CN200985092Y - 地效飞行器的气动布局 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种地效飞行器的气动布局，要解决的技术问题是提供一种具有能在贴近水面的空中稳定飞行，且能使升力增加、阻力降低的适用于大型海上客货运输的地效飞行器。为解决上述问题本实用新型采用以下技术方案：一种地效飞行器，包括机身、机翼、起飞发动机和高置的T型尾翼，所述机翼为组合翼，所述起飞发动机设置在机身头部两侧，所述机身中段两侧翼下设有垫升气腔，所述T型尾翼上设置有巡航发动机。本实用新型与现有技术相比，通过合理的气动配置，能使飞行升力增加、阻力降低，充分利用高效动力增升效应，使地效飞行器具有能在贴近水面的空中稳定飞行的特点。

Description

地效飞行器的气动布局

技术领域

本实用新型涉及一种飞行器，尤其是一种地效飞行器的气动布局。

背景技术

地效飞行器是一种高速运输工具，当飞行器贴近地面或水面飞行时，空气流经机翼与地面或水面之间的狭窄通道会产生附加的动力增升效应。存在地面增升效应的高度，称为地效区，其高度大约相当于翼展长度。越靠近地面，地面效应越强。地效飞行器即是利用这种空气动力地面效应原理而发展起来的一种新型掠地或掠海飞行的交通运输工具。由于地效飞行器具有飞机一样的高速度，虽然在理论上它可以贴地飞行，但实际上只能在没有表面障碍的江河湖海上掠水面飞行，因此，地效飞行器又被称为地效翼船。地效飞行器的基本飞行原理及设计制造技术主要属于航空技术，但用途和使用环境涉及船舶及航海技术领域。

目前地效飞行器现有技术的主要缺陷有：

1、一般飞机类型的飞行器

(1)经济性：制造、使用和维护成本比较高，需建大量机场，并且其通讯、导航、空地勤保障条件要求较高，因而总的运营成本较高。

(2)安全性：普通飞行器如果出现发动机停车或其它严重故障，往往造成灾难性后果。

(3)舒适性：会受高空上升气流起伏颠簸的影响，起降时气压急骤变化会引起不适。

(4)适航性：受空中管制的限制，且不能在滩涂、冰层、沼泽地飞行。

2、船舶(包括气垫船、水翼船)

(1)航行速度慢，不利于提高海上运输效率。

(2)受海上风浪起伏冲击的影响，乘座舒适性差。

(3)需要建造吃水深度大的码头及相应的设施，适航性不好。

3、现有小型地效飞行器，如公开日为2003年4月2日的中国实用新型专利02227328.X公开的小型地效飞行器，其吨位及尺度小(5吨级，翼展9.8米，全长16米)，航速低(150公里/小时)，载客量小(仅十余人)，抗风浪能力低(起降浪高不超过1米，巡航飞高不超过1.5米)，一般仅能在内河、内湖使用。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种地效飞行器的气动布局，要解决的技术问题是使其能在贴近水面的空中稳定飞行，且能使升力增加、阻力降低，并适用于大型的海上客货运输。

为解决上述问题本实用新型采用以下技术方案：一种地效飞行器的气动布局，包括机身、机翼、起飞发动机和高置的T型尾翼，所述机翼为组合翼，所述起飞发动机设置在机身头部两侧，所述机身中段两侧翼下设有垫升气腔，所述T型尾翼上设置有巡航发动机。

本实用新型所述机翼由主翼、外翼及两者之间结合部的过渡段组成，所述主翼两端的下翼面设置有隔板。

本实用新型所述主翼为梯形翼，其展弦比在1.7-2.1之间，前缘后掠角10°-14°，根弦长15-19米，面积为机翼总面积的70％-80％，下反角为1°-2°，所述外翼的过渡段为梯形翼，其前缘后掠角为45°-55°，梢弦长为6.0-6.5，上反角为4.5°-5.5°，所述外翼是梯形翼，其前缘后掠角为15°-17°，梢弦长2.7-3.3米，上反角为4°-6°，所述机翼的总展弦比为4.5-5.5，总展长为52-57米。

