CN203714171U - 一种高效且稳定的斜形逆变机翼 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效且稳定的斜形逆变机翼，包括位于飞行器两侧的左翼和右翼，左右机翼结构相同且对称，其特征在于：飞行器气动布局前后宽度不一致，两侧机翼的组合整体为前掠或后掠趋势，在气流最先接触的左右翼的前端部分分别设有导翼，在气流最后接触的左右翼的末端部分分别设有排翼；所述飞行器两侧机翼在正俯视时，两侧机翼的翼延伸轴线夹角指向和两翼卷曲轴线夹角指向相逆。由于采用上述的机翼布局结构，降低了阻力提高了效能，故本专利的飞行器可采用较小面积的垂尾甚至免去垂尾，从而简化了飞控部件和控制方法，本专利既可以用于高速飞行器提高其高速机动性，也可以用于高负重飞行器提高其低速升降性能。

Description

一种高效且稳定的斜形逆变机翼

技术领域

本实用新型涉及一种飞行器机翼的结构布局，对于翼身融合飞行器，半侧机身即相当于其一侧机翼，所以也涉及飞行器的整体气动布局。

背景技术

现在的飞行器机翼设计一般有鸭翼、主翼、尾翼和垂尾（或V形尾），用于为飞行器提供升力和飞行控制，但是由于各个翼体的分开，导致飞行器气流扰动加强，增加了飞行器的能耗，降低了飞行器结构强度。

中国专利局于2005年7月13日公开了公开号为CN1636827，专利名称为一种升阻比高及失速角大的机翼加整流翼气动布局的发明专利，该专利主要由机翼与整流翼共同构成，其特征在于：在飞机机身二侧的机翼上方，采用与机翼有一定间隔距离，并且下表面与机翼近平行与后部略上翘，以及前部边缘相对机翼前缘适当后移约二者间距左右距离的方法，安装一个与机翼外形相同或相近，但一般情况下宽度与面积显著小于机翼的整流翼，并使其和下方的机翼一起，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。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，但其存在效能低的缺陷。

中国专利局于2011.年12月7日公开了公开号为 CN102267557A，专利名称为一种鸭式前掠变展长翼面积的伸缩翼气动布局的发明专利，该专利包括机身、鸭翼、机翼和垂尾，机翼包括前掠内机翼和前掠可伸缩外机翼，前掠可伸缩外机翼通过伸缩机构与前掠内机翼内部连接，在无人机马赫数为0.2时，伸缩机构伸展将前掠可伸缩外机翼伸出到前掠内机翼外部，在无人机马赫数为0.4时，伸缩机构收缩将前掠可伸缩外机翼收缩在前掠内机翼内部，其中前掠可伸缩外机翼与前掠内机翼的面积比为0.25～0.45。本实用新型采用变展长翼面积的伸缩翼布局，使无人机在不同的空域、不同的速度状态范围都具有良好的气动性能，提高了无人机的机动性和灵活性；本实用新型在Ma＝0.2和0.4范围，低速飞行时，大展弦比气动布局巡航升阻比比小展弦比高20％以上，高速飞行时，小展弦比气动布局巡航升阻比比大展弦比高15％左右，具备Ma0.2和Ma0.4巡航飞行的能力，但该专利中垂尾也是很重要的飞控部件，存在飞控部件复杂，操作不便的缺陷。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种高效且稳定的斜形逆变机翼，该机翼可以明显提高超高速飞行器的机动性和机体强度，也可明显提高负重高的飞行器的稳定性和升降性能,还简化了飞行器的飞控部件和控制方法。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种高效且稳定的斜形逆变机翼，包括位于飞行器左右两侧机翼的结构布局，对于翼身融合飞行器则指的是飞行器的左右两侧机身，飞行器的左右两侧机翼结构布局相同且对称，其特征在于：飞行器气动布局前后宽度不一致，机翼总体布局有前掠或后掠的趋势，在飞行器前部两侧可分别设有导翼，和/或在飞行器后部两侧可分别设有排翼，通过导翼和/或排翼控制飞行器的飞行姿态和轨迹；正俯视时，所述飞行器两侧机翼的翼延伸轴线夹角指向和翼卷曲轴线夹角指向相逆。

