CN114056551A - 虚拟腹襟翼、翼身融合飞机、定常吹气及变角吹气的方法 - Google Patents
虚拟腹襟翼、翼身融合飞机、定常吹气及变角吹气的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及翼身融合飞机领域，公开了一种虚拟腹襟翼、翼身融合飞机、定常吹气及变角吹气的方法，包括用于传输气源的引气系统、与所述引气系统连接的压力腔；所述压力腔上至少有部分未闭合形成射流缝道，气体经过所述引气系统和所述压力腔后，从所述射流缝道按照预设偏角排出。本方案在翼身融合布局飞机的腹部设置虚拟腹襟翼，利用缝道吹气形成空气壁面效应来模拟传统腹襟翼的效果，与传统机械腹襟翼相比，结构简单，同时实现定常吹气和变角度吹气功能，改变飞机下表面腹襟翼前后的压力，从而产生对飞机附加的抬头力矩，有利于飞机起降阶段的俯仰力矩配平以及俯仰控制。而且，虚拟腹襟翼最大限度的保证了飞机对于结构的完整性和轻量的要求化。
Description
技术领域
本发明涉及翼身融合飞机领域，具体涉及一种虚拟腹襟翼、翼身融合飞机、定常吹气及变角吹气的方法。
背景技术
近年来，飞翼布局飞机以其特有的气动、结构和隐身优势，受到了广泛关注。与常规布局飞机相比，飞翼布局飞机的隐身性能更好，巡航升阻比更高，结构重量更轻；但是，飞翼布局飞机没有常规的平尾、垂尾，航向稳定性和操纵性较差，俯仰操纵力臂较短，要获得与常规布局等效的俯仰操纵效果，需付出较大的升力损失。飞翼布局飞机在起飞、着陆阶段通过偏转增升装置增加升力的同时，将会产生较大的附加低头力矩，不满足起降操纵要求。
为了提高飞翼布局飞机的起降气动性能，提出了一种腹襟翼装置。腹襟翼是安装在飞机腹部的一种增升和俯仰控制装置。如图2所示为腹襟翼绕流的流场示意图，其中，箭头表示气流流向，由于腹襟翼的存在，当气流流经飞机下表面时，使得腹襟翼前区域气流速度减小，因此该区域承受的压力增大，腹襟翼后区域流动出现分离，因此该区域承受的压力减小。如图3所示，给出了压力变化对气动力影响的示意图，飞机下表面腹襟翼前后压力的改变对飞机产生了附加的抬头力矩，这种附加的抬头力矩对飞机起降阶段的俯仰力矩配平以及俯仰控制是有利的。
但是，传统的腹襟翼大多是机械腹襟翼，需要笨重的机械传动装置驱动，对飞机的结构完整性和轻量化都有一定破坏。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，提供一种虚拟腹襟翼、翼身融合飞机、定常吹气及变角吹气的方法，用缝道吹气形成空气壁面效应来模拟腹襟翼，从飞机发动机引气，不增加额外的负担，能够通过简单结构同时实现定常吹气和变角度吹气功能，取代较为复杂的机械腹襟翼。
本发明要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种虚拟腹襟翼，包括用于传输气源的引气系统、与所述引气系统连接的压力腔；
所述压力腔上至少有部分未闭合形成射流缝道，气体经过所述引气系统和所述压力腔后，从所述射流缝道按照预设偏角排出。
作为优选的技术方案，所述虚拟腹襟翼还包括调节机构，所述调节机构与所述射流缝道连接，并带动所述射流缝道运动，改变气体排出时的预设偏角。
作为优选的技术方案，所述调节机构包括伺服电机、与所述伺服电机连接的联轴器、与所述联轴器连接的蜗杆、与所述蜗杆啮合连接的蜗轮；
所述蜗轮与所述射流缝道连接。
作为优选的技术方案，所述引气系统与发动机连接，所述引气系统包括风扇空气活门、压力调节关断活门、中压单向活门、高压活门、预冷器、引气温度传感器、引气压力传感器和流量控制单元；
