采用前低后高式双翼布局的短距离起降飞行器的制作方法

本发明涉及飞行器总体布局设计领域，特别涉及一种采用前低后高式双翼布局的短距离起降飞行器。

背景技术：

作为战略投送力量的核心装备，大型运输机在规模化军事行动中有着举足轻重的地位，这类机型具有快速运送大量人员和物资到作战前线的能力，可以对战争结果施加重要影响，因此被各国空军极为重视。除了军事用途以外，大型运输机还在民用航空货运市场和应急抢险救灾行动中发挥着重要作用。

然而，现有的大型运输机多使用常规布局，虽然技术成熟，但场域适应性较差，对机场的要求较高，这一点主要体现在两个方面：一方面为了提高升阻比需要采用大展弦比机翼，常规布局单主翼的配置导致飞行器翼展较大，不利于在较窄的跑道上起降；另一方面，常规布局单主翼的配置不利于布置高效的增升系统，导致起降距离较长。

较差的场域适应性使现有大型运输机通常只能在少量大型枢纽机场起降，以至于在执行空运任务的时候，需要用更小的运输机执行1～2次接力转运，这种枢纽辐射式物资运输有体系繁琐、耗时长的缺点。对军事空运任务来说，这种方式不仅严重影响了部队的快速部署和机动作战能力，还因为需要更多的前进基地而增加了暴露于敌方火力的风险；对商业空运任务来说，二三线机场点对点运输因其快速、高效、经济，正逐渐取代传统的枢纽辐射式运输；对应急抢险救灾任务而言，因其对运输的时效性极其敏感，使得空运成了首选，但灾害现场附近往往也缺乏可供传统大型运输机起降的枢纽机场，极大限制了救灾行动的实施。由此可见，场域适应性对运输机至关重要，它直接决定了运输机能否在小型简易机场甚至前线或灾区的未铺设跑道上起降，进而决定了其能否胜任点对点运输、前线空运、灾区直达等任务。

除了场域适应性差以外，由于机翼升力中心位于重心之后，常规布局运输机需要用平尾负升力产生的抬头力矩来平衡机翼升力所产生的低头力矩，不仅导致总的升力下降，还对尾翼造成较大的配平负担、使尾翼面积增大，导致气动阻力和结构重量上升。

技术实现要素：

本发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种新的飞行器总体布局设计方案，以达到大幅降低翼展和缩短起降距离的目的，进而提高飞行器的场域适应性，使飞行器可在条件更恶劣的场地起降，同时新布局可给气动性能和结构效率带来少量提升。

为了达到上述目的，本发明提供了一种采用前低后高式双翼布局的短距离起降飞行器，包括机身、前翼和后翼，所述后翼的安装高度大于所述前翼，发动机安装在所述前翼的上表面，与所述后翼的尾缘处的外部吹气襟翼匹配，所述发动机的安装高度满足当飞行器巡航时，所述后翼的外部吹气襟翼处于收回状态，发动机射流从所述后翼下方通过，不与所述后翼发生相互作用，当飞行器起降时，所述外部吹气襟翼产生偏角，所述发动机的射流穿过所述外部吹气襟翼增加升力。

进一步地，所述前翼的安装角大于所述后翼。

进一步地，所述发动机与所述后翼的前后距离满足所述发动机工作时产生的射流到达所述后翼下方时温度低于150℃。

其中，所述飞行器的前翼和后翼为串列式布局。

进一步地，所述前翼的中央翼盒从飞行器的主货仓地板下方穿过，所述后翼的中央翼盒从主货仓上方穿过。

其中，所述飞行器的前翼和后翼为盒式布局。

进一步地，所述前翼的中央翼盒从飞行器的主货仓地板下方穿过，所述后翼与垂尾根部直接连接。

本发明的上述方案有如下的有益效果：

本发明提供的前低后高式双翼布局的短距离起降飞行器，双翼布局翼展更小，可以降低飞行器所需的跑道宽度，同时令前翼安装角大于后翼可使飞行器具备天然的纵向静稳定性，并能改善飞行器的失速特性；

前低后高式双翼布局使采用新型外吹式动力增升系统(即在前翼上布置发动机、后翼尾缘布置外部吹气襟翼)成为可能，可提高增升效果、降低起降距离；

发动机布置于前翼上方，前翼的遮挡可防止发动机吸入地面杂物；

操纵方式更多样化，自由度更高，仅使用副翼即可完成很多动作，还具有传统布局所具备的直接力控制能力。并且因为副翼与尾翼有较多功能重叠，互为备份，安全余量大；

前后翼即可实现静稳定和进行俯仰控制，因此降低了尾翼配平的负担，可使尾翼的面积更小，降低气动阻力和结构重量。

附图说明

图1为本发明的实施例1总体布局设计图；

图2为本发明的动力增升系统示意图；

图3为传动的动力增升系统示意图；

图4为本发明的实施例2总体布局设计图。

【附图标记说明】

1-前翼；2-后翼；3-发动机；4-外部吹气襟翼；5-缝隙。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1：

如图1所示，本发明的实施例1提供了一种采用前低后高式双翼布局的短距离起降飞行器，其前翼1和后翼2为串列式布局。其中，后翼2的安装高度明显大于前翼1，发动机3安装在前翼1的上表面，与后翼2的尾缘处的外部吹气襟翼4匹配，发动机3的安装高度满足当飞行器巡航时，后翼2的外部吹气襟翼4处于收回状态，发动机3射流从后翼2下方通过，不与后翼2发生相互作用，当飞行器起降时，外部吹气襟翼4产生偏角，发动机3的射流穿过外部吹气襟翼4增加升力。

