CN114852299A - 一种前掠翼布局的翼身融合水下滑翔机 - Google Patents
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Abstract
本发明一种前掠翼布局的翼身融合水下滑翔机，属于水下滑翔机领域；包括水下滑翔机机身与机翼，两侧机翼与机身为翼身融合式连接；所述机身为扁平状机身结构，其截面为翼型；所述机翼呈前掠翼布局式。本发明将翼身融合水下滑翔机的机翼设计为前掠翼布局，可以保障机翼与机身之间更好地连接，与相同翼面积的后掠翼布局相比，前掠翼布局的水下滑翔机升力更大，载重也有所增加，尤其在低速航行下，具有优良的操纵性能。
Description
技术领域
本发明属于水下滑翔机领域，具体涉及一种前掠翼布局的翼身融合水下滑翔机。
背景技术
目前，世界各国都越来越重视海洋资源的价值，为了进一步让海洋资源得到更充分的开发与利用，各国科研人员开始致力于无人水下航行器技术的研究和应用。水下滑翔机(Autonomous Underwater Glider,AUG)作为一种新型无人水下航行器，其具有能耗小、续航力强、制造成本和维护费用低、可大量投放和重复使用等特点，可满足长航时、大范围海洋探索的需要，由于其诸多优势而受到世界各国的高度重视。
早期的水下滑翔机外形布局都是基于鱼雷回转体外形加后掠翼的设计，回转体航行器机身两侧装有翼尖向后的后掠翼，后掠翼滑翔机低速性能不好，易受到流体阻力的干扰，相较于后掠翼的结构特点，前掠翼减小了弯矩，延迟了失速时间，同时对于升力提升具有较好的效果，具有较好的低速机动能力，对于改善水下滑翔机低速、小攻角运动中的回转特性与操纵性具有一定效果。相对传统后掠翼布局的水下滑翔机，前掠翼布局式的翼身融合水下滑翔机，可以大大提高滑翔机在水下仰角状态下的机动性，提升其水下流体动力性能，相比较后掠翼布局式水下滑翔机使其更占优势，降低了水下滑翔机结构重量，改善水下滑翔机低速下的可控性及操纵性能，保证水下滑翔机不会受到更多水下阻力干扰影响的情况下还可以高效完成水下各项作业任务。
现有技术中有一种新型水下航行器，将前掠翼与后掠翼结合应用于回转体型水下航行器，很大程度上提升了航行器的升阻比，但该特性的提升是由于航行器中的前掠翼与后掠翼共同组成了菱形结构，其水动力性能的提高也是基于菱形结构对流场的影响所产生；同时，此种回转体型水下航行器与翼身融合水下滑翔机工作方式不同，前掠翼布局对于滑翔机性能的提升主要体现在对于回转机动性上。
目前仅有对于回转体型滑翔机翼型的研究，翼身融合式水下滑翔机相较于回转体型滑翔机具有更好的水动力性能，但是对于翼身融合水下滑翔机的相关技术依旧处于初期并未成熟，与前掠翼布局式的翼身融合水下滑翔机相关可参考文献几乎没有，因此本发明提出的前掠翼布局翼身融合水下滑翔机为提升翼身融合水下滑翔机回转与操纵性能具有一定意义。
发明内容
要解决的技术问题：
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种前掠翼布局的翼身融合水下滑翔机，将航空领域先进的前掠翼布局运用到水下的翼身融合水下滑翔机上；与后掠翼滑翔机相比，在保证其结构强度的情况下，前掠翼布局可以大大减小水下滑翔机在水下受到阻力的影响，追求更高升阻比的同时改善了水下滑翔机在低速下的可控性及操纵性能。
本发明的技术方案是：一种前掠翼布局的翼身融合水下滑翔机，其特征在于：包括水下滑翔机机身与机翼，两侧机翼与机身为翼身融合式连接；
所述机身为扁平状机身结构，其截面为翼型；
所述机翼呈前掠翼布局式。
本发明的进一步技术方案是：所述机身的截面形状采用NACA翼型。
本发明的进一步技术方案是：所述机翼的截面形状采用NACA翼型。
本发明的进一步技术方案是：所述机身与机翼之间平滑的融合在一起。
本发明的进一步技术方案是：所述机翼采用复合材料制成，布置不同纤维方向的铺层,使机翼的弯曲变形引起附加的负扭转变形,从而抵消由升力引起的前掠翼正扭转。
有益效果
本发明的有益效果在于：本发明将翼身融合水下滑翔机的机翼设计为前掠翼布局，可以保障机翼与机身之间更好地连接，与相同翼面积的后掠翼布局相比，前掠翼布局的水下滑翔机升力更大，载重也有所增加，尤其在低速航行下，具有优良的操纵性能。
