CN112849387B - 一种考虑动力安装平台的飞翼反弯翼型 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种考虑动力安装平台的飞翼反弯翼型，由3种翼型组成，第一翼型处于飞机机身对称面处，第二翼型处于翼身结合部截面，第三翼型处于外翼段起点截面；3种翼型的背部存在一段直线平台，作为飞机动力模块的安装位置，平直段与翼型后缘曲线光滑连接；翼型头部下表面内凹，形成鹰嘴式外形，以提供升力和抬头力矩，翼型下表面呈现先下凸后上凸构型，在翼型中前部形成了较大的翼型厚度，便于飞翼飞机进行装载。本发明所提出的翼型应用于飞翼布局无人机后，可以组成一段平整的平台，用于放置分布式动力模块；应用该翼型可以使飞翼布局无人机易于进行力矩配平，构成纵向静稳定的力矩特性，可以保证其升力特性达到要求，且满足升阻比要求。

Description

一种考虑动力安装平台的飞翼反弯翼型
技术领域
本发明涉及航空飞行器技术领域，具体的是一种用于背部分布式动力布局飞翼飞行器的反弯翼型。
背景技术
当前翼身融合布局飞行器逐渐受到关注，并开始兴起翼身融合布局(blended-wing-body，BWB)与分布式动力(Distributed Propulsion，DP)相结合的设计方案。NASA针对其N3-X飞机的研究显示这种布局的飞机与B777-200LR相比能够减少70-72％的燃油消耗和32-35dB的噪声。
这种布局的飞机多采用飞翼布局，许多研究已经对该布局飞机的气动特性和飞行性能进行了研究。但是，针对这种布局的特殊翼型设计研究尚不充足，尤其是应用该布局的无人机，动力系统相对于飞机更大，占用更多飞机背部空间。为了安装电涵道，通常要求飞机背部有一段平台，这段平台的存在打破了原始翼型的外形，因此应该重新设计，以保证飞机的力矩和升力特性。然而现阶段，对于这种构型下的机翼翼型设计的相关研究尚比较欠缺。
发明内容
针对目前分布式电推进飞翼布局无人机的需求，本发明设计一种考虑背部动力模块安装的反弯翼型。这种翼型充分考虑了电涵道安装，而保留了安装所需的平直段。在保留了足够长的平直段的同时，保证其升力大小、升阻比、力矩特性保持在要求范围内。
本发明的技术方案为：
所述一种考虑动力安装平台的飞翼反弯翼型，由3种翼型组成，分别位于背部分布式动力飞翼布局飞机的不同截面位置，其中第一翼型处于飞机机身对称面处，第二翼型处于翼身结合部截面，第三翼型处于外翼段起点截面；
3种翼型的无量纲化坐标数据点为：
Figure BDA0002912263100000011
Figure BDA0002912263100000021
Figure BDA0002912263100000031
Figure BDA0002912263100000041
Figure BDA0002912263100000051
其中Airfoil_1表示第一翼型，Airfoil_2表示第二翼型，Airfoil_3表示第三翼型。
进一步的，所述3种翼型的背部存在一段直线平台，作为飞机动力模块的安装位置。
进一步的，所述3种翼型头部下表面内凹，形成鹰嘴式外形，以提供升力和抬头力矩。
进一步的，所述3种翼型下表面呈现先下凸后上凸构型，在翼型中前部形成了较大的翼型厚度，便于飞翼飞机进行装载。
进一步的，所述3种翼型平直段与翼型后缘曲线光滑连接。
有益效果
本发明所提出的翼型应用于飞翼布局无人机后，可以组成一段平整的平台，用于放置分布式动力模块；应用该翼型可以使飞翼布局无人机易于进行力矩配平，构成纵向静稳定的力矩特性；应用该翼型可以保证其升力特性达到要求，且满足升阻比要求。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1：实施例中飞机参数示意图；
图2：翼型示意图；
图3：翼型气动性能曲线；a、升力系数，b、阻力系数，c、力矩系数，d、升阻比；
图4：飞机气动性能曲线；a、升力系数，b、阻力系数，c、力矩系数，d、升阻比。
具体实施方式
本实施例设计了一组考虑背部动力安装平台的飞翼翼型，具体有三种，分别位于背部分布式动力的不同截面位置，如图1所示，截面A为机身对称面处的翼型，截面B为翼身结合部的翼型，截面C为外翼段起点翼型，截面D为翼尖翼型。其中截面A、B、C为需要考虑背部动力安装平台(图示浅蓝色区域)的特殊翼型，截面D为常规飞翼翼型。