采用双翼布局的好处显而易见，在相同的机翼展弦比和总机翼面积的约束下，两对机翼的翼展比常规布局一对机翼的翼展要小很多，可以降低飞行器的横向尺寸，进而降低对跑道宽度的要求。同时前翼1低于后翼2可以避免前翼1的下洗气流对后翼2产生干扰。这种干扰虽然有时是有利的，但多数情况下是有害的，具体取决于飞行条件；并且这种干扰具有较强非线性，会给飞行控制带来很多麻烦。因此，本发明采用前低后高式双翼设计，并令前后翼高度差较大，以避免在各种飞行状态下前翼1对后翼2产生干扰。

同时如图2所示，发动机3安装在前翼1上方，并与后翼2尾缘的外部吹气襟翼4构成增升系统，比传统的增升系统增升效果更好，可以大幅缩短飞行器的起降距离，进而降低对跑道长度的要求。除此以外，前翼1的遮挡可以避免发动机3吸入地面沙石杂物，使飞行器可以在起降条件恶劣的野战机场甚至未铺设的土质跑道上起降。

传统外吹式动力增升系统的原理如图3所示，其提高升力主要通过以下作用：发动机3的射流受外部吹气襟翼4作用向下偏转，气流反过来对外部吹气襟翼4产生一个作用力，该力在竖直方向的分量即升力。外部吹气襟翼4对气流的阻碍作用可以提高前翼1下表面的压力，增加前翼1的升力；下表面部分气流通过缝隙5流向外部吹气襟翼4上表面，为上表面气流补充动量，可以有效延缓外部吹气襟翼4上表面气流分离、消除外部吹气襟翼4后缘处的反流，增加整个机翼的环量、扩大上表面的负压区，进一步增加升力。

但由于发动机3排气温度可达600℃，发动机3直接吊挂在机翼下，与机翼后缘增升装置距离较近，高温气流抵达增升装置时尚未有效地与冷空气进行掺混。为避免被烧蚀，直接受到射流冲击的外部吹气襟翼4结构无法使用铝合金或复合材料制造，只能使用密度较高且昂贵的耐高温材料(如钛合金)制造，导致重量和成本增加。同时，襟翼的作动机构不能处于发动机的高温射流中，提升了增升系统的设计困难。

因此作为进一步改进，本实施例中发动机3与后翼2的前后距离满足发动机3工作时产生的射流到达后翼2下方时温度低于150℃，具体竖直与前后距离可通过数值模拟或试验确定。发动机3工作时产生的高温射流与周围冷空气掺混更充分，温度大幅降低，因此与射流相互作用的外部吹气襟翼4无需用耐高温材料制造，降低了重量和成本，还降低了射流偏转损失和噪音，提高了增升效果，分散了气流对外部吹气襟翼4的冲击载荷，不易发生有害流导致振动。

作为进一步改进，本实施例中前翼1的安装角大于后翼2，这样在飞行时，前翼1的迎角始终比后翼2的迎角大，可以带来两个好处：一是飞行器的气动中心在重心后方，因此具有天然的纵向静稳定性(俯仰稳定性)；二是当飞行器整体迎角增大时，前翼1将先于后翼2达到失速迎角，进而前翼1率先失速并升力下降，而后翼2升力无明显下降，飞行器此时会自动低头改出失速。

本实施例提供的采用前低后高式双翼布局的短距离起降飞行器，前后双机翼的布局为更多的操纵提供了可能，仅使用副翼即可实现滚转、俯仰、直接力控制升降(当飞行器需要爬升时，可以令所有的副翼下偏，飞行器的升力增加，进而高度增加，整个过程飞行器姿态不发生改变，而传统布局飞行器需要先偏转尾翼使飞行器抬头才可爬升，爬升到位后还需要反向操作使飞行器低头)、减速(增大阻力)等操作。由于副翼和尾翼的舵面有较多功能重叠，任何一方故障，剩余部分仍能进行控制，安全余量大。

另外，本实施例中前翼1的中央翼盒从飞行器的主货仓地板下方穿过，后翼2的中央翼盒从主货仓上方穿过，可避免中央翼盒占用货舱空间，也不会影响货物装卸。

实施例2：

如图4所示，本发明的实施例2提供了另一种采用前低后高式双翼布局的短距离起降飞行器，和实施例1的主要区别在于飞行器的前翼1和后翼2为盒式布局，同样能达到实施例1的技术效果。同时，前翼1的中央翼盒从飞行器的主货仓地板下方穿过，后翼2与垂尾根部直接连接。

需要说明的是，虽然给出了两个实施例，但本发明并不限定这两种特定的布局形式(比如除了串列翼和盒式翼布局，联结翼布局也可采用本发明的布置方式，原理上是一致的)，也不限制发动机3的类型，只要具有一前一后两对主机翼，且前翼1低于后翼2皆可采用本发明的设计思路。因此，上述典型实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，本领域技术人员可以在理解本发明的思想和宗旨的基础上对总体布局进行合理变换，但只要不脱离本发明的原理，均应涵盖在本专利要求的权利保护范围内。

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