CN113859511B - 一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构，属于飞行器气动设计领域。包括展弦比为2.4～3.4的飞行器，所述飞行器的机身采用细长设计，所述机身采用连续光滑面积分布，所述机身下表面轮廓呈扁平正弦曲线形状；所述机身采用拱形结构且向上弯曲，所述飞行器的机翼采用连续变后掠设计，所述飞行器的机翼采用向上翻设计，所述飞行器的后缘采用近似圆弧成型；所述飞行器的尾翼采用平尾设计，所述飞行器的尾翼也采用连续变后掠布局，所述飞行器的尾翼与机翼形状结构相同；两个所述飞行器的短舱对称设置在机翼上，每个所述短舱的出口端均位于尾翼之上。本发明解决了超声速民机飞行过程中高声爆的问题，可改善飞行器在超音速运行下气动性能。

Description

一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构
技术领域
本发明属于飞行器气动设计领域，涉及一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构。
背景技术
随着气动设计技术、新能源技术的发展和未来市场需求，在各国民航对超声速声爆问题严格限制的条件下，民航业界普遍认为，发展小型超声速公务机的技术条件以及市场时机已经基本成熟。在未来的几年内，小型超声速公务机的研制、试飞将会被提上日程。
声爆问题是下一代超声速民机必须解决的卡脖子问题，是超声速军用飞行器重要的环保评估因素。目前来看，在众多的声爆抑制技术研究中，先进气动布局设计是超声速民用飞机声爆抑制最有效的手段。声爆水平与飞行器面积分布、布局形式、机身形状、部件之间关系、翼面形状等总体及局部细节息息相关，对低声爆气动布局设计提出了严峻挑战。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构，解决了超声速民机飞行过程中高声爆的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构，包括展弦比为2.4～3.4的飞行器，所述飞行器的机身采用细长设计，所述机身本身采用连续光滑面积分布，所述机身下表面轮廓呈扁平正弦曲线形状；所述机身采用拱形结构且向上弯曲，所述飞行器的机翼采用连续变后掠设计，所述飞行器的机翼采用向上翻设计，所述飞行器的后缘采用近似圆弧成型；所述飞行器的尾翼采用平尾设计，所述飞行器的尾翼也采用连续变后掠布局，所述飞行器的尾翼与机翼形状结构相同；两个所述飞行器的短舱对称设置在机翼上，每个所述短舱的出口端均位于尾翼之上。
优选的，所述飞行器机翼的后掠角由75度光滑过度到55度。
优选的，所述飞行器机翼与机身上侧的夹角为20度。
与现有技术相比，本方案的有益效果在于：
本方案既大幅度降低了飞行器声爆水平，同时也满足低阻力的要求；既满足低声爆面积分布规律，也满足低阻面积律分布。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构的俯视图；
图2为本发明一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构的前视图；
图3为本发明一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构的侧视图；
图4为本发明一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构中飞行器飞行过程中轴向载荷分布图；
图5为本发明一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构中面积律分布图；
图6为本发明一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构中多弱波系形态图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
如附图1至附图6所示，一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构，包括展弦比为2.4～3.4的飞行器，此时飞行器满足超声速巡航低阻的最基本要求。飞行器的机身采用细长设计，飞行器的机头采用高细长设计且下表面轮廓平缓设计来缓慢过度，从而减缓了激波上升的时间。机身采用拱形结构且向上弯曲，可抑制机身下表面激波的形成。机身采用连续光滑面积分布，从机翼前缘至机尾，机身下表面轮廓呈扁平正弦曲线形状，可将激波形态分解为多弱波系形态，且弱波系快速消耗。飞行器的机翼采用连续变后掠设计，飞行器机翼的后掠角由75度光滑过度到55度，可减缓激波形成的过程。飞行器的机翼采用向上翻设计，飞行器机翼与机身上侧的夹角为20度，飞行器的后缘采用近似圆弧成型，避免了激波方向集中的问题，同时可兼顾超声速的同时实现低声爆面积与低阻面积分布。飞行器的尾翼采用平尾设计，飞行器的尾翼也采用连续变后掠布局，飞行器的尾翼与机翼形状结构相同；两个飞行器的短舱对称设置在机翼上，每个短舱均搭接在机翼后缘和尾翼前缘平面之间，每个短舱的出口端均位于尾翼之上，使喷流方向可以避开尾翼，并确保了面积分布过度更加光滑。在本飞行器满足上述结构特征的同时对飞行器进行细节调整以满足面积律光滑分布，具体可参见图5。
本方案利用机身弯曲成型、连续变后掠设计的机翼、短舱上置并与机翼后缘/平尾前缘平面搭接，将激波分解为多组弱激波，避免了强激波的出现形成强声爆的情况，具体情况参见图6。利用低声爆面积分布设计方法，降低整个布局近场所有位置的激波、膨胀波强度，满足超声速飞行器低阻、低声爆要求。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构，其特征在于：包括展弦比为2.4～3.4的飞行器，所述飞行器的机身采用细长设计，所述机身采用连续光滑面积分布，所述机身下表面轮廓呈扁平正弦曲线形状；所述机身采用拱形结构且向上弯曲，所述飞行器的机翼采用连续变后掠设计，所述飞行器的机翼采用向上翻设计，所述飞行器的后缘采用近似圆弧成型；所述飞行器的尾翼采用平尾设计，所述飞行器的尾翼也采用连续变后掠布局，所述飞行器的尾翼与机翼形状结构相同；两个所述飞行器的短舱对称设置在机翼上，每个所述短舱的出口端均位于尾翼之上。
2.根据权利要求1所述的一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构，其特征在于：所述飞行器机翼的后掠角由75度光滑过度到55度。
3.根据权利要求1所述的一种低阻低声爆超声速民机气动布局结构，其特征在于：所述飞行器机翼与机身上侧的夹角为20度。
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