CN106628163B - 一种可实现大阻力减速和垂直起降的超音速无人战斗机 - Google Patents

Abstract

一种可实现大阻力减速和垂直起降的超音速无人战斗机，包括结构***、动力***和飞行控制***；结构***包括飞行器机体的所有组成部分；结构***包括机头、机舱、机翼、机身、起落架和尾翼；所述动力***为飞行器在不同飞行速度下提供动力和操控的能源装置；动力***采用垂直起降动力***、尾部涵道涡轮动力***和尾部两侧冲压动力***等三种动力***；动力***由共轴式双旋翼螺旋桨、机舱、弧形转动式舱门组成。以前述两种技术为突破口设计出一种可实现垂直起降和超音速飞行的无人战斗机，根据相关特性的排斥和互补原理，具备大阻力减速以及超音速飞行和垂直起降的特性，飞行器的机动性能更好，且能够宽速域飞行，具备复杂环境作战能力。

Description

一种可实现大阻力减速和垂直起降的超音速无人战斗机

技术领域

本发明涉及飞行器，尤其是涉及一种可实现大阻力减速和垂直起降的超音速无人战斗机。

背景技术

众所周知，飞行器的垂直起降技术和超音速飞行技术是国内外研究的重点和热点。近年来，尽管飞行器的性能在这两个方面分别有新的突破，但从目前的研究中可以发现，尚不具备能同时实现垂直起降和超音速飞行能力的飞行器。

中国专利CN203740127U公开一种变体无人战斗机，采用折叠机翼的变体方式改变机翼掠向、展弦比和翼型，提高气动外形在宽飞行包线内的适应能力；发动机巧妙结合涡喷发动机和冲压发动机，解决此类发动机流道共用少、死重多、超声速燃烧难实现等问题；在气动外形方面，将乘波体机头与机身、鸭翼与边条、机翼前缘缺口与前掠折叠外翼相结合互补，保证了无人战斗机在宽速度区间、多飞行姿态下的高性能。在发动机方面，将风扇转子设置在低压压气机和高压压气机之间并减速传动、燃气预冷等设计结合利用，大幅提升发动机的整体性能；该实用新型将流场推力矢量技术与二元矢量喷管相叠加，获得了±40°的喷流偏转角，大幅提升了无人战斗机的机动能力和可控性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现大阻力减速和垂直起降的超音速无人战斗机。

本发明包括结构***、动力***和飞行控制***；

所述结构***包括飞行器机体的所有组成部分；结构***包括机头、机舱、机翼、机身、起落架和尾翼，所述机舱设在机身内部，机舱安装有弧形转动式舱门和共轴式双旋翼螺旋桨，机舱为共轴式双旋翼螺旋桨提供收放空间，弧形转动式舱门外形与机舱贴合，共轴式双旋翼由两对叶片组成，激光装置安装在机翼上，作为激光传感器或激光武器，气流通道布置在机身后面的两侧并且向下偏置，机身两侧分别设有排气道，排气道连接气流通道，排气道内安装有右前电磁阀门、右后电磁阀门、左后电磁阀门和左前电磁阀门，排气道两端开口设有进排气口和排气口。宽速域涡轮发动机安装在飞行器尾部，进气道布置在机身前端底部。涡轮发动机安装在飞行器内部且在宽速域涡轮发动机的前面，冲压发动机安装在右后电磁阀门和左后电磁阀门的后侧；

所述动力***为飞行器在不同飞行速度下提供动力和操控的能源装置；所述动力***采用垂直起降动力***、尾部涵道涡轮动力***和尾部两侧冲压动力***等三种动力***；动力***由共轴式双旋翼螺旋桨、机舱、弧形转动式舱门组成；尾部涵道涡轮动力***由进气道、宽速域涡轮发动机组成，尾部两侧冲压动力***由右前电磁阀门、右后电磁阀门、左后电磁阀门、左前电磁阀门和冲压发动机组成；

所述飞行控制***为实时控制飞行状态的航电装置，在机舱内安装飞行控制计算机、能源***和传感器***，所述能源***包括电源和油箱，所述传感器***设有GPS导航仪、陀螺仪、雷达、气压高度计、无线信号传输仪、激光装置等。

本发明以前述两种技术为突破口设计出一种可实现垂直起降和超音速飞行的无人战斗机，根据相关特性的排斥和互补原理，本发明设计的无人战斗机具备大阻力减速以及超音速飞行和垂直起降的特性，飞行器的机动性能更好，且能够宽速域飞行。同时，本发明具备复杂环境作战能力。

本发明具有以下突出优点：

1、在实现垂直起降的飞行基础上，实现超音速飞行，避免了传统喷气式飞机需要固定跑道、控制难度高的缺点，同时可以实现传统固定翼无人机无法完成的空中悬停、定点转向等高难度飞行动作；

