CN113815841B - 一种长航时飞机 - Google Patents
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Abstract
本发明以提高飞机续航时间为主要目标，提出了长航时飞机的一种新型总体布局，采用双机翼设计，避免了常规布局中水平尾翼造成的升力损失。在机翼梢部布置螺旋桨，并且螺旋桨按照特定的方向旋转，利用螺旋桨滑流破坏翼尖涡，减小飞行阻力。通过调节螺旋桨的推力来控制飞机飞行姿态，控制灵活，并且取代了传统的操纵舵面，可消除舵面偏转时产生的额外阻力。根据本发明的长航时飞机升力大，阻力小，气动效率高，能量利用率高，燃油消耗率低，有助于提高飞机的续航时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种长航时飞机，属于航空设计领域。
背景技术
飞机的常规布局包括机身、机翼、水平尾翼和垂直尾翼，在飞机飞行过程中，为保持飞机的平衡，水平尾翼上产生向下的气动力，这将带来全机升力的损失。对于强调不间断长久飞行的长航时飞机而言，这种升力损失将限制续航时间的提高。为达到更佳的续航性能，需要采用更加高效的布局形式。因此，本发明设计了一种具有新型总体布局的长航时飞机。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种长航时飞机，其特征在于包括：机身、上机翼和下机翼，
其中：
上机翼的长度比下机翼的长度短，
在飞行过程中，上机翼和下机翼均产生向上的升力，
上机翼和下机翼的端部均设置有短舱，
短舱前设置螺旋桨，通过调整各个螺旋桨的推力来控制飞机的飞行姿态，
上机翼与下机翼沿高度方向间隔预定的距离，上机翼和下机翼沿前后方向错开一定的距离，从而减少上机翼和下机翼之间的气流干扰，同时使得机身支撑上机翼的部位和支撑下机翼的部位间沿着上下方向的尺寸较大，
下机翼的形状偏短粗，以在承受同样的气动载荷的情况下使得下机翼的重量更轻，并提高了下机翼的刚度，以减小因下机翼的变形导致的螺旋桨的位置的变化幅度，从而提高飞机姿态控制的有效性和稳定性，
下机翼的厚度沿梢部至根部逐渐变厚，以提供足够的强度，且从根部至梢部呈斜向上的外形，以提高飞机的横向稳定性，
在所述长航时飞机的前视图中，上机翼和下机翼左侧的螺旋桨都沿逆时针方向旋转，上机翼和下机翼右侧的螺旋桨都沿顺时针方向旋转，从而在螺旋桨后方形成较强的螺旋桨滑流，在为飞机提供动力的同时，抑制了空气从下机翼下表面向上表面的流动，破坏了翼尖涡，减小了飞行阻力，
下机翼的位置比上机翼的位置靠前，
上机翼的形状偏短粗，以在承受同样的气动载荷的情况下使得上机翼的重量更轻，并提高了上机翼的刚度，以减小因上机翼的变形导致的螺旋桨的位置的变化幅度，从而提高飞机姿态控制的有效性和稳定性，
上机翼的厚度沿梢部至根部逐渐变厚，以提供足够的强度，且从根部至梢部呈斜向上的外形，以提高飞机的横向稳定性，机身包括呈水滴形的主体和背鳍，主体和背鳍相互平滑连接，主体和背鳍均呈流线形，
背鳍覆盖上机翼和下机翼根部的位置，用于安装上机翼和下机翼。
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的长航时飞机的立体图。
图2是图1所示的长航时飞机的侧视图。
图3是图1所示的长航时飞机的前视图。
图4是根据本发明的一个实施例的长航时飞机的左侧下机翼的俯视图。
图5是图4的左侧下机翼的前视图。
图6是如果下机翼梢部的短舱前不布置螺旋桨的情况下的气流效果示意图。
图7是下机翼梢部的短舱前布置了螺旋桨的情况下的气流效果示意图。图8是根据本发明的一个实施例的长航时飞机的左侧上机翼与下机翼的俯视对比图。
