变体飞翼飞行器

1.本公开涉及飞行器技术领域，尤其涉及一种变体飞翼飞行器。


背景技术：

2.飞翼飞机是一种没有尾翼，机身的主要部分隐藏在厚厚的机翼内的飞机。飞翼布局是飞翼飞机的气动布局一体化设计的最佳布局之一，通过翼身融合来实现一体化，与常规飞机相比较，飞翼布局取消了平尾、升降舵、垂尾和方向舵等，飞机整体构成一个升力面，从而提高气动效率，增大航程。同时，飞翼布局采用高度翼身融合设计，外形光滑，又无外挂等突出物，具有良好的雷达隐身性能，军事应用潜力大。
3.但是，飞翼布局的发展也存在许多局限性，主要表现为：
4.一方面，翼展的增大受机场起降条件、低空不稳定气流、飞机结构强度与刚度、飞行所需机动性能等诸多条件的限制，其增升减阻的潜力尚未完全发挥；
5.另一方面，由于没有平尾和垂尾，飞翼布局的俯仰、偏航操纵力矩小，俯仰、偏航操纵不稳定，配平较为困难，无法进行超声速飞行和大范围机动。


技术实现要素：

6.为解决现有飞翼飞机的飞翼布局的上述局限性，本公开提供了一种变体飞翼飞行器，具备飞翼式布局和飞翼+v形尾翼布局两种模式，环境适应性强，结构简单可靠。
7.本公开提供了一种变体飞翼飞行器，包括：机身；两个机翼，分别固定于机身的中后部两侧，用于产生升力；两个翼尖，可拆卸地连接于机翼远离机身的一端，两个翼尖关于机身的中心轴线对称设置；两个连接杆，可转动地跨接位于机身同一侧的机翼与翼尖；两组副翼，对应设置于两个翼尖的后缘，每组副翼包含多段副翼，每组副翼相对于翼尖可偏转以产生气动力和滚转力矩，其中，每组副翼内的多段副翼通过向上/向下偏转控制翼尖的升力减小/增加，每组副翼内的不同段副翼通过差动产生滚转力矩；其中，在气动力和滚转力矩的驱动下，两个翼尖围绕两个连接杆向机身内侧同步转动直至倾斜锁定于机身，两个翼尖形成v型尾翼；在气动力和滚转力矩的驱动下，两个翼尖围绕两个连接杆向机身外侧同步转动直至与两个机翼的外端平齐对接，两个翼尖展开形成单翼结构。
8.进一步地，机身的中部两侧各自设置有凸台，凸台的位置与两个翼尖同步转动至机身时的投影位置相对应；在两个翼尖同步转动至机身时，两个翼尖与凸台相对接。
9.进一步地，在气动力和滚转力矩的驱动下，两个翼尖围绕两个连接杆同步转动至两个机翼的上方，两个翼尖和两个机翼共同形成双翼结构。
10.进一步地，两个翼尖沿机身的中心轴线对称设置，两个连接杆沿机身的中心轴线对称设置。
11.进一步地，机翼上开设有凹槽；在翼尖与机翼的外端平齐对接时，连接杆的至少一部分嵌入凹槽。
12.进一步地，凹槽的材料选用柔性变形蒙皮或者可伸缩蒙皮。
13.进一步地，每组副翼内的不同段副翼同步偏转或者差动偏转。
14.进一步地，翼尖与机翼之间的可拆卸地连接，以及翼尖与机身之间的倾斜锁定，各自采用固定销与锁止孔的配合方式。
15.与现有技术相比，本公开提供的变体飞翼飞行器，至少具有以下有益效果：
16.(1)本发明提出一种基于气动力驱动变形的飞翼布局形式，使飞翼飞行器具备飞翼式布局和飞翼+v形尾翼布局两种模式，可以自适应切换两种飞翼布局模式，以适应于不同工况下的飞行需求。
17.(2)本公开结合自展开技术，综合应用气动和飞行控制技术，使机翼的折叠与展开无需额外机构来驱动，结构简单，工作可靠。
18.(2)本公开的飞翼布局可应用于战斗机、轰炸机、侦察机等各类军用飞机，并可进一步扩展应用于各类民航或通航飞行器。
附图说明
19.通过以下参照附图对本公开实施例的描述，本公开的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
20.图1示意性示出了根据本公开实施例的变体飞翼飞行器的俯视结构图；
21.图2示意性示出了根据本公开实施例的变体飞翼飞行器的主视结构图；
22.图3(a)～3(d)示意性示出了根据本公开实施例的变体飞翼飞行器的工作原理图；
23.图4示意性示出了根据本公开实施例的变体飞翼飞行器在飞行过程中的翼尖姿态变化图；
24.图5(a)～5(c)示意性示出了根据本公开实施例的不同飞翼布局下的凹槽与凸台的结构图；
25.图6(a)～6(c)示意性示出了根据本公开实施例的变体飞翼飞行器的气动力控制方式的状态图。
26.【附图标记说明】
27.1-机身；2-左机翼；3-右机翼；4-左翼尖；5-右翼尖；6-左连接杆；7-右连接杆；8-左副翼；9-右副翼；10-左凹槽；11-右凹槽；12-凸台。
具体实施方式
28.为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
29.在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
