专利名称：地效飞行器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种飞行器，尤其是一种在地效飞行区内飞行的具有高效动力增升效应的大型高速地效飞行器。
背景技术：
高效动力增升地效飞行器是一种高速运输工具，当飞行器贴近地面或水面飞行时，空气流经机翼与地面或水面之间的狭窄通道会产生附加的动力增升效应。存在地面增升效应的高度，称为地效区，其高度大约相当于翼展长度。越靠近地面，地面效应越强。地效飞行器即是利用这种空气动力地面效应原理而发展起来的一种新型掠地或掠海飞行的新型交通运输工具。由于地效飞行器具有飞机一样的高速度，虽然在理论上它可以贴地飞行，但实际上只能在没有表面障碍的江河湖海上掠水面飞行，因此，地效飞行器又被称为地效翼船。地效飞行器其基本飞行原理及设计制造技术主要属于航空技术，但其用途和使用环境涉及船舶及航海技术领域。
现有技术的主要缺陷如下1、一般飞机类型的飞行器(1)经济性制造、使用和维护成本比较高，需建大量机场，并且其通讯、导航、空地勤保障条件要求较高，因而总的运营成本较高。
(2)安全性普通飞行器如果出现发动机停车或其它严重故障，往往造成灾难性后果。
(3)舒适性会受高空上升气流起伏颠簸的影响，起降时气压急骤变化会引起不适。
(4)适航性受空中管制的限制，且不能在滩涂、冰层、沼泽地飞行。
2、船舶(包括气垫船、水翼船)(1)航行速度慢，不利于提高海上运输效率。
(2)受海上风浪起伏冲击的影响，乘座舒适性差。
(3)需要建造吃水深度大的码头及相应的设施，适航性不好。
3、现有小型地效飞行器，如中国专利申请号02115191.1公开的小型地效飞行器，其吨位及尺度小(5吨级，翼展9.8米，全长16米)，航速低(150公里/小时)，载客量小(仅十余人)，抗风浪能力低(起降浪高不超过1米，巡航飞高不超过1.5米)一般仅能在内河、内湖使用。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种能充分利用高效动力增升效应的地效飞行器，使其具有能在贴近水面的空中稳定飞行，能使升力增加、阻力降低的大型海上客货地效飞行器。
为实现上述目的本发明采用如下技术方案一种地效飞行器，包括机身、机翼和发动机，所述飞行器尾部设有巡航发动机，机身头部两侧设有起飞发动机，机身中段两侧翼下设有增升气腔，该增升气腔由机身中段下部、主翼下翼面、主翼两端下面的隔板及主翼后缘下偏的襟翼构成封闭状的腔体组成。
本发明的起飞发动机设有使喷口上下偏转的驱动装置。
本发明的襟翼、起飞发动机喷口和飞行器尾部的水平尾翼外翼后缘的升降舵偏转的驱动装置各自均设有按照电传操纵系统协调控制的使三者同步偏转的液压舵机。
本发明的机翼由主翼、外翼过渡段及大展弦比的外翼组成。
本发明的主翼为梯形翼，其面积为机翼总面积的70～80％，优选为76％；其下反角为1～2°，优选为1.5°。
本发明的外翼过渡段为梯形翼，其前缘后掠角47°～53°，优选为50°，梢弦长5.75～6.75米，优选为6.25米，上反角4°～6°，优选为5°。
本发明的飞行器尾部的水平尾翼的总面积为机翼总面积的30％～33％，优选为31.2％，距水平基准面的距离为平尾弦长的2.5倍；上述水平尾翼后端沿左右设有一对用于控制纵向飞行姿态及实现纵向平衡的升降舵，其舵面设有调整片。
本发明的机身由前机身，机身中段和后机身组成，所述机身横剖面底部采用类似滑行艇的具有一定斜升角α的折角形剖面，斜升角从首部到尾部逐渐变小。
本发明的机身底部为多断阶布局，所述多断阶布局包括机身前段的主断阶及设于主断阶之后的若干次断阶和艉断阶，主断阶与若干次断阶及艉断阶呈多断阶结构；并且各断阶尾缘分布在与水平基准面呈一定倾角的一条直线上。
本发明的飞行器在全机重心处的机身底部设置了水橇装置，水橇装置由水橇、两个缓冲作动筒和橡胶气囊组成。
