CN211281434U - 无操纵面飞行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的无操纵面飞行器，涉及航空气动技术领域。该无操纵面飞行器包括机身和机翼，机身和机翼采用翼身融合结构，机身内开设涵道，机翼包括第一翼段和第二翼段，第一翼段与机身相连，第二翼段与第一翼段远离机身的一端相连。第一翼段上开设第一环量喷口，第二翼段上开设第二环量喷口。该无操纵面飞行器设置有第一环量喷口和第二环量喷口，通过环量控制技术来操纵飞行器的飞行姿态，同时，由于采用无操纵面形式，飞行器整体结构完整，减轻了自身结构重量，具有更好的起降性能。

Description

无操纵面飞行器

技术领域

本实用新型涉及航空气动技术领域，具体而言，涉及一种无操纵面飞行器。

背景技术

随着航空事业的高速发展，传统的飞行器设计和布局已经不能满足航空事业对飞行器性能多样化的需求。虽然变体技术在不断发展，但现在普遍使用的常规舵面气动效率仍然较低。人们对于拥有结构更加完整、控制更加高效、性能更加完善的飞行控制手段的需求越来越大，而流动控制技术作为一种最具活力和前景的飞行器气动性能增强手段，不仅能够克服传统舵面所带来的诸多问题，在飞行器的增升、减阻、隐身和飞行控制等方面都有所增益。

实用新型内容

本实用新型的目的包括提供一种无操纵面飞行器，克服了传统舵面带来的不良影响，简化了飞行器的结构，提高了飞行器的隐身性，减小了飞行器所受阻力，提高了飞行器的升力。在得到更优气动布局的同时，能够代替传统舵面实现对飞行器姿态的控制。

本实用新型改善其技术问题是采用以下的技术方案来实现的。

本实用新型提供的一种无操纵面飞行器，包括机身和机翼，所述机身和所述机翼采用翼身融合结构，所述机身内开设有涵道，所述机翼包括第一翼段和第二翼段，所述第一翼段与所述机身相连，所述第二翼段与所述第一翼段远离所述机身的一端相连；

所述第一翼段后缘上开设第一环量喷口，所述第二翼段后缘开设第二环量喷口；所述涵道分别与所述第一环量喷口、所述第二环量喷口连通。

进一步地，所述机身、所述机翼形成W形，前缘后掠角为32度至37度。

进一步地，还包括动力装置，所述动力装置安装在所述涵道内，所述动力装置的出口分别与所述第一环量喷口和所述第二环量喷口连通。

进一步地，所述第一环量喷口包括第一上喷口、第一下喷口，所述第一翼段包括第一上表面、第一下表面和第一后缘，所述第一后缘为所述第一翼段上远离机头的一侧，所述第一后缘连接所述第一上表面和所述第一下表面。所述第一上喷口设于所述第一后缘与所述第一上表面的交界处，所述第一下喷口设于所述第一后缘与所述第一下表面的交界处。

所述第二环量喷口包括第二上喷口、第二下喷口，所述第二翼段包括第二上表面、第二下表面和第二后缘，所述第二后缘为所述第二翼段上远离所述机头的一侧，所述第二后缘连接所述第二上表面和所述第二下表面；所述第二上喷口设于所述第二后缘与所述第二上表面的交界处，所述第二下喷口设于所述第二后缘与所述第二下表面的交界处。