本实用新型所述主翼的展弦比为1.9，前缘后掠角为12°42′，根弦长为17.2米，面积为机翼总面积的76％，下反角为1.5°，所述外翼的过渡段为梯形翼，其前缘后掠角为50°，梢弦长为6.25米，上反角为5°，所述外翼是梯形翼，其前缘后掠角为16°，梢弦长3.5米，上反角为6°，所述机翼的总展弦比为5，总展长为55.1米。

本实用新型所述垫升气腔为由机身中段下部、主翼下翼面、隔板及主翼后缘襟翼组成的腔体。

本实用新型所述襟翼设有可使其沿主翼后缘向下偏转的驱动装置，所述起飞发动机设有使喷口上下偏转的驱动装置。

本实用新型所述T型尾翼由垂直尾翼和水平尾翼组成，所述水平尾翼后缘设有升降舵，所述该垂直尾翼后缘设有方向舵。

本实用新型所述水平尾翼的面积为机翼总面积的30％-32％，水平尾翼根弦前缘距主翼后缘的距离为主翼根弦长度的4.0-4.5倍，距水平基准面的距离为水平尾翼根弦长度的2.3-2.7倍。

本实用新型所述水平尾翼的面积为机翼总面积的31.2％，水平尾翼根弦前缘距主翼后缘的距离为主翼根弦长度的4.2倍，距水平基准面的距离为水平尾翼根弦长度的2.5倍。

本实用新型与现有技术相比，通过合理的气动配置，能使飞行升力增加、阻力降低，充分利用高效动力增升效应，使地效飞行器具有能在贴近水面的空中稳定飞行的特点。

附图说明

图1为本实用新型的俯视图。

图2为本实用新型的主视图。

图3为本实用新型的动力增升系统示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步的描述。

如图1和图2所示，本实用新型包括机身1、襟翼6、起飞发动机7和巡航发动机8，以及由主翼2、外翼5及两者之间的过渡段4组成的组合机翼、主翼2两端翼下的隔板3和尾部高置的T型尾翼。起飞发动机喷流导入垫升气腔13，气流在腔内受到阻滞，动能转变为压力能，作用在主翼2下表面的附加压力产生附加的垫升升力。垫升升力可以将飞行器抬起，减少了飞行器与水接触的面积，从而降低了飞行器滑行阻力。所述垫升气腔13为由机身中段下部、主翼2下翼面、主翼2两端翼下的隔板3及主翼2后缘的襟翼6组成的腔体，其中襟翼6设有可使其沿主翼2后缘向下偏转的驱动装置。所述起飞发动机7设有使喷口上下偏转的驱动装置。所述T型尾翼包括垂直尾翼10与水平尾翼9，所述该水平尾翼9后缘设有升降舵14，所述该垂直尾翼10后缘设有方向舵16，全机的操纵面有水平尾翼9后缘的升降舵14和垂直尾翼10后缘的方向舵16以及主翼2后缘的襟翼6和外翼5后缘的付翼15。

机翼是提供升力的基本部件。在地效区内运动时，在某一地效飞行高度上，机翼局部弦长越大，由地面效应产生的附加升力就越大。在机翼面积一定时，机翼弦长增加，展长必然降低，也就是展弦比降低了。展弦比降低，机翼的固有升力也就降低。既要提供较大的地面效应附加升力，又要使机翼的固有升力下降得少些，是地效飞行器机翼设计必须解决的问题之一。以大部分面积(70％-80％)构成弦长大的小展弦比主翼2，以小部分面积(20％-30％)构成单独展弦比大的外翼5。二者结合起来的组合翼展弦比较大，大部分机翼面弦长也大，就能保证该机翼既有较大的固有升力、又能提供较大的地面效应附加升力。

