獨(dú)立氣源供氣的無舵面飛行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及航空機(jī)械領(lǐng)域，具體是一種獨(dú)立氣源供氣的無舵面飛行器。
【背景技術(shù)】
[0002]飛行器的操縱舵面產(chǎn)生的有效操縱控制，使其能夠進(jìn)行穩(wěn)定的飛行。但是傳統(tǒng)舵面存在諸多缺陷，比如結(jié)構(gòu)復(fù)雜、檢修繁瑣、增加飛行阻力和降低隱身性等。優(yōu)異的氣動性能、長航程、長航時(shí)以及高隱身性是下一代飛行器設(shè)計(jì)中的重要指標(biāo)。傳統(tǒng)環(huán)量控制技術(shù)往往會從發(fā)動機(jī)引氣來為裝置提供氣源，這將影響發(fā)動機(jī)的動力輸出。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，提供了一種獨(dú)立氣源供氣的無舵面飛行器，用環(huán)量控制裝置取代了傳統(tǒng)舵面，結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)。并且由于取消了常規(guī)舵面，機(jī)翼表面原有的尖銳邊緣、開口和凸臺等會消失，這將減小飛機(jī)的雷達(dá)散射面積，可以提升飛機(jī)的隱身性。
[0004]本發(fā)明包括由機(jī)身、主機(jī)翼、鴨翼、后推式動力裝置、螺旋槳、翼梢小翼、主起落架和前起落架構(gòu)成的鴨式布局固定翼飛行器，主機(jī)翼內(nèi)部安裝有若干環(huán)量控制裝置；所述的環(huán)量控制裝置包括通過噴管連接的多翼離心風(fēng)機(jī)和科恩達(dá)后緣，其中噴管包括由上封閉面、下封閉面、兩側(cè)封閉曲面組成的封閉內(nèi)腔，上下兩個封閉面呈15°從多翼離心風(fēng)機(jī)接口到柯恩達(dá)后緣收縮會合，上下兩個封閉面與柯恩達(dá)后緣之間分別開有出氣縫；噴管中設(shè)有隔板，隔板將噴管在豎直方向上分割成體積相等的上下兩個內(nèi)腔，每個內(nèi)腔均與一個獨(dú)立的多翼離心風(fēng)機(jī)相連。
[0005]為了防止截面擴(kuò)張引起壓力損失，導(dǎo)致射流能量不足，所述的噴管兩側(cè)封閉曲面水平方向上從多翼離心風(fēng)機(jī)接口處到柯恩達(dá)后緣處逐漸增大，噴管內(nèi)腔通過曲線型導(dǎo)流板分割成若干小空腔，所述的小空腔從多翼離心風(fēng)機(jī)接口處到柯恩達(dá)后緣處任意截面的截面積均相等，柯恩達(dá)后緣處任意一小空腔截面的截面積與噴管多翼離心風(fēng)機(jī)接口處的內(nèi)腔截面積相等。環(huán)量控制副翼激勵器用于取代副翼，實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)姿態(tài)的控制。通常常規(guī)舵面通過差動偏轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)這一控制，本發(fā)明的無舵面飛行器通過開啟一側(cè)的環(huán)量控制副翼激勵器來造成左右升力不平衡來實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)姿態(tài)的操控。環(huán)量控制副翼激勵器的基本構(gòu)造與環(huán)量控制升降激勵器相似，但是只有一個空腔和一個出氣縫，由一個離心風(fēng)機(jī)供氣，可以使機(jī)翼后緣的氣流向下偏轉(zhuǎn)，增加一側(cè)機(jī)翼的環(huán)量，實(shí)現(xiàn)增升的目的。
[0006]所述的機(jī)身上設(shè)有環(huán)量控制副翼激勵器，所述的環(huán)量控制副翼激勵器包括通過副翼噴管連接的副翼離心風(fēng)機(jī)和副翼科恩達(dá)后緣，副翼噴管包括上下兩個封閉面，副翼噴管下封閉面與副翼柯恩達(dá)后緣之間分別開有副翼出氣縫。
[0007]本發(fā)明有益效果在于:
