CN105129090B - 一种低阻低声爆布局的超声速飞行器 - Google Patents

Abstract

一种低阻低声爆布局的超声速飞行器，涉及超声速飞行器设计技术领域，采用鸭式布局和大长细比机身，机头整体下垂，尖部的下沿上翘；前起落架向前收入机头的前起落架舱；中前机身的前部布置中等后掠角的全动梯形鸭翼；中前机身的背部、机翼之前为动力***的进气道；中后机身采用蜂腰设计，以连接机翼的上翼、下翼的根部；后机身垂向并列布置两台喷气式发动机，后机身上部布置大后掠角的梯形垂尾；机翼的上翼、下翼尖部由端板连接。本发明提供的低阻低声爆布局的超声速飞行器减弱了因机翼迎角生成的激波、降低激波对地面的声爆影响，稳定性强，安全可靠。

Description

一种低阻低声爆布局的超声速飞行器

技术领域

本发明涉及超声速飞行器设计技术领域，具体而言，涉及一种低阻低声爆布局的超声速飞行器。

背景技术

对于在大气层内进行高速巡航的飞行器来说，在超声速状态下具有最小阻力、最大升阻比的气动布局外形是其主要的设计目标。但是超声速巡航飞行会产生激波，波阻带来的经济性问题和声爆带来的噪声污染始终是超声速飞机发展的羁绊。尤其对于超声速商用飞机，如何削弱激波的影响始终是其布局设计的焦点。

超声速飞行器的激波强度取决于其自身的布局和体积。因此，机身和机翼就成了飞行器主要生成激波的部件。大长细比的机身可以明显改善激波的分布，但不足以对激波的不利影响产生质的改变。机翼作为飞机最主要的升力部件，是降低波阻和声爆影响的一个突破点。如果机翼在相同的机翼面积下，能在更小的迎角产生足够的升力，则整个机体因迎角带来的激波和阻力(包括波阻)都将有所减低。在目前的超声速飞行器气动布局范畴内，机翼面积和巡航迎角之间存在一定的矛盾，无法兼顾低波阻低声爆对小的机翼面积和小的飞行迎角的要求。

现阶段亟需解决的技术问题是如何设计一种超声速飞行器,该超声速飞行器能够克服上述现有技术中存在的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种结构合理、不但能够满足超声速飞行时低阻低声爆要求，还能充分兼顾低速起降、跨音速加速、超声速巡航等不同飞行阶段对气动力的要求的低阻低声爆布局的超声速飞行器。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种低阻低声爆布局的超声速飞行器，采用鸭式布局和大长细比机身，机头整体略下垂，在机头尖部的下沿处略有上翘；前起落架向前收入机头下部的前起落架舱；机头之后，圆形横截面的中前机身的前部布置中等后掠角的全动梯形鸭翼；中前机身背部、机翼之前为动力***的进气道；中后机身采用蜂腰设计，且蜂腰处宽度较小、高度较大，以连接机翼的上翼、下翼的根部；后机身垂向并列布置两台喷气式发动机，后机身上部设置有大后掠角的梯形垂尾；机翼的上翼、下翼尖部由端板连接。

上述方案中优选的是，机翼为双翼翼型结构，上翼与下翼的翼型均为等腰三角形，上翼、下翼的顶角在内侧相对、底边相互平行。上下翼型的间距，根据三角形翼型的前缘角和飞行器的设计巡航速度来确定。

上述任一方案中优选的是，上翼、下翼间距，根据三角形翼型的前缘角和飞行器的设计巡航速度来确定。

上述任一方案中优选的是，在机翼上设置第一可偏折前缘、第二可偏转前缘、第一可偏折后缘、第二可偏转后缘，第一可偏折前缘、第一可偏折后缘的第一转轴位置在机翼弦长的10％～35％之间，第二可偏转前缘、第二可偏转后缘的第二转轴位置在机翼弦长的65％～75％之间。

上述任一方案中优选的是，飞行器进行亚音速加速和跨音速飞行过程中，第一可偏折前缘、第二可偏转前缘分别同时绕第一转轴和第二转轴向内偏折，使第一可偏折前缘、第二可偏转前缘的内侧边相互平行；第一可偏折后缘、第二可偏转后缘同时向内偏折，使第一可偏折后缘、第二可偏转后缘的内侧边相互平行，形成跨音速构型。

上述任一方案中优选的是，在飞行器进行起降过程中，第一可偏折前缘、第二可偏转前缘分别同时绕第一转轴下偏一定角度，第一可偏折后缘、第二可偏转后缘分别同时绕第二转轴下偏一定角度，形成起飞构型。

