采用支撑尾翼的高后翼高空长航时串列翼飞行器气动布局

摘要

本发明公开了一种采用高后翼支撑尾翼的高空长航时串列翼飞行器气动布局，属于飞行器气动布局设计领域。本发明中，飞行器采用圆柱形截面机身、大展弦比的前机翼和后机翼、“V”型尾翼、垂尾；其中，前机翼为下单翼，对称安装在机身前半段；“V”型尾翼为两个，对称安装在机身后半段；后机翼利用“V”尾支撑的方式安装在“V”型尾翼的梢部；垂尾安装在机身尾部下方；发动机安装在机身尾部上方。本发明在保证相同机翼面积的情况下，使用串列翼布局，可避免使用大展长，进而降低机翼结构强度刚度要求，有利于减轻飞行器重量，增加有效载荷；采取合理的气动面配合方式，在保证气动特性优良的前提下，具有更好的飞行稳定性和操纵性。

权利要求

1.采用支撑尾翼的高后翼高空长航时串列翼飞行器气动布局，其特征在于：所述的飞行器气动布局中，飞行器采用圆柱形截面机身、大展弦比的前机翼和后机翼、“V”型尾翼、垂尾；其中，前机翼为下单翼，对称安装在机身前半段；“V”型尾翼为两个，对称安装在机身后半段，上反角45°；后机翼利用“V”尾支撑的方式安装在“V”型尾翼的梢部；垂尾安装在机身尾部下方；发动机安装在机身尾部上方；所述的前机翼弦长大于后机翼弦长；

前机翼后缘布置襟翼和副翼，副翼用以控制飞行器滚转；“V”型尾翼包括“V”尾安定面和布置于后缘的“V”尾舵面，“V”尾安定面用以保证飞行器俯仰稳定性，“V”尾舵面用以控制飞行器俯仰；垂尾包括垂尾安定面和布置于后缘的方向舵，垂尾安定面用以保证飞行器航向稳定性，方向舵用以控制飞行器偏航；

后机翼通过“V”尾支撑的方式上置具有高度差，上置高度差为3倍弦长。

说明书

采用支撑尾翼的高后翼高空长航时串列翼飞行器气动布局

技术领域

[0001] 本发明属于飞行器气动布局设计领域，具体涉及一种采用“V”型支撑尾翼使得后机翼上置的高空长航时串列翼飞行器气动布局。

背景技术

[0002] 高空长航时飞行器在战场长时侦察和高空大气探测方面有其特殊的用途，特别是近几年，高空长航时飞行器作为一种多功能作战平台，其发展受到了广泛关注。但是高空长航时飞行器对飞行性能、气动品质等方面要求较高，特别是要求在足够升力的前提下，具有较大的升阻比。

[0003] 为了满足上述要求，国内外通常采用超大展弦比、大翼展的常规布局。当飞行器飞行速度较低时，对于具有相同升力面面积的机翼，采用更大的展弦比有利于减小机翼的诱导阻力，从而获得更高的升阻比。同时，由于采用了更大的展弦比，为了保证有足够的机翼面积从而提供足够的升力，需要采用大展长。

[0004] 然而，采用超大展弦比、大展长之后，由于机翼的展长比机翼的厚度和弦长要大得多，因而可能会存在结构刚度不足的问题。在飞行过程中，易形成结构变形与气动力交互作用的气动弹性现象，对飞行器的安全和性能有着相当重要的影响，会降低操纵效率、机翼升力系数斜率，甚至可能在飞行包络之内产生爆发性的颤振、发散，甚至致使结构突然毁坏造成飞行事故。为解决这一问题，通常采用加强机翼刚度的方式，如增加翼型的相对厚度或使用刚度性能更好的翼梁，但过大的增加翼型的相对厚度会降低飞行器的气动性能，而刚度性能更好的翼梁结构重量会大大增加，使得飞行器有效载荷降低。

[0005] 为满足高空长航时飞行器具有足够升力的要求，出现了一种串列翼气动布局。该布局包含前后两个机翼，后机翼会对前机翼产生有利干扰，但是前机翼会对后机翼产生不利干扰。此外，两翼间干扰强度随攻角变化而变化，使得两翼升力增量也随之改变，导致全机气动焦点移动范围较大，影响飞行性能。为了满足高空长航时飞行器高升力、高升阻比的要求，还需对串列翼布局构型参数对气动特性的影响进行深入研究，以得到一种可选的气动布局方案。

发明内容

[0006] 本发明从气动设计角度出发，对串列翼布局前后机翼之间的气动干扰进行深入研究，提出了一种采用高后翼支撑尾翼的高空长航时串列翼飞行器气动布局，提供了一种结构性能和气动性能俱佳的高空长航时飞行器设计技术方案。

[0007] 研究表明，前机翼翼尖对后机翼的诱导强度随高度差变化而变化，进而改变后机翼展向流动，后机翼上置有利于提升双翼面布局整体的气动性能；由于后机翼驻点高压区对前机翼产生向前推力，使得前机翼阻力降低，从而大大提高了前机翼的升阻比；前机翼对后机翼会产生诱导下洗效应，使得后机翼气动性能有所下降；后机翼采用较小弦长能够减弱前翼对后翼不利的下洗诱导效应。