1、增升減阻:環(huán)量控制技術(shù)可以對氣流產(chǎn)生有利干擾，不僅能夠控制飛行姿態(tài)，還可以提升飛行器的氣動性能，實(shí)現(xiàn)增升減阻。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在正常飛行迎角范圍內(nèi)，環(huán)量控制裝置開啟后模型的升力系數(shù)最大增量可以達(dá)到23.1%，阻力系數(shù)減小量可以達(dá)到31.7%。
[0008]2、無舵面結(jié)構(gòu)簡單:不采用傳統(tǒng)的操縱舵面，應(yīng)用環(huán)量控制的方式為飛行器的姿態(tài)調(diào)整和機(jī)動提供力和力矩，實(shí)現(xiàn)無舵飛行。設(shè)計(jì)和優(yōu)化了環(huán)量控制裝置，使其小型化、輕型化便于機(jī)載，并且具有良好的控制舵效。無舵面無人機(jī)的機(jī)翼結(jié)構(gòu)簡單，無需復(fù)雜的傳動裝置，取而代之的是簡易的射流裝置。
[0009]3、提升隱身性:常規(guī)機(jī)翼上布置有大量活動舵面，這對于隱身十分不利。本發(fā)明用環(huán)量控制裝置取代傳統(tǒng)舵面，機(jī)翼上原有的尖銳邊緣、開口和凸起得以消除，機(jī)翼表面十分平滑沒有任何開口，減小了雷達(dá)散射面積，隱身性能得到了提升。
【附圖說明】
[0010]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]圖2為圖1中A-A剖視圖。
[0012]圖3為圖2中環(huán)量控制裝置處局部放大示意圖。
[0013]圖4為柯恩達(dá)后緣弦向剖面圖。
[0014]圖5為環(huán)量控制升降激勵器的噴管的橫剖面。
[0015]圖6為噴管兩側(cè)封閉曲面示意圖。
[0016]圖7為噴管內(nèi)部的導(dǎo)流片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖8為噴管上下兩個空腔的示意圖。
[0018]圖9為環(huán)量控制裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖10為環(huán)量控制副翼激勵器整體結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]本發(fā)明提供了一種獨(dú)立氣源供氣的無舵面飛行器，其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2和圖3所示，包括由機(jī)身5、主機(jī)翼3、鴨翼6、后推式動力裝置7、螺旋槳8、翼梢小翼11、主起落架12和前起落架13構(gòu)成的鴨式布局固定翼飛行器，主機(jī)翼內(nèi)部安裝有環(huán)量控制裝置，可以在不依靠常規(guī)副翼和升降舵實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)和俯仰姿態(tài)的控制，實(shí)現(xiàn)無舵面飛行。
[0021]環(huán)量控制升降激勵器由一個多翼離心風(fēng)機(jī)2和一個噴管1組成，其中多翼離心風(fēng)機(jī)2作為一個獨(dú)立的氣源，由多翼離心風(fēng)機(jī)電機(jī)9從翼尖引氣，提供高壓高速氣流，噴管用于形成柯恩達(dá)效應(yīng)使氣流發(fā)生偏轉(zhuǎn)。噴管1的一側(cè)連接多翼離心風(fēng)機(jī)2，另一側(cè)是細(xì)長的柯恩達(dá)后緣，后緣半徑為4.5mm，后緣處有一條300mm長的出氣縫，后緣半徑與出氣縫高的比為15，縫高0.3_如圖4所示。由于飛機(jī)機(jī)翼的內(nèi)部空間有限，為了便于將噴管埋入機(jī)翼內(nèi)部，噴管的上封閉面15和下封閉面16呈15°角從離心風(fēng)機(jī)接口到柯恩達(dá)后緣收縮會合，其厚度為1mm如圖5所示。為了防止截面擴(kuò)張引起壓力損失，導(dǎo)致射流能量不足，噴管的外形設(shè)計(jì)按照以下步驟進(jìn)行一從離心風(fēng)機(jī)接口處開始等距選取5個截面直至柯恩達(dá)后緣二將這5個截面的面積定為與進(jìn)氣口面積一致即15.5mmX 70mm，確定下每個截面所需的橫向?qū)挾热鶕?jù)第二步所定下的截面橫向?qū)挾?