专利名称：一种鸭式前掠变展长翼面积的伸缩翼气动布局的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无人机气动布局，特别是涉及一种鸭式前掠变展长翼面积的伸缩翼气动布局，属于无人机气动布局技术领域。
背景技术：
近年来，航空技术迅猛发展，对飞行器设计逐渐向多任务多功能的方向发展。传统的固定翼飞行器设计，受到技术方面的限制，只能够做到在不同的飞行任务状态之间进行折衷，飞行器只有在某个空域范围、某个速度状态范围才能够具有良好的气动性能，离开设计点飞行时飞行器的气动力性能则下降。因此，一种固定翼飞行器机型的功能突显单一，其机动性和灵活性都受到很大限制。变形飞行器可使飞行器在各个任务阶段都具有最优化的气动性能，从而增强飞行器的续航能力或节省燃油、改善飞机的起降性能和操稳特性、提高飞机的作战任务适应能力。目前无人机主要采用固定翼气动布局，存在无法兼顾高低速性能，作战功能少，生存能力差等问题。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有技术的不足，提供一种兼顾飞行器高速巡航， 低速盘旋侦察，对地高速俯冲攻击等多种作战任务的性能要求的鸭式前掠变展长翼面积的伸缩翼气动布局。本发明的技术解决方案是一种鸭式前掠变展长翼面积的伸缩翼气动布局，包括机身、鸭翼、机翼和垂尾，机翼包括前掠内机翼和前掠可伸缩外机翼，前掠可伸缩外机翼通过伸缩机构与前掠内机翼内部连接，在无人机马赫数为0. 2时，伸缩机构伸展将前掠可伸缩外机翼伸出到前掠内机翼外部，在无人机马赫数为0.4时，伸缩机构收缩将前掠可伸缩外机翼收缩在前掠内机翼内部，其中前掠可伸缩外机翼与前掠内机翼的面积比为0. 25 0. 45。所述的伸缩机构包括驱动机构、铰链连杆机构、伸缩导轨和外翼连接架，伸缩导轨、铰链连杆机构和外翼连接架在驱动机构两侧对称分布，驱动机构包括电机、两个同步齿轮和支座，伸缩导轨为直接在前掠内机翼双梁上加工的导轨槽，铰链连杆机构由若干铰链和支杆组成的菱形机构，在棱形机构末端的支杆上安装凸杆，凸杆卡在伸缩导轨中，外翼连接架固定安装在棱形机构末端，外翼连接架上安装前掠可伸缩外机翼，棱形机构前端的支杆与同步齿轮齿轮连接，两个同步齿轮相互捏合，其中一个同步齿轮与电机的传动轴连接， 电机和两个同步齿轮固定安装支座，支座固定安装在机身的对称轴上。本发明与现有技术相比有益效果为(1)本发明采用变展长翼面积的伸缩翼布局，使无人机在不同的空域、不同的速度状态范围都具有良好的气动性能，提高了无人机的机动性和灵活性；(2)本发明在Ma = 0. 2和0. 4范围，低速飞行时，大展弦比气动布局巡航升阻比比小展弦比高20%以上，高速飞行时，小展弦比气动布局巡航升阻比比大展弦比高15%左右，相比同量级固定翼飞行器，本发明伸缩可变形飞行器可增大航程10%，同时具备MaO. 2 和MaO. 4巡航飞行的能力；(3)本发明采用伸缩翼气动布局，在不增加飞行器结构复杂性的基础上，兼顾飞行器高低速性能，提高飞行器的作战能力；(4)本发明采用伸缩机构不易锁死，鲁棒性更强，易于实现前掠内机翼和前掠可伸缩外机翼一体化设计，重量较轻，同时前掠可伸缩外机翼的收缩变形速度快。
