一种尾座式串列翼长航时飞行器气动布局的制作方法

本发明属于飞行器气动布局设计领域，涉及一种新型垂直起降飞行器布局形式，具体涉及一种采用前后机翼上下反角差，机翼上安装有四个发动机的尾座式串列翼长航时飞行器气动布局。
背景技术：
：垂直起降飞行器因对起降条件要求低而得到广泛的应用。从军用角度看，垂直起降飞行器可以在航母舰船、小型岛礁、山地森林等特殊条件下执行飞行任务，美国将能够适应复杂地形环境的垂直起降飞行器列为美军十大未来关键装备之一。从民用角度看，垂直起降飞行器在治安监控、地震救灾、未来城市空中交通等方面具有很大的应用空间。直升机和多旋翼飞行器虽然能够实现垂直起降，但是时刻需要克服自身重力，续航能力受到了很大的限制。为了提高垂直起降飞行器的续航能力，提出了垂直起降复合式飞行器布局，结合旋翼机和固定翼飞机的优点，兼具优异的垂直起降性能及高速平飞能力。现有的垂直起降复合式飞行器可分为五类：尾座式，倾转动力装置式，推力转向式，专用升力动力装置式和上述后三类的混合配置式。其中，倾转动力装置式和推力转向式的倾转/转向机构比较复杂，技术难度和成本较高，复杂的动力和控制系统也降低了飞行器的可靠性。专用升力动力装置式的专用升力装置在平飞时变成了毫无作用的重量，减小了飞机的有效任务载荷。随着垂直起降飞行器的应用日益广泛，对垂直起降飞行器也提出了长航时飞行的要求，这就需要飞行器在具有足够升力的前提下，具有较大的升阻比。对于亚声速固定翼飞行器而言，机翼是其主要的升力部件，因此在设计时为了获得更高的升阻比，通常会采用增加机翼展弦比的办法。而大展弦比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。为了满足长航时飞行器具有足够升力和较大升阻比的要求，出现了一种串列翼气动布局，该布局包含前后两个机翼，后翼会对前翼产生有利干扰，然而前翼会对后翼产生不利干扰，在合理布置机翼位置的情况下，可以改善双翼面布局的整体气动特性，使得飞行器的升阻比达到甚至超过常规单翼面布局。技术实现要素：本发明从气动设计角度出发，结合尾座式飞行器动力装置结构简单的优点，提出了一种尾座式串列翼飞行器气动布局，提供了一种气动性能较好的垂直起降飞行器技术方案。研究表明，前后翼的上下反角差能有效改善前翼翼尖涡对后翼气动性能的不利诱导效应，有利于提升双翼面布局整体的气动性能。此外，多旋翼中四旋翼的操纵可靠，系统效率高。因此，本发明尾座式串列翼飞行器气动布局前翼为具有一定上反角的上单翼，后翼为具有一定下反角的下单翼，并在机翼上布置了四旋翼尾座式动力系统，在垂直起降和平飞状态提供动力。本发明尾座式串列翼长航时飞行器气动布局，在机身前半段与后半段上分别安装有左右对称的前机翼与后机翼；且前机翼与后机翼间具有反角差。机身尾部安装有垂直尾翼。上述前机翼与后机翼上安装有螺旋桨发动机，使前机翼与后机翼上的螺旋桨发动机在展向上具有距离差。同时在后机翼上的发动机尾部以及机身的尾部安装有起落架。本发明的优点在于：1、本发明尾座式串列翼长航时飞行器气动布局，采用串列翼布局，与同等机翼面积的单翼布局相比，可使用较小展长，减少了结构重量，可以携带更多任务载荷；2、本发明尾座式串列翼长航时飞行器气动布局，采用前后机翼上下反角差，降低了前翼对后翼的不利干扰效应，有利改善双翼面布局的整体气动特性；3、本发明尾座式串列翼长航时飞行器气动布局，采用串列翼上下反角差布局，可以把将四旋翼的四台发动机合理的布置在机翼上，并且可以使得发动机相互之间错开一定的距离，增加四旋翼动力系统的操纵能力；4、本发明尾座式串列翼长航时飞行器气动布局，采用了四旋翼尾座式动力系统，在垂直起降和悬停阶段，飞行器的操纵比其他复合式飞行器更加简单可靠；5、本发明尾座式串列翼长航时飞行器气动布局，平飞状态下，机翼上的螺旋桨发动机加速了气流的流速，提高了机翼的效率；6、本发明尾座式串列翼长航时飞行器气动布局，对发动机转速与气动舵面进行混合控制，提高了飞行器的操纵能力。