本发明由于采用在机翼下方设计的增升气腔与起飞发动机转向喷口之间合理的配置，将起飞发动机喷流通过转向喷口导入增升气腔，并将气流的动能转化为压力能，以产生较大的垫升力。此外，在飞行器尾部高置的T型尾翼设有巡航发动机；在尾翼及设于尾翼平尾上带有调整片的升降舵，既保证了攻角焦点与高度焦点之间合理的匹配，又保证了长时间飞行时升降舵杆力的配平，实现了在纵向平面内的平衡和机动，确保了飞行器能在贴近水面的空中稳定的飞行。
本发明所提供的大型海上客货地效飞行器通过设计合理气动配置，能使飞行升力增加、阻力降低，充分利用高效动力增升效应的地效飞行器具有能在贴近水面的空中稳定飞行的特点。
下面结合附图详细说明本发明的结构及工作原理
图1为本发明的立体结构外观图。
图2-1、图2-2和图2-3分别为本发明的侧视图、前视图和俯视图。
图3为本发明的立体分解结构示意图。
图4为本发明的全客型地效飞行器舱位佈置图。
图4-1、图4-2、图4-3、图4-4、和图4-5分别为图4的A-A、B-B、C-C、D-D和E-E剖面图。
图5为本发明的客货型地效飞行器舱位佈置图。
图5-1、图5-2、图5-3、图5-4、和图5-5分别为图5的A-A、B-B、C-C、D-D和E-E剖面图。
图6为本发明渡轮型地效飞行器舱位佈置图。
图6-1、图6-2、图6-3和图6-4分别为图6的A-A、B-B、C-C和E-E剖面图。
图7为本发明的起飞发动机喷流导入增升气腔的示意图。
图8为本发明机身水动布局示意图。
具体实施例方式
如图1图2图3所示的本发明包括机身中段2、主翼6、起飞发动机12及其喷口。所述机身中段2与主翼6及隔板14、机翼后缘下偏的襟翼4形成封闭的增升气腔18。起飞发动机喷流导入增升气腔18，气流在腔内受到阻滞，动能转变为压力能，作用在主翼6下表面的附加压力产生附加的垫升升力。垫升升力可以将飞行器抬起，减少了飞行器与水接触的面积，从而降低了飞行器滑行阻力。上述增升气腔18为由机身中段2下部、主翼6下翼面、主翼6两端下面的隔板14及主翼6后缘襟翼4组成的腔体，其中襟翼4设有可使其沿主翼6后缘向下偏转的驱动装置。上述起飞发动机12设有使喷口上下偏转的驱动装置。
襟翼4和起飞发动机12的喷口偏转的同时，将引起全机纵向力矩的变化，这时需要偏转中央水平翼7和水平尾翼外翼8后缘的升降舵11以保持全机的纵向平衡。上述升降舵11设有便其上下偏转的驱动装置。如图7所示上述襟翼4、起飞发动机12喷口和升降舵11偏转的驱动装置均为各自的液压舵机，由驾驶员通过电传操纵系统统一控制，也即三者的偏转是同步进行的。上述动力增升系统可以使地效飞行器顺利地离水并过渡到巡航状态，整个过程操作简便、飞行姿态稳定。上述襟翼4为矩形，其摆角为0-20°可调。
如图2所示，上述主翼6为展弦比1.9，前缘后掠角12°42′，根弦长17.2米，面积为机翼总面积76％和下反角1.5°的梯形翼。外翼过渡段19为前缘后掠角50°，梢弦长6.25米，上反角5°的梯形翼。上述主翼6和外翼过渡段19及大展弦比的外翼5组成机翼。机翼总展弦比为5，总展长55.1米。上述外翼5后缘设有可偏转的付翼15。这样的组合翼布局和几何参数具有结构简单、地效作用强、匹配合理的特点。上述T型尾翼包括中央水平翼7、水平尾翼外翼8所组成的平尾和垂尾9。为减少机翼对尾翼的洗流干扰，所述平尾采用高置且面积较大的设置。所述平尾的总面积为机翼总面积的31.2％，距水平基准面的距离为平尾弦长的2.5倍。上述平尾后缘沿左右设有一对用于控制纵向飞行姿态及实现纵向平衡的升降舵11，其舵面设有调整片17。上述升降舵11主要提供纵向操纵力距，保证高效动力增升型地效飞行器纵向力矩平衡，实现高效动力增升型地效飞行器在纵向平面内的机动。与一般飞行器不同，高效动力增升型地效飞行器在地效区内飞行时，有两个焦点，即攻角焦点和高度焦点。按高效动力增升型地效飞行器纵向运动稳定性判断，只有当攻角焦点、高度焦点和地效飞行器的重心位置合理配置时，高效动力增升型地效飞行器的纵向运动才是稳定的。而采用高置的T型尾翼与其它部件的合理配置，可在规定的速度范围内具有良好的稳定性，保证攻角焦点与高度焦点的合理匹配。上述垂尾9后缘后缘设有可偏转的方向降舵10。
