CN1137998A - 无翼和垂直起落的翼身喷气式飞机 - Google Patents

Abstract

本发明无翼和垂直起落的翼身喷气式飞机属于一种从飞机总体布局设计上进行改进的喷气式飞机，其主要技术特征是飞机扁平，机身的纵剖面采用飞机标准机翼剖面形状，飞机飞行时机身本身会产生上举力，因而可取消现有飞机的机翼，而在扁平机身二侧安装可旋转的主喷气发动机，机身尾部安装可旋转的次喷气发动机或涵道尾桨。从而可实现无机翼，垂直起落或短距起落、压缩尺寸，减轻自重、降低油耗、节约造价和更安全可靠飞行的目的。

Description

无翼和垂直起落的翼身喷气式飞机

本发明系一种从飞机总体设计上进行改进的喷气式飞机。

随着世界经济和国际交往的迅速发展，航空客货运输量与日俱增，这就要求更多的飞机投入运行，但由于世界很多经济发达的国际城市的机场容量已趋于飽和，光靠增加航班来满足客货运输量的增加已受到限制，要求飞机单机载重量(载客量或载货量)增大，因此现在许多经济发达的工业国都在研究新一代大型运输机。目前主要的研究途经是加大机身断面，单层客舱改为双层客舱，加长机身、加大翼展等。这样一来，飞机尺寸的增大反过来对机场提出了新的更高的要求，即必须加大机场跑道的长度和宽度，提高跑道对飞机起落时动荷戴的承载力，据北京“航空出版社”出版的“国际航空”杂志介绍，美国波音公司600座新的大型飞机计划(NLA)的设计方案，双层客舱、飞机在飞行跑道上占地面积为80×80平方米。这样势必对机场基础设施要求很严格，目前世界大部分国际机场满足不了此要求。另外现有的客货机，机身均为细长的梭形，机身横面断为园形或椭园形，因此机舱都很细长，机舱地板下弓形断面的空间不便利用机身从空气动力学的观点分析，其本身不能产生升力，纯碎是载体，飞机全重(飞机自重和荷载)只能由安装在机翼上或机身后部的喷气发动机推动飞机飞行时由机翼产生的升力来承受。其架驶室设在机身的最前端，控制飞机飞行状态是靠操纵机翼付翼和安装在机尾的水平升降舵和垂直方向舵来完成。

本发明根据空气动力学原理，首先把机身缩短、加宽并压扁，使机身的长宽比或宽长比控制在1∶2以内的矩形扁平状，这样扁平的机舱平面面积大，无论安排旅客座位还是装卸货物都很方便。更重要的是扁平矩形机身的纵剖面采用了飞机标准机翼剖面的形状，飞机向前飞行时，机身上下表面产生的压力差而形成上举力可以支撑飞机的重量，故可取消机身二侧的机翼。由于机身二侧没有机翼，可以方便地在机身二侧的重心位置或稍向前位置安装可旋转的主涡扇喷气发动机，此喷气发动机在正常飞行时水平推动飞机飞行。当飞机起飞和降落时，喷气发动机可旋转至垂直向地面喷气或斜向地面喷气，即可实现飞机的垂直起落或短距起落。

当然由于飞机垂直起落时，机身水平飞行速度没有或很小，不能靠操纵飞机水平尾翼升降舵或垂直尾翼方面舵来控制飞机的平衡状态，因此必须在机尾也装设可旋转向下喷气的次涡扇喷气发动机或类拟直升机的涵道尾桨来平衡机身向后倾斜的力矩。

飞机的起落架既可安装直升飞机那种起落架，也可以安装一般飞机的起落架。前者只能垂直起落，而后者既可垂直起落，也可象一般飞机那样在机场跑道上滑行起飞和降落。

假若飞机的旋转喷气发动机的功率不分主次大小，且水平喷气时互不干扰(如图1、图2、图5那样)，则几个旋转喷气发动机可均布在机身二侧或机身后部。在飞机水平飞行时同时推动飞机向前飞。在飞机起落时同时上举飞机。至于喷气发动机的数量和功率大小则根据飞机的重量、尺寸和重心位置来确定。

