CN117602063A - 一种组合外挂体襟翼的可变形飞行器 - Google Patents

一种组合外挂体襟翼的可变形飞行器 Download PDF

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Abstract

本发明一种组合外挂体襟翼的可变形飞行器，包括：组合翼、飞行器本体、收纳盒和可变形机翼；收纳盒设置在飞行器本体内部；收纳盒用于容纳可变形机翼，可变形机翼能够向飞行器外侧伸缩；组合翼设置在飞行器本体上，组合翼的后缘和飞行器本体的尾部端面平齐；组合翼的外侧边缘和飞行器的外侧边缘平齐；飞行器迎风面对称设置有两个组合翼，飞行器背风面对称设置有两个组合翼；组合翼的前缘和飞行器本体的气动外形光滑过渡。本发明对于部分具有可变形机翼收纳盒的变翼展、变后掠角的可变形飞行器，建立了组合外挂体襟翼设计准则，实现了具有高操控性的组合外挂体襟翼舵面设计能力。

Description

一种组合外挂体襟翼的可变形飞行器
技术领域
本发明属于飞行器部件设计领域，用于设计部分具有可变形机翼收纳盒的变翼展、变后掠角的可变形飞行器的舵面设计。
背景技术
随着飞行器性能高速发展，开展变翼展、变后掠角的可变形飞行器布局设计及优化技术研究尤为重要。可变形飞行器气动舵面设计是飞行器外形设计、控制能力设计的基础，影响着飞行器设计的成败，是基础设计要素。具有可变形机翼收纳盒的变翼展、变后掠角的可变形飞行器，其收纳盒占据飞行器大部分纵向空间，导致无法布置用于控制俯仰、滚转的后缘舵。如果仅在机翼表面某一侧布置体襟翼，则在对应负攻角时无法提供有效舵效，在对应攻角、滚转角范围内无法较好地控制飞行器。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种组合外挂体襟翼的可变形飞行器，对于部分具有可变形机翼收纳盒的变翼展、变后掠角的可变形飞行器，建立了组合外挂体襟翼设计准则，实现了具有高操控性的组合外挂体襟翼舵面设计能力。
本发明的技术解决方案是：
一种组合外挂体襟翼的可变形飞行器，包括：组合翼、飞行器本体、收纳盒和可变形机翼；
收纳盒设置在飞行器本体内部；收纳盒用于容纳可变形机翼，可变形机翼能够向飞行器外侧伸缩；
组合翼设置在飞行器本体上，组合翼的后缘和飞行器本体的尾部端面平齐；
组合翼的外侧边缘和飞行器的外侧边缘平齐；
飞行器迎风面对称设置有两个组合翼，飞行器背风面对称设置有两个组合翼；
组合翼的前缘和飞行器本体的气动外形光滑过渡。
优选地，可变形机翼对称设置在收纳盒两侧，可变形机翼的伸缩方向与飞行器本体的对称面互相不垂直；可变形机翼为薄板结构。
优选地，组合翼包括：体襟翼过渡段和外挂体襟翼；
体襟翼过渡段固定安装在飞行器本体上，体襟翼过渡段的后缘加工有与外挂体襟翼前缘配合的圆弧槽，外挂体襟翼通过转动轴固定安装在飞行器本体上；外挂体襟翼能够绕转动轴相对飞行器本体外表面转动；
体襟翼过渡段和外挂体襟翼的连接区域光滑过渡。
优选地，体襟翼过渡段的截面为三角形；体襟翼过渡段的最大厚度等于外挂体襟翼的厚度；
外挂体襟翼的后缘与飞行器本体尾部端面平齐。
优选地，体襟翼过渡段的长度和厚度满足如下关系：
其中，Ma为设计飞行马赫数；
L3-1为飞行器背风面体襟翼过渡段的轴向长度，H3-1为飞行器背风面体襟翼过渡段的厚度；
L3-2为飞行器迎风面体襟翼过渡段的轴向长度，H3-2为飞行器迎风面体襟翼过渡段的厚度。