本实施例中，截面A的展向位置为0m、弦长为1.8m；截面B的展向位置为0.48m、弦长为1.10m；截面C的展向位置1.00m、弦长为0.7m；截面D的展向位置为2.00m、弦长为0.25m。背部动力安装平台的前后宽度为0.12m。飞机展长4.40m。各截面位置参数如下表所示。
表1截面位置和弦长
Figure BDA0002912263100000071
图1中机身对称面处的点为力矩参考点，力矩参考点位于机头后方1.10m处。该飞机重量200kg，飞行高度3km，飞行速度300km/h，机翼面积约3.40m2。该飞机巡航状态下，要求巡航升力系数约为0.2，相对于力矩参考点的纵向力矩约为0，静稳定裕度大于10％，最大升力系数约为0.8，最大升阻比不低于16。
在上述条件下，设计截面A、截面B、截面C的剖面形状如图2所示，各个剖面的坐标点如表格2所示。
表2翼型无量纲化坐标数据点
Figure BDA0002912263100000072
Figure BDA0002912263100000081
Figure BDA0002912263100000091
Figure BDA0002912263100000101
Figure BDA0002912263100000111
这种外形具有以下特点：
(1)翼型背部存在一段直线平台，用于安装动力模块。
(2)翼型通过翼型前部的鹰嘴式外形(翼型头部下表面内凹)提供一定的升力和抬头力矩。
(3)翼型下表面呈现先下凸后上凸构型，在翼型中前部形成了较大的翼型厚度，便于飞翼飞机进行装载。
(4)翼型平直段与翼型后缘曲线光滑连接。
该翼型能够在满足背部动力安装平台需求的基础上，满足气动性能指标，使得飞机采用该翼型后，在背部形成分布式动力安装平台，同时飞机满足升力系数、升阻比、力矩特性和稳定性要求。3种翼型的性能(雷诺数约3×106～8×106)如图3所示。
由翼型气动性能曲线可以看出，翼型的最大升力系数接近1.3，迎角10度之前阻力系数均小于0.02。各个翼型的力矩系数接近零，且第一翼型和第二翼型在小迎角时还呈现抬头力矩，因此该翼型的力矩特性是利于飞翼无人机进行力矩配平的。同时，各个翼型的最大升阻比在70以上，位于约8度附近。
而飞翼布局飞机本体的气动特性曲线如图4所示，飞行性能曲线表明，飞机静稳定裕度(△CM/△CL)约为16.124％，最大升阻比约为20，位于迎角4度左右，对应升力系数0.311，巡航升力系数0.2对应升阻比约18。因此本文所设计的翼型满足设计要求。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种考虑动力安装平台的飞翼反弯翼型，其特征在于：由3种翼型组成，分别位于背部分布式动力飞翼布局飞机的不同截面位置，其中第一翼型处于飞机机身对称面处，第二翼型处于翼身结合部截面，第三翼型处于外翼段起点截面；
3种翼型的无量纲化坐标数据点为：
Figure FDA0002912263090000011
Figure FDA0002912263090000021
Figure FDA0002912263090000031
Figure FDA0002912263090000041
Figure FDA0002912263090000051
其中Airfoil_1表示第一翼型，Airfoil_2表示第二翼型，Airfoil_3表示第三翼型。
2.根据权利要求1所述一种考虑动力安装平台的飞翼反弯翼型，其特征在于：所述3种翼型的背部均存在一段直线平台，作为飞机动力模块的安装位置。
3.根据权利要求1所述一种考虑动力安装平台的飞翼反弯翼型，其特征在于：所述3种翼型均头部下表面内凹，形成鹰嘴式外形，以提供升力和抬头力矩。
4.根据权利要求1所述一种考虑动力安装平台的飞翼反弯翼型，其特征在于：所述3种翼型下表面均呈现先下凸后上凸构型，在翼型中前部形成了较大的翼型厚度，便于飞翼飞机进行装载。
5.根据权利要求1所述一种考虑动力安装平台的飞翼反弯翼型，其特征在于：所述3种翼型平直段均与翼型后缘曲线光滑连接。
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