图9是图8的左侧上机翼与下机翼的前视对比图。
图10是根据本发明的一个实施例的长航时飞机的机身的示意立体图。
具体实施方式
为实现更高的效率，需要取消常规布局中产生负升力的水平尾翼，使翼面的气动力全部用于提供升力，同时，传统布局形式中产生额外阻力的部件要尽可能取消，各部件间的气动干扰也要尽量减小，最终达到升力大，阻力小，能量利用率高，耗油率低的效果，使得飞机续航时间进一步提高。为此，本发明设计了一种具有新型总体布局的长航时飞机。
如图1所示，根据本发明的一个实施例的长航时飞机包括机身(5)、上机翼(2)和下机翼(4)，上机翼(2)比下机翼(4)长度更短，上机翼(2)和下机翼(4)的端部都设置有短舱(3)，短舱前为螺旋桨(1)。在飞行过程中，上机翼(2)和下机翼(4)均产生向上的升力，通过调整各个螺旋桨(1)的推力来控制飞机的飞行姿态。该长航时飞机的侧视图如图2所示，上机翼(2)与下机翼(4)沿高度方向间隔预定的距离，上机翼(2)和下机翼(4)沿前后方向错开一定的距离，从而减少上机翼(2)和下机翼(4)之间的气流干扰，同时使得机身(5)支撑上机翼(2)的部位和支撑下机翼(4)的部位间沿着上下方向的尺寸较大，扩大机身(5)内部的容积，以装载更多的燃油，有利于提高续航时间。飞机的前视图如图3所示，在此视角下，上机翼(2)和下机翼(4)左侧的螺旋桨(1)都沿逆时针方向旋转，右侧的螺旋桨(1)都沿顺时针方向旋转。
1)机翼
首先以左侧下机翼(4)为例进行说明。左侧下机翼(4)的俯视图如图4所示，相对常规的长航时飞机的机翼而言本发明的下机翼(4)形状稍偏短粗，以在承受同样的气动载荷的情况下使得下机翼(4)的重量更轻，并且提高了下机翼(4)的刚度，减小因下机翼(4)的变形导致的螺旋桨(1)的位置的变化幅度，从而提高飞机姿态控制的有效性和稳定性。左侧下机翼(4)的前视图如图5所示，其厚度沿梢部至根部逐渐变厚，以提供足够的强度，且从根部至梢部呈斜向上的外形，以提高飞机的横向稳定性。
该长航时飞机在飞行过程中，由于下机翼(4)产生升力，其下表面压强大，上表面压强小。如图6所示，若下机翼(4)梢部的短舱(3)前不布置螺旋桨(1)，下机翼(4)下表面的空气就会在压强差的作用下向上表面流动，形成翼尖涡(6)，损耗了飞机的能量，增大飞行阻力。如图7所示，在短舱(3)前布置螺旋桨(1)，且螺旋桨(1)按照规定的方向旋转时，会在螺旋桨(1)后方形成较强的螺旋桨滑流(7)，在为飞机提供动力的同时，抑制了空气从下机翼(4)下表面向上表面的流动，破坏了翼尖涡(6)，减小了飞行阻力。
如图2和图3所示，上机翼(2)与下机翼(4)在高度方向间隔一定的距离，而下机翼(4)比上机翼(2)略微靠前。左侧上机翼(2)与下机翼(4)的俯视对比图如图8所示，图9是图8的左侧上机翼与下机翼的前视对比图；上机翼(2)的长度比下机翼(4)更短，但同样为稍偏短粗的形状，可以使上机翼(2)的重量更轻，提高上机翼(2)的刚度，减小因上机翼(2)的变形导致的螺旋桨(1)的位置的变化幅度，从而提高飞机姿态控制的有效性和稳定性。左侧上机翼(2)与下机翼(4)的前视对比图如图8所示，上机翼(2)的厚度沿梢部至根部也逐渐变厚，以提供足够的强度，且从根部至梢部呈斜向上的外形，以提高飞机的横向稳定性。
上机翼(2)梢部布置有与下机翼(4)相似的短舱(3)和螺旋桨(1)，其螺旋桨(1)在按照图3规定的方向旋转时，同样会在螺旋桨(1)后方形成较强的螺旋桨滑流(7)，在为飞机提供动力的同时，抑制了空气从上机翼(2)下表面向上表面的流动，破坏了上机翼(2)的翼尖涡(6)，减小了飞行阻力。