优选地，迎风面、背风面外挂体襟翼的最大厚度满足如下关系：
其中，e为自然对数的底数，Ma为设计飞行马赫数，α为设计飞行攻角。
优选地，外挂体襟翼的轴向长度和宽度满足如下关系：
L2-1∈[0.5W1，1.5W1]，
L2-2∈[0.5W1，1.5W1]，
W2-1∈[0.8W1，2W1]，
W2-2∈[0.8W1，2W1]，
H2-1∈[0.2H1，1.5H1]，
H2-2∈[0.2H1，1.5H1]，
其中，W1为收纳盒的宽度，H1为收纳盒的的厚度；
L2-1为飞行器背风面外挂体襟翼的轴向长度，W2-1为飞行器背风面外挂体襟翼的宽度，H2-1为飞行器背风面外挂体襟翼的最大厚度；
L2-2为飞行器迎风面外挂体襟翼的轴向长度，W2-2为飞行器迎风面外挂体襟翼的宽度，H2-2为飞行器迎风面外挂体襟翼的最大厚度。
本发明与现有技术相比的优点在于：
1)本发明通过设置组合外挂体襟翼增加飞行器正负攻角下纵向、滚转方向控制能力和稳定性；
2)本发明可以通过组合外挂体襟翼联动增加横侧向控制能力；
3)本发明通过使用组合外挂体襟翼而不是体襟翼、后缘舵等舵面类型，可以有效缩短飞行器长度，或在规定的飞行器长度内增加可变形机翼部件的尺寸。
附图说明
图1为本发明可变形机翼收纳盒尺寸示意图。
图2为本发明外挂体襟翼不同舵偏示意图。
图3为本发明体襟翼过渡段示意图。
图4为本发明体襟翼过渡段尺寸示意图。
图5(a)为本发明实施例中一外挂体襟翼结构示意图。
图5(b)为本发明实施例中一外挂体襟翼结构示意图。
图6为本发明实施例中一体襟翼过渡段结构示意图。
具体实施方式
本发明所提及的一组组合外挂体襟翼包含四个外挂体襟翼。每个外挂体襟翼由两部分组成：体襟翼过渡段和外挂体襟翼。一个外挂体襟翼和一个体襟翼过渡段构成一个组合外挂体襟翼。根据需要，通常在可变形机翼收纳盒的左上方、左下方、右上方、右下方设置多个组合外挂体襟翼。组合外挂体襟翼的设置要求关于飞行器展向对称，不要求必须法向对称。外挂体襟翼可以被近似设计成头部圆弧过渡的平板或楔，体襟翼过渡段可以被近似设计尾部内凹的楔。
本发明针对具有可变形机翼收纳盒的变翼展、变后掠角的可变形飞行器提出了一种组合外挂体襟翼的设计方法，提供了该类可变形飞行器舵面设计的通用方法，包括确定体襟翼尺寸范围及具体尺寸、确定组合外挂体襟翼位置范围及具体位置和确定体襟翼过渡段尺寸三个部分。
如图1、2、3所示，本发明一种组合外挂体襟翼的可变形飞行器，包括：组合翼、飞行器本体、收纳盒和可变形机翼。收纳盒设置在飞行器本体内部；收纳盒用于容纳可变形机翼，可变形机翼能够向飞行器外侧伸缩；可变形机翼对称设置在收纳盒两侧，可变形机翼的伸缩方向与飞行器本体的对称面互相不垂直。可变形机翼为薄板结构。组合翼设置在飞行器本体上，组合翼的后缘和飞行器本体的尾部端面平齐；组合翼的外侧边缘和飞行器的外侧边缘平齐；飞行器迎风面对称设置有两个组合翼，飞行器背风面对称设置有两个组合翼；迎风面和背风面的组合翼配合使用，同面两侧同动用于俯仰方向控制，两面同侧差动用于偏航方向控制，两面两侧差动用于滚转方向控制。
组合翼的前缘和飞行器本体的气动外形光滑过渡。
组合翼包括：体襟翼过渡段和外挂体襟翼；
体襟翼过渡段固定安装在飞行器本体上，体襟翼过渡段的后缘加工有与外挂体襟翼前缘配合的圆弧槽，外挂体襟翼通过转动轴固定安装在飞行器本体上；外挂体襟翼能够绕转动轴相对飞行器本体外表面转动；
体襟翼过渡段和外挂体襟翼的连接区域光滑过渡。