进一步地，所述第一后缘呈圆弧过渡，所述第二后缘呈圆弧过渡。

进一步地，所述第一上喷口、所述第一下喷口、所述第二上喷口、所述第二下喷口内均设有导流装置。

进一步地，所述导流装置包括多个分流片，相邻两个所述分流片之间形成喷射口，所述分流片采用曲线分流片。

进一步地，所述分流片的厚度为0.8mm至1.2mm。

进一步地，所述第一上喷口、所述第一下喷口、所述第二上喷口、所述第二下喷口为出气缝，所述出气缝的高度为0.3mm至0.4mm。

进一步地，所述涵道的尾部设置出气口，所述出气口的截面为矩形。

本实用新型提供的无操纵面飞行器具有以下几个方面的有益效果：

本实用新型提供的无操纵面飞行器，采用翼身融合技术，在第一翼段和第二翼段上分别开设第一环量喷口和第二环量喷口，利用环量控制飞行器的飞行姿态，代替了常规飞行器的操纵舵面的功能，不仅飞行器的结构得到简化，减轻了飞行器的整体重量，同时减小了飞行器所受的阻力，提高了飞行器整体的升力。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型具体实施例提供的无操纵面飞行器的第一视角的结构示意图；

图2为本实用新型具体实施例提供的无操纵面飞行器的第二视角的结构示意图；

图3为本实用新型具体实施例提供的无操纵面飞行器的第二翼段的截面结构示意图；

图4为本实用新型具体实施例提供的无操纵面飞行器的第二翼段后缘的局部放大结构示意图；

图5为本实用新型具体实施例提供的无操纵面飞行器的导流装置的应用场景结构示意图。

图标：100-无操纵面飞行器；110-机身；111-涵道；115-涡轮风扇；120-进气口；121-第一翼段；123-第二翼段；130-出气口；140-第一环量喷口；150-第二环量喷口；151-第二上喷口；153-第二下喷口；155-圆弧段；161-通气道；163-分流片。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型的“第一”、“第二”等，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

飞行器的操纵舵面能产生有效的姿态控制。但是传统舵面存在诸多缺陷，比如结构复杂、检修繁琐、增加飞行阻力和降低隐身性等。

为了克服现有技术中的缺陷，本申请提出了一种无操纵面飞行器100，可以不采用传统舵面控制，而采用环量控制技术来操控飞行器的飞行姿态。不仅能够克服传统舵面控制的缺陷，也能够有效改善飞行器性能，实现增升减阻。

图1为本实用新型具体实施例提供的无操纵面飞行器100的第一视角的结构示意图，图2为本实用新型具体实施例提供的无操纵面飞行器100的第二视角的结构示意图，请参照图1和图2。

本实施例提供的一种无操纵面飞行器100，包括机身110和机翼，机身110和机翼采用翼身融合结构，机身110内开设涵道111，机翼包括第一翼段121和第二翼段123；第一翼段121和机身110连接，第二翼段123连接在第一翼段121远离机身110的一端。涵道111的尾部设置出气口130，出气口130排气获得飞行器所需的推动力。第一翼段121上开设第一环量喷口140，第二翼段123上开设第二环量喷口150。第一环量喷口140和第二环量喷口150分别与涵道111连通。本实施例提供的无操纵面飞行器100取消传统的舵面设计，采用环量控制技术，不仅可以有效控制飞行姿态，简化了飞行器的结构，提高了隐身性，也减小了阻力，提高了飞行器整体的升力。在得到更优的气动布局的同时，也能够提高飞行器整体的气动性能。

具体的，机身110、机翼形成W形，前缘后掠角为32度至37度，优选地，本实施例中的前缘后掠角为35度。W形的设计能够提高翼身融合体的升阻比，取消了水平尾翼和垂直尾翼，减轻了飞行器的自重；降低飞行器的向外辐射表面积，提高隐身性能。该无操纵面飞行器100的动力装置采用内埋于机身110的安装方式。具体地，动力装置包括涡轮风扇115，涡轮风扇115安装在涵道111内，作为独立供气系统。涡轮风扇115采用内埋式安装，有助于更好地实现翼身高度融合，涡轮风扇115的出口分别与第一环量喷口140和第二环量喷口150连通。

可选地，出气口130的截面为矩形，出气量大，能使飞行器获得更大的推力。容易理解，涵道111与动力系统的排气口连通，动力系统将高压气体从出气口130排出，使飞行器获得所需的推动力。涡轮风扇115将高压气体从第一环量喷口140和/或第二环量喷口150排出，用于控制飞行器的飞行姿态。本实施例中，作为优选，涡轮风扇115作为独立的动力装置，和与涵道111连通的动力系统相互独立控制。当然，在其他可选的实施例中，涡轮风扇115和与涵道111连通的动力系统两者也可以采用同一个驱动装置，这里不作具体限定。

