CN206031758U - 一种联翼式布局机翼的新型无人机 - Google Patents

Abstract

一种联翼式布局机翼的新型无人机，属于无人机技术领域，其特征在于：所述无人机的机翼由前翼和后翼组成；所述前翼呈后掠状态；所述后翼呈前掠状态；形成一个菱形框架式结构。通过采用联翼式布局的机翼，使得本实用新型所述的无人机通过传统无人机比较具有机重量轻、刚度大、诱导阻力小；跨音速面积分布较好；最大配平升力系数高；浸润面积小；且具有直接升力和直接侧力控制能力，可兼顾稳定性和操纵性，结构简单，适于推广应用。

Description

一种联翼式布局机翼的新型无人机

技术领域

本实用新型属于无人机技术领域，尤其涉及一种联翼式布局机翼的新型无人机。

背景技术

无人机设计的关键是气动布局的设计，气动布局通常是指不同的气动力承力面的形式。整个承力面系统的特性取决于各承力面之间的相互位置以及各承力面的相对尺寸和形状。机翼作为承力面系统中最重要的部件，它的气动特性直接决定着飞机的气动特性和主要性能。通常由机翼产生的升力占全机升力的70%以上，产生的阻力占全机零升阻力的30%左右。除此之外，诱导阻力基本上也是由机翼产生的。因此飞机的气动布局设计的关键就是机翼的设计。

无人机的气动特性设计直接关联于它的具体飞行条件。通常具有高升阻比、低雷诺数，同时适合较长航行时间的无人机均采用大展弦比的布局设计。这种机翼在亚音速范围内性能较好，其中一个主要的原因就是机翼的诱导阻力小。计算流体力学的结果表明，在亚音速时，机翼阻力中的诱导阻力约占80%；在瘦机身布局的无人机的全机阻力计算结果中，诱导阻力也约占80%，因此采用大展弦比机翼是无人机获得特大升阻比的最直接的有效措施。

虽然大展弦比机翼有明显的升阻比优势，但随着展弦比的增大也存在如下问题：机翼根部载荷过大，机翼易发生弯曲和扭转变形，因此对结构强度要求很高；在机翼结构重量控制条件下，机翼成柔性机翼，飞行中机翼的弹性变形量随速压增大而增大，会导致严重的气动/结构耦合问题；过大的弹性变形不仅会使副翼效率降低，严重时还会出现副翼反效；此外，过大的展弦比往往要以减小翼型弦长作为代价。当飞机处于低于临界马赫数的速度飞行时，翼型弦长太小反而会加大翼型的阻力、减小升力，并且恶化失速特性。

发明内容

本实用新型旨在解决上述问题，提供一种既具有较好气动特性又能保证较强结构强度，结构质量轻的新型机翼布局的无人机。

本实用新型所述联翼式布局机翼的新型无人机，所述无人机的机翼由前翼和后翼组成；所述前翼呈后掠状态；所述后翼呈前掠状态；所述后翼的翼尖与前述前翼的上翼面处相连接，形成一个菱形框架式结构。

飞机气动设计的重要目标是增加升力、减小阻力，最终达到提高升阻比。而飞机的最大升阻比正比于飞机机翼展长，反比于飞机诱导阻力因子。因此，理论上对于常规布局形式的飞机而言，保持机翼弦长不变而增加展长，就会减小诱导阻力，达到提高最大升阻比的目标。但机翼展长增加之后需要对机翼结构进行加强，并且翼尖变形会相应增加，这就会带来气动弹性等方面的问题。所以单纯通过增加机翼展长来提高飞机升阻比是有限的，因此采用联翼式布局，使得后翼对前翼有支撑作用，能显著地减小前翼的弯曲变形、同时增加有效展弦比，达到增加升阻比的目的。

本实用新型所述联翼式布局机翼的新型无人机，所述前翼为上反下单翼；所述后翼为下反上单翼；所述前翼和后翼呈负交错布局设置；这样可有效减少前翼对后翼的不利影响，同时降低前翼与机身连接处的气流分离对后翼造成的抖振作用；同时两个具有高度差的机翼相连而形成一种闭合的具有更大厚度的结构支撑框架，使得机翼刚性和弹性控制要求大大降低。

本实用新型所述联翼式布局机翼的新型无人机，所述后翼与前翼的连接点位于距离前翼翼根70%处，形成一个菱形框架式结构，在保持较高气动效率的同时，可显著降低无人机的结构重量。

本实用新型所述联翼式布局机翼的新型无人机，所述前翼与后翼的连接处设置有整流罩，可有效减少前后翼搭接处产生的阻力干扰。

本实用新型所述联翼式布局机翼的新型无人机，所述前翼和后翼的弦长相等；通过这样的方式使得机翼外形得到简化，以此降低了生产难度、生产成本以及工艺求。

本实用新型所述联翼式布局机翼的新型无人机，通过采用联翼式布局的机翼，使得本实用新型所述的无人机通过传统无人机比较具有机重量轻、刚度大、诱导阻力小；跨音速面积分布较好；最大配平升力系数高；浸润面积小；且具有直接升力和直接侧力控制能力，可兼顾稳定性和操纵性，结构简单，适于推广应用。

