CN113753216B - 一种基于任务模块化的舰载无人机平台构型 - Google Patents
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Abstract
本申请属于飞行器结构技术领域,特别涉及一种基于任务模块化的舰载无人机平台构型。该构型在机身的腹部在两侧具有倾斜面,以使机身的腹部形成自上至下的收缩结构,所述倾斜面具有挂载点,所述挂载点可选择性的挂载外挂油箱(12)或者预警设备舱(13),所述挂载外挂油箱(12)及预警设备舱(13)在挂载到所述倾斜面上之后,具有与所述倾斜面平行的外壁面,所述舰载无人机平台构型还包括背负式涡扇发动机(16)、油箱以及设备舱。本申请采用隐身、保形与增压设计,提高舰载无人机的气动性能、隐身性能、工作效率,保证其自主着舰的安全性。
Description
技术领域
本申请属于飞行器结构技术领域,特别涉及一种基于任务模块化的舰载无人机平台构型。
背景技术
当前的军用无人机飞行速度低、隐身性能差,导致其战场损毁率较高。常规舰载加油机与舰载预警机存在相同的问题,很容易遭受敌方攻击。常规舰载预警机作战半径小,很难实现远程预警。舰载无人机相对于常规舰载机具有建造与使用费用低、无人员伤亡的优点。舰载无人预警机与舰载无人加油机可有效提高航母编队的作战效能,但多型舰载机会导致武器装备维护困难。
发明内容
为了解决上述技术问题,本申请提供了一种基于任务模块化的舰载无人机平台构型,采用自然层流设计、隐身设计与分布式共形预警雷达天线设计技术,可提高舰载无人机的气动性能、隐身性能、工作效率,保证其自主着舰的安全性。基于任务模块化的舰载无人机平台构型设计方案,用一型气动与隐身性能良好的舰载无人机平台,完成远程预警与加油的双重任务,有效提高了舰载机使用的费效比。
本申请基于任务模块化的舰载无人机平台构型,包括机身、机翼及尾翼,所述机身的腹部在两侧具有倾斜面,以使所述机身的腹部形成自上至下的收缩结构,所述倾斜面具有挂载点,所述挂载点可选择性的挂载外挂油箱或者预警设备舱,所述挂载外挂油箱及预警设备舱在挂载到所述倾斜面上之后,具有与所述倾斜面平行的外壁面,所述舰载无人机平台构型还包括背负式涡扇发动机、油箱以及设备舱。
优选的是,所述机翼的外侧部分设置为后掠15°的矩形构型。
优选的是,所述机翼的外侧部分的上下蒙皮内侧及前梁处安装有微带共形相控阵天线。
优选的是,所述预警设备舱的外表面安装有螺旋共形相控阵天线。
优选的是,所述尾翼设置为V型尾翼,V型尾翼包括两个翼片,两个翼片之间的倾角可调,所述倾角为40°~50°。
优选的是,所述尾翼采用透波材料制成,且安装在所述发动机的喷口后端的两侧。
优选的是,所述机翼与机身平滑过渡设计,采用自然层流翼型设计。
优选的是,所述机翼包括内侧机翼及外侧机翼,内侧机翼与外侧机翼通过机翼折叠铰链连接,所述外侧机翼能够相对于内侧机翼向上及向后折叠,所述外侧机翼端部还设置有伸缩机翼,所述伸缩机翼被设置为沿所述机翼展向伸出或收入外侧机翼的内腔中。
优选的是,当所述挂载点挂载外挂油箱时,所述舰载无人机平台构型具有第一翼载荷及第一推重比,当所述挂载点挂载预警设备舱时,所述舰载无人机平台构型具有第二翼载荷及第二推重比,选取所述第一翼载荷与第二翼载荷当中较小的载荷作为所述舰载无人机平台构型的翼载荷约束参数进行平台设计,选取第一推重比与第二推重比当中较大的推重比作为所述舰载无人机平台构型的推重比约束参数进行平台设计。
优选的是,所述油箱包括机身油箱及机翼油箱,所述设备舱包括位于机身前部的机身前设备舱及位于机身后部的机身后设备舱。