飞行器的气动布局整体为前掠式翼或后掠式翼，采用后掠式翼气动布局时，飞行器为前窄后宽，各翼面部分平直伸展时机翼前边缘有后掠趋势；采用前掠翼气动布局时，飞行器为前宽后窄，各翼面部分平直伸展时机翼后边缘有前掠趋势；对于翼身融合飞行器，以上所述的两侧机翼则指两侧机身。

所述导翼内设置有次级导翼；所述排翼内设置有次级排翼；各级导翼和排翼平直展开时，同侧机翼中的各部分翼体都在同一平面内，且各部分翼体的边缘平整接合。根据权利要求1所述的一种高效且稳定的斜形逆变机翼，其特征在于：如单侧机翼平展开时近似于三角形或四边形，且双翼的设置有明显的前掠或后掠趋势时，那么导翼或排翼将对称的设置于机翼的内侧或外侧；如果同时设有导翼和排翼，当导翼位于机翼内侧时，排翼则位于机翼外侧，反之亦然。 

在单侧机翼上，所述次级导翼或次级排翼都在平直伸展状态时，导翼和排翼动作时，可与机翼的固定部分可形成三种曲面，分别是“∧”形、“～”形或“︹”形曲面；形成“∧”形曲面时，曲面相交线与机身中轴线既不垂直也不平行；形成“～”形或“︹”形曲面且正俯视时，两条曲面相交线的机身外侧延长线夹角不大于90度。

所述单侧机翼动作时翼面形成四种曲面形状：凹陷形、凸起形、向前逐渐抬升形、向后逐渐抬升形；两侧机翼各种曲面配合可以构成以下气动布局：第一，当两侧机翼同为凹陷形或凸起形时，两侧机翼构成勺状气动布局；第二，当两侧机翼同为向前或向后抬升形时，两侧机翼构成向前或向后斜面升高的气动布局；第三，当两侧机翼为一侧向前抬升形，另一侧为向后抬升形时，两侧机翼构成螺旋状气动布局。第四，当一侧机翼为凹陷形，另一侧为凸起形时，两侧机翼构成减速挡板气动布局。

所述两侧机翼整体的气动布局为后掠翼，两导翼位于机翼内侧靠近机头，两排翼靠近机身末端位于翼梢，导翼的后边缘与固定机翼部分平整拼接，拼接线为平直向外或有前掠趋势，排翼的前边缘与固定机翼部分平整拼接，拼接线为平直向外或有前掠趋势。

所述两侧机翼整体的气动布局为前掠翼，两导翼靠近机身前端位于外侧，两排翼位于机翼内侧靠近机尾，导翼的后边缘与固定机翼部分平整拼接，拼接线为平直向外或有后掠趋势，排翼的前边缘与固定机翼部分平整拼接，拼接线为平直向外或有后掠趋势。

所述飞行器如果是翼身融合的，即机身和机翼一体成型，那么两侧机身即为两侧机翼。

所述导翼和排翼自身的形状都近似为三角形或四边形。

为了方便描述本专利，需要定义一个常用的视角，还需要在飞行器的单侧机翼上定义两个方向和两条直线。由于在飞行时机身也会受到气流的作用力，所以理论上说飞行器的半侧机身也是同侧机翼的一部分，对翼身融合飞行器则以半侧机身作为其单侧机翼。如果简单把飞行器分为翼身融合和翼身有明显界线的两类，对于翼身融合类飞行器，以下五个定义则是以理论上的单侧机翼即半侧机身为对象作出，对于翼身有明显界线类飞行器，以下五个定义是在不包括机身的单侧机翼上作出。

正俯视：在飞行器两侧机翼伸直展开并水平直线匀速飞行时，经过飞行器重心作一条与飞行方向相同的直线a，把飞行器的两侧机翼翼端的中点连接作一条线段b，平行移动线段b使其中点与飞行器重心点重合得到一个平面，在此平面上，以b线为x轴，以a线为y轴，以飞行器前进方向为y轴正方向，以此视角观察飞行器称为正俯视。

翼卷曲方向：对于理论上的单侧机翼，如果有一股方向和大小都固定的空气流，不管此侧机翼的活动翼面如何动作，此气流流过机翼时对其产生的作用力最小，这股空气流的方向即为翼卷曲方向。

翼延伸方向：对于理论上的单侧机翼，如果有一股方向和大小都固定的空气流，在此侧机翼的各活动翼伸直展开时，此气流流过机翼时对其产生的作用力最小，这股空气流的方向即为翼延伸方向。