如图2所示，所述主翼2为梯形翼，其展弦比在1.7-2.1之间，优选值为1.9；前缘后掠角10°-14°，优选值为12°42′；根弦长15-19米，优选值为17.2米；面积为机翼总面积的70％-80％，优选值为76％；下反角11为1°-2°，优选值为1.5°。外翼5的过渡段4亦为梯形翼，其前缘后掠角为45°-55°，优选值为50°；梢弦长为6.0-6.5，优选值为6.25米，上反角12为4.5°-5.5°，优选值为5°。外翼5也是梯形翼，其前缘后掠角为15°-17°，优选16°；梢弦长2.7-3.3米，优选3.5米；上反角为4°-6°，优选6°。组合机翼的总展弦比为4.5-5.5，优选值为5，总展长为52-57米，优选值为55.1米。试验证实带外翼5的主翼2与单独主翼相比，升阻比增量达到2-4，这说明了组合翼的优越性。上述升降舵14主要提供纵向操纵力距，保证高效动力增升型地效飞行器纵向力矩平衡，实现高效动力增升型地效飞行器在纵向平面内的机动。与一般飞行器不同，高效动力增升型地效飞行器在地效区内飞行时，有两个焦点，即攻角焦点和高度焦点。按高效动力增升型地效飞行器纵向运动稳定性判断，只有当攻角焦点、高度焦点和地效飞行器的重心位置合理配置时，高效动力增升型地效飞行器的纵向运动才是稳定的。而采用高置的T型尾翼与其它部件的合理配置，可在规定的速度范围内具有良好的稳定性，保证攻角焦点与高度焦点的合理匹配。上述垂尾10的后缘设有可偏转的方向降舵16。

本实用新型的组合翼的进一步改进措施是在主翼2的两端下翼面设置隔板3，在主翼2与外翼5结合部设置过渡段4。隔板3的作用相当于增大了主翼2的展弦比，提高了主翼2的固有升力。同时，隔板3又为垫升腔13的侧壁，起着提供垫升升力的作用。设置过渡段4改善了主翼2表面的流态，便升力均匀变化。

本实用新型的水平尾翼9是保证地效飞行器纵向平衡和稳定的重要部件。地效飞行器在地效区内稳定飞行的条件是：一、攻角焦点位于高度焦点之后；二、重心在高度焦点附近。单独机翼在地效区内是极不稳定的。为满足静稳定条件要求平尾面积较一般常规飞机的平尾面积大，且位置应高置，以便高出平尾本身的地效区且尽可能远离机翼的气流干扰区。

本实用新型所述的水平尾翼9的面积为机翼总面积的30％-32％，优选31.2％；水平尾翼9根弦前缘距主翼2后缘的距离为主翼2根弦长度的4.0-4.5倍，优选4.2倍；距水平基准面的距离为水平尾翼9根弦长度的2.3-2.7倍，优选2.5倍。这样，气流绕水平尾翼9的流动受攻角影响大，受高度影响小。使得飞行器攻角焦点大幅度后移至高度焦点之后。试验证实，襟翼6偏角0°时，其攻角焦点位于高度焦点之后，差值为主翼2平均气动弦的0.1-0.25；襟翼6偏角20°时，差值为主翼2平均气动弦的0.06-0.25。说明配置的水平尾翼9起到了良好的平衡和稳定作用。

如图3所示，本实用新型起飞发动机7是设置在机身1头部之内，当地效飞行器起飞之后，起飞发动机7尾喷流流向主翼2下表面、主翼2后缘下偏的襟翼6与隔板3构成的垫升腔13，高动量气流受到阻滞，腔内静压升高，在水面和主翼2下表面形成了一个动力气垫，产生了作用在主翼2下表面的地面效应附加升力—垫升升力。垫升升力使得地效飞行器进行排水和滑水航行时升力增加、阻力减少、离水时间提前、离水速度降低。本实用新型所述的起飞发动机7全部安装在机身1头部的发动机舱内。这种布局使地效飞行器的阻力减少、升阻比提高，改善了气动性能和稳定性。