30.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可
以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
31.在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
32.图1示意性示出了根据本公开实施例的变体飞翼飞行器的俯视结构图。图2示意性示出了根据本公开实施例的变体飞翼飞行器的主视结构图。
33.如图1和图2所示，本公开的实施例提供了一种变体飞翼飞行器，包括机身1、左机翼2、右机翼3、左翼尖4、右翼尖5、左连接杆6、右连接杆7、左副翼8和右副翼9。其中，机身1的内部通常布置有发动机系统、燃油系统、有效载荷舱、航电系统等飞机必备系统。
34.左机翼2固定于机身1的中后部左侧，右机翼3固定于机身1的中后部右侧，每一个机翼由机身1的侧部向外伸展而成，左机翼2和右机翼3用于产生升力。
35.左翼尖4可拆卸地连接于左机翼2远离机身1的一端，右翼尖5可拆卸地连接于右机翼3远离机身1的一端，左翼尖4和右翼尖5关于机身1的中心轴线对称设置。
36.左连接杆6可转动地跨接位于机身1同一侧的左机翼2与左翼尖4，右连接杆7可转动地跨接位于机身1同一侧的右机翼3与右翼尖5。
37.左副翼8设置于左翼尖4的后缘，右副翼9设置于右翼尖5的后缘，左副翼8和右副翼9各自包含多段副翼，左副翼8相对于左翼尖4可偏转以产生气动力和滚转力矩，右副翼9相对于右翼尖5可偏转以产生气动力和滚转力矩。具体地，左副翼8和右副翼9的多段副翼通过向上/向下偏转可以控制翼尖的升力减小/增加，左副翼8和右副翼9内的不同段副翼通过差动则可以产生滚转力矩。
38.图3(a)～3(d)示意性示出了根据本公开实施例的变体飞翼飞行器的工作原理图。
39.本公开实施例中，在一工况下，在左副翼8和右副翼9的气动力和滚转力矩的驱动下，如图3(c)所示，左翼尖4和右翼尖5分别围绕左连接杆6和右连接杆7向机身1内侧同步转动，直至左翼尖4和右翼尖5倾斜锁定于机身1上，此时如图3(d)所示，左翼尖4和右翼尖5形成v型尾翼。
40.如图3(b)所示，在另一工况下，在左副翼8和右副翼9的气动力和滚转力矩的驱动下，左翼尖4和右翼尖5分别围绕左连接杆6和右连接杆7向机身1外侧同步转动，直至左翼尖4和右翼尖5分别与左机翼2和右机翼3的外端平齐对接，此时如图3(a)所示，左翼尖4和右翼尖5展开形成单翼结构。
41.由此，本公开的实施例提出了一种基于气动力驱动变形的飞翼布局形式，使飞翼飞行器具备飞翼式布局和飞翼+v形尾翼布局两种模式，可以自适应切换两种飞翼布局模式，以适应于不同工况下的飞行需求。
42.为了进一步提高左右两个翼尖的同步转动效果，左翼尖4与右翼尖5沿机身1的中心轴线对称设置，左连接杆6与右连接杆7沿机身1的中心轴线对称设置。
43.图4示意性示出了根据本公开实施例的变体飞翼飞行器在飞行过程中的翼尖姿态变化图。
44.如图4所示，在展开变形过程中，左翼尖4和右翼尖5分别与机身1解除锁定后，通过左副翼8和右副翼9的偏转，使得左翼尖4和右翼尖5的升力发生改变，从而左翼尖4和右翼尖
5可以围绕左连接杆6和右连接杆7逐渐向机身1外侧同步转动，直至左翼尖4和右翼尖5分别与左机翼2和右机翼3的外端平齐对接，此时左翼尖4和右翼尖5展开形成单翼结构。由此，变体飞翼飞行器可以从飞翼+v形尾翼布局切换为单翼结构，增大展弦比，也即切换为大展弦比飞翼的布局。
45.同时，在折叠变形过程中，左翼尖4和右翼尖5分别与左机翼2和右机翼3解除锁定后，通过左副翼8和右副翼9的偏转，使得左翼尖4和右翼尖5的升力发生改变，从而左翼尖4和右翼尖5也可以围绕左连接杆6和右连接杆7逐渐向机身1内侧同步转动，也即图4中向上向内折叠，直至左翼尖4和右翼尖5倾斜锁定于机身1上，左翼尖4和右翼尖5形成v型尾翼，从而实现了变体飞翼飞行器的折叠变形。
46.由此，基于机身1两侧的翼尖和连接杆的对称布置，左翼尖4和右翼尖5的翼面形成v型尾翼，v型尾翼兼具垂尾和平尾的功能，既保证了飞翼飞行器的强度，又提高了飞行器的便携性能。
47.图5(a)～5(c)示意性示出了根据本公开实施例的不同飞翼布局下的凹槽与凸台的结构图。
48.如图5(a)和5(c)所示，本公开实施例中，机身1的中部两侧各自设置有凸台12，凸台12的位置与左翼尖4和右翼尖5同步转动至机身1时的投影位置相对应。在左翼尖4和右翼尖5同步转动至机身1上时，也即当机翼从大翼展状态转换为小翼展状态时，两个翼尖与凸台12相对接，从而将左翼尖4和右翼尖5倾斜锁定于机身1上，转变为飞机的尾翼。