上述任一方案中优选的是，在飞行器进行亚音速加速和跨音速飞行过程中，第一可偏折前缘、第二可偏转前缘和第一可偏折后缘、第二可偏转后缘也同时恢复基准状态，形成超声速巡航构型。

本发明所提供的低阻低声爆布局的超声速飞行器的有益效果在于，双翼构型相对于单翼机翼面积增加了一倍，产生相同升力的迎角理论上可将为原来的一半，可以明显减弱因机翼迎角生成的激波；双翼构型可以使下翼面将上翼面产生的向下后方传播的激波反射到高空方向，可以进一步降低激波对地面的声爆影响；双翼构型采用的三角形(半菱形)翼型，可以利用双翼间的激波干涉将机翼厚度带来的激波阻力明显削弱。双翼构型采用了自适应的可偏折前后缘，不但在可以在起降阶段增加机翼弯度，弥补了非常规翼型的低速气动特性不足，还可以使机翼前缘在内偏时，前缘内侧边缘相互平行，很大程度避免了跨音速时气流壅塞形成的弓形激波，降低了此时的波阻，使双翼构型的突破跨音速阶段成为可能，安全可靠。

附图说明

图1是按照本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器的一优选实施例的结构示意图；

图2是按照本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器的图1所示实施例的机翼的翼型示意图；

图3是按照本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器的图1所示实施例起降过程中机翼的翼型示意图；

图4是按照本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器的图1所示实施例亚音速加速和跨音速过程中机翼的翼型示意图；

图5是按照本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器的图1所示实施例超声速飞行过程中机翼的翼型示意图。

附图标记：

1-机头、2-鸭翼、3-进气道、4-机翼、5-梯形垂尾、6-后机身、7-中后机身、8-第一可偏转后缘，8a-第二可偏转后缘、9-端板、10-第一可偏折前缘、10a-第二可偏折前缘、11-中前机身、13-喷气式发动机、21-上翼、22-下翼、23-激波、24-反射波、27-第一转轴、27a-第二转轴。

具体实施方式

为了更好地理解按照本发明方案的低阻低声爆布局的超声速飞行器，下面结合附图对本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器的一优选实施例作进一步阐述说明。

如图1-图5所示，本发明提供的低阻低声爆布局的超声速飞行器，采用鸭式布局和大长细比机身，机头1整体略下垂，在机头1尖部的下沿处略有上翘；前起落架向前收入机头1下部的前起落架舱；机头1之后，圆形横截面的中前机身11的前部布置中等后掠角的全动梯形鸭翼2；中前机身11背部、机翼4之前为动力***的进气道3；中后机身7采用蜂腰设计，且蜂腰处宽度较小、高度较大，以连接机翼4的上翼21、下翼22的根部；后机身6垂向并列布置两台喷气式发动机13，后机身6上部布置大后掠角的梯形垂尾5；机翼4的上翼21、下翼22尖部由端板9连接。机翼4为双翼翼型结构，上翼21与下翼22的翼型均为等腰三角形，上翼21、下翼22的顶角在内侧相对、底边相互平行。上翼21、下翼22的间距，根据三角形翼型的前缘角和飞行器的设计巡航速度来确定。上翼21、下翼22之间的间距根据三角形翼型的前缘角和飞行器的设计巡航速度来确定。

在机翼4上设置第一可偏折前缘10、第二可偏转前缘10a、第一可偏折后缘8、第二可偏转后缘8a，第一可偏折前缘10、第一可偏折后缘8的第一转轴27位置在所述机翼4弦长的10％～35％之间，第二可偏转前缘10a、第二可偏转后缘8a的第二转轴27a位置在所述机翼4弦长的65％～75％之间。飞行器进行亚音速加速和跨音速飞行过程中，第一可偏折前缘10、第二可偏转前缘10a分别同时绕第一转轴27和第二转轴27a向内偏折，使第一可偏折前缘10、第二可偏转前缘10a的内侧边相互平行；第一可偏折后缘8、第二可偏转后缘8a同时向内偏折，使第一可偏折后缘8、第二可偏转后缘8a的内侧边相互平行，形成跨音速构型。

在飞行器进行起降过程中，第一可偏折前缘10、第二可偏转前缘10a分别同时绕第一转轴27下偏一定角度，第一可偏折后缘8、第二可偏转后缘8a分别同时绕第二转轴27a下偏一定角度，形成起飞构型。