其中，所述流量控制单元与所述压力腔通过管道连接。
作为优选的技术方案，所述引气系统从所述发动机的中压级或高压级压缩机引入气体，气体经过引气压力和温度调节后，通过高压导管供给所述压力腔。
还提供一种翼身融合飞机，包括飞机本体、设置在所述飞机本体腹部的虚拟腹襟翼，所述虚拟腹襟翼与所述飞机本体上的发动机连接，所述发动机为所述虚拟腹襟翼提供气源；
所述虚拟腹襟翼包括用于传输气源的引气系统、与所述引气系统连接的压力腔、调节机构；
所述压力腔上至少有部分未闭合形成射流缝道，所述调节机构与所述射流缝道连接，气体经过所述引气系统和所述压力腔后，从所述射流缝道按照预设偏角排出，用于减小所述射流缝道前部区域气流速度；
所述调节机构可带动所述射流缝道运动，改变气体排出时的预设偏角。
作为优选的技术方案，所述射流缝道至少有两个，对称的设置在所述飞机本体的腹部。
还提供一种翼身融合飞机腹襟翼区域定常吹气的方法，包括：
步骤S1、判断飞机是否处于起降状态；
步骤S2、在飞机处于起降状态时 ，控制器获取发动机的总流量；
步骤S3、控制器确定引气系统从发动机获取的引气流量，且引气流量不超过发动机总流量的5%；
步骤S4、气体经压力腔后从射流缝道排出。
作为优选的技术方案，所述“控制器确定引气系统从发动机获取的引气流量”还包括：
步骤S31、控制器获取飞机的低头力矩值；
步骤S32、控制器调取预存的配平俯仰力矩指令对照表，并根据已获取低头力矩值，寻找需要的引气流量值；
步骤S33、控制器向引气系统发送引气流量值，流量控制单元根据引起流量值从发动机中获取引气流量。
还提供一种翼身融合飞机腹襟翼区域变角吹气的方法，包括：
步骤A、控制器获取发动机的总流量；
步骤B、控制器确定引气系统从发动机获取的引气流量，且引气流量不超过发动机总流量的5%；
步骤C、控制器获取飞机外气体来流的方向；
步骤D、控制器向调节机构发送调节指令，控制调解机构运动，改变射流缝道的排气口的方向；
步骤E、射流缝道排出的气体与飞机外气体来流呈预设偏角。
作为优选的技术方案，所述预设偏角为45度。
本方案通过在翼身融合布局飞机的腹部设置虚拟腹襟翼，利用缝道吹气形成空气壁面效应来模拟传统腹襟翼的效果，虚拟腹襟翼从飞机发动机引气，不增加飞机的额外负担，与传统的机械腹襟翼相比，虚拟腹襟翼的结构简单，同时可以实现定常吹气和变角度吹气功能，改变飞机下表面腹襟翼前后的压力，从而产生对飞机附加的抬头力矩，有利于飞机起降阶段的俯仰力矩配平以及俯仰控制。而且，虚拟腹襟翼最大限度的保证了飞机对于结构的完整性和轻量的要求化。
附图说明
图1为本发明的虚拟腹襟翼的构造图；
图2为机械腹襟翼绕流示意图；
图3为机械腹襟翼工作原理示意图；
图4为本发明的带有虚拟腹襟翼的翼身融合飞机的示意图；
图5为本发明的引气系统原理图；
图6为机械腹襟翼局部剖面流线图；
图7为本发明一种应用在翼身融合布局飞机上的虚拟腹襟翼的局部剖面流线图；
图8为本发明第三实施例的翼身融合飞机腹襟翼区域定常吹气方法流程图；
图9为本发明第四实施例的变角吹气方法流程图；
图中标记： 1-高压导管、2-蜗杆、3-伺服电机、4-联轴器、5-蜗轮、6-压力腔、7-射流缝道。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
发明人在日常研究中发现，在传统的翼身融合飞机中需要在机身腹部装设机械腹襟翼，但是，机械腹襟翼需要笨重的机械传动装置驱动，对飞机的结构完整性和轻量化都有一定破坏。
基于此，发明人设计一种虚拟腹襟翼，该种腹襟翼不同于传统的机械腹襟翼，虽然设置在飞机本体的腹部，但是不需要笨重的机械传动装置来驱动，而是利用缝道吹气形成空气壁面效应来模拟腹襟翼，从而达到与机械腹襟翼同样的功能。