如图3图4所示前机身1，机身中段2和后机身3组成机身。所述机身横剖面底部采用类似滑行艇的具有一定斜升角α的折角形剖面。斜升角从首部到尾部逐渐变小。所述机身底部为多断阶布局。所述多断阶布局包括机身前段的主断阶112及设于主断阶112之后的若干次断阶111和艉断阶113。主断阶112与若干次断阶111及艉断阶113呈多断阶结构，并要求各断阶尾缘分布在与水平基准面呈一定倾角的一条直线上。这样布局，滑水面将沿纵向分成多个滑水面，增加了滑水面的展弦比，减少了摩擦阻力，提高了水动力性能，增强了运动稳定性；采用多断阶，出现多个滑水面，将水动力对结构的冲击分散，改善了结构受力状态；采取多断阶，确保地效飞行器以各断阶尾缘连线倾角相同的俯仰角离水，为地效飞行器向巡航状态过渡飞行提供了有利条件。
隔板14底部滑水面的外形类似于机身底部。隔板14滑水面除起着与机身滑水面相同的作用外，由于它在主翼两端距机身较远，还起着大幅度提高本发明地效飞行器滑水航行时横向稳定性作用。
如图4、5、6所示上述机身滑行体底部及隔板14底部横截面呈带有横向斜升角α的折角形剖面。机身及隔板14底部合理的底部横向斜升角，使得当高效动力增升型地效飞行器处于滑行状态时左右滑行面产生适当的扶正力矩，保证高效动力增升型地效飞行器具有良好的横向滑行稳定性。
当地效飞行器降落水面时，波浪对地效飞行器的冲击力能够大到自身重量的数倍。如图3、图8所示，为了减缓着水时水动力载荷对地效飞行器结构的冲击，在全机重心处的机身底部设置了水橇装置16。水橇装置由水橇20、两个缓冲作动筒21和一些橡胶气囊22组成。橡胶气囊位于机身结构和水橇结构之间，起着避免二者直接接触的缓冲和密封作用。在水橇20触水时，缓冲作动筒21将水橇20受到的水动力冲击载荷快速地吸收进来，在地效飞行器降落后的漂浮状态中，缓冲作动筒21再将储存的能量缓慢释放出来，这样就大大地减轻了水动力载荷对结构的冲击。水橇20外形类似于宽度很小的滑水平板。着水时要将水橇20调整到固定角度，使其均匀着水。水橇20外形使水动力冲击载荷主要作用在连接缓冲作动筒21的支柱附近，同时保持飞行器在水橇20着水后机身和隔板14尚未触水的滑行阶段稳定地航行，并使机身和隔板14底部滑水面均匀地着水。水橇20先着水也延后了隔板14和机身触水的时间，降低了隔板14和机身的触水速度，减少了水动力载荷的冲击。
本发明的实际操作过程是这样实现的地效飞行器停靠在类似航空港的专用客、货两用浮码头完成客、货上机后，启动巡航发动机13，滑行至起飞点。滑行过程中，可用左、右发动机的“推力差”控制转弯。首先在港湾内专用滑行道起飞。如果港湾滑行道长度不足或条件不允许，亦可滑行至外海专门划定的位置起飞。在滑行过程中，起飞发动机12开车并预热，水橇20处于收起位置。开始起飞后，巡航发动机13和起飞发动机12均开车至最大状态。同时，襟翼4向下偏转，起飞发动机12喷口转向，将发动机喷流引向翼下以产生垫升升力。当地效飞行器加速至离水速度，机体抬出水面。完成过渡飞行状态后，起飞发动机12关闭，襟翼4收起，转入地效高度内的巡航飞行状态。
在地效飞行器从起飞到转入巡航飞行的整个过渡飞行阶段，贺驶员通过电传操纵系统对起飞发动机12转向喷口、襟翼4和升降舵11的液压舵机实施协调一致的同步操作，可使地效飞行器顺利地从起飞状态过渡到巡航飞行状态，整个过程作简便、可靠。
在正常的巡航飞行状态下，三台巡航发动机13均工作。当一台巡航发动机故障时，可以两台巡航发动机继续飞行。若出现风浪，可以补充开动一台或两台一直处于自转状态的起飞发动机12。当两台巡航发动机相继故障时，可以一台巡航发动机和两台起飞发动机继续飞行。
在飞行过程中，若遇障碍，地效飞行器可以爬高飞出地效区至150米高度越过障碍。
当到达目的地后，放下襟翼4，地效飞行器减速，同时放下水橇20。当飞行器速度降至着水速度，水橇20首先撞击水面，吸收撞击能力，机体逐步没入水中，进入着水滑行阶段。当水橇20触水后，襟翼4即逐步收起，由巡航发动机13进入慢车状态将飞行器滑行至停泊浮码头。
