CN1636827A - 一种升阻比高及失速角大的主机翼加整流翼气动布局 - Google Patents

Abstract

一种升阻比高的主机翼加整流翼布局，特征是制作厚度较小的主机翼，安装在飞机机身二侧的中下方或下方，与主机翼平面外形相近但面积大大减小的整流翼，前缘相对主机翼前缘后移约二者间距上下并后部成略上翘式，安装主机翼上方机身上部或中上部，这样的机翼组合将具有升力高与飞行阻力小，可用飞行迎角大，大迎角时诱导阻力小与不易产生失速，正常飞行及不良气象条件下飞行稳定性高等优点，因而可在各种有人或无人飞机上得到广泛应用。

Description

一种升阻比高及失速角大的主机翼加整流翼气动布局

本发明涉及一种飞机气动布局结构方面的改进方案

如何加大飞机的可用迎角，并在可用迎角范围保持升力与飞行状态变化的基本稳定，这一直是飞机设计师们努力追求的设计目标，并为此进行过不断的深入探索，其中曾广泛应用过一种双层机翼的布局，但这样飞机因上下二层机翼外形与面积一般相近或相等，所以对改善机翼上下的气流流动方式及飞机飞行性能作用较小。现有的以Su-27、F-15为代表的三代战机，一般将机身和机翼制作为同一升力面，因而可一定程度加大升力，但对改变机翼上方大迎角气流分离方面也没有多大帮助。2002年9月珠海航展上展出的CY-1技术验证机，其设计最为独特，这种飞机的最主要特征，是在大三角机翼前部近距偶合鸭翼的气动布局基础上，再在机身二侧的主机翼上方，较近距离安装二块长度较长的侧板。采用这样布局后，据报实现了可加大飞机实用迎角，增加升力，与增加飞机飞行稳定性的涡控(实际上也应是流控)目的。但令人遗憾的是对于CY-1来说，达成这一目的的气动作用原理到底是什么，却直到现在还没有见到可信的报道，同时这样的结构改进也很难让人相信可应用于一切飞机。

本发明的目的，就是要提出一种比CY-1的主翼加侧板气动布局，更有利于实现对气流控制，也更有利于加大飞机可用迎角与增加飞机飞行稳定性的气动布局改进方案。

为了达到以上目标，本发明所采用的技术方案，最主要是在飞机机身二侧的主机翼上方，采用与主机翼有一定间隔距离，并且下表面与主机翼近平行或后部略上翘，以及前部边缘相对主机翼前缘后移约二者间距左右距离的方法，安装一个与主机翼外形相同或相近，但一般情况下宽度与面积显著小于主机翼的整流翼，并使其和下方的主机翼一起组成从前后和左右方向看都为二字状的机翼组合式气动布局结构

在飞机的主机翼上方，采用前部边缘相对主机翼前缘后移约二者间距左右的方法安装整流翼，而组成二字状机翼组合之后，由于飞机一有迎角时，主机翼与整流翼全都可产生升力，因而将使飞机的载重能力极大幅度提高，同时整流翼之下一旦有气流不断后流，则不论飞机处于多大仰角的飞行状态，主机翼上方都不会产生任何气流分离，飞机机翼的飞行阻力与诱导阻力也会大幅度减小。而整流翼因前后向宽度较小，自然同样也不易于在仰角非极大时就产生气流分离。这样飞机的可用飞行迎角就可极大幅度增大，并且在相当大迎角之下，飞机也不会进入失速状态。但进行这样改近后还有一个很大优点，就是因飞机的飞行平稳性与适应不良气象条件的能力增强，因而只要能够将机上的各种操纵面，大多改为可随操纵杆与主要方向舵等进行同步控制，则即使追求高机动性的飞机，也可实现不用或少用电传操纵系统，就可达到有效控制飞行的目的。另外在飞机之上安装整流翼后，因在可用迎角范围，机翼不论有多大迎角也不会产生任何气流分离，所以不论采用什么样剖面外形的主机翼，其主机翼纵向剖面都可采用稍薄的厚度。这样在飞机增加整流翼后，整流翼和主机翼相加的总迎风面积，就可比现有的一般情况下厚度较大主机翼不增加甚至还减小，同时安装整流翼后因飞机的飞行稳定性提高，在满足稳定飞行要求情况下，完全可使主机翼增加前缘后掠角与减少翼展，而这样两方面因素，都可在飞机发动机推力不变的情况下，使飞机的航速大大增加。总之因这种主机翼加整流翼组合可使飞机性能提高较大，因而不论军用或民用的客货运输飞机，战斗机、轰炸机，以及各种小型飞机与无人机之上全都可得到应用。

虽然上述改进产生的飞机性能进步，与2002年9月珠海航展上展出的CY-1技术验证机相似，但CY-1之上的控流侧板，实际性能提高幅度完全无法与本材料内的整流翼相比，并且本材料内的整流翼几乎可安装在一切的不同气动布局飞机之上，但CY-1的侧板如安装在很大翼展飞机上时，却很可能并不一定能够达到较好性能，同时安装整流翼后的飞机由于升力提高，因而也就可采用有很大后掠角机翼，而不会因此丧失飞行稳定性与低速机动性能，但CY-1如机翼后掠角很大时，飞机要想既有飞行平稳性又可具有很好低速机动性是很难的，同时本整流翼由于前后方向长度较小，同时前缘又可采用有很大后掠角外形，因而只要宽度不是很大，安装之后的使用阻力也不会比CY-1的侧板增加多少，总之从许多方面考虑本材料内提出的整流翼性能，全都会远好于CY-1之上的控流侧板。