本实用新型采用组合翼机翼、高置的T形平尾和起飞发动机7与巡航发动机8分别置于机身1头部之内和平尾9上的气动布局，使地效飞行器具有良好的气动性能和稳定性。在距海平面1米高度飞行时，地效飞行器最大升阻比可达16.5。

在正常的巡航飞行状态下，三台巡航发动机8均工作。当一台巡航发动机故障时，可以两台巡航发动机继续飞行。若出现风浪，可以补充开动一台或两台一直处于自转状态的起飞发动机7。当两台巡航发动机相继故障时，可以一台巡航发动机和两台起飞发动机继续飞行。

在飞行过程中，若遇障碍，地效飞行器可以爬高飞出地效区至150米高度越过障碍。

本实用新型地效飞行器具有能在贴近水面的空中稳定飞行，能使升力增加、阻力降低。其最大起飞重量可达390吨，载客量500人，巡航速度为500公里/小时，是能在浪高2.5～3.5米海情下起降的大型海上客货地效飞行器。

Claims (9)

1.一种地效飞行器的气动布局，包括机身、机翼、起飞发动机和高置的T型尾翼，其特征在于：所述机翼为组合翼，所述起飞发动机设置在机身头部两侧，所述机身中段两侧翼下设有垫升气腔，所述T型尾翼上设置有巡航发动机。

2.根据权利要求1所述的地效飞行器的气动布局，其特征在于：所述机翼由主翼、外翼及两者之间结合部的过渡段组成，所述主翼两端的下翼面设置有隔板。

3.根据权利要求2所述的地效飞行器的气动布局，其特征在于：所述主翼为梯形翼，其展弦比在1.7-2.1之间，前缘后掠角10°-14°，根弦长15-19米，面积为机翼总面积的70％-80％，下反角为1°-2°，所述外翼的过渡段为梯形翼，其前缘后掠角为45°-55°，梢弦长为6.0-6.5，上反角为4.5°-5.5°，所述外翼是梯形翼，其前缘后掠角为15°-17°，梢弦长2.7-3.3米，上反角为4°-6°，所述机翼的总展弦比为4.5-5.5，总展长为52-57米。

4.根据权利要求3所述的地效飞行器的气动布局，其特征在于：所述主翼的展弦比为1.9，前缘后掠角为12°42′，根弦长为17.2米，面积为机翼总面积的76％，下反角为1.5°，所述外翼的过渡段为梯形翼，其前缘后掠角为50°，梢弦长为6.25米，上反角为5°，所述外翼是梯形翼，其前缘后掠角为16°，梢弦长3.5米，上反角为6°，所述机翼的总展弦比为5，总展长为55.1米。

5.根据权利要求2所述的地效飞行器的气动布局，其特征在于：所述垫升气腔为由机身中段下部、主翼下翼面、隔板及主翼后缘襟翼组成的腔体。

6.根据权利要求5所述的地效飞行器的气动布局，其特征在于：所述襟翼设有可使其沿主翼后缘向下偏转的驱动装置，所述起飞发动机设有使喷口上下偏转的驱动装置。

7.根据权利要求6所述的地效飞行器的气动布局，其特征在于：所述T型尾翼由垂直尾翼和水平尾翼组成，所述水平尾翼后缘设有升降舵，所述该垂直尾翼后缘设有方向舵。

8.根据权利要求7所述的地效飞行器的气动布局，其特征在于：所述水平尾翼的面积为机翼总面积的30％-32％，水平尾翼根弦前缘距主翼后缘的距离为主翼根弦长度的4.0-4.5倍，距水平基准面的距离为水平尾翼根弦长度的2.3-2.7倍。

9.根据权利要求8所述的地效飞行器的气动布局，其特征在于：所述水平尾翼的面积为机翼总面积的31.2％，水平尾翼根弦前缘距主翼后缘的距离为主翼根弦长度的4.2倍，距水平基准面的距离为水平尾翼根弦长度的2.5倍。

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