，依次平滑連接邊界點(diǎn)，得到圖6所示外形，兩側(cè)曲面厚度為1mm。為了使出氣均勻，噴管內(nèi)部設(shè)置了導(dǎo)流板18，導(dǎo)流片呈曲線狀將內(nèi)腔分為5個區(qū)域，導(dǎo)流片的厚度為1mm，在接近進(jìn)氣口處設(shè)有倒圓角，如圖7所示。為了完成與舵面一樣的功能，使氣流發(fā)生上下偏轉(zhuǎn)，本發(fā)明將噴管從進(jìn)氣口開始設(shè)計(jì)成上下獨(dú)立的兩部分，由中部的一塊平板隔開，上下兩部分內(nèi)腔體積相等，見圖8，當(dāng)為下半部分管道提供氣源的離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)，外部氣流被吸入下半部分管道，該股氣流從出氣縫射出時(shí)會沿圓形柯恩達(dá)后緣向上偏轉(zhuǎn)，同樣的原理，當(dāng)為上半部分管道提供氣源的離心風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時(shí)，夕卜部氣流被吸入上半部分管道，該股氣流從出氣縫射出時(shí)會沿圓形柯恩達(dá)后緣向下偏轉(zhuǎn)。最終離心風(fēng)機(jī)跟噴管組合后如圖9所示。
[0022]環(huán)量控制副翼激勵器用于取代副翼，實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)姿態(tài)的控制。通常常規(guī)舵面通過差動偏轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)這一控制，本發(fā)明的無舵面飛行器通過開啟一側(cè)的環(huán)量控制副翼激勵器來造成左右升力不平衡來實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)姿態(tài)的操控。環(huán)量控制副翼激勵器的基本構(gòu)造與環(huán)量控制升降激勵器相似，但是只有一個空腔和一個出氣縫，由一個離心風(fēng)機(jī)供氣，可以使機(jī)翼后緣的氣流向下偏轉(zhuǎn)，增加一側(cè)機(jī)翼的環(huán)量，實(shí)現(xiàn)增升的目的。本作品設(shè)計(jì)的環(huán)量控制副翼激勵器4寬度為240mm，后緣半徑4.5mm，出氣縫高0.3mm，如圖10所示。
[0023]本發(fā)明的無舵面飛行器的飛行姿態(tài)控制原理為:輸入控制信號后，多翼離心風(fēng)機(jī)開始工作，在離心葉輪的作用下，機(jī)翼內(nèi)部氣流被加速，經(jīng)過噴管噴射出，利用柯恩達(dá)效應(yīng)對主流氣流形成有利干擾，可以改變作用于機(jī)翼的氣動力?；谏鲜鲈恚_啟一側(cè)的環(huán)量控制副翼激勵器來產(chǎn)生左右機(jī)翼升力不對等實(shí)現(xiàn)滾轉(zhuǎn)姿態(tài)的控制，通過控制機(jī)身兩側(cè)的環(huán)量控制升降激勵器向下偏轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生低頭力矩，通過環(huán)量控制升降激勵器向上偏轉(zhuǎn)氣流產(chǎn)生抬頭力矩。當(dāng)機(jī)身一側(cè)的環(huán)量控制升降激勵器開啟上下同時(shí)吹氣模式時(shí)，可以形成偏航力矩，使飛行器往未開啟吹氣的一側(cè)偏航。
[0024]本發(fā)明構(gòu)型為鴨式布局，取消了傳統(tǒng)舵面，取而代之的是內(nèi)埋于機(jī)翼的環(huán)量控制裝置，其余結(jié)構(gòu)與普通飛機(jī)類似，結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)。由于取消了常規(guī)舵面，機(jī)翼表面原有的尖銳邊緣、開口和凸臺等會消失，這將減小飛機(jī)的雷達(dá)散射面積，可以提升飛機(jī)的隱身性。本發(fā)明已經(jīng)制作完成了一架無舵面飛行器實(shí)物，并對其進(jìn)行了系統(tǒng)的風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)與試飛研究。風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該無舵面飛行器在lOm/s風(fēng)速條件下，可以產(chǎn)生同等寬度副翼50°舵偏效果和20°升降舵舵偏效果。根據(jù)試飛結(jié)果，本發(fā)明設(shè)計(jì)的環(huán)量控制裝置可以比例控制姿態(tài)，飛行器在飛行過程中十分平穩(wěn)，無舵面試飛十分順利。