至于飞机的电气液压传动***及电子计算机飞机控制***等则和现有喷气式飞机一样。

本说明最适合制造中型以上的客货运输机，尤其适合大型或超大型客货运输机。

下面结合附图，以客机为例(货机与客机大同小异)对本发明进一步加以描述：

图1～13是根据本发明提出的一些可以实施的无翼和垂直起落的喷气式飞机的外形示意图，各种飞机相对大小用括号内旅客人数表示。

图1是超大型飞机(600～900人)，其4个喷气发动机不论水平向后喷气还是垂直向下喷气，喷射气流都互不干扰。2台主喷气发动机功率和2台次喷气发动机功率可一样大也可主大次小。

图2是超大型飞机(800～1000人)，其安装的5台涡扇喷气发动机在水平向后喷气或垂直向下喷气时喷射气流都互不干扰。机尾2台风扇式涵道尾桨用于垂直起落时保持飞机的平衡。飞机水平向前飞行时可不开启。

图3是大型飞机(500-700人)，机身二侧的每组喷气发动机是由2台涡扇发动机紧连在一起并可绕同一根转轴旋转，机尾的喷气发动机用于飞机起落时机身平衡。

图4也是大型飞机(400-600人)，机身二侧的喷气发动机组与图3一样，飞机垂直起落时机身的平衡采用固定风扇式涵道尾奖。

图5是中型飞机(300-450人)，装3台涡扇喷气发动机，3台发动机可同时水平推飞机飞行，也可同时向下喷气使飞机垂直起落。

图6是中型飞机(250-400人)装4台涡扇发动机。图示为飞机降落时，假设机身左侧的主涡扇发动机出现故障而停车时，弹射飞机左侧2个备用紧急降落伞升空，帮助飞机降落，改善机身平衡而降落到地面。

图7是中型飞机(250～400人)，其特点是主旋转喷气发动机的外壳与机身上下表面曲线一致，有利减少飞机的阻力，另外可旋转的二台次发动机分别安装在水平尾翼二湍。

图8是中型飞机(200～350人)，次发动机安装在垂直尾翼外侧，但不影响主喷气发动机的喷射气流，本说明书着重以此种飞机为例来说明本发明的技术方案。

图9是流线型中型飞机(200-350人)，外形美观且飞行阻力小，次发动机为涵道尾桨安装在机尾部。

图10是小型飞机(80～200人)，机身二侧重心位置装二台主发动机，机尾装一台涵道尾桨。

图11是小型飞机(4～80人)，喷气发动机布置同图10，但客舱内净高只有小汽车车箱约1.2～1.4米高。

图12是仰视图8所示飞机正常飞行的姿态。

图13是仰视图8所示飞机起飞或降落时的情景，此时飞机起落架已放下来。

注：以上各图所示飞机的旅客人数为方便本文解说飞机型号大小所需，应用时各种旅客人数相近的飞机在外形上可互相通用。

图14～17分别为图8所示飞机外形的侧面图、正面图、俯视图和仰视图。

图18～20分别是飞机内部结构的纵剖面图、横剖面图和平剖面图。

在图1～20中，各部分名称如下：1——驾驶室，2——机身，3——客舱门，4——旅转主喷气发动机，5——机舱侧窗，6——行李舱门，7——旅转次喷气发动机，8——垂直尾翼，9——水平尾翼，10——垂直尾翼方向舵，11——机尾升降舵，12——起落架，13——水平尾翼升降舵，14——水平尾翼支架，15——起落架室，16——起落架，17——仪表间，18——旅客舱(或货舱)，19——旅客座位，20——行李舱，21——燃油箱，22——机尾升降舵操作间和设备室，23——喷气发动机转轴，24——滑油箱，25——旅客舱至洗手间的门，26——旋转喷气发动机转轴操作间，27——设备室，28——配餐服务间，29——洗手卫生间，30——管线槽，31——贵宾室，32——天窗，33——紧急弹射降落伞舱。34——风扇式涵道尾桨