机身110前缘设有进气口120，即涵道111的一端与进气口120连通，另一端为出气口130，进气通道性能良好。可选地，进气口120和出气口130可以同时位于机身110的轴线上。由于在流体与固体接触的薄层里，存在一个边界层，而当物体在流体中，边界层存在着剪切应力和耗散，存在着摩擦阻力。本实施例中的涡轮风扇115安装在涵道111内，不仅进气性能良好，也有效提高了出气量，提高了推进效率，还可以减小边界层带来的阻力。

经过实验数据对比研究，本实施例提供的无操纵面飞行器100的最佳飞行性能参数为：翼展总长1500mm，其主翼展长469.199mm，主翼弦长218.583mm，主翼单面积0.172m²，进气口120的截面的面积0.017m²，出气口130的截面的面积0.006m²，前缘后掠角35°。需要说明的是，其中的单面积是指一侧的上表面或下表面的面积。采用翼身融合技术实现在平飞时减少飞行阻力，降低能耗。该技术比传统气动布局飞行器的浸湿面积小33％，大大提高了气动效率，实现无间隙光滑连接，结构简单，便于操作，减少了角反射数量，有效提高隐身性能；取消了机身110、平尾、垂尾等机构，使机身110融合成为一个大的升力面从而提高升力，实现了更高的升阻比；同时结构重量所占比重较小，加大了有效装载空间，没有明显的分接口，可大幅度减小阻力，提高机动性延长续航时间从而增加经济效益。

图3为本实用新型具体实施例提供的无操纵面飞行器100的第二翼段123的截面结构示意图，图4为本实用新型具体实施例提供的无操纵面飞行器100的第二翼段123后缘的局部放大结构示意图，请参照图3和图4。

第一环量喷口140包括第一上喷口、第一下喷口，第一翼段121包括第一上表面、第一下表面和第一后缘，第一后缘为第一翼段121上远离机头的一侧，第一后缘连接第一上表面和第一下表面。第一上喷口设于第一翼段121的第一后缘与第一上表面的交界处(即连接处)，第一下喷口设于第一翼段121的第一后缘与第一下表面的交界处(即连接处)。第二环量喷口150包括第二上喷口151、第二下喷口153，第二翼段123包括第二上表面、第二下表面和第二后缘，第二后缘为第二翼段123上远离机头的一侧，第二后缘连接第二上表面和第二下表面；第二上喷口151设于第二翼段123的第二后缘与第二上表面的交界处，第二下喷口153设于第二翼段123的第二后缘与第二下表面的交界处。优选地，第一翼段121的第一后缘呈圆弧过渡，第二翼段123的第二后缘呈圆弧段155过渡，圆弧段155过渡的表面有利于气流在机翼后缘处停留形成科恩达效应，能够提升飞行器的升力，同时采用无操纵面升力体与常规飞行器相比有着结构简单，便于操作的优势。

第一上喷口、第一下喷口、第二上喷口151、第二下喷口153分别与涡轮风扇115连通，机翼后缘的喷口喷出气流，增加一侧机翼的环量，通过调节涡轮风扇115的电流大小改变风扇转速，从而改变射流速度，进而改变环量控制所产生的气动力。或者，通过两侧的机翼的吹气环量，控制两侧不同输入量组合产生所需的力矩，实现对飞行器滚转姿态的控制。并且通过环量控制技术，能有效抑制气流分离，使机翼后半部分气流再次附着，能大幅度提高飞行器的升阻比。