[0025]以下是本發(fā)明已經(jīng)制作完成的實(shí)物基本參數(shù):
名稱:一種獨(dú)立氣源供氣的無舵面飛行器
翼展:1.73m ;展弦比:5 ;機(jī)長:1.25m ;最大起飛重量:6.00kg ;巡航速度:15m/s ;環(huán)量控制氣源:多翼離心風(fēng)機(jī)；主機(jī)翼前緣后掠角:30° ;鴨翼后掠角:15°。
[0026]本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種獨(dú)立氣源供氣的無舵面飛行器，包括由機(jī)身(5)、主機(jī)翼(3)、鴨翼(6)、后推式動力裝置(7)、螺旋槳(8)、翼梢小翼(11)、主起落架(12)和前起落架(13)構(gòu)成的鴨式布局固定翼飛行器，其特征在于:主機(jī)翼(3)內(nèi)部安裝有若干環(huán)量控制裝置；所述的環(huán)量控制裝置包括通過噴管(1)連接的多翼離心風(fēng)機(jī)(2)和科恩達(dá)后緣(10)，其中噴管(1)包括由上封閉面(15)、下封閉面(16)、兩側(cè)封閉曲面組成的封閉內(nèi)腔，上下兩個封閉面呈15°從多翼離心風(fēng)機(jī)接口到柯恩達(dá)后緣收縮會合，上下兩個封閉面與柯恩達(dá)后緣之間分別開有出氣縫(14 );噴管(1)中設(shè)有隔板(17 )，隔板(17 )將噴管(1)在豎直方向上分割成體積相等的上下兩個內(nèi)腔，每個內(nèi)腔均與一個獨(dú)立的多翼離心風(fēng)機(jī)(2)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獨(dú)立氣源供氣的無舵面飛行器，其特征在于:所述的噴管(1)兩側(cè)封閉曲面水平方向上從多翼離心風(fēng)機(jī)(2)接口處到柯恩達(dá)后緣(10)處逐漸增大，噴管(1)內(nèi)腔通過曲線型導(dǎo)流板(18)分割成若干小空腔，所述的小空腔從多翼離心風(fēng)機(jī)接口處到柯恩達(dá)后緣處任意截面的截面積均相等，柯恩達(dá)后緣(10)處任意一小空腔截面的截面積與噴管(1)多翼離心風(fēng)機(jī)(2)接口處的內(nèi)腔截面積相等。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獨(dú)立氣源供氣的無舵面飛行器，其特征在于:所述的主機(jī)翼(3)上設(shè)有環(huán)量控制副翼激勵器(4)，所述的環(huán)量控制副翼激勵器(4)包括通過副翼噴管連接的副翼離心風(fēng)機(jī)和副翼科恩達(dá)后緣，副翼噴管包括上下兩個封閉面，副翼噴管下封閉面與副翼柯恩達(dá)后緣之間分別開有副翼出氣縫。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種獨(dú)立氣源供氣的無舵面飛行器，基本構(gòu)型為鴨式布局固定翼飛行器，包括機(jī)身、主機(jī)翼、鴨翼、后推式動力裝置、螺旋槳、翼梢小翼、主起落架和前起落架，依靠一套環(huán)量控制裝置，取代傳統(tǒng)舵面，結(jié)構(gòu)簡單，便于維護(hù)。并且由于取消了常規(guī)舵面，機(jī)翼表面原有的尖銳邊緣、開口和凸臺等會消失，這將減小飛機(jī)的雷達(dá)散射面積，可以提升飛機(jī)的隱身性。
【IPC分類】B64C21/04, B64C3/32
【公開號】CN105314096
【申請?zhí)枴緾N201510770979
【發(fā)明人】戴新喜, 史志偉, 王海洋, 王杰, 朱佳晨, 付軍泉
【申請人】南京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年2月10日
【申請日】2015年11月12日