上述虚拟腹襟翼包括引气系统，引气系统从飞机发动机引气，无需增加飞机额外的负担，通过向飞机本体外排气，用以改变飞机下表面腹襟翼前后区域的压力，从而对飞机产生附加的抬头力矩，有利于飞机起降阶段的俯仰力矩配平以及俯仰控制。
具体的说，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，上述提到的的虚拟腹襟翼包括用于传输气源的引气系统、与所述引气系统连接的压力腔6。 附图中，箭头表示气流流向。
所述压力腔6上至少有部分未闭合形成射流缝道7，气体经过所述引气系统和所述压力腔6后，从所述射流缝道7按照预设偏角排出，排出的气体与逆来流呈45度时，虚拟腹襟翼可以发挥最大的效果。值得一提的是，射流缝道7的开口大小可调，从而保证，当引气流量较小时，通过减小射流缝道7开口，增加气体排出速度。
在实际生产中，引气系统与发动机连接，所述引气系统从所述发动机的中压级或高压级压缩机引入气体，气体经过引气压力和温度调节后，通过高压导管1供给所述压力腔6。所述引气系统包括风扇空气活门、压力调节关断活门、中压单向活门、高压活门、预冷器、引气温度传感器、引气压力传感器和流量控制单元；其中，所述流量控制单元与所述压力腔6通过管道连接。
考虑到虚拟腹襟翼不仅需要定常吹气，还需要变角吹气，从而适应不同飞机不同状态的需要，因此，所述虚拟腹襟翼还包括调节机构，所述调节机构与所述射流缝道7连接，并带动所述射流缝道7运动，调整射流缝道7的方向，从而改变气体排出时的预设偏角。可以在不同的飞行状态下，通过调节结构以改变吹气角度，来实时保持虚拟腹襟翼与逆来流呈预设偏角方向吹气，优选的，预设偏角为45度时，虚拟腹襟翼可以发挥最大的效果。
所述调节机构包括伺服电机3、与所述伺服电机3连接的联轴器4、与所述联轴器4连接的蜗杆2、与所述蜗杆2啮合连接的蜗轮5；所述蜗轮5与所述射流缝道7连接，采用的蜗杆2机构可实现自锁。
本方案通过在翼身融合布局飞机的腹部设置虚拟腹襟翼，利用缝道吹气形成空气壁面效应来模拟传统腹襟翼的效果，虚拟腹襟翼从飞机发动机引气，不增加飞机的额外负担，与传统的机械腹襟翼相比，虚拟腹襟翼的结构简单，同时可以实现定常吹气和变角度吹气功能，改变飞机下表面腹襟翼前后的压力，从而产生对飞机附加的抬头力矩，有利于飞机起降阶段的俯仰力矩配平以及俯仰控制。而且，虚拟腹襟翼最大限度的保证了飞机对于结构的完整性和轻量的要求化。
实施例二
本实施例提供一种翼身融合飞机，如图1、图2、图4、图5、图6、图7所示，包括飞机本体、设置在所述飞机本体腹部的虚拟腹襟翼，所述虚拟腹襟翼与所述飞机本体上的发动机连接，所述发动机为所述虚拟腹襟翼提供气源；
所述虚拟腹襟翼包括用于传输气源的引气系统、与所述引气系统连接的压力腔6、调节机构；
所述压力腔6上至少有部分未闭合形成射流缝道7，所述调节机构与所述射流缝道7连接，气体经过所述引气系统和所述压力腔6后，从所述射流缝道7按照预设偏角排出，用于减小所述射流缝道7前部区域气流速度；
所述调节机构可带动所述射流缝道7运动，改变气体排出时的预设偏角。
作为优选的技术方案，所述射流缝道7至少有两个，对称的设置在所述飞机本体的腹部。
相较于传统翼身融合飞机，本方案通过在飞机的腹部设置虚拟腹襟翼，利用缝道吹气形成空气壁面效应来模拟传统腹襟翼的效果，虚拟腹襟翼从飞机发动机引气，不增加飞机的额外负担，与传统的机械腹襟翼相比，虚拟腹襟翼的结构简单，同时可以实现定常吹气和变角度吹气功能，改变飞机下表面腹襟翼前后的压力，从而产生对飞机附加的抬头力矩，有利于飞机起降阶段的俯仰力矩配平以及俯仰控制。而且，虚拟腹襟翼最大限度的保证了飞机对于结构的完整性和轻量的要求化。