本申请提供的舰载无人平台气动布局设计方案,基于任务模块化设计思想,采用舰载无人平台、可快速拆装更换的预警设备舱与外挂油箱,完成远程预警与加油的双重任务,有效提高了舰载机的费效比。本申请采用自然层流设计、隐身设计与分布式共形预警雷达天线设计技术,可提高舰载无人机的气动性能、隐身性能、工作效率,保证其自主着舰的安全性。
附图说明
图1是本申请基于任务模块化的舰载无人机平台构型的一优选实施例的结构示意图。
图2是本申请图1所示实施例的左视图。
其中,1-内测机翼;2-外侧机翼;3-伸缩机翼;4-增升襟翼;5-襟副翼;6-副翼;7-机翼折叠铰链;8-机身前设备舱;9-机身后设备舱;10-机身油箱;11-机翼油箱;12-外挂油箱;13-预警设备舱;14-尾翼;15-尾翼舵面;16-背负式涡扇发动机;17-机翼。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施方式中的附图,对本申请实施方式中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中,自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施方式是本申请一部分实施方式,而不是全部的实施方式。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施方式,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式,都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施方式进行详细说明。
本申请的目的在于提供一种舰载无人机平台气动布局设计方案,为此类飞机设计提供技术支持。
本申请提供了一种基于任务模块化的舰载无人机平台构型,如图1及图2所示,主要包括机身、机翼17及尾翼14,所述机身的腹部在两侧具有倾斜面,以使所述机身的腹部形成自上至下的收缩结构,所述倾斜面具有挂载点,所述挂载点可选择性的挂载外挂油箱12或者预警设备舱13,所述挂载外挂油箱12及预警设备舱13在挂载到所述倾斜面上之后,具有与所述倾斜面平行的外壁面,所述舰载无人机平台构型还包括背负式涡扇发动机16、油箱以及设备舱。
平台机身、外挂油箱或者预警设备舱的侧面采用带倾斜角的平面设计,如图2中向内向下倾斜的外挂油箱或者预警设备舱,从而减小雷达波的镜面反射效应。采用这种外挂式油箱与预警设备舱的保形设计,减小任务吊舱与平台的干扰阻力。
在一些可选实施方式中,所述机翼17的外侧部分设置为后掠15°的矩形构型,平行的机翼前后缘可有效减小RCS面积。
在一些可选实施方式中,所述机翼17的外侧部分的上下蒙皮内侧及前梁处安装有微带共形相控阵天线。
在一些可选实施方式中,所述预警设备舱13的外表面安装有螺旋共形相控阵天线。
本申请采用共形天线设计技术,天线与平台结构共形,减小背负式大型预警天线产生的阻力增量,例如天线与机翼共形,设计在机翼上下表面,再如天线与短舱共形设计,天线与任务***一同设计。
在一些可选实施方式中,所述尾翼14设置为V型尾翼,V型尾翼包括两个翼片,两个翼片之间的倾角可调,所述倾角为40°~50°,可有效减小平台的RCS。另外,倾角可调式V型尾翼,可保证不同重心处平台的纵向稳定性与俯仰操纵效率,精确控制平台着舰航迹。
在一些可选实施方式中,所述尾翼14采用透波材料制成,且安装在所述发动机的喷口后端的两侧。本申请中,将发动机16安装在机身后体上方,前机身可防止雷达波照射到发动机压缩机;发动机喷口被两片V型尾翼在后方侧面遮挡,可提高红外隐身性能。
在一些可选实施方式中,所述机翼17与机身平滑过渡设计,采用自然层流翼型设计,扩大机翼层流区,减小摩擦阻力,2)采用翼身融合设计技术(平滑过渡),减小翼身干扰阻力。