由于第一上喷口、第一下喷口、第二上喷口151、第二下喷口153开设于机翼后缘处，因此上述喷口的开口截面非常小，为类似于出气缝的缝状结构。经实验研究对比，一定范围内随着射流喷口高度的减小增升效果加强。本次实验采用喷口的高度为0.3mm至0.4mm，优选为0.3mm。第二翼段123上出气缝长度为19654.47mm，第一翼段121上出气缝长度为5984.69mm。为了解决射流出口不均匀影响环量控制翼型的问题，本实施例中的第一上喷口、第一下喷口、第二上喷口151、第二下喷口153内均设有导流装置。

图5为本实用新型具体实施例提供的无操纵面飞行器100的导流装置的应用场景结构示意图，请参照图5。

具体的，导流装置包括多个分流片163，相邻两个分流片163之间形成喷射口，分流片163采用曲线分流片163。分流片163的厚度为0.8mm至1.2mm，优选地，本实施例中，对分流片163进行了优化，将原有的直线型改为设有曲率的分流片163，厚度约为1mm，用七个分流片163将第二翼段123的喷口出气缝和第一翼段121的喷口出气缝各均分为六个区域，很大程度上增加了环量。气流经过弧形分流片163后，气体的速度会稍有上升，气体均匀的射出喷口，提高出气量，增加飞行器的平稳性。涵道111内的涡轮风扇115所产生的高压高速射流，经通气道161进入导流装置中，通过分流片163的优化，将均匀稳定的射流传输至出气缝使机翼后缘的气流沿后缘壁偏转，增加一侧机翼的环量，实现环量增升的目的，从而取代现有飞行器的第二翼段123结构，并能实现相应的舵效。

本实施例中采用环量控制机翼来实现舵效，避免飞行器在飞行时因舵面的机械偏转使阻力增大，其中完成无操纵面操作飞行器姿态主要为：由于气流黏性、在翼型内部空腔的高压气流通过开孔或开缝沿着物面切向产生射流，射流与外流混合沿着弯曲的圆形后缘表面流动形成柯恩达效应，与常规飞行器相比，采用无操纵面飞行器100具有结构简单、便于操作的优势，无操纵面机翼最大可以产生50°的第二翼段123舵效和10°的升降舵效。

常规舵面通过差动偏转来实现这一控制，而本实施例的无操纵面飞行器100通过开启一侧的环量喷口，使左右升力不平衡从而实现滚转姿态的操控。相对于第一翼段121，环量喷口在实现较高的升阻比的同时，也能大大减小阻力。相对于第二翼段123，环量喷口既能实现等效滚转控制，还可以提高飞行器的整个气动性能，提升气动效率。环量喷口由一个涡轮风扇115供气，可以使机翼后缘的气流向下偏转，增加一侧机翼的环量，实现增升的目的，在不吹气时环量控制的模式仅减少20％的升力，一旦吹气失效在环量控制下也能产生足够的升力。

飞行器的飞翼布局的气动焦点的位置对于飞行器的稳定性控制有着不容忽视的作用。现在追求的是飞行器的气动焦点尽可能的处于飞行器的后半部分，即气动焦点靠后更有利。而常规飞翼布局的方式为了达到结构简单的效果，一般选择取消舵面，但此举导致飞行器的气动焦点靠前，这对于飞行器在飞行过程的稳定性是有着不良影响。为了弥补飞翼布局中气动焦点靠前的缺点，本申请结合翼身融合式结构简、单易于操作的优点，提出在飞翼布局的基础上采用W型无尾布局和内部导流装置，对于飞行器的整体稳定性能、隐身性能、高升阻比有明显的增加。

在本实施例中，机翼后缘离中心较远，可提高升降第二翼段123的平衡操纵能力。为了改善起飞着陆性能，采用较大的机翼面积，减少单位机翼面积上的重量载荷(翼载)。此外，利用靠近出气口130的后半部分涵道111将飞机重心移到气动中心之后，可以从根本上克服配平阻力大的缺点，再配以第一翼段121和第二翼段123上的环量喷口，可以大大改进无尾飞行器的机动性能和起飞着陆性能。当巨型飞机的机翼大到足以容纳旅客和货物时，则可取消无尾飞机的机身110，成为飞翼式飞机，它具有重量轻和阻力小的优点。而内部的导流装置对于射流的优化，提高进气量，保证射流的均匀流出，提高了飞行器整体的稳定性。