2、本发明具备特殊动力布置方式和气动特性对垂直起降的超声速飞行器及各类航模制作和研发均有参考意义。

附图说明

图1为飞行器螺旋桨伸出状态正等轴测图。

图2为飞行器螺旋桨伸出状态右视图。

图3为飞行器螺旋桨伸出状态主视图。

图4为飞行器螺旋桨伸出俯视图。

图5为飞行器螺旋桨进入机舱内状态正等轴测图。

具体实施方式

以下实施例将结合附图对本发明的具体结构和工作原理作进一步的说明。

参见图1～5，本发明由结构***、动力***、飞行控制***三大***构成。

一、结构***：结构***主要以机头1、机翼4、机身8、起落架10和尾翼6为主体结构基础，机舱2设计在机身8内部，其作用是为螺旋桨提供收放空间，机舱2安装有弧形转动式舱门21和共轴式双旋翼螺旋桨3，弧形转动式舱门21外形与机舱2贴合相似，可通过电机转动开启或关闭机舱2；共轴式双旋翼3由两对叶片组成，安装在机舱2内，共轴式双旋翼螺旋桨3能够通过电机控制其位置状态，不工作时收放在机舱内，工作时升出机舱外。激光装置5安装在机翼4上，作为激光传感器或激光武器(飞行器的战斗部)。气流通道9布置在机身后面的两侧并且向下偏置，排气道7(机身两侧各一个)连接气流通道9，排气道7里安装有右前电磁阀门14、右后电磁阀门15、左后电磁阀门19和左前电磁阀门20，排气道7两端开口有进排气口13和排气口16。宽速域涡轮发动机11安装在飞行器尾部，进气道12布置在机身前端底部。涡轮发动机17安装在飞行器内部且在宽速域涡轮发动机11的前面，冲压发动机安装在右后电磁阀门15和左后电磁阀门19的后侧，如图4所示。飞行器垂直起降阶段由宽速域涡轮发动机11提供升力；在低速巡航飞行时由涡轮发动机17提供动力，降低能耗(飞行器在低速飞行状态下，喷气飞行能量损失大)；在超音速飞行状态时，由冲压发动机18提供动力。

二、动力***，所述动力***采用垂直起降动力***、尾部涵道涡轮动力***和尾部两侧冲压动力***等三种动力***；动力***由共轴式双旋翼螺旋桨3、机舱2、弧形转动式舱门21组成；尾部涵道涡轮动力***由进气道12、宽速域涡轮发动机11组成，供亚跨声速飞行；尾部两侧冲压动力***由右前电磁阀门14、右后电磁阀门15、左后电磁阀门19、左前电磁阀门20和冲压发动机18组成，主要实现飞行器超音速飞行。

1、垂直起降动力***选用伺服控制电机控制弧形转动式舱门21打开，共轴式双旋翼螺旋桨3的升降，涡轮发动机也可以设计成共轴式双旋翼螺旋桨3的控制和驱动动力，飞行器垂直起降时，飞行器舱门21首先打开，伺服控制电机控制螺旋桨升起，涡轮发动机17通过齿轮箱和离合器提供共轴式双旋翼螺旋桨3叶片的旋转的动力。

2、尾部涵道涡轮动力***采用涡轮发动机17，主要提供飞行器亚跨声速飞行阶段的动力。

3、两侧冲压动力***采用冲压发动机18作为动力源，为飞行器提供超音速飞行的动力。

三、飞行控制***：本发明采用神经网络自适应飞行控制与智能计算机程序飞行控制综合***。在机舱内安装飞行控制计算机、能源***(包括电源和油箱)、以及传感器***，传感器***主要由GPS导航仪、陀螺仪、雷达、气压高度计、无线信号传输仪、激光装置(作为激光传感器或激光武器)等组成。

本发明的工作原理如下：

1.当飞行器垂直起飞时，由于飞行器机舱内安装共轴式双旋翼螺旋桨3，弧形转动式舱门21打开，从机舱2内升起共轴式双旋翼螺旋桨3，利用共轴式双旋翼的两对螺旋桨叶片分别顺时针和逆时针旋转，使飞机达到力和扭矩平衡，最终实现飞机垂直起飞(其结构原理参见图1～4)，飞行器利用共轴式双旋翼螺旋桨3转动产生的升力在空中保持平衡，航向操纵靠上下两旋翼差动的总距来调节。

2.当飞行器低速飞行时，如图4所示，右前电磁阀门14、右后电磁阀门15、左后电磁阀门19和左前电磁阀门20关闭，空气流向为A→B→C→D→H路径，飞行器尾部涡轮发动机17提供初始动力使宽速域涡轮发动机11转动，飞机向前低速飞行并加速直至到升力可以完全依托涡轮发动机提供时，共轴式双旋翼螺旋桨调节位置到与机身平行状态，然后下降至舱门21内。