49.如图5(a)和5(b)所示，本公开实施例中，左机翼2上开设有左凹槽10，右机翼3上开设有右凹槽11。当机翼从小翼展状态展开为大翼展状态时，在左翼尖4和右翼尖5分别与左机翼2和右机翼3的外端平齐对接，左连接杆6的至少一部分嵌入左凹槽10，右连接杆7的至少一部分嵌入左凹槽11，从而使每个连接杆成为机翼的一部分。
50.可选地，左凹槽10和右凹槽11的材料各自可以选用柔性变形蒙皮或者可伸缩蒙皮，以进行气动整流。
51.图6(a)～6(c)示意性示出了根据本公开实施例的变体飞翼飞行器的气动力控制方式的状态图。
52.本公开实施例中，变体飞翼飞行器的折叠变形或者展开变形过程通过气动力控制来实现，通过翼尖上的副翼的偏转，控制可折叠的翼尖的升力发生变化，驱动翼尖绕连接杆进行旋转，从而实现机翼的折叠，不需要额外作动机构，结构较为简单。
53.具体来说，本公开实施例中，每组副翼内的不同段副翼同步偏转或者差动偏转。对于其中一侧的翼尖来说，在连接杆与翼尖的转动连接处的两侧，各布置有一段副翼，如图6(a)所示。当两段副翼的偏转量不同，也即差动偏转时，如图6(b)所示，利用左副翼与右副翼的偏转角度差，通过两段副翼的差动产生气动力和滚转力矩，从而控制可活动的翼尖的滚转姿态。当两段副翼同时向上/向下偏转时，也即同步偏转时，如图6(c)所示，机翼的升力减小/增加，从而带动可活动的翼尖向上或向下旋转。
54.以上只是示例性说明，本实施例不限于此。例如，飞翼飞行器在折叠变形(或者展开变形)的开始和结束阶段，可折叠的翼尖和内侧固定的机翼之间，和/或可折叠的翼尖与机身之间，需要通过机构进行锁定或解除锁定。该锁定机构可以采用舰载机折叠机翼的常规锁定方案，也可采用其他锁定方案。
55.具体来说，在一些实施例中，翼尖与机身之间的倾斜锁定，可采用固定销与锁止孔的配合方式，使用多个固定销穿过设置于机身端面的锁止孔，使得翼尖的端面和机身的端面固定在一起，从而完成倾斜锁定。类似地，翼尖与机翼之间的可拆卸地连接，也可采用固定销与锁止孔的配合方式。
56.基于上述公开内容可知，本公开的变体飞翼飞行器，具体工作原理在于：机翼的翼尖部分可以与内侧机翼断开，并通过连接杆与内侧机翼连接，在折叠变形状态下机翼的翼尖部分向上向内折叠转变为v形尾翼，为机翼+v形尾翼的布局，该v形尾翼充当水平和垂直安定面，参与飞机的配平。在折叠变形状态下，由于增加了额外的水平安定面，可以进行超声速配平，从而实现超声速飞行。除此之外，翼尖折叠后，全机的转动惯量较小，同时增加了水平和垂直安定面，利于进行复杂机动，并可以在复杂气象条件下起降和飞行。另外，在展开变形状态下，尾翼向外折叠成为机翼的翼尖，变体飞翼飞行器切换为大展弦比的飞翼布局，此时飞翼飞行器的诱导阻力较低，具有较高的升阻比，可以增加飞翼飞行器的航程，同时飞翼飞行器的隐身性能更好。
57.需要说明的是，本公开提供的飞翼布局以及变体飞翼飞行器，可应用于战斗机、轰炸机、侦察机等各类军用飞机，并可进一步扩展应用于各类民航或通航飞行器。
58.综上所述，本公开的实施例提供了一种变体飞翼飞行器，提出了一种基于气动力驱动变形的飞翼布局形式，飞翼飞行器具备飞翼式布局和飞翼+v形尾翼布局两种模式，并且，机翼的折叠与展开无需额外机构来驱动，结构简单，工作可靠。
59.应该明白，公开的过程中的步骤的特定顺序或层次是示例性方法的实例。基于设计偏好，应该理解，过程中的步骤的特定顺序或层次可以在不脱离本公开的保护范围的情况下得到重新安排。所附的方法权利要求以示例性的顺序给出了各种步骤的要素，并且不是要限于的特定顺序或层次。
60.在本公开的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。可能导致本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状、尺寸、位置关系不反映真实大小、比例和实际位置关系。
61.类似地，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分到单个实施例、图或者对其描述中。参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。
62.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。此外，位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存
在多个这样的元件。
63.以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。