翼卷曲轴线：在单侧机翼伸直展开的情况下，作一条方向与翼卷曲方向相同且穿过飞行器重心的辅助线，此辅助线在此侧机翼所代表的平面的投影线即为翼卷曲轴线。此轴线可用来近似代表单侧机翼动作时改变经过气流的拦截方向。

翼延伸轴线：在单侧机翼伸直展开的情况下，作一条方向与翼延伸方向相同且穿过飞行器重心的辅助线，此辅助线在此侧机翼所代表的平面的投影线即为翼延伸轴线。此轴线可用来近似代表单侧机翼伸展时引导经过气流的流动方向。

在正俯视采用本专利的飞行器双翼时，双翼各部分平直展开时整体是前掠或后掠的倾斜形状，各排翼和导翼在平直展开时，单侧机翼的各部分的边缘平整接合成为一个平面上的整体机翼，两侧翼的两条翼延伸轴线将相交于一点形成夹角，两条翼卷曲轴线也将相交于一点形成夹角，这两个夹角的指向必须是相逆的。所述的指向相逆包括了翼延伸轴线夹角或翼卷曲轴线夹角中，有一个夹角为180度的情况。

在同侧机翼中，机翼曲面可变化的程度越大，翼卷曲方向和翼延伸方向越接近正交，机翼机动效能越好。在采用本专利时，追求高速高机动性能的飞行器一般采用前窄后宽的后掠翼气动布局，发动机一般布置在飞行器的中轴线上；追求低速高升降性能的飞行器一般采用前宽后窄的前掠翼气动布局，发动机一般对称布置在飞行器的两翼边上。

本实用新型的有益效果：由于采用上述的机翼结构布局，使得在正俯视飞行器时，翼卷曲轴线夹角指向和翼延伸轴线夹角指向相逆，故本专利的飞行器可采用更小面积的垂尾甚至免去垂尾，从而简化了飞行器的飞控部件和控制方法，对于超高速飞行器，可优化其高速机动性能，对于高负重飞行器，可优化其低速升降性能。

附图说明

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细说明，每幅图都为正俯视角。

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的结构示意图；

图3为本实用新型实施例3的结构示意图；

图4为本实用新型实施例4的结构示意图；

图5为本实用新型实施例5的结构示意图；

图中：1、左翼；2、右翼；3、导翼；4、排翼；5、翼卷曲轴线； 6、翼延伸轴线；7、鸭翼；8、尾翼；9、次级导翼；10、次级排翼；11、固定机翼部分；B、翼延伸轴线夹角；A、翼卷曲轴线夹角。

具体实施方式      

实施例1：如图1所示，一种高效且稳定的斜形逆变机翼，该机翼主要应用于翼身有明显界线的运输机，它包括位于机身两侧的左翼1和右翼2，所述左翼1和右翼2采用前宽后窄的前掠式倾斜机翼的气动布局结构，左翼1和右翼2的结构相同且左右对称，机身为近似为柱条状，机翼为片状并与机身有较明显界线，在左翼1和右翼2的前端部分别设有导翼3，两个导翼3左右对称，在导翼后为固定机翼部分11，在机身末端部分设有左右对称的后掠尾翼8，各导翼和尾翼通过翻转一定的角度，对飞机的飞行姿态和飞行轨迹进行控制；所述的导翼在翻转时靠近固定机翼部分的一侧边始终与固定机翼部分接壤；所述双翼1、2的卷曲轴线5的夹角A的指向和翼延伸轴线6的夹角B的指向相逆；所述每侧导翼3在平直展开状态时与固定翼面部分构成一个平面整体机翼。

实施例2：如图2所示，一种高效且稳定的斜形逆变机翼，该机翼主要应用于翼身有明显界线的战斗机，它包括位于机身两侧的左翼1和右翼2，所述左翼1和右翼2采用前窄后宽的后掠式倾斜机翼的气动布局结构，左翼1和右翼2的结构相同且左右对称，机身为近似为柱条状，机翼为片状并与机身有较明显界线，在机身前端部分设有左右对称的前掠鸭翼7，在机翼末端部分分别设有排翼4，两个排翼4左右对称，在排翼前为固定机翼部分11，鸭翼和各排翼通过翻转一定的角度，对飞机的飞行姿态和飞行轨迹进行控制；所述的排翼在翻转时靠近固定机翼部分的一侧边始终与固定机翼部分接壤；所述双翼1、2的卷曲轴线5的夹角A的指向和翼延伸轴线6的夹角B的指向相逆；所述每侧排翼4在平直展开状态时与固定翼面部分构成一个平面整体机翼。