本发明一种前掠翼布局式的翼身融合水下滑翔机，其机翼采用前掠翼布局，在翼身融合的基础上使滑翔机的翼尖指向机体前方，水下滑翔机的内容积增大，为设置内部各种舱室创造了条件，同时也大大提高了水下滑翔机的隐身性能；在机动性方面前掠翼技术可使水下滑翔机在低速机动时有非常好的水动力性能，大大提高其在仰角状态下的机动性；在升降方面与相同翼面积的后掠翼水下滑翔机相比，前掠翼布局的水下滑翔机升力更大，载重量增加接近30％，因而可缩小水下滑翔机机翼，降低水下滑翔机的阻力和水下滑翔机结构重量，减少水下滑翔机配平阻力，加大水下滑翔机的低速航程；经过仿真计算，在翼身融合水下滑翔机前掠角为135°时水下滑翔机水动力性能提升效果最佳，回转半径降低了26％左右。
实施例中通过复合材料结构的弯扭变形耦合效应克服前掠翼发散的缺点，布置不同纤维方向的铺层,使机翼的弯曲变形引起附加的负扭转变形,从而抵消由升力引起的前掠翼正扭转，从而得到不发散而重量轻的前掠机翼，该构型还具有较小的浸湿表面积，这使得其可以获得更小的粘性阻力和更大的升力，提升水下滑翔机的水动力性能。
附图说明
图1a为前掠翼布局式的翼身融合水下滑翔机整体结构示意图；
图1b为前掠翼布局式的翼身融合水下滑翔机轴侧结构示意图；
图2为前掠翼布局式的翼身融合水下滑翔机半模型剖面示意图；
图3为翼身融合水下滑翔机NACA翼型；
附图标记说明：1-机身；2-机翼；3-NACA翼型。
具体实施方式
下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，因此不能理解为对本发明的限制。
本实施例一种前掠翼布局的翼身融合水下滑翔机，包括水下滑翔机机身1与机翼2，两侧机翼2与机身1为翼身融合式连接；机身1为扁平状机身结构，其截面为翼型；机翼2呈前掠翼布局式。机身1和机翼2截面形状都选用水动力性能更好的NACA翼型，机身1与其机翼2之间平滑的融合在一起，翼身融合水下滑翔机的升阻比会进一步提高，从而提高水下滑翔机的流体动力性能。通过复合材料结构的弯扭变形耦合效应克服前掠翼发散的缺点，布置不同纤维方向的铺层,使机翼的弯曲变形引起附加的负扭转变形,从而抵消由升力引起的前掠翼正扭转，从而得到不发散而重量轻的前掠机翼，该构型还具有较小的浸湿表面积，这使得其可以获得更小的粘性阻力和更大的升力，提升水下滑翔机的水动力性能。
图1a和图1b中，前掠翼布局式的翼身融合水下滑翔机，机翼2呈前掠翼布局，与机身1平滑连接，以及翼身融合的特点，水下滑翔机的升阻比会提高，并且在水下低速度滑翔中，水下滑翔机具有良好的操纵性能。前掠翼布局同时使水下滑翔机可利用空间增大，载重增加，满足更多实际功能需求，经过仿真计算，当滑翔机前掠角为135°时水下滑翔机水动力性能提升效果最佳，回转半径降低了26％左右。
图2和图3中，前掠翼布局式的翼身融合水下滑翔机的半模型，其截面为NACA翼型，前掠翼结构可以保障机翼与机身之间更好的连接，合理分配在滑翔过程中滑翔机所承受的压力，同时前掠翼布局可使滑翔机的内容积增大，提升了滑翔机的隐身性能；相较于后掠翼的结构特点，前掠翼减小了弯矩，延迟了失速时间，同时对于升力提升具有较好的效果，具有较好的低速机动能力，对于改善水下滑翔机低速、小攻角运动中的流体动力性能与操纵性具有一定效果。
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)
1.一种前掠翼布局的翼身融合水下滑翔机，其特征在于：包括水下滑翔机机身与机翼，两侧机翼与机身为翼身融合式连接；
所述机身为扁平状机身结构，其截面为翼型；
所述机翼呈前掠翼布局式。
2.根据权利要求1所述一种前掠翼布局的翼身融合水下滑翔机，其特征在于：所述机身的截面形状采用NACA翼型。
3.根据权利要求1所述一种前掠翼布局的翼身融合水下滑翔机，其特征在于：所述机翼的截面形状采用NACA翼型。
4.根据权利要求1所述一种前掠翼布局的翼身融合水下滑翔机，其特征在于：所述机身与机翼之间平滑的融合在一起。
5.根据权利要求1所述一种前掠翼布局的翼身融合水下滑翔机，其特征在于：所述机翼采用复合材料制成，布置不同纤维方向的铺层,使机翼的弯曲变形引起附加的负扭转变形,从而抵消由升力引起的前掠翼正扭转。
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