图1为本发明低速状态下的结构示意图；图2为本发明高速状态下的结构示意图；图3为本发明伸缩机构结构示意图；图4为本发明铰链连杆机构原理图；图5为大展弦比和小展弦比气动布局升阻力极曲线(横坐标D表示阻力，纵坐标 L表示升力)；图6为大展弦比和小展弦比气动布局升阻比和升力关系曲线(横坐标L表示升力，纵坐标K表示升阻比)。
具体实施例方式本发明设计原理在不增加飞行器结构复杂性的基础上，兼顾飞行器高低速性能， 提高飞行器的作战能力。在Ma = 0.2和0.4范围。伸缩翼气动布局可以带来好处是基于如下原理。无人机的气动阻力主要由两部分构成，废阻和诱导阻力。Cd = Cdq +AC2l其中Cdq为零升阻力，为机翼面积的函数，A为诱导阻力因子，为展弦比的函数。大展弦比和小展弦比布局机翼面积变化率达到将近35%，如果考虑外露面积变化率达到45%。由此小展弦比布局零升阻力比大展弦比小。另一方面小展弦比气动布局的诱导阻力因子比大展弦比大。这就造成，高速飞行时，所需升力系数较小，Cdo占据主导，小展弦比布局升阻比较大。低速飞行时，所需升力系数较大，诱导阻力占据主导，大展弦比布局升阻比较大。分析表明小展弦比的特点之一是最大升阻比位置出现在较小攻角。大展弦比的优势则在于提供最大升阻比的同时可以提供较大的升力系数。在保证升阻比占优的前提下，通过调整和优化机翼的平面形状，设计出高速和低速飞行时合理的静稳定裕度。高速构型小展弦比布局一方面要求快速到达，还要进行对地攻击任务，这就要求机动性较强，静稳定裕度较小约为5%。低速构型用于盘旋侦察和压制， 所以其静稳定裕度设定较大约为10%。为满足这种要求，无人机采用前掠伸缩翼布局，并通过优化确定最终的布局形式和参数。如图5，6所示，在Ma = 0.2和0.4范围，无人机低速飞行时，大展弦比气动布局巡航升阻比比小展弦比高20%以上，无人机高速飞行时，小展弦比气动布局巡航升阻比比大展弦比高15%左右，相比同量级固定翼飞行器，本发明伸缩可变形飞行器可增大航程10%，同时具备MaO. 2和MaO. 4巡航飞行的能能力。
本发明如图1、2所示，由机身1、鸭翼2、前掠内机翼3、前掠可伸缩外机翼4和垂尾 5等五大部分组成。在前掠内机翼3内部安装伸缩机构驱动前掠可伸缩外机翼4无极伸缩， 高速巡航时将前掠可伸缩外机翼4缩到前掠内机翼3里面，使机翼变为小展弦比，适应高速飞行。低速巡航时将前掠可伸缩外机翼4伸出，使机翼展弦比达到最大，适应低速飞行，通过控制前掠可伸缩外机翼4的位置改变无人机的展长，以适应飞行作战任务的气动要求。伸缩机构如图3所示，伸缩机构包括驱动机构、铰链连杆机构、伸缩导轨67和外翼连接架64，伸缩导轨67、铰链连杆机构和外翼连接架64在驱动机构两侧对称分布，驱动机构包括电机61、两个同步齿轮62和支座63，伸缩导轨67为直接在前掠内机翼3双梁上加工的导轨槽，铰链连杆机构由若干铰链65和支杆66组成的菱形机构，在棱形机构末端的支杆66上安装凸杆68，凸杆68卡在伸缩导轨67中，外翼连接架64固定安装在棱形机构末端，外翼连接架64上安装前掠可伸缩外机翼4，棱形机构前端的支杆与同步齿轮62齿轮连接，两个同步齿轮62相互捏合，其中一个同步齿轮62与电机61的传动轴连接，电机61和两个同步齿轮62固定安装支座63，支座63固定安装在机身1的对称轴上，伸缩导轨67前端安装限位装置，限制前掠可伸缩外机翼4伸出位置。伸缩机构的伸缩运动机理伸缩机构采用机翼机身一体化设计实现。采用3组菱形机构来实现所需的约 580mm行程的伸缩运动，主翼根部的两个铰链处的连杆通过齿轮啮合实现同步运动，并通过电机驱动其中一个铰链处的连杆旋转来带动整个机构进行伸缩变形。