实施例3：如图3所示，一种高效且稳定的斜形逆变机翼，该机翼主要应用于高负重无尾翼翼身融合飞行器，它包括与机身一体成型的左翼1和右翼2，所述左翼1和右翼2采用前宽后窄的前掠式倾斜机翼的气动布局，左翼1和右翼2的结构相同且左右对称，都为由中间向边缘逐渐变薄的片状，在气流最先接触的左翼1和右翼2的前端部迎着气流方向分别设有导翼3，两个导翼3左右对称，在气流最后接触的机翼末端部分以气流的扩散方向分别设有排翼4，两个排翼4左右对称，在导翼和排翼之间为固定机翼部分11，导翼和排翼通过翻转一定的角度，对机身的飞行姿态和飞行轨迹进行控制，所述的导翼或排翼在翻转时靠近固定机翼部分的一侧边始终与固定机翼部分接壤；所述的翼卷曲轴线5的夹角A的指向和翼延伸轴线6的夹角B的指向相逆；所述每个导翼3或排翼4在平直展开状态时与同侧机翼的固定翼面部分构成一个平面整体机翼。

实施例4：如图4所示，一种高效且稳定的斜形逆变机翼，该机翼主要应用于高速度无尾翼翼身融合飞行器，它包括与机身一体成型的左翼1和右翼2，所述左翼1和右翼2采用前窄后宽的后掠式倾斜机翼的气动布局，左翼1和右翼2的结构相同且左右对称，都为由中间向边缘逐渐变薄的片状，在气流最先接触的左翼1和右翼2的前端部迎着气流方向分别设有导翼3，两个导翼3左右对称，在气流最后接触的机翼末端部分以气流的扩散方向分别设有排翼4，两个排翼4左右对称，在导翼和排翼之间为固定机翼部分11，导翼和排翼通过翻转一定的角度，对机身的飞行姿态和飞行轨迹进行控制；所述的导翼或排翼在翻转时靠近固定机翼部分的一侧边始终与固定机翼部分接壤；所述的翼卷曲轴线5的夹角A的指向和翼延伸轴线6的夹角B的指向相逆。所述每个导翼3或排翼4在平直展开状态时与同侧机翼的固定翼面部分构成一个平面整体机翼。

实施例5：如图2所示，一种高效且稳定的斜形逆变机翼，该机翼采用了多级导翼和排翼结构，它包括位于机身两侧的左翼1和右翼2，所述左翼1和右翼2采用前窄后宽的后掠式倾斜机翼的气动布局结构，左翼1和右翼2的结构相同且左右对称，机身为近似为柱条状，机翼为三角形片状并与机身有较明显的界线，在左翼1和右翼2的前端部分别设有左右对称的两级导翼3和9，其中面积最大的导翼3中设置有次级导翼9，在机翼末端部分分别设有左右对称的两级排翼4和10，面积最大的排翼4中设置有次级排翼10，在导翼和排翼之间为固定机翼部分11，导翼3在动作时其下侧边始终与机翼固定部分接壤，次级导翼9在动作时其下侧边始终与导翼3的剩余部分相接壤，同样的，主排翼4在动作时其上侧边始终与机翼固定部分接壤，次级排翼10在动作时其上侧边始终与排翼4的剩余部分相接壤；各级导翼和各级排翼通过翻转一定的角度，对飞机的飞行姿态和飞行轨迹进行控制；所述机翼的卷曲轴线5的夹角A的指向和翼延伸轴线6的夹角B的指向相逆。所述每侧各级导翼3、9和各级排翼4、10在平直展开状态时与固定翼面部分构成一个平面整体机翼。

工作原理：导翼的功能是控制飞行器首部的指向，通过分别控制两侧导翼上下摆动，独立改变两翼前侧的空气流向，产生的合力改变飞行器阻力方向和前部姿态。排翼的功能是控制飞行器尾部摆向，通过分别控制两侧排翼上下摆动，独立改变两翼末端的空气排向，产生的合力改变飞行器推力方向和尾部姿态。