2)机身
本发明的长航时飞机的机身(5)如图10所示，由呈水滴形的主体(9)和背鳍(8)平滑连接而成，主体(9)和背鳍(8)均呈流线形，阻力较小。背鳍(8)覆盖上机翼(2)和下机翼(4)根部的位置，用于安装上机翼(2)和下机翼(4)，其内部也可装载燃油。机身(5)的主体(9)可用于装载飞行控制系统设备及任务设备。
本发明的优点和有益效果包括：
1)采用两个机翼的设计，使得机翼的气动力全部用于提供升力，消除了常规布局中水平尾翼产生的升力损失，充分利用机翼的气动力，气动效率高。
2)机翼结构重量较小，强度、刚度高。布置在翼尖的螺旋桨在产生推力的同时可破坏翼尖涡，提高机翼的气动效率。
3)两个机翼在前后和上下方向拉开一定距离，减少机翼间的气动干扰，同时增大机身的容积，可装载更多的燃油，提高续航时间。
4)布置在翼尖的螺旋桨不仅提供飞机飞行所需的推力，还可通过调节各个螺旋桨的推力来控制飞机的飞行姿态，这种控制方式较为灵活，并且取代了传统操纵舵面，可消除舵面偏转时产生的额外阻力。
5)上述技术方案使得飞机整体升力大，阻力小，能量利用率高，燃油消耗率低，有助于提高飞机的续航时间。
Claims (3)
1.一种长航时飞机，其特征在于包括：机身(5)、上机翼(2)和下机翼(4)，
其中：
上机翼(2)的长度比下机翼(4)的长度短，
在飞行过程中，上机翼(2)和下机翼(4)均产生向上的升力，
上机翼(2)和下机翼(4)的端部均设置有短舱(3)，
短舱前设置螺旋桨(1)，通过调整各个螺旋桨(1)的推力来控制飞机的飞行姿态，
上机翼(2)与下机翼(4)沿高度方向间隔预定的距离，上机翼(2)和下机翼(4)沿前后方向错开一定的距离，从而减少上机翼(2)和下机翼(4)之间的气流干扰，同时使得机身(5)支撑上机翼(2)的部位和支撑下机翼(4)的部位间沿着上下方向的尺寸较大，
下机翼(4)的形状偏短粗，以在承受同样的气动载荷的情况下使得下机翼(4)的重量更轻，并提高了下机翼(4)的刚度，以减小因下机翼(4)的变形导致的螺旋桨(1)的位置的变化幅度，从而提高飞机姿态控制的有效性和稳定性，
下机翼(4)的厚度沿梢部至根部逐渐变厚，以提供足够的强度，且从根部至梢部呈斜向上的外形，以提高飞机的横向稳定性，
在所述长航时飞机的前视图中，上机翼(2)和下机翼(4)左侧的螺旋桨(1)都沿逆时针方向旋转，上机翼(2)和下机翼(4)右侧的螺旋桨(1)都沿顺时针方向旋转，从而在螺旋桨(1)后方形成较强的螺旋桨滑流(7)，抑制了空气从下机翼(4)下表面向上表面的流动，破坏了翼尖涡(6)，减小了飞行阻力，
下机翼(4)的位置比上机翼(2)的位置靠前，
上机翼(2)的形状偏短粗，以在承受同样的气动载荷的情况下使得上机翼(2)的重量更轻，并提高了上机翼(2)的刚度，以减小因上机翼(2)的变形导致的螺旋桨(1)的位置的变化幅度，从而提高飞机姿态控制的有效性和稳定性，
上机翼(2)的厚度沿梢部至根部逐渐变厚，以提供足够的强度，且从根部至梢部呈斜向上的外形，以提高飞机的横向稳定性，
机身(5)包括呈水滴形的主体(9)和背鳍(8)，主体(9)和背鳍(8)相互平滑连接，主体(9)和背鳍(8)均呈流线形，背鳍(8)覆盖上机翼(2)和下机翼(4)根部的位置，用于安装上机翼(2)和下机翼(4)。
2.根据权利要求1所述的长航时飞机，其特征在于：
背鳍(8)的内部用于装载燃油。
3.根据权利要求1所述的长航时飞机，其特征在于：
机身(5)的主体(9)用于装载飞行控制系统设备及任务设备。
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