个涡流发生器4，两侧的涡流发生器4对称设置，并且单侧的涡流发生器4之间可以设置均匀间隔。

上述无尾布局无人运输机在机身1的尾部5设置有半包围结构的全动升降舵3，并在机身1的尾部5设置有多个涡流发生器4，采用全动升降舵3将水平安定面和升降舵合二为一，替代了现有无人机的尾翼、垂尾与升降舵，全动升降舵3通过转轴安装于机身1的尾部5，在驱动机构的驱动作用下能够相对机身1进行转动，可以控制整个平面偏转，这使得无人运输机的操纵性能大大提高，在发生侧滑的时候能产生稳定航向力矩，起到增强航向稳定性的作用；全动升降舵3的舵面面积大，无人运输机的配平和操作能力强；同时，涡流发生器4将机体尾部5产生的强分离涡进行抑制，形成强度较小的分离涡，将绕后体从下到上的气流进行阻挡，减小了压差阻力，从而能够减小机身1后体型阻、提高了升阻比，提升了无人运输机的经济性；因此，上述无尾布局无人运输机能够减小机身1后体型阻、提高升阻比、增强航向稳定性和操纵性能。

一种具体的实施方式中，如图1结构所示，机翼2在背离机身1的端部设置有翼梢小翼7，即，在机翼2的翼尖上设置有翼稍小翼，通过翼稍小翼可为无人运输机提供横向静稳定性和航向操作性，同时通过翼稍小翼还能耗散翼尖涡，降低了无人运输机的诱导阻力，进一步提高了无人运输机的升阻比。

在实际使用过程中，如图1和图6结构所示，翼梢小翼7包括从机翼2的端部向上倾斜的上小翼71和从机翼2的端部向下倾斜的下小翼72；上小翼71通过上小翼71转轴转动地连接于机翼2，下小翼72通过下小翼72转轴转动地连接于机翼2，使得上小翼71能够绕上小翼71转轴转动且下小翼72能够绕下小翼72转轴转动，通过上小翼71和/或下小翼72的偏转能够为无人运输机提供偏航力矩。也可以如图1中结构所示，下小翼72沿水平方向延伸。

更进一步地，上述无人运输机还包括安装于机翼2前缘的前缘缝翼8和安装于机翼2后缘的后缘襟翼9；前缘缝翼8为沿机翼2伸展方向延伸的弧形板，用于延缓机翼2的气流分离，如图4结构所示为前缘缝翼8的结构示意图，机翼2前缘为机翼2靠近机身1的头部6的一侧；后缘襟翼9能够相对机翼2偏转和伸缩，用于增大机翼2的面积，如图5结构所示为后缘襟翼9的结构示意图，机翼2后缘为机翼2靠近机身1的尾部5的一侧。

通过设置于机翼2前缘的前缘缝翼8延缓了机翼2上的气流分离，提升了飞机的失速迎角，增大了飞机的升力系数；后缘襟翼9安装在机翼2后缘，能向下偏转或向后伸出，可以增大机翼2的弯度和面积，提高无人运输机的升力系数，增大升力，同时也增大阻力。前缘缝翼8和后缘襟翼9的组合控制可以大幅度减少无人运输机在起飞、着陆时的跑道距离，使得无人运输机能够运行于各种机场，避免受机场长度的限制。

如图1和图2结构所示，全动升降舵3包括位于机身1后侧的水平尾翼31和两个对称连接于水平尾翼31两侧的侧翼，两个侧翼分别为第一侧翼32和第二侧翼33；两个侧翼沿机身1的宽度方向相对设置，并固定连接于转轴的两端；两个侧翼和水平尾翼31围绕形成开口朝向机头方向的安装槽34。如图1和图2结构所示，水平尾翼31位于机身1尾部5的正后方，两个侧翼分别位于机身1的尾部5两侧，两个侧翼对称设置在水平尾翼31的两侧；水平尾翼31和两个侧翼可以为分体结构，也可以为一体成型结构；水平尾翼31在水平面上的投影形状可以为矩形、梯形或多边形；侧翼在水平面上的投影形状可以为梯形或多边形；水平尾翼31和两个侧翼均可以采用铝合金材料制成，也可以采用其它金属材料或非金属材料制成，还可以采用复合材料制成。