[0008] 因此，本发明飞行器气动布局采用较大弦长下单前机翼与上置较小弦长后机翼布置；并利用“V”型尾翼支撑的布置方式，增强上置较小弦长后机翼的结构刚度。机身尾部安装有涡扇发动机和垂直尾翼。

[0009] 本发明提供的采用高后翼支撑尾翼的高空长航时串列翼飞行器气动布局，飞行器采用圆柱形截面机身、大展弦比的前机翼和后机翼、“V”型尾翼、垂尾；其中，前机翼为下单翼，对称安装在机身前半段；“V”型尾翼为两个，对称安装在机身后半段，上反角45°；后机翼利用“V”尾支撑的方式安装在“V”型尾翼的梢部；垂尾安装在机身尾部下方；发动机安装在机身尾部上方。

[0010] 本发明飞行器气动布局的优点在于：

[0011] (1)在保证相同机翼面积的情况下，使用串列翼布局，可避免使用大展长，进而降低机翼结构强度刚度要求，有利于减轻飞行器重量，增加有效载荷。

[0012] (2)利用“V”型尾翼支撑，将较小弦长后机翼上置以降低前翼对后翼的不利干扰效应，有利于改善双翼面布局的整体气动特性，提高整机升阻比。

[0013] (3)前翼采用较大弦长，后翼采用较小弦长，充分利用后翼对前翼的有利干扰，减少前翼对后翼的不利干扰。

[0014] (4)后机翼、“V”尾以及机身构成了封闭的三角形结构，增强了后机翼和“V”尾的结构强度和刚度，有利于减轻飞行器重量，提高了结构效率。

[0015] (5)采取合理的气动面配合方式，在保证气动特性优良的前提下，与普通串列翼布局相比，本发明布局具有更好的飞行稳定性和操纵性。

附图说明

[0016] 图1为本发明飞行器气动布局整体示意图；

[0017] 图2为本发明飞行器气动布局整体俯视图；

[0018] 图3为本发明飞行器气动布局整体侧视图；

[0019] 图4为本发明飞行器气动布局整体主视图；

[0020] 图5为本发明飞行器气动布局对比普通串列翼布局升阻比随攻角变化曲线图；

[0021] 图中：1.机身；2.前机翼；3.后机翼；4.襟翼；5.副翼；6.发动机；7.“V”尾安定面8.“V”尾舵面；9.垂尾安定面；10.方向舵。

具体实施方式

[0022] 以下将结合附图对本发明做进一步描述。

[0023] 本发明提供的飞行器气动布局中，飞行器采用圆柱形截面机身1、较大展弦比的前机翼2和后机翼3、“V”型尾翼、垂尾，如图1～4所示。其中，前机翼2弦长较大，为下单翼，对称安装在机身前半段；“V”型尾翼为两个，对称安装在机身后半段，上反角接近45°；后机翼3弦长较小，利用“V”尾支撑的方式安装在“V”型尾翼的梢部；垂尾安装在机身1尾部下方；发动机6安装在机身1尾部上方。

[0024] 如图2，前机翼2后缘布置襟翼4和副翼5，副翼5用以控制飞行器滚转；后机翼3同样也可以布置襟翼和副翼；如图3，“V”型尾翼包括“V”尾安定面7和布置于后缘的“V”尾舵面8，“V”尾安定面7用以保证飞行器俯仰稳定性，“V”尾舵面8用以控制飞行器俯仰；垂尾包括垂尾安定面9和布置于后缘的方向舵10，垂尾安定面9用以保证飞行器航向稳定性，方向舵10用以控制飞行器偏航。

[0025] 所述前机翼2和后机翼3之间的具体相对位置与飞行器整体气动性能密切相关，需根据气动设计的要求确定。根据翼间干扰机理，后机翼3对前机翼2存在有利干扰，而前机翼2对后机翼3存在诱导下洗效应；当后机翼3处于前机翼2翼尖涡的尾流区时，前机翼2翼尖涡对后机翼3翼梢部分气动性能有着明显影响，而当后机翼3离开前机翼2翼尖涡的尾流区时，前机翼2的诱导下洗作用则会有所减弱。而为了提高飞行器整机升阻比，一方面需要尽可能的利用后机翼3对前机翼2的有利干扰，另一方面需要尽可能的减弱前机翼2对后机翼3的不利干扰。因此，需要后机翼3上置的高度差不同取值产生的影响进行分析。

[0026] 实施例：图5给出了后机翼3上置高度差为3倍弦长布局对比于普通串列翼布局整体升阻比随攻角变化的三维分析曲线，纵坐标LDR为升阻比，横坐标AOA为迎角，h3c-3D为后机翼3上置高度差为3倍弦长布局，h0c-3D为普通串列翼布局，前后机翼机翼均使用NACA4412翼型，平均弦长均为0.75m，展弦比为26.7。可以看出，当本发明中布局的后机翼3上置具有一定高度差时，可以使飞行器整体获得更大的升阻比。这说明本发明高后翼支撑尾翼的气动布局在合理设计时能够获得比普通串列翼飞行器具有更优的气动效率，能满足高空长航时飞行器的使用要求。