综上所述，本实用新型提供的无操纵面飞行器100具有以下几个方面的有益效果：

本实用新型提供的无操纵面飞行器100，采用无操纵面与W型无尾翼身融合体之间的相互作用，形成环量控制无操纵面的飞行器，将无操纵面环量控制的气动布局与无尾翼结构有机结合，改进成一种具有更优气动布局的飞行器。不仅提高飞行器结构效率，实现舵效混控以此更好控制飞行器的飞行姿态，减少了角反射数量，有效提高隐身性能。取消了机身110、平尾、垂尾等机构，使机身110融合成为一个大的升力面从而提高升力，飞行器后半部分增加的W尾及内部导流装置提升了平飞的稳定性能，实现了通过改变飞行器机翼部分的气动布局从而实现提高升阻比，进而提高能源利用率，减少起降距离的优良气动性能。此外，还解决了现有飞行器在飞行时出现的偏航、俯仰、滚转等问题，增强飞行稳定性，可操控性，灵活性和隐身性。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改、组合和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无操纵面飞行器，其特征在于，包括机身和机翼，所述机身和所述机翼采用翼身融合结构，所述机身内开设有涵道，所述机翼包括第一翼段和第二翼段，所述第一翼段与所述机身相连，所述第二翼段与所述第一翼段远离所述机身的一端相连；

所述第一翼段上开设第一环量喷口，所述第二翼段开设第二环量喷口；所述涵道分别与所述第一环量喷口、所述第二环量喷口连通。

2.根据权利要求1所述的无操纵面飞行器，其特征在于，所述机身、所述机翼形成W形，前缘后掠角为32度至37度。

3.根据权利要求1所述的无操纵面飞行器，其特征在于，还包括动力装置，所述动力装置安装在所述涵道内，所述动力装置的出口分别与所述第一环量喷口和所述第二环量喷口连通。

4.根据权利要求3所述的无操纵面飞行器，其特征在于，所述第一环量喷口包括第一上喷口、第一下喷口，所述第一翼段包括第一上表面、第一下表面和第一后缘，所述第一后缘为所述第一翼段上远离机头的一侧，所述第一后缘连接所述第一上表面和所述第一下表面；所述第一上喷口设于所述第一后缘与所述第一上表面的交界处，所述第一下喷口设于所述第一后缘与所述第一下表面的交界处；

所述第二环量喷口包括第二上喷口、第二下喷口，所述第二翼段包括第二上表面、第二下表面和第二后缘，所述第二后缘为所述第二翼段上远离所述机头的一侧，所述第二后缘连接所述第二上表面和所述第二下表面；所述第二上喷口设于所述第二后缘与所述第二上表面的交界处，所述第二下喷口设于所述第二后缘与所述第二下表面的交界处。

5.根据权利要求4所述的无操纵面飞行器，其特征在于，所述第一后缘呈圆弧过渡，所述第二后缘呈圆弧过渡。

6.根据权利要求4所述的无操纵面飞行器，其特征在于，所述第一上喷口、所述第一下喷口、所述第二上喷口、所述第二下喷口内均设有导流装置。

7.根据权利要求6所述的无操纵面飞行器，其特征在于，所述导流装置包括多个分流片，相邻两个所述分流片之间形成喷射口，所述分流片采用曲线分流片。

8.根据权利要求7所述的无操纵面飞行器，其特征在于，所述分流片的厚度为0.8mm至1.2mm。

9.根据权利要求4所述的无操纵面飞行器，其特征在于，所述第一上喷口、所述第一下喷口、所述第二上喷口、所述第二下喷口为出气缝，所述出气缝的高度为0.3mm至0.4mm。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的无操纵面飞行器，其特征在于，所述涵道的尾部设置出气口，所述出气口的截面为矩形。

Images