附图说明

图1是联翼式机翼布局无人机结构的上视图；

图2是联翼式机翼布局无人机前后翼搭接处的整流罩示意图；

图3是联翼式机翼布局无人机结构的前视图；

图4是联翼式机翼布局无人机结构的左视图；

图5是0度迎角上表面极限流线图；

图6是6度迎角上表面极限流线图；

图7是10度迎角上表面极限流线图；

图8是14度迎角上表面极限流线图；

图9是20度迎角上表面极限流线图；

图10是24度迎角上表面极限流线图；

其中1-前翼、2-后翼、3-整流罩。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

该无人机的联翼式布局的机翼设计较一般布局的机翼设计要复杂，它是由前翼1和后翼2组成。为简化机翼外形，降低生产难度、生产成本以及工艺要求，在前后翼2上使用同样弦长的翼型。如图1所示，前翼1呈后掠状态，后翼2呈前掠状态。后翼2的翼尖在前翼1的上翼面处相连，前后翼2连接点位于距前翼1翼根70%处，形成一个菱形框架式结构。这种连接方案在保持较高气动效率的同时，可显著降低结构重量。如图2所示，前后翼2搭接处使用整流罩3进行平顺过渡，减小了前后翼2搭接处产生的阻力干扰。机翼位置的布置如图3所示，前翼1为上反下单翼，后翼2为下反上单翼，属于负交错布局。

无人机前后翼2连接处也可以采用“端板”连接，对前后翼2均能起到加固作用。

在结构方面，两个具有高度差的机翼相连而形成一种闭合的具有更大厚度的结构支撑框架，使得机翼刚性和弹性控制要求大大降低。同时，前后翼2连接点位于距前翼1翼根约70%处的连接方案在保持较高气动效率的同时，可以使受力结构更加合理稳定，可以让飞机重量大大减轻，对提高高空飞行能力与续航能力都有重要意义。

在气动方面，通过前翼1上反、后翼2下反的机翼布局能尽可能减少前翼1对后翼2的不利影响，同时降低前翼1与机身连接处的气流分离对后翼2造成的抖振作用。气流的展向流动随着迎角的增大进一步增强，但在前翼1的外翼段，由于前翼1段的展向流动受到前后翼2连接处的阻滞和翼尖效应的影响，前翼1外翼段的后缘分离情况较内翼段要好很多。计算流体力学结果表明，在迎角为20度时前翼1的内翼段的流动分离后没有出现再附现象，而前翼1的外翼段仍然呈现出分离再附再分离的流动特点，如图9所示。当迎角继续增大到24度时，前翼1的内翼段流动完全分离，其前翼1外翼段也出现完全分离，整个前翼1才完全失速，如图10所示。

后翼2作为前掠翼具有较好的失速特性，可以保持较好的副翼效率，同时把前翼1的外翼边界层向翼根输送，有利于前翼1升力的提高。同时后翼2在前翼1的下洗影响下，其后缘分离情况也要好于前翼1。如图5、图6、图7、图8、图9、图10所示的计算流体力学结果表明，随着迎角的增加，后翼2层流分离泡的分布区域向翼根方向极大地被压缩，后翼2流动更多的呈现出附着流的特征。当迎角的进一步增大，后翼2分离线继续向后翼2前缘和翼尖方向移动并产生分离旋涡，产生大面积的倒流区。虽然后翼2的流场结构变得很复杂，但整个后翼2并未完全失速。因此，飞机在大迎角状态下仍然不会出现严重的失速状态。

通过对图5至图10所示的极限流线图分析，联翼式布局机翼的新型无人机的机翼流动具有典型的低雷诺数特征，其前翼1内翼段最先失速，而外翼段的失速特性要好于内翼段。空气流过前翼1后流线明显向下偏折，产生下洗流，气流经过后翼2时其有效迎角会降低，其失速特性要明显好于前翼1，即使在前翼1已经失速的情况下仍能保持不错的升力特性，因此相比于拥有常规布局机翼的无人机，联翼式布局机翼的新型无人机具有很好的失速特性。

Claims (5)

1.一种联翼式布局机翼的新型无人机，其特征在于：所述无人机的机翼由前翼（1）和后翼（2）组成；所述前翼（1）呈后掠状态；所述后翼（2）呈前掠状态；形成一个菱形框架式结构。

2.根据权利要求1所述的联翼式布局机翼的新型无人机，其特征在于：所述前翼（1）为上反下单翼；所述后翼（2）为下反上单翼；所述后翼（2）的翼尖与前述前翼（1）的上翼面处相连接。

3.根据权利要求1或2所述的联翼式布局机翼的新型无人机，其特征在于：所述后翼（2）与前翼（1）的连接点位于距离前翼（1）翼根70%处。

4.根据权利要求3所述的联翼式布局机翼的新型无人机，其特征在于：所述前翼（1）与后翼（2）的连接处设置有整流罩（3）。

5.根据权利要求4所述的联翼式布局机翼的新型无人机，其特征在于：所述前翼（1）和后翼（2）的弦长相等。