本发明的地效飞行器，具有能在贴近水面的空中稳定飞行，能使升力增加、阻力降低。其最大起飞重量可达390吨，载客量500人，巡航速度为500公里/小时，是能在浪高2.5～3.5米海情下起降的大型海上客货地效飞行器。
权利要求
1.一种地效飞行器，包括机身、机翼和发动机，其特征在于所述飞行器尾部设有巡航发动机(13)，机身头部两侧设有起飞发动机(12)，机身中段(2)两侧翼下设有增升气腔(18)，该增升气腔(18)由机身中段(2)下部、主翼(6)下翼面、主翼(6)两端下面的隔板(14)及主翼(6)后缘下偏的襟翼(4)构成封闭状的腔体组成。
2.根据权利要求1所述的地效飞行器，其特征在于所述起飞发动机(12)设有使喷口上下偏转的驱动装置。
3.根据权利要求2所述的地效飞行器，其特征在于所述襟翼(4)、起飞发动机(12)喷口和飞行器尾部的水平尾翼外翼(8)后缘的升降舵(11)偏转的驱动装置各自均设有按照电传操纵系统协调控制的使三者同步偏转的液压舵机。
4.根据权利要求1所述的地效飞行器，其特征在于所述机翼由主翼(6)、外翼过渡段(19)及大展弦比的外翼(5)组成。
5.根据权利要求4所述的地效飞行器，其特征在于所述主翼(6)为梯形翼，其面积为机翼总面积的70～80％，优选为76％；其下反角为1～2°，优选为1.5°。
6.根据权利要求4所述的地效飞行器，其特征在于所述外翼过渡段(19)为梯形翼，其前缘后掠角47°～53°，优选为50°，梢弦长5.75～6.75米，优选为6.25米，上反角4°～6°，优选为5°。
7.根据权利要求1所述的地效飞行器，其特征在于所述飞行器尾部的水平尾翼的总面积为机翼总面积的30％～33％，优选为31.2％，距水平基准面的距离为平尾弦长的2.5倍；上述水平尾翼后端沿左右设有一对用于控制纵向飞行姿态及实现纵向平衡的升降舵(11)，其舵面设有调整片(17)。
8.根据权利要求1所述的地效飞行器，其特征在于所述机身由前机身(1)，机身中段(2)和后机身(3)组成，所述机身横剖面底部采用类似滑行艇的具有一定斜升角α的折角形剖面，斜升角从首部到尾部逐渐变小。
9.根据权利要求1所述的地效飞行器，其特征在于所述机身底部为多断阶布局，所述多断阶布局包括机身前段的主断阶112及设于主断阶112之后的若干次断阶111和艉断阶113，主断阶112与若干次断阶111及艉断阶113呈多断阶结构；并且各断阶尾缘分布在与水平基准面呈一定倾角的一条直线上。
10.根据权利要求1所述的地效飞行器，其特征在于所述飞行器在全机重心处的机身底部设置了水橇装置(16)，水橇装置由水橇(20)、两个缓冲作动筒(21)和橡胶气囊(22)组成。
全文摘要
本发明公开了一种在地效飞行区内飞行的大型高速地效飞行器。本发明包括机身、机翼和发动机，所述飞行器尾部设有巡航发动机，机身头部两侧设有起飞发动机，机身中段两侧翼下设有增升气腔，该增升气腔由机身中段下部、主翼下翼面、主翼两端下面的隔板及主翼后缘下偏的襟翼构成封闭状的腔体组成。本发明将起飞发动机喷流通过转向喷口导入增升气腔，并将气流的动能转化为压力能，以产生较大的垫升力；在飞行器尾部高置的T型尾翼设有巡航发动机；在尾翼及设于尾翼平尾上带有调整片的升降舵，既保证了攻角焦点与高度焦点之间合理的匹配，又保证了长时间飞行时升降舵杆力的配平，实现了在纵向平面内的平衡和机动，确保飞行器在贴近水面的空中稳定飞行。
文档编号B64C5/00GK1974323SQ200610157639
公开日2007年6月6日 申请日期2006年12月15日 优先权日2006年12月15日
发明者李绪鄂, 伏·赫·基里诺维赫, 顾诵芬, 崔尔杰, 格·波·库兹涅佐夫, 罗家枢, 伏·赫·布洛欣, 宋明德, 陈洪若, 阿·依·普里瓦洛夫, 褚林堂, 勃·马·拉里兹赫, 李洪畴, 韩光维, 李先达 申请人:中国科技开发院