实施例三
本实施例提供一种翼身融合飞机腹襟翼区域定常吹气的方法，可以在起飞时发动机进入工作状态时开启虚拟腹襟翼，该方法一般应用在翼身融合飞机上，该飞机包括飞机本体、设置在所述飞机本体腹部的虚拟腹襟翼，所述虚拟腹襟翼与所述飞机本体上的发动机连接，所述发动机为所述虚拟腹襟翼提供气源；
所述虚拟腹襟翼包括用于传输气源的引气系统、与所述引气系统连接的压力腔6、调节机构；
所述压力腔6上至少有部分未闭合形成射流缝道7，所述调节机构与所述射流缝道7连接，气体经过所述引气系统和所述压力腔6后，从所述射流缝道7按照预设偏角排出，用于减小所述射流缝道7前部区域气流速度；所述调节机构可带动所述射流缝道7运动，改变气体排出时的预设偏角。
基于上述翼身融合飞机，如图8所示，本实施例的定常吹气的方法包括：
步骤S1、判断飞机是否处于起降状态；
步骤S2、在飞机处于起降状态时 ，控制器获取发动机的总流量；
步骤S3、控制器确定引气系统从发动机获取的引气流量，且引气流量不超过发动机总流量的5%；
步骤S4、气体经压力腔6后从射流缝道7排出。
其中，所述“控制器确定引气系统从发动机获取的引气流量”还包括：
步骤S31、控制器获取飞机的低头力矩值；
步骤S32、控制器调取预存的配平俯仰力矩指令对照表，并根据已获取低头力矩值，寻找需要的引气流量值；
步骤S33、控制器向引气系统发送引气流量值，流量控制单元根据引起流量值从发动机中获取引气流量。
本方法利用缝道吹气形成空气壁面效应来模拟传统腹襟翼的效果，虚拟腹襟翼从飞机发动机引气，不增加飞机的额外负担，与传统的机械腹襟翼相比，虚拟腹襟翼的结构简单，同时可以实现定常吹气功能，改变飞机下表面腹襟翼前后的压力，从而产生对飞机附加的抬头力矩，有利于飞机起降阶段的俯仰力矩配平以及俯仰控制。而且，虚拟腹襟翼最大限度的保证了飞机对于结构的完整性和轻量的要求化。
虚拟腹襟翼可以与传统的增升方式（下放襟翼和前缘缝翼）同时使用。尤其对于飞翼布局的飞机，重心往往位于后掠翼的前方，襟翼偏转后带来升力的同时也会产生低头力矩，虚拟腹襟翼不仅对升力有增益，也会起到配平俯仰力矩的作用。
实施例四
本实施例提供一种翼身融合飞机腹襟翼区域变角吹气的方法，该方法应用在翼身融合飞机上，该飞机包括飞机本体、设置在所述飞机本体腹部的虚拟腹襟翼，所述虚拟腹襟翼与所述飞机本体上的发动机连接，所述发动机为所述虚拟腹襟翼提供气源；
所述虚拟腹襟翼包括用于传输气源的引气系统、与所述引气系统连接的压力腔6、调节机构；
所述压力腔6上至少有部分未闭合形成射流缝道7，所述调节机构与所述射流缝道7连接，气体经过所述引气系统和所述压力腔6后，从所述射流缝道7按照预设偏角排出，用于减小所述射流缝道7前部区域气流速度；所述调节机构可带动所述射流缝道7运动，改变气体排出时的预设偏角。
基于上述翼身融合飞机，如图9所示，本实施例的变角吹气的方法包括：
步骤A、控制器获取发动机的总流量；
步骤B、控制器确定引气系统从发动机获取的引气流量，且引气流量不超过发动机总流量的5%；
步骤C、控制器获取飞机外气体来流的方向；
步骤D、控制器向调节机构发送调节指令，控制调解机构运动，改变射流缝道7的排气口的方向；
步骤E、射流缝道7排出的气体与飞机外气体来流呈预设偏角，优选的，所述预设偏角为45度。
本方法利用缝道吹气形成空气壁面效应来模拟传统腹襟翼的效果，虚拟腹襟翼从飞机发动机引气，不增加飞机的额外负担，与传统的机械腹襟翼相比，虚拟腹襟翼的结构简单，可以在不同的飞行状态下通过改变吹气角度来实时保持虚拟腹襟翼向逆来流45度方向吹气，实现变角吹气功能，改变飞机下表面腹襟翼前后的压力，从而产生对飞机附加的抬头力矩，有利于飞机起降阶段的俯仰力矩配平以及俯仰控制。而且，虚拟腹襟翼最大限度的保证了飞机对于结构的完整性和轻量的要求化。