下面就让我们结合附图，对本发明机翼组合式气动布局在飞机上的应用特征及应用中应注意的问题进行一下介绍。

附图中，图1是一种安装整流翼的客货运输飞机平面图(a)、前视图(b)、侧视图(c)图2是本发明主机翼与整流翼的平面外形及其在平面内的相互位置分布图 图3-5是可能会有应用价值的部分主机翼加整流翼组合的侧视特征。

图内  1整流翼  2主机翼  3水平尾翼

安装整流翼飞机的主机翼与整流翼，可采用附图中提供或未提供的任何方式的纵向剖面外形。其中飞机在主要以进行超音速巡航飞行为主时，主机翼剖面外形可能以类似图4a、图3a、b、c之类的翼型为最佳。而飞机在主要以使用中高亚音速巡航飞行为主时，则以采用图3d或厚度很小的图4c为最佳。至于整流翼，则不论一般主要进行超音速巡航飞行，还是亚音速巡航飞行，其整流翼上最厚处位置，都是以比较靠近翼的前部时为佳。

整流翼在安装到主机翼上方的飞机机身两侧时，整流翼与主机翼之间的间距、整流翼前缘相对于下部主机翼前缘的后移距离，以及整流翼的前后向长度，则应根据飞机的使用要求而定。客货运输型飞机，以升力较大同时又飞行稳定性较好最为重要，所以主机翼与整流翼之间的间距应较大，为了增大升力，整流翼前缘相对主机翼前缘的后移幅度，也应大于二者之间的间隔距离，而整流翼的前后向长度也以稍大为宜。军用的战斗机、战斗轰炸机，由于要追求具有较高机动性，因而整流翼面积与前后向翼长度应稍小，整流翼与主机翼之间的间距也可稍小，整流翼的前后向翼根长度也应略小，并且整流翼前缘相对下方的主机翼前缘向后移动的距离，则以等于二者间距或稍小于二者间距为佳。因为这样才可阻力较小与对飞机的灵活性影响较小。

为了增加在不良气象条件下的飞机飞行稳定性，以及防止整流翼翼根部位因纵向长度过大，在大迎角时对主机翼升力造成影响，制作整流翼时后部的靠近翼根一侧，最好如图2c那样制作一个前后向宽度较大的后缘襟翼。如主机翼前缘后掠角较大与翼展较小，则制作整流翼时靠近翼根的后部边缘一侧应适当前收，使整流翼后部边缘成前倾的斜线状。在这样前倾的整流翼后部边缘内侧靠近翼根附近，也可如图4b那样制作一个后缘襟翼，以便在需要时可通过适当上翻或下倾后缘襟翼，调节飞机飞行状态或提高飞机在不良气候条件下稳定飞行的能力。

在升力保持基本不变时，任何用途飞机全都是飞行速度越快越好，所以采用主机翼加整流翼的机翼组合式气动布局飞机，主机翼、整流翼的前缘，一般全都可采用较大后掠方式，由于在飞机上安装整流翼之后，较大迎角条件下的主机翼上方，因已不再明显存在负压过强造成的很强诱导阻力，而主机翼上方安装整流翼之后，飞机的飞行稳定性却可达到较高，这样就使加大翼展与减小机翼前缘后掠角，这些常规飞行增稳措施大大减小使用的效应，因而在安装整流翼之后，不论任何用途飞机，主机翼、整流翼一般全都可采用较大后掠角外形。

在飞机主机翼上部机身二侧安装整流翼之后，虽然会使飞机的俯仰与水平稳定性全都变为较高，但同时也给鸭翼、垂尾、水平尾翼的安装使用带来一定难度，为了防止或减小鸭翼安装和使用时干扰整流翼的性能，在需使用鸭翼时其所用鸭翼的外形，最好制为前后长度较小的类梯形鸭翼，或将鸭翼制为前部完全固定只后半部可进行旋转的外形。同时也为了克服飞机水平转向灵活性下降问题，飞机在安装整流翼之后，应适当加高垂直尾翼及加宽垂直尾翼的舵板，或将垂尾改为双垂尾方式。特别是追求高机动能力的军事用途飞机，更是应加高加宽垂直尾翼及其舵板，或将垂尾制为双垂尾方式为好。至于水平尾翼安装位置，以与主机翼位于同一平面或稍低，以及安装在垂尾的上方等三种方式为好。

Claims (1)

1、一种升阻比高及失速角大的主机翼加整流翼气动布局，主要由主机翼与整流翼共同构成，其特征在于：在飞机机身二侧的主机翼上方，采用与主机翼有一定间隔距离，并且下表面与主机翼近平行与后部略上翘，以及前部边缘相对主机翼前缘适当后移约二者间距左右距离的方法，安装一个与主机翼外形相同或相近，但一般情况下宽度与面积显著小于主机翼的整流翼，并使其和下方的主机翼一起，组成从前后与左右方向看时都为二字状的机翼组合式气动布局结构。

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