在一些可选实施方式中,所述机翼17包括内侧机翼1及外侧机翼2,内侧机翼1与外侧机翼2通过机翼折叠铰链7连接,所述外侧机翼2能够相对于内侧机翼1向上及向后折叠,所述外侧机翼端部还设置有伸缩机翼3,所述伸缩机翼3被设置为沿所述机翼展向伸出或收入外侧机翼2的内腔中。
本申请中,折叠机翼外段采用分段、可伸缩式构型设计,增大巡航构型的展弦比,减小诱导阻力,例如可将着舰构型的翼展控制在22m以下,减小平台着舰航迹偏离产生的安全威胁。另一方面,本申请采用小翼载设计,减小平台着舰进场速度,降低平台着舰的冲击载荷,小翼载的设计例如可以通过优化机翼面积来获得预期的小翼载。
在一些可选实施方式中,当所述挂载点挂载外挂油箱12时,所述舰载无人机平台构型具有第一翼载荷及第一推重比,当所述挂载点挂载预警设备舱13时,所述舰载无人机平台构型具有第二翼载荷及第二推重比,选取所述第一翼载荷与第二翼载荷当中较小的载荷作为所述舰载无人机平台构型的翼载荷约束参数进行平台设计,选取第一推重比与第二推重比当中较大的推重比作为所述舰载无人机平台构型的推重比约束参数进行平台设计。
本申请的构型设计的关键技术除了上述隐身设计、气动效率提升、着舰安全性设计方面,还包括任务***模块化设计与平台总体参数设计部分组成。在任务***模块化设计过程中,加油任务管理***集成在平台的燃油管理***中,加油泵、加油软管与其它相关设备位于机身后段的设备舱内,机身两侧各挂载一个保形油箱,另外预警任务设备舱采用隐身、保形与增压设计,通过快速拆装接口挂在与机身两侧。
在平台总体参数设计方面,平台的翼载荷取两个任务构型(舰载加油机、舰载预警机)所需翼载荷的最小值,推重比取两个任务构型所需推重比的最大值,平台燃油装载能力是预警构型所需任务燃油的1.08倍,重心变化范围不大于10%的MAC(机翼平均气动弦长);
b)除常规飞机设计约束外,平台构型设计还要考虑自主着舰的安全性、机舰适配性、隐身性能与任务性能兼容等设计要求。
在一些可选实施方式中,所述油箱包括机身油箱10及机翼油箱11,所述设备舱包括位于机身前部的机身前设备舱8及位于机身后部的机身后设备舱9。
根据本发明提供的方案,设计一款双重任务舰载无人机平台,气动布局见图1及图2,设计数据如下:
1)性能指标:
预警与加油半径不小于950km,最小平飞速度不大于0.44Ma,最大平飞速度不小于0.62Ma,着舰进场速度不大于200km/h,升限不小于15000m。预警任务模式的留空时间不小于12h,加油任务模式的可供加油不小于7t。着舰构型的翼展不大于22m,起飞重量不大于20t。
2)平台总体参数:
平台起飞重量为16t,空机重量8t,备份燃油重量500kg,最大着舰重量10t。预警任务模式的起飞重量为16.8t,加油任务模式的起飞重量为19.8t。内部机翼伸出状态的机翼面积为55m2,收回状态的机翼面积为50m2。
3)机翼构型参数:
机翼由内侧、外侧与伸缩机翼3段构成。内部机翼伸出状态的机翼翼展为26.2m,展弦比为12.5;内部机翼收回状态的机翼翼展为20.6m,展弦比为8.5;内侧机翼前缘后掠角为28°,后缘前掠11°,稍根比为0.5,半展长为3.5m,采用超临界翼型,厚度0.18,内外侧机翼连接处为机翼折叠铰链;外侧机翼前后缘后掠角为15°,稍根比为1,半展长为6.9m,机翼弦长2.3m,采用NACA64层流翼型,厚度0.15;伸缩式机翼的后掠角、稍根比与翼型同外侧机翼,伸出段半翼展2.8m,机翼弦长0.95m,厚度0.11。
4)机身参数与机翼舵面构型:
机身长15.5m,宽1.5m,高1.38m。起飞构型的襟翼与襟副翼偏角为22°,着舰构型的襟翼与襟副翼偏角为33°,根据所需平飞速度的不同,加油阶段的襟翼与襟副翼偏角在0°~15°之间调节;