参见图1～20，本发明所述无翼和垂直起落的喷气式飞机中，扁平机身(2)纵剖面的外形线采用飞机标准机翼剖面外形线，其各个横剖面为高度不等但宽度基本相同的扁矩形，机身(2)前部安排驾驶室(1)，仪表室(17)，贵宾室(31)，配餐服务间(28)中部机舱平面是方形，安排客舱(货机则为货舱，并取消旅客行李舱)，机身(2)后部高度逐渐较低，故向后依次安排旅客行李舱(20)，洗手卫生间(29)，油箱(21)和机尾升降舵操作间，机身(2)未端做飞机机尾升降舵(11)。

由于机身(2)扁平面积大，纵剖面为标准机翼剖面形状，当飞机在主喷气发动机的推动下向前运动时，机身下表面压力大，机身上表面压力小，此压力差使机身(2)产生升举力，当此升举力等于或大于飞机自重和荷戴重之和，即可抬起飞机。因此本飞机可取消一般喷气式飞机二侧的机翼。

因机身(2)二侧无机翼，可在飞机二侧重心位置或稍向前位置安装可旋转的主喷气发动机(4)，主喷气发动机(4)的转轴(23)安放在机身(2)二侧的设备夹层内，设备夹层内还有飞机起落架室(15)，起落架(16)，燃油箱(21)，滑油箱(24)，设备房(27)，机舱门(3)，行李舱门(6)，紧急弹射降落伞舱(33)也分别安排在机身二侧的设备夹层上方。另外从机身前部到机身尾部的各种电线、油管、水管等管线也可由此夹层内通过。

飞机正常飞行时，通过操纵机尾升降舵(11)和水平尾翼上平衡舵(13)可以控制飞机前后的俯仰状态和飞机左右侧的平衡。而控制垂直尾翼(8)的垂直尾翼方向舵(10)可控制飞机的左右方向，由于机身扁平宽大，可在机身(2)尾部二侧各设一个垂直尾翼(8)。

飞机在垂直起飞或降落时，飞机没有水平速度，机身的平稳不能通过操纵升降舵和方向舵来控制。只能依靠主喷气发动机(4)旋转至垂直向下喷气支托飞机重量，再依靠次喷气发动机(7)向下喷气或涵道尾桨(34)向下压气平衡机身向后倾斜的力矩。

在飞机垂直起落时，当一对主喷气发动机或一对次喷气发动机的二个发动机，一个稍向前斜喷，而另一个稍向后斜喷，旋转角度一样，则二个发动机向上的分力相等，而水平分力则大小相等，方向相反，从而产生一个平面扭矩使机身(2)在其平面内发生转动，使飞机悬停在空中可以改变机身(2)的朝向。

飞机需要减速下滑飞行时，除减少主发动机推力外，也可使一对主喷气发动机同方向旋转相同角度且斜向前向下喷气，飞机便可以很快减速。

飞机正常飞行时起落架(16)可收放在起落架室(15)内，通过液压操纵盖板可封闭起落架室，以便减少飞行阻力。

机身(2)内的旅客舱(18)扁平宽大，机舱顶部有天窗(32)采光。保证白天机舱内的自然光线充足。

根据空气动力学原理，若机身(2)前端设计成图2、图4、图7和图9所示机身向前突出的外形，这样有利减少阻力和增加飞行向前的稳定性。

综上所述，本发明的喷气式飞机与等载荷(载客量或载货量相同)的一般喷气飞机相比较，具有以下一些优点。

1、由于机身产生升力，取消二个机翼，减轻了飞机自重，降低制造成本，相对节约油耗和增大了航程。

2、机舱扁平呈方形，特大型飞机也不需布置二层客舱，有利安排旅客坐位和货物堆放及装卸，也有利旅客在紧急情况时的安全快速疏散。

3、本机机长，机宽(相当现有一般飞机的翼展)和机高的尺寸比现有飞机缩小40～45％，飞机结构紧凑，相对整机强度较大，可避免一般飞机悬臂长而薄的机翼在飞行时产生的翼震和机翼震裂的事故。