机构原理1)伸缩导轨。直接在主翼双梁上开导轨槽，在不增加结构重量的情况下实现；2)铰链连杆机构如图4所示。左右对称，对称面安装在机身对称面上实现，外侧直接连接在外翼上。该机构与伸缩导轨的连接，通过安装在外翼翼根前后缘上的小凸杆实现， 该凸杆卡在伸缩导轨槽中。由此实现外翼在伸缩方向上的运动，并限制其其它几个方向上的弯扭自由度；幻驱动器。采用安装在机身上的步进电机。伸缩机构可以为其它形式，不以上述机构所限，只要能满足前掠可伸缩外机翼4 在前掠内机翼3伸缩即可。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求
1.一种鸭式前掠变展长翼面积的伸缩翼气动布局，包括机身(1)、鸭翼O)、机翼和垂尾(5)，其特征在于所述的机翼包括前掠内机翼(3)和前掠可伸缩外机翼，前掠可伸缩外机翼(4)通过伸缩机构与前掠内机翼(3)内部连接，在无人机马赫数为0.2时，伸缩机构伸展将前掠可伸缩外机翼(4)伸出到前掠内机翼(3)外部，在无人机马赫数为0.4时，伸缩机构收缩将前掠可伸缩外机翼(4)收缩在前掠内机翼(3)内部，其中前掠可伸缩外机翼(4) 与前掠内机翼(3)的面积比为0. 25 0. 45。
2.根据权利要求1所述的一种鸭式前掠变展长翼面积的伸缩翼气动布局，其特征在于所述的伸缩机构包括驱动机构、铰链连杆机构、伸缩导轨(67)和外翼连接架(64)，伸缩导轨(67)、铰链连杆机构和外翼连接架(64)在驱动机构两侧对称分布，驱动机构包括电机 (61)、两个同步齿轮(6 和支座(63)，伸缩导轨(67)为直接在前掠内机翼C3)双梁上加工的导轨槽，铰链连杆机构由若干铰链(6 和支杆(66)组成的菱形机构，在棱形机构末端的支杆(66)上安装凸杆(68)，凸杆阳8)卡在伸缩导轨(67)中，外翼连接架(64)固定安装在棱形机构末端，外翼连接架(64)上安装前掠可伸缩外机翼G)，棱形机构前端的支杆与同步齿轮(6 齿轮连接，两个同步齿轮(6 相互捏合，其中一个同步齿轮(6 与电机(61) 的传动轴连接，电机(61)和两个同步齿轮(6 固定安装支座(63)，支座(6 固定安装在机身(1)的对称轴上。
全文摘要
一种鸭式前掠变展长翼面积的伸缩翼气动布局，包括机身、鸭翼、机翼和垂尾，机翼包括前掠内机翼和前掠可伸缩外机翼，前掠可伸缩外机翼通过伸缩机构与前掠内机翼内部连接，在无人机马赫数为0.2时，伸缩机构伸展将前掠可伸缩外机翼伸出到前掠内机翼外部，在无人机马赫数为0.4时，伸缩机构收缩将前掠可伸缩外机翼收缩在前掠内机翼内部，其中前掠可伸缩外机翼与前掠内机翼的面积比为0.25～0.45。本发明采用变展长翼面积的伸缩翼布局，使无人机在不同的空域、不同的速度状态范围都具有良好的气动性能，提高了无人机的机动性和灵活性；本发明在Ma＝0.2和0.4范围，低速飞行时，大展弦比气动布局巡航升阻比比小展弦比高20％以上，高速飞行时，小展弦比气动布局巡航升阻比比大展弦比高15％左右，具备Ma0.2和Ma0.4巡航飞行的能力。
文档编号B64C1/00GK102267557SQ201110105969
公开日2011年12月7日 申请日期2011年4月27日 优先权日2011年4月27日
发明者白鹏, 石永彬, 陈广强 申请人:中国航天空气动力技术研究院