如图1和图2结构所示，侧翼为倾斜设置的曲面结构，顶端与水平尾翼31固定连接，底端朝向机身1外侧延伸；沿机身1的长度方向，侧翼的顶端长度大于侧翼的底端长度、且大于水平尾翼31的长度；侧翼的顶端长度为水平尾翼31长度的至少两倍，即，侧翼的顶端长度大于水平尾翼31长度的两倍以上。侧翼与竖直面之间具有夹角，从水平尾翼31向下倾斜延伸，侧翼具有不规则的形状，为了防止出现应力集中现象，侧翼为光滑曲面结构；侧翼的顶端与水平尾翼31固定连接，侧翼的底端低于水平尾翼31，在侧翼的顶端由相对设置的两个侧翼和水平尾翼31形成开口(图中未示出)朝向机身1的头部6方向的安装槽34，安装槽34用于容置机身1的尾部5，机身1的尾部5与安装槽34形状配合。

并且，如图2结构所示，从侧翼的顶端到底端，侧翼的长度逐渐减小，两个侧翼之间的间距逐渐增大，即，侧翼从上到下，侧翼的长度越来越小，侧翼逐渐向机身1的外侧伸展。

图7、图8、图9和图10均为风洞实验的实验数据，与基本状态相比，采用前缘缝翼8和后缘襟翼9的无人运输机在起飞状态和滑跑状态均能够大幅度地增加升力系数，采用翼梢小翼7能够提高无人运输机的偏航力矩。采用以上气动布局的无人运输机，在风洞实验中的最高升阻达到15.3，远超同级别的无人运输机，同时可兼容航空物流集装箱，在经济性上和实用性上有很大优势。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种无尾布局无人运输机，包括机身和对称设置于所述机身两侧的机翼，其特征在于，还包括全动升降舵、驱动机构和多个涡流发生器；

所述全动升降舵为设置有安装槽的半包围结构，并通过转轴安装于所述机身的尾部；所述转轴的轴心线沿所述机身的宽度方向延伸；

所述驱动机构安装于所述机身内，并与所述转轴传动连接，用于驱动所述全动升降舵转动，从而控制所述无尾布局无人运输机的升降；

所述机身的尾部形状配合地嵌设于所述安装槽内；

多个所述涡流发生器对称设置于所述机身的尾部两侧表面，用于抑制所述机身的尾部产生强分离涡。

2.根据权利要求1所述的无尾布局无人运输机，其特征在于，所述机翼在背离所述机身的端部设置有翼梢小翼。

3.根据权利要求2所述的无尾布局无人运输机，其特征在于，所述翼梢小翼包括从所述机翼的端部向上倾斜的上小翼和从所述机翼的端部向下倾斜的下小翼；

所述上小翼通过上小翼转轴转动地连接于所述机翼；

所述下小翼通过下小翼转轴转动地连接于所述机翼。

4.根据权利要求3所述的无尾布局无人运输机，其特征在于，还包括安装于所述机翼前缘的前缘缝翼和安装于所述机翼后缘的后缘襟翼；

所述前缘缝翼为沿所述机翼伸展方向延伸的弧形板，用于延缓所述机翼的气流分离；

所述后缘襟翼能够相对所述机翼偏转和伸缩，用于增大所述机翼的面积。

5.根据权利要求1-4任一项所述的无尾布局无人运输机，其特征在于，所述全动升降舵包括位于所述机身后侧的水平尾翼和两个对称连接于所述水平尾翼两侧的侧翼；

两个所述侧翼沿所述机身的宽度方向相对设置，并固定连接于所述转轴的两端；

两个所述侧翼和所述水平尾翼围绕形成开口朝向机头方向的所述安装槽。

6.根据权利要求5所述的无尾布局无人运输机，其特征在于，所述侧翼为倾斜设置的曲面结构，顶端与所述水平尾翼固定连接，底端朝向所述机身外侧延伸；

沿所述机身的长度方向，所述侧翼的顶端长度大于所述侧翼的底端长度、且大于所述水平尾翼的长度。

7.根据权利要求6所述的无尾布局无人运输机，其特征在于，从所述侧翼的顶端到底端，所述侧翼的长度逐渐减小，并且两个所述侧翼之间的间距逐渐增大。

8.根据权利要求7所述的无尾布局无人运输机，其特征在于，所述侧翼的顶端长度为所述水平尾翼长度的至少两倍。

9.根据权利要求5所述的无尾布局无人运输机，其特征在于，所述水平尾翼在水平面上的投影形状为矩形；

所述侧翼在水平面上的投影形状为梯形。

10.根据权利要求5所述的无尾布局无人运输机，其特征在于，所述水平尾翼和两个所述侧翼为一体成型结构；

所述水平尾翼和所述侧翼采用铝合金材料制成。

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