5)动力***参数:
涡轮风扇发动机,涵道比5,最大推力为53.8KN,12000m,0.6MA的耗油率为0.66kg/kgf.h。
6)尾翼构型参数:
尾翼面积18m2,前缘后掠16°,后缘前掠10°,稍根比0.38,厚度0.1,采用NACA64层流翼型。尾翼倾角可在40°~50°之间调节。
7)预警设备舱参数:
设备舱长6.6m,宽0.35m,高1.2m,两个预警设备舱重800kg。
8)共形预警天线参数:
外侧机翼安装的微带共形相控阵雷达天线,上下蒙皮内侧的天线长6.6m,宽1.1m,厚度38mm,前缘天线长6.2m,高30cm,厚度33mm。机身两侧安装的螺旋共形相控阵雷达天线,长6.2m,高1m,厚度60mm。
9)保形外挂油箱参数:
油箱长7.6m,宽0.5m,高1m,两个保形油箱重200kg,可装载燃油3.6t。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种基于任务模块化的舰载无人机平台构型,包括机身、机翼(17)及尾翼(14),其特征在于,所述机身的腹部在两侧具有倾斜面,以使所述机身的腹部形成自上至下的收缩结构,所述倾斜面具有挂载点,所述挂载点可选择性的挂载外挂油箱(12)或者预警设备舱(13),所述挂载外挂油箱(12)及预警设备舱(13)在挂载到所述倾斜面上之后,具有与所述倾斜面平行的外壁面,所述舰载无人机平台构型还包括背负式涡扇发动机(16)、油箱以及设备舱;
当所述挂载点挂载外挂油箱(12)时,所述舰载无人机平台构型具有第一翼载荷及第一推重比,当所述挂载点挂载预警设备舱(13)时,所述舰载无人机平台构型具有第二翼载荷及第二推重比,选取所述第一翼载荷与第二翼载荷当中较小的载荷作为所述舰载无人机平台构型的翼载荷约束参数进行平台设计,选取第一推重比与第二推重比当中较大的推重比作为所述舰载无人机平台构型的推重比约束参数进行平台设计。
2.如权利要求1所述的基于任务模块化的舰载无人机平台构型,其特征在于,所述机翼(17)的外侧部分设置为后掠15°的矩形构型。
3.如权利要求1所述的基于任务模块化的舰载无人机平台构型,其特征在于,所述机翼(17)的外侧部分的上下蒙皮内侧及前梁处安装有微带共形相控阵天线。
4.如权利要求1所述的基于任务模块化的舰载无人机平台构型,其特征在于,所述预警设备舱(13)的外表面安装有螺旋共形相控阵天线。
5.如权利要求4所述的基于任务模块化的舰载无人机平台构型,其特征在于,所述尾翼(14)设置为V型尾翼,V型尾翼包括两个翼片,两个翼片之间的倾角可调,所述倾角为40°~50°。
6.如权利要求5所述的基于任务模块化的舰载无人机平台构型,其特征在于,所述尾翼(14)采用透波材料制成,且安装在所述发动机的喷口后端的两侧。
7.如权利要求1所述的基于任务模块化的舰载无人机平台构型,其特征在于,所述机翼(17)与机身平滑过渡设计,采用自然层流翼型设计。
8.如权利要求1所述的基于任务模块化的舰载无人机平台构型,其特征在于,所述机翼(17)包括内侧机翼(1)及外侧机翼(2),内侧机翼(1)与外侧机翼(2)通过机翼折叠铰链(7)连接,所述外侧机翼(2)能够相对于内侧机翼(1)向上及向后折叠,所述外侧机翼端部还设置有伸缩机翼(3),所述伸缩机翼(3)被设置为沿所述机翼展向伸出或收入外侧机翼(2)的内腔中。
9.如权利要求1所述的基于任务模块化的舰载无人机平台构型,其特征在于,所述油箱包括机身油箱(10)及机翼油箱(11),所述设备舱包括位于机身前部的机身前设备舱(8)及位于机身后部的机身后设备舱(9)。
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