虚拟腹襟翼可以与传统的增升方式（下放襟翼和前缘缝翼）同时使用。尤其对于飞翼布局的飞机，重心往往位于后掠翼的前方，襟翼偏转后带来升力的同时也会产生低头力矩，虚拟腹襟翼不仅对升力有增益，也会起到配平俯仰力矩的作用。
Claims (10)
1.一种虚拟腹襟翼，其特征在于：包括用于传输气源的引气系统、与所述引气系统连接的压力腔；
所述压力腔上至少有部分未闭合形成射流缝道，气体经过所述引气系统和所述压力腔后，从所述射流缝道按照预设偏角排出。
2.根据权利要求1所述的虚拟腹襟翼，其特征在于：所述虚拟腹襟翼还包括调节机构，所述调节机构与所述射流缝道连接，并带动所述射流缝道运动，改变气体排出时的预设偏角。
3.根据权利要求2所述的虚拟腹襟翼，其特征在于：所述调节机构包括伺服电机、与所述伺服电机连接的联轴器、与所述联轴器连接的蜗杆、与所述蜗杆啮合连接的蜗轮；
所述蜗轮与所述射流缝道连接。
4.根据权利要求1所述的虚拟腹襟翼，其特征在于：所述引气系统与发动机连接，所述引气系统包括风扇空气活门、压力调节关断活门、中压单向活门、高压活门、预冷器、引气温度传感器、引气压力传感器和流量控制单元；
其中，所述流量控制单元与所述压力腔通过管道连接。
5.根据权利要求4所述的虚拟腹襟翼，其特征在于：所述引气系统从所述发动机的中压级或高压级压缩机引入气体，气体经过引气压力和温度调节后，通过高压导管供给所述压力腔。
6.一种翼身融合飞机，其特征在于：包括飞机本体、设置在所述飞机本体腹部的虚拟腹襟翼，所述虚拟腹襟翼与所述飞机本体上的发动机连接，所述发动机为所述虚拟腹襟翼提供气源；
所述虚拟腹襟翼包括用于传输气源的引气系统、与所述引气系统连接的压力腔、调节机构；
所述压力腔上至少有部分未闭合形成射流缝道，所述调节机构与所述射流缝道连接，气体经过所述引气系统和所述压力腔后，从所述射流缝道按照预设偏角排出，用于减小所述射流缝道前部区域气流速度；
所述调节机构可带动所述射流缝道运动，改变气体排出时的预设偏角。
7.一种翼身融合飞机腹襟翼区域定常吹气的方法，其特征在于，包括：
步骤S1、判断飞机是否处于起降状态；
步骤S2、在飞机处于起降状态时 ，控制器获取发动机的总流量；
步骤S3、控制器确定引气系统从发动机获取的引气流量，且引气流量不超过发动机总流量的5%；
步骤S4、气体经压力腔后从射流缝道排出。
8.根据权利要求7所述的翼身融合飞机腹襟翼区域定常吹气的方法，其特征在于，所述“控制器确定引气系统从发动机获取的引气流量”还包括：
步骤S31、控制器获取飞机的低头力矩值；
步骤S32、控制器调取预存的配平俯仰力矩指令对照表，并根据已获取低头力矩值，寻找需要的引气流量值；
步骤S33、控制器向引气系统发送引气流量值，流量控制单元根据引起流量值从发动机中获取引气流量。
9.一种翼身融合飞机腹襟翼区域变角吹气的方法，其特征在于，包括：
步骤A、控制器获取发动机的总流量；
步骤B、控制器确定引气系统从发动机获取的引气流量，且引气流量不超过发动机总流量的5%；
步骤C、控制器获取飞机外气体来流的方向；
步骤D、控制器向调节机构发送调节指令，控制调解机构运动，改变射流缝道的排气口的方向；
步骤E、射流缝道排出的气体与飞机外气体来流呈预设偏角。
10.根据权利要求9所述的变角吹气方法，其特征在于，所述预设偏角为45度。
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