4、机身上下表面面积大，喷气发动机装在机身二侧，故上下表面的气流可实现大面积层流，减少飞行湍流引起的摩阻，有利提高飞机总体效率。

5、机舱地板下无一般飞机的弓形剖面空间，可直接开孔观察大地或投放物品，有利航空摄影，飞机施肥，撒农药空中救援等功能的完善。

6、本机既可垂直起落，也可象一般飞机在机场跑道短距起落，起落方式灵活。若垂直起落可直接降落在候机楼或候机廊附近，节省了飞机在机场内进入和退出飞机跑道的时间。

7、据国内外资料统计，飞机在起飞和降落过程中着陆阶段所发生的事故占所有飞行事故的比例最高，不少飞机是由于起落架的动作失灵而造成，而本发明的飞机由于可以垂直起落，下降速度接近地面时可很慢，既使有一台喷气发动机事故停车。可以通过弹射布置在事故发动机侧的备用紧急降落伞升空，弥补事故发动机部份失去的上举力，实现相对平稳降落。若某起落架失灵放不下来，可整机机身底板直接着陆降落，可减少事故损失的程度。另外飞行途中出现不可排除的故障或燃油已不多的情况下，飞机可以选择一个平坦的田野或平地降落，从而可维护旅客、机组人员、飞机和货物的安全。

8、由于垂直起落或短距起落，且飞机长、宽、高三向尺寸均缩小很多，相对对机场跑道的长度、宽度和承载力的要求较少。飞机库尺寸也可相应减少。可以节省机场许多基础设施的投资。因此现有的许多大型国际机场都不需要改造和扩建，就可起落超大型客货机。

尽管本发明的喷气式飞机比现有飞机作了总体设计的许多改进，除喷气发动机需旋转的技术要求外，其它飞机制造的难度并未增加。因此原来能生产大中型喷气式飞机的厂家都可以制造。

Claims (4)

1.无翼和垂直起落的翼身喷气式飞机属于一种从总体设计上对现有喷气式飞机改进的喷气式飞机，其特征是矩形扁平的机身(2)的纵剖面采用飞机标准机翼剖面的形状，机身(2)二侧无机翼，但安装有可旋转的主喷气发动机(4)，机身(2)尾部安装有可旋转的次喷气发动机(7)或涵道尾桨(34)机身(2)尾部还安装有垂直尾翼(8)和水平尾翼(9)。

2、根据权利要求1所述无翼和垂直起落的喷气式飞机，其特征是机身(2)二侧设备夹层内有起落架室(15)，起落架(16)，主喷气发动机转轴操作间(26)，燃油箱(21)，机舱门(3)，滑油箱(24)。夹层上部还设有紧急弹射降落伞舱(33)。

3、根据权利要求1所述无翼和垂直起落的喷气式飞机，机身(2)前部设驾驶室(1)，仪表间(7)，机身(2)中部为旅客舱或货舱(18)，其后部依次为行李舱(20)，燃油箱(21)，机尾升降舱操作间(22)，机身(2)未端做机尾升降舵(11)

4、根据权利要求1所述无翼和垂直起落的喷气式飞机，可旋转的次喷气式发动机(7)安装在机身(2)未端、也可以安装在垂直尾翼(8)或水平尾翼(9)上。涵道尾管(34)安装在机身(2)未端。

水平尾翼(9)安装在垂直尾翼(8)上，或从机身(2)尾部向二侧延伸成水平尾翼(9)。

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