体襟翼过渡段的截面为三角形；体襟翼过渡段的最大厚度等于外挂体襟翼的厚度。
外挂体襟翼的后缘与飞行器本体尾部端面平齐。
如图4所示，为减少飞行器阻力，体襟翼过渡段的长度与高度H3-1应如下“高长比”关系：
其中，Ma为设计飞行马赫数。
L3-1为飞行器背风面体襟翼过渡段的轴向长度，W3-1为飞行器背风面体襟翼过渡段的宽度，H3-1为飞行器背风面体襟翼过渡段的厚度。
L3-2为飞行器迎风面体襟翼过渡段的轴向长度，W3-2为飞行器迎风面体襟翼过渡段的宽度，H3-2为飞行器迎风面体襟翼过渡段的厚度。
L2-1、L2-2∈[0.5W1，1.5W1]，W2-1、W2-2∈[0.8W1，2W1]，H2-1、H2-2∈[0.2H1，1.5H1]。L1为收纳盒的轴向长度，W1为收纳盒的宽度，H1为收纳盒的的厚度。
L2-1为飞行器背风面外挂体襟翼的轴向长度，W2-1为飞行器背风面外挂体襟翼的宽度，H2-1为飞行器背风面外挂体襟翼的最大厚度。
L2-2为飞行器迎风面外挂体襟翼的轴向长度，W2-2为飞行器迎风面外挂体襟翼的宽度，H2-2为飞行器迎风面外挂体襟翼的最大厚度。
先确定飞行器背风面外挂体襟翼的最大厚度，迎风面、背风面外挂体襟翼的最大厚度满足：
其中，e为自然对数的底数，Ma为设计飞行马赫数，α为设计飞行攻角。迎风面、背风面各自的轴向长度满足与对应厚度的“高长比”关系。宽度选择不干扰飞行器的合适尺寸。
W3-1＝W2-1，H3-1＝H2-1。
W3-2＝W2-2，H3-2＝H2-2。
本发明通过设计简易的组合外挂体襟翼，增加了具有可变形机翼收纳盒的变翼展、变后掠角的可变形飞行器纵向、滚转方向稳定性。该组合外挂体襟翼大小、位置由可变形机翼收纳盒尺寸、位置确定。对于特定的可变形飞行器，使用合适的组合外挂体襟翼即可较好地控制飞行器。该方法可实现根据可变形机翼收纳盒尺寸、位置设计可以产生较好控制性能的组合外挂体襟翼的能力，是可变形飞行器舵面、平衡、控制能力设计的有力工具。
实施例
以某面对称高超声速可变形飞行器为例，根据飞行器外形，确定组合外挂体襟翼尺寸、位置。
1)确定体襟翼尺寸范围及具体尺寸
根据可变形机翼收纳盒尺寸L1＝1050、W1＝300、H1＝30，计算体襟翼尺寸范围[0.5W1，1.5W1]、[0.8W1，2.0W1]、[0.2H1，1.5H1]，根据需要选择合适的体襟翼尺寸L2-1＝150、W2-1＝300、H2-1＝15，L2-2＝150、W2-2＝300、H2-2＝20。例如现有飞行器长5.8m，宽3.3m，收纳盒长1.05m，宽0.3m，厚30mm。背风面外挂体襟翼长度L2-1:150mm，背风面外挂体襟翼宽度W2-1:300mm，背风面外挂体襟翼厚度H2-1:15mm，背风面过渡段长度L3-1:80mm，背风面过渡段宽度W3-1:300mm，背风面过渡段厚度H3-1:15mm，迎风面外挂体襟翼长度L2-2:150mm，迎风面外挂体襟翼宽度W2-2:300mm，迎风面外挂体襟翼厚度H2-2:20mm，迎风面过渡段长度L3-2:110mm，迎风面过渡段宽度W3-2:300mm，迎风面过渡段厚度H3-2:20mm。
2)确定组合外挂体襟翼位置范围及具体位置
根据可变形机翼收纳盒位置xmax＝500、zmax＝46确定组合外挂体襟翼位置范围[0，500]、[0，46]，此处选择最大放置位置。
3)确定体襟翼过渡段尺寸
