[发明专利]一种中距耦合折叠双翼飞行器

说明书

本发明公开了一种中距耦合折叠双翼飞行器，属于飞行器气动布局设计技术领域。所述飞行器使用传统柱型机身，机尾具有三个几何外形相同的尾翼，飞行形态时，前翼具有后掠角使自身后缘线垂直于机身轴线，后翼为下单翼，后翼弦长为前翼弦长的50％；后翼具有前掠角，前翼与后翼的垂直距离即为机身的垂直高度；前翼后翼可以向后旋转折叠；折叠状态时，其前翼隐藏于机身侧方，后翼隐藏至机身的下方。本发明能够利用后翼上表面的气流加速效果和后翼上表面的低压区，增强前翼后缘气流克服逆压梯度的能力，进而增加飞行器的升阻比，使其达到接近单翼飞行器甚至超出单翼飞行器的气动效率水平。

技术领域

本发明属于飞行器气动布局设计技术领域，具体涉及一种采用中距耦合折叠双翼的飞行器气动布局。

背景技术

折叠翼飞行器是可以将自身翼面折叠收纳的飞行器，其具有占地空间小，便于存放和携带的特点。在军用侦查及民用测绘领域均具有十分积极的意义。

由于折叠翼飞行器的机翼需要折叠到机身附近。而机身长度有限，故机翼的最大长度因此受到限制。考虑到折叠翼的机翼强度较差，即使不考虑机身长度的限制，展长也不应过长。因此为了增加机翼面积使飞行器能够获得足够多的升力，折叠翼飞行器中出现了双翼布局，如美国的Switchable弹簧刀无人机，其机头和机尾的位置各具备一对展长弦长相同的折叠翼，有效增加了飞行器的机翼面积和产生的升力。但其他问题随之出现，由于前翼/上翼的尾迹气流会对后翼/下翼产生不利气动干扰，双翼飞行器的气动效率比同等翼面积和展弦比的单翼飞行器低，这压缩了双翼飞行器能量利用率和巡航时间的提升空间。

基于空气动力学相关定义参数可知，折叠翼飞行器的飞行环境多属于中等雷诺数，如雷诺数50万至300万的环境，故飞行器表面空气流动特征与大型飞行器(雷诺数处于1000万至数千万的量级)存在一定差异。传统飞行器设计经验表明，要提高相同弦长的双翼飞行器的升阻比，应当尽量增加两翼之间的前后及竖直距离，以降低飞行器双翼不利气动干扰。如弹簧刀无人机，分别布置于机头位置和机尾位置的机翼使双翼距离达到了可设计范围内的最大水平。但这种以减弱不利影响为首要目的的布局设计方法对中等雷诺数双翼飞行器气动效率的提升是有限的，无法使飞行器升阻比达到或超过相同翼面积和展弦比的单翼飞行器。这是因为双翼布局在气动效果上既有不利影响又有有利影响，一味地增加前后翼距离会导致不利气动效果减小的同时有利气动效果也在以同样的比例减小。因此，提出一种在折叠飞行器对应的中等雷诺数下能尽可能降低双翼不利气动干扰并利用双翼有利气动干扰的新型气动布局是有可能且有必要的。

发明内容

本发明从气动角度出发，基于中等雷诺数空气流动特点提出了一种采用中距耦合双翼布局的折叠翼飞行器。该布局通过采用将弦长较小的后翼布置于前翼后缘下方，利用后翼上翼面的气流加速作用对前翼后缘的气流进行引流加速，利用后翼上翼面的低压区降低了前翼后缘的压强，增强了前翼上表面气流克服逆压梯度的能力。后翼的弦长仅为前翼的50％，降低了前翼对后翼不利气动影响在整体气动中所占的比重，有利气动影响的效果变大。因此整体上飞行器的升阻比高于传统双翼飞行器。这种利用后翼气动干扰的耦合形式形成了一种新型中距耦合双翼布局。

本发明提供的中距耦合折叠双翼飞行器，使用了传统柱型机身，飞行器机尾具有三个几何外形相同的尾翼，其中一个尾翼垂直于机身水平面向上，另外两个布置于机尾两侧垂直于飞行器左右对称面。飞行器处于飞行形态时前翼具有后掠角使自身后缘线垂直于机身轴线。后翼为下单翼，后翼弦长为前翼弦长的50％。飞行形态时后翼具有前掠角，其前掠角保证后翼前缘与前翼前缘的弦向距离始终占前翼弦长的90％左右(±10％)。前翼与后翼的垂直距离即为机身的垂直高度。前翼和后翼分别通过前翼转轴和后翼转轴与机身连接，使得前翼后翼可以向后旋转折叠。前翼的展长不大于前翼转轴与尾翼的距离，后翼的展长不大于后翼转轴与尾翼的距离，保证飞行器进入折叠状态时机翼不会与尾翼形成结构干涉。当飞行器进入折叠状态时，其前翼沿机身两侧向后旋转，隐藏于机身侧方，左右后翼沿俯视图平面向后旋转90度，隐藏至机身的下方。从俯视方向看去飞行器呈现为柱形。

本发明的优点在于：