在飞行器进行亚音速加速和跨音速飞行时，第一可偏折前缘10、第二可偏转前缘10a同时绕27和27a向内偏折，使第一可偏折前缘10、第二可偏转前缘10a的内侧边相互平行；第一可偏折后缘8、第二可偏转后缘8a也同时向内偏折，使上下两个后缘的内侧边相互平行，形成跨音速构型

在飞行器进行超音速飞行过程中，第一可偏折前缘10、第二可偏转前缘10a和第一可偏折后缘8、第二可偏转后缘8a也同时恢复基准状态，形成超声速巡航构型。

本发明提供的低阻低声爆布局的超声速飞行器气动布局左右对称。机翼4采用双翼翼型，上翼型21与下翼型22均为等腰三角形，相对厚度均为4％-6％。上下翼型的顶角在内侧相对，底边相互平行。上下翼型的间距，根据三角形翼型的前缘角和飞行器的设计巡航速度来确定。在设计巡航速度下，上翼21前缘尖点处生成的激波23，正好达到下翼22的顶点。激波23经过顶点产生反射波24，反射波24正好达到上翼的后缘尖点。下翼22产生的激波和反射波与上翼21的情况相同。在设计巡航速度下，翼型间的相互激波反射使得翼型的激波阻力大为降低。

以上结合本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器具体实施例做了详细描述，但并非是对本发明的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改均属于本发明的技术范围，还需要说明的是，按照本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器技术方案的范畴包括上述各部分之间的任意组合。

Claims (7)

1.一种低阻低声爆布局的超声速飞行器，其特征在于：采用鸭式布局和大长细比机身，机头(1)整体下垂，在机头(1)尖部的下沿上翘；前起落架向前收入机头(1)下部的前起落架舱；机头(1)之后，圆形横截面的中前机身(11)的前部布置中等后掠角的全动梯形鸭翼(2)；中前机身(11)背部、机翼(4)之前为动力***的进气道(3)；中后机身(7)采用蜂腰设计，且蜂腰处宽度较小、高度较大，以连接机翼(4)的上翼(21)、下翼(22)的根部；后机身(6)垂向并列布置两台喷气式发动机(13)，后机身(6)上部布置大后掠角的梯形垂尾(5)；机翼(4)的上翼(21)、下翼(22)尖部由端板(9)连接。

2.如权利要求1所述的低阻低声爆布局的超声速飞行器，其特征在于：所述机翼(4)为双翼翼型结构，所述上翼(21)与所述下翼(22)的翼型均为等腰三角形，所述上翼(21)、所述下翼(22)的顶角在内侧相对、底边相互平行。

3.如权利要求2所述的低阻低声爆布局的超声速飞行器，其特征在于：所述上翼(21)、所述下翼(22)间距根据三角形翼型的前缘角和飞行器的设计巡航速度来确定。

4.如权利要求2所述的低阻低声爆布局的超声速飞行器，其特征在于：在所述机翼(4)上设置第一可偏折前缘(10)、第二可偏转前缘(10a)、第一可偏折后缘(8)、第二可偏转后缘(8a)，第一可偏折前缘(10)、第一可偏折后缘(8)的第一转轴(27)位置在所述机翼(4)弦长的10％-35％之间，第二可偏转前缘(10a)第二可偏转后缘(8a)的第二转轴(27a)位置在所述机翼(4)弦长的65％-75％之间。

5.如权利要求4所述的低阻低声爆布局的超声速飞行器，其特征在于：飞行器进行亚音速加速和跨音速飞行过程中，第一可偏折前缘(10)、第二可偏转前缘(10a)分别同时绕第一转轴(27)和第二转轴(27a)向内偏折，使第一可偏折前缘(10)、第二可偏转前缘(10a)的内侧边相互平行；第一可偏折后缘(8)、第二可偏转后缘(8a)同时向内偏折，使第一可偏折后缘(8)、第二可偏转后缘(8a)的内侧边相互平行，形成跨音速构型。

6.如权利要求4所述的低阻低声爆布局的超声速飞行器，其特征在于：在飞行器进行起降过程中，第一可偏折前缘(10)、第二可偏转前缘(10a)分别同时绕第一转轴(27)下偏，第一可偏折后缘(8)、第二可偏转后缘(8a)分别同时绕第二转轴(27a)下偏，形成起飞构型。

7.如权利要求4所述的低阻低声爆布局的超声速飞行器，其特征在于：在进行亚音速加速和跨音速飞行过程中，第一可偏折前缘(10)、第二可偏转前缘(10a)和第一可偏折后缘(8)、第二可偏转后缘(8a)也同时恢复基准状态，形成超声速巡航构型。