根据体襟翼尺寸L2-1＝150、W2-1＝300，L2-2＝150、W2-2＝300确定体襟翼过渡段尺寸L3-1＝80、W3-1＝300、L3-2＝110、W3-2＝300。
图5(a)为本发明实施例中一外挂体襟翼结构示意图。图5(b)为本发明实施例中一外挂体襟翼结构示意图。图6为本发明实施例中一体襟翼过渡段结构示意图。
本发明不仅限于常规的具有可变形机翼收纳盒的变翼展、变后掠角的可变形飞行器的组合外挂体襟翼设计，可推广至无法设计常规体襟翼的飞行器设计。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (7)

1.一种组合外挂体襟翼的可变形飞行器，其特征在于，包括：组合翼、飞行器本体、收纳盒和可变形机翼；
收纳盒设置在飞行器本体内部；收纳盒用于容纳可变形机翼，可变形机翼能够向飞行器外侧伸缩；
组合翼设置在飞行器本体上，组合翼的后缘和飞行器本体的尾部端面平齐；
组合翼的外侧边缘和飞行器的外侧边缘平齐；
飞行器迎风面对称设置有两个组合翼，飞行器背风面对称设置有两个组合翼；
组合翼的前缘和飞行器本体的气动外形光滑过渡。
2.根据权利要求1所述的一种组合外挂体襟翼的可变形飞行器，其特征在于，可变形机翼对称设置在收纳盒两侧，可变形机翼的伸缩方向与飞行器本体的对称面互相不垂直；可变形机翼为薄板结构。
3.根据权利要求2所述的一种组合外挂体襟翼的可变形飞行器，其特征在于，组合翼包括：体襟翼过渡段和外挂体襟翼；
体襟翼过渡段固定安装在飞行器本体上，体襟翼过渡段的后缘加工有与外挂体襟翼前缘配合的圆弧槽，外挂体襟翼通过转动轴固定安装在飞行器本体上；外挂体襟翼能够绕转动轴相对飞行器本体外表面转动；
体襟翼过渡段和外挂体襟翼的连接区域光滑过渡。
4.根据权利要求3所述的一种组合外挂体襟翼的可变形飞行器，其特征在于，体襟翼过渡段的截面为三角形；体襟翼过渡段的最大厚度等于外挂体襟翼的厚度；
外挂体襟翼的后缘与飞行器本体尾部端面平齐。
5.根据权利要求3或4所述的一种组合外挂体襟翼的可变形飞行器，其特征在于，体襟翼过渡段的长度和厚度满足如下关系：
其中，Ma为设计飞行马赫数；
L3-1为飞行器背风面体襟翼过渡段的轴向长度，H3-1为飞行器背风面体襟翼过渡段的厚度；
L3-2为飞行器迎风面体襟翼过渡段的轴向长度，H3-2为飞行器迎风面体襟翼过渡段的厚度。
6.根据权利要求5所述的一种组合外挂体襟翼的可变形飞行器，其特征在于，迎风面、背风面外挂体襟翼的最大厚度满足如下关系：
其中，e为自然对数的底数，Ma为设计飞行马赫数，α为设计飞行攻角。
7.根据权利要求6所述的一种组合外挂体襟翼的可变形飞行器，其特征在于，外挂体襟翼的轴向长度和宽度满足如下关系：
L2-1∈[0.5W1，1.5W1]，
L2-2∈[0.5W1，1.5W1]，
W2-1∈[0.8W1，2W1]，
W2-2∈[0.8W1，2W1]，
H2-1∈[0.2H1，1.5H1]，
H2-2∈[0.2H1，1.5H1]，
其中，W1为收纳盒的宽度，H1为收纳盒的的厚度；
L2-1为飞行器背风面外挂体襟翼的轴向长度，W2-1为飞行器背风面外挂体襟翼的宽度，H2-1为飞行器背风面外挂体襟翼的最大厚度；
L2-2为飞行器迎风面外挂体襟翼的轴向长度，W2-2为飞行器迎风面外挂体襟翼的宽度，H2-2为飞行器迎风面外挂体襟翼的最大厚度。
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