附图说明图1为本发明尾座式串列翼长航时飞行器气动布局示意图；图2为本发明尾座式串列翼长航时飞行器气动布局俯视示意图；图3为本发明尾座式串列翼长航时飞行器气动布局正视图；图4为应用本发明布局方式的飞行器飞行过程示意图。图中：1-机身2-大展弦比前机翼3-后机翼4-垂直尾翼5-螺旋桨发动机6-起落架。7-副翼8-升降舵9-方向舵具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明.本发明尾座式串列翼长航时飞行器气动布局，具有圆柱形截面机身1、大展弦比前机翼2和后机翼3、垂直尾翼4，螺旋桨发动机5与起落架6。所述前机翼2为上单翼，具有一定上反角，优选范围在2°～10°，且具有一定后掠角，优选范围在0°～30°，如图2所示。前机翼2对称安装在机身1的前半段左右两侧，且与机身1外壁上部相接；前机翼2外侧后缘具有副翼7，用以控制飞行器滚转。所述后机翼3为下单翼，具有一定下反角，优选范围在2°～10°，后机翼3对称安装在机身1后半段左右两侧，且与机身1外壁下部相接。后机翼3内侧后缘具有升降舵8，用以控制飞行器俯仰。上述前机翼2与后机翼3均为超大展弦比，展弦比大于8。当本发明中布局的前机翼2与后机翼3取合适上下反角时，能有效改善前机翼2翼尖涡对后机翼3气动性能的不利诱导效应，有利于提升双翼面布局整体的气动性能。所述垂直尾翼4安装在机身1尾部。垂直尾翼4具有固定的垂直安定面与布置于后缘的可动方向舵9，方向舵9用以控制飞行器偏航。所述螺旋桨发动机5有四台，其中两台对称安装在机身1左右两侧的前机翼21/2处，另两台对称安装在机身1左右两侧的后机翼3上，靠近后机翼3翼梢的后机翼1/3处，使前机翼2与后机翼3上的发动机在机翼展向具有一定距离差，如图3所示，以提高垂直起降阶段的操纵效率。所述起落架10有三个，分别安装在后机翼3上的发动机尾部以及机身1尾部。上述气动布局的飞行器具体飞行过程为：如图4所示，初始状态，飞行器竖直向上，三个起落架6同时着地；起飞时，由四旋翼发动机飞控系统通过调节各发动机的转速实现飞机的俯仰、滚转、偏航等飞行姿态的控制，同时三个起落架6收起。当飞行器上升至预定高度后，通过四旋翼发动机飞控系统对四个螺旋桨发动机5的转速控制和舵面9的倾转产生低头力矩使飞行器整体倾转进入水平飞行状态；此后，由四台螺旋桨发动机提供推力，通过对副翼6、方向舵8与升降舵9进行调节，实现飞行器的俯仰、滚转以及偏航操纵，从而完成各种飞行任务。在准备降落时，通过四旋翼发动机的转速控制和舵面9的倾转产生抬头力矩，使飞机稳定地过渡到垂直降落模式；随后，放下三个起落架6由四旋翼发动机飞控系统调节各螺旋桨发动机5的转速，实现飞行器的垂直降落。为验证本发明布局的气动性能，计算了前后机翼的升力系数随上下反角取值不同的变化情况，如表1所示，可以看出当上下反角取5°和10°时，升力系数比平直机翼具有更好的气动性能。在此实施例中，两翼展弦比为12，展长为6m，均采用naca4412翼型。表1前后机翼的升力系数随上下反角取值不同的变化情况上下反角升力系数0°0.3885°0.39510°0.394当前第1页12