3.飞行器超音速飞行状态(飞行器高速飞行的状态见图5)有两个档位，档位1：冲压发动机18开始启动工作，右后电磁阀门15和左后电磁阀门19打开，右前电磁阀门14和左前电磁阀门20关闭，由于气流引射效应，空气流向为A→B→C→D→E→F，A→B→C→D→I→J，涡轮发动机17将逐渐关闭；档位2：冲压发动机18完全打开工作，右前电磁阀门14、右后电磁阀门15、左后电磁阀门19和左前电磁阀门20打开，由于气流引射效应，冲压发动机18工作的主要进气流道为G→E→F，K→I→J，流道A→B→C→D→E→F和A→B→C→D→I→J可根据冲压发动机工况和任务提供加力燃烧或冷却的气流。当飞行器在超音速飞行状态需要转向时，除了改变副翼以外还可以利用右前电磁阀门14、右后电磁阀门15、左后电磁阀门19和左前电磁阀门20的开合阈度调节左右冲压发动机产生不对称推理实现更加机动的转向飞行。

4.飞行器大阻力减速飞行状态，右后电磁阀门15、左后电磁阀门19关闭，右前电磁阀门14和左前电磁阀门20打开，关闭涡轮发动机17，冲压发动机18也停止工作，此时空气流向为A→B→C→D→E→G、A→B→C→D→I→K，进气通道和排气通道的气体冲量相反，气流相互抵消，阻力加大，因此飞行器具备大阻力减速功能。

5.当飞行器垂直降落时，涡轮发动机17和冲压发动机18关闭，飞行器滑行减速至低速状态直到速度降低到共轴式双旋翼3可以安全伸出舱门21外，共轴式双旋翼螺旋桨3通过旋转提供垂直升力，使得飞行器可减速垂直降落。

6.定点转向等飞行特性。飞行器通过协调组合控制右后电磁阀门15、左后电磁阀门19关闭，右前电磁阀门14、左前电磁阀门20和涡轮发动机17、冲压发动机18以及共轴式双旋翼螺旋桨3等的不同工作状态可灵活实现飞行器定点转向等飞行姿态，如垂直起降过程，通过改变共轴式双旋翼螺旋桨3的差动总距；低速、亚跨声速转向可在涡轮发动机17工作状态改变尾翼舵达到；超声速和高超声速飞行时不仅可通过尾翼舵调节转向力矩还可通过右后电磁阀门15、左后电磁阀门19关闭，右前电磁阀门14和左前电磁阀门20的开合阈度控制冲压发动机流量来产生大的转向力矩实现转向。这些多样的转向特性可以用于空天格斗以及其他复杂的飞行环境，也是对垂直起降飞行、大阻力减速飞行能力的一个明显补充。

7.危险状况下的自救飞行。当飞行器在压跨超声速飞行过程中遇到涡轮发动机17和冲压发动机18停车或者不工作时，可通过共轴式双旋翼螺旋桨3自旋转提供升力(副翼可配合工作)减速滑落。

Claims (1)

1.一种可实现大阻力减速和垂直起降的超音速无人战斗机，其特征在于包括结构***、动力***和飞行控制***；

所述结构***包括机头、机舱、机翼、机身、起落架和尾翼，所述机舱设在机身内部，机舱安装有弧形转动式舱门和共轴式双旋翼螺旋桨，机舱为共轴式双旋翼螺旋桨提供收放空间，弧形转动式舱门外形与机舱贴合，共轴式双旋翼由两对叶片组成，第一激光装置安装在机翼上，作为激光传感器或激光武器，气流通道布置在机身后面的两侧并且向下偏置，机身两侧分别设有排气道，排气道连接气流通道，排气道内安装有右前电磁阀门、右后电磁阀门、左后电磁阀门和左前电磁阀门，排气道两端开口设有进排气口和排气口；宽速域涡轮发动机安装在飞行器尾部，进气道布置在机身前端底部，涡轮发动机安装在飞行器内部且在宽速域涡轮发动机的前面，冲压发动机安装在右后电磁阀门和左后电磁阀门的后侧；

所述动力***为飞行器在不同飞行速度下提供动力和操控的能源装置；所述动力***采用垂直起降动力***、尾部涵道涡轮动力***和尾部两侧冲压动力***；动力***由共轴式双旋翼螺旋桨、机舱、弧形转动式舱门组成；尾部涵道涡轮动力***由进气道、宽速域涡轮发动机组成，尾部两侧冲压动力***由右前电磁阀门、右后电磁阀门、左后电磁阀门、左前电磁阀门和冲压发动机组成；

所述飞行控制***为实时控制飞行状态的航电装置，在机舱内安装飞行控制计算机、能源***和传感器***，所述能源***包括电源和油箱，所述传感器***设有GPS导航仪、陀螺仪、雷达、气压高度计、无线信号传输仪、第二激光装置。