以上所述是本实用新型的典型实施方式而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围。应当指出，本实用新型未详细说明部分属本技术领域技术人员公知常识，对于本技术领域的技术人员来说，对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种高效且稳定的斜形逆变机翼，包括位于飞行器左右两侧机翼的结构布局，对于翼身融合飞行器则指的是飞行器的左右两侧机身，飞行器的左右两侧机翼结构布局相同且对称，其特征在于：飞行器气动布局前后宽度不一致，机翼总体布局有前掠或后掠的趋势，在飞行器前部两侧可分别设有导翼，和/或在飞行器后部两侧可分别设有排翼，通过导翼和/或排翼控制飞行器的飞行姿态和轨迹；正俯视时，所述飞行器两侧机翼的翼延伸轴线夹角指向和翼卷曲轴线夹角指向相逆。

2.根据权利要求1所述的一种高效且稳定的斜形逆变机翼，其特征在于：飞行器的气动布局整体为前掠式翼或后掠式翼，采用后掠式翼气动布局时，飞行器为前窄后宽，各翼面部分平直伸展时机翼前边缘有后掠趋势；采用前掠翼气动布局时，飞行器为前宽后窄，各翼面部分平直伸展时机翼后边缘有前掠趋势；对于翼身融合飞行器，以上所述的两侧机翼则指两侧机身。

3.根据权利要求1所述的一种高效且稳定的斜形逆变机翼，其特征在于：所述导翼内设置有次级导翼；所述排翼内设置有次级排翼；各级导翼和排翼平直展开时，同侧机翼中的各部分翼体都在同一平面内，且各部分翼体的边缘平整接合；机翼可以同时设置有导翼和排翼，也可以只设有其中一种。

4.根据权利要求1所述的一种高效且稳定的斜形逆变机翼，其特征在于：如单侧机翼平展开时近似于三角形或四边形，且双翼的设置有明显的前掠或后掠趋势时，那么导翼或排翼将对称的设置于机翼的内侧或外侧；如果同时设有导翼和排翼，当导翼位于机翼内侧时，排翼则位于机翼外侧，反之亦然。

5.根据权利要求3所述的一种高效且稳定的斜形逆变机翼，其特征在于：在单侧机翼上，所述次级导翼或次级排翼都在平直伸展状态时，导翼和排翼动作时，可与机翼的固定部分可形成三种曲面，分别是“∧”形、“～”形或“︹”形曲面；形成“∧”形曲面时，曲面相交线与机身中轴线既不垂直也不平行；形成“～”形或“︹”形曲面且正俯视时，两条曲面相交线的机身外侧延长线夹角不大于90度。

6.根据权利要求1所述的一种高效且稳定的斜形逆变机翼，其特征在于：单侧的机翼动作时翼面形成四种曲面形状：凹陷形、凸起形、向前逐渐抬升形、向后逐渐抬升形；两侧机翼各种曲面配合可以构成以下气动布局：第一，当两侧机翼同为凹陷形或凸起形时，两侧机翼构成勺状气动布局；第二，当两侧机翼同为向前或向后抬升形时，两侧机翼构成向前或向后斜面升高的气动布局；第三，当两侧机翼为一侧向前抬升形，另一侧为向后抬升形时，两侧机翼构成螺旋状气动布局；第四，当一侧机翼为凹陷形，另一侧为凸起形时，两侧机翼构成减速挡板气动布局。

7.根据权利要求1所述的一种高效且稳定的斜形逆变机翼，其特征在于：两侧机翼整体的气动布局为后掠翼，两导翼位于机翼内侧靠近机头，两排翼靠近机身末端位于翼梢，导翼的后边缘与固定机翼部分平整拼接，拼接线为平直向外或有前掠趋势，排翼的前边缘与固定机翼部分平整拼接，拼接线为平直向外或有前掠趋势。

8.根据权利要求1所述的一种高效且稳定的斜形逆变机翼，其特征在于：两侧机翼整体的气动布局为前掠翼，两导翼靠近机身前端位于外侧，两排翼位于机翼内侧靠近机尾，导翼的后边缘与固定机翼部分平整拼接，拼接线为平直向外或有后掠趋势，排翼的前边缘与固定机翼部分平整拼接，拼接线为平直向外或有后掠趋势。

9.根据权利要求8所述的一种高效且稳定的斜形逆变机翼，其特征在于：飞行器的机身和机翼一体成型，两侧机身即为两侧机翼。

10.根据权利要求9所述的一种高效且稳定的斜形逆变机翼，其特征在于：导翼和排翼自身的形状都近似为三角形或四边形。