[发明专利]一种超声速客机的可折叠式乘波体气动布局结构及方法

说明书

本发明主要属于乘波体气动布局技术领域，具体涉及一种超声速客机的可折叠式乘波体气动布局。所述可折叠式乘波体气动布局，包括机身、主翼、边条翼、垂尾、位于所述主翼上的前掠翼、鸭翼和动力装置，所述鸭翼的后掠角以及所述前掠翼的前掠角能够调节；通过调节所述鸭翼的后掠角以及所述前掠翼的前掠角能够使所述乘波体气动布局呈现展开构型或折叠构型；所述展开构型具有大展弦比，适用于低亚声速起飞、着陆以及适用于跨声速巡航；所述折叠构型为乘波体的构型，适用于超声速巡航。该可折叠式乘波体气动布局兼顾了起降、跨声速飞行以及超声速巡航的优势。

技术领域

本发明主要属于乘波体气动布局技术领域，具体涉及一种超声速客机的可折叠式乘波体气动布局结构及方法。

背景技术

提高巡航速度一直是客机旅行飞行的追求目标，目前全球经济、文化融合度很高，洲际旅行已不鲜见，但即使最快的喷气式客机目前也需要十几个小时才能实现洲际旅行，舒适度、时效性都难以令人满意，超声速客机再次成为人们研究的热点。

近年来，研究人员提出了利用激波上下压力差产生升力的设想，这种流动形态称之为激波—膨胀波流型。应用这种流型的飞行器叫“乘波飞机”，即乘波体，其飞行马赫数最高可以达到20。这种飞行器的外形是流线形，其所有的前缘都具有附体激波，可应用于超声速的飞行器。其原理是将激波后的高压流体限制在飞行器的下表面，激波附着在飞行器的下表面，它就好像骑乘在激波上飞行。设计中尽量避免激波绕过前缘，泄露到上表面，从而在设计迎角范围内，获得比普通外形高得多的升阻比。这种飞机可以满足人们对超声速飞行器的需求，实现快速旅行的理想。

军用的乘波体飞机已经出现，美国洛克韦尔公司在研究XB-70超声速轰炸机时，设计师将发动机舱和一个巨大的楔形进气道置于XB-70飞机的机身腹部，当飞机以马赫数3的速度飞行时，由楔形进气道顶端发出的激波集中作用于机翼的下表面，使机翼下表面的压力突然增大，于是产生了额外的升力。这种新增加的升力成为压缩升力或激波升力，该值约占全机升力的30％，此时并不增加相应的阻力，使得飞机超声速升阻比增加，从而提高了超声速巡航时的经济性。

自从乘波体提出以来，关于乘波体构型的研究，尤其是超声速飞行领域的研究已经相对比较成熟。但在宽马赫数飞行领域，传统的乘波体应用具有固有的限制，尤其是低速飞行，乘波构型的飞行器不能发挥其优势，目前存在的主要问题有：

(1)由于乘波体布局主要适用于超声速飞行阶段，因此在亚音速甚至是跨音速状态下，由于展弦比较低，导致此时的乘波体客机升力线斜率非常低，而且具有较高的诱导阻力，进一步降低了其低速下的升阻比；

(2)乘波体布局的飞行器展长较小，很难在后缘布置足够尺寸的增升装置，其起降状态下的气动性能较差，需要较大的起降场长才能满足要求；

(3)小展弦比导致升力线斜率降低，因此乘波体布局的起降需要较大的起飞姿态角，此时在乘波体背风面容易引起气流分离等不良的气动现象。

基于上述的分析，故要想取得宽速域内较好气动性能的飞行器，就需要进一步研究，设计一种新型的具有高低速气动设计匹配效果的飞行器，除了满足超声速巡航外，还需要兼顾起降性能以及亚声速下的飞行性能。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种超声速客机的可折叠式乘波体气动布局结构及方法。其主要设计思想归纳为：低亚声速起飞着陆以及跨声速巡航(如有)时为展开构型，此时采用小后掠鸭翼以及主翼上的前掠翼，以提高升阻比，改善起降性能；超声速巡航时为折叠构型，此时主翼上的前掠翼绕转轴转动以改变前掠角，紧贴在机身两侧，同时小后掠鸭翼也开始变后掠转动使其后掠角增加，最终鸭翼、主翼同机身形成一个乘波体的构型，非常适合超声速巡航。该气动布局除了满足超声速巡航外，还能够兼顾起降性能以及亚声速下的飞行性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：