一种具有新型气动布局的飞机机翼和使用该机翼的飞机

摘要

本发明提供一种具有新型气动布局的飞机机翼和使用该机翼的飞机，飞机包括机身和固连在机身上且分别沿翼展方向向外延伸的上、下机翼段，上机翼段的翼梢和下机翼段的翼梢沿翼弦方向错位串列固连构成联合翼梢段以使得所述上、下机翼段与所述机身形成双三角形结构，将翼弦方向定义为前后方向，位于前侧的翼梢的后缘与位于后侧的翼梢的前缘相接。根据现代的“近耦合理论”可知，位于前侧的翼梢会对在后翼梢所承受的气流造成扰动，降低气流扰动对在后的翼梢所产生的阻力影响，使得在前的翼梢所产生的翼尖涡被在后的翼梢持续消化，在前的翼梢所产生的翼尖涡会对在后的翼梢起到升力作用，进而增加了这种三角形结构的联翼的产生升力作用的有效翼展。

说明书

技术领域

    本发明涉及一种具有新型气动布局的飞机机翼和使用该机翼的飞机。

背景技术

轻型或超轻型飞机不仅“亲民”，而且有广阔的应用领域。由于这类飞机造价相对较低，制作相对容易，研制周期又短，使得这类小飞机有丰富的气动外形，精巧的结构设计，比大飞机有更多新颖的技术体现。

为了获得较大的升阻比，轻型飞机通常采用大展弦比的机翼结构，这种机翼面积通常较大以使得单幅机翼的翼展较大。但这种过于细长的机翼的机械强度结构效率较低，不利于将机翼升力传递到机身，且这个薄薄的大展弦比机翼必须有较高的强度来承受巨大的升力扭矩，这使得机翼制作难度很大，寿命不长。老式的双翼飞机的结构较为简单，其通过采用上下布置的两层机翼来获得较大升力，这种双翼飞机升力较大，低空性能稳定，低速飞行效果好，容易操纵，在航测、探矿、空中摄影、空中喷洒农药等工作中应用较为普遍。但这种双翼飞机通常在上、下机翼之间加装支撑或支柱，虽然增加了机翼强度，但也极大的增大了飞行阻力，并且双翼机比单翼机多出的一对机翼也额外增加了由多出来的翼尖涡流产生的诱导阻力。

现有的采用联翼气动布局的飞机结构如图1至图3所示，其包括沿前后方向延伸的机身300，机身300上设有分别沿翼展方向延伸的上机翼段100和下机翼段200，上、下机翼段的外端翼梢相互联接并在上下竖向上重叠布置，这样虽然可以避免常规的双翼机所带来的多出一个机翼导致出现的双倍诱导阻力的问题，但这种联合机翼在使用时存在实际的问题，因为当一个机翼在竖向上小于弦长的范围内有物体时，一定会干扰机翼的流场，上述的这种上下重叠的上、下机翼段之间所形成的干扰会形成混乱的涡流，这部分混乱的涡流会抵消掉涡流所包围的机翼段，这部分机翼段不再产生有效升力，进而会减小产生有效升力的有效翼展。

在授权公告号为CN2122834U的中国实用新型专利申请说明书中公开了一种联翼飞机，该联翼飞机是在传统的双翼机的两对机翼的翼尖设置端翼，并由端翼将两层机翼的翼梢联接固定，这种联翼飞机的上、下机翼的翼尖在竖向上重叠布置，上机翼、下机翼、机身及端板整体形成双口箱型结构。端翼将上、下机翼的翼梢在竖向上错开一定距离，来降低上、下机翼段相互之间的流场干扰，同时，利用端翼减少翼尖涡产生的诱导阻力。但这种双口箱型结构的联翼布局的整体阻力较大，降低了升阻比，导致联翼的起到升力作用的有效翼展较小。并且，上述的这种双口箱型结构的联翼布局由于侧面具有较大面的竖向端板，横向稳定性较差，在遇到较大侧向气流时，容易出现侧向扰动事故。

发明内容

本发明提供一种飞机机翼，以解决现有技术中联翼飞机气动布局的整体阻力较大导致联翼布局的有效翼展较小的技术问题；同时，本发明还提供一种使用上述飞机机翼的飞机。

本发明所提供的飞机机翼的技术方案是：一种飞机机翼，包括分别沿翼展方向向外延伸的上、下机翼段，所述的上机翼段的翼梢和下机翼段的翼梢沿翼弦方向错位串列固连构成联合翼梢段以使得所述的上、下机翼段可与飞机的机身形成双三角形结构，将翼弦方向定义为前后方向，位于前侧的翼梢的后缘与位于后侧的翼梢的前缘相接。

所述的联合翼梢段的沿翼展方向的外侧固连有后掠式三角形外翼，后掠式三角形外翼的翼根处的翼弦方向与所述上、下机翼段的翼梢的翼弦方向一致。

所述的联合翼梢段的沿翼展方向的外侧固连有联接端板，所述后掠式三角形外翼通过联接端板与所述联合翼梢段固连。

所述的上机翼段位于下机翼段的前方，所述上、下机翼段的机翼形状采用下述其中一种方案：

（1）    所述的上、下机翼段均为等弦长的矩形翼，且上、下机翼段的弦长相等；

（2）    所述的上、下机翼段均为翼根弦长大于翼梢弦长的梯形翼；

（3）    所述的上、下机翼段均为翼根弦长小于翼梢弦长的梯形翼。

所述的上机翼段位于下机翼段的前方，上机翼段为用于沿翼展方向贯通布置在机身上部的贯通机翼段，贯通机翼段的沿翼展方向布置的两端翼梢即为所述上机翼段的翼梢，下机翼段包括沿所述翼展方向对应分布在所述机身两侧的两个分体机翼段，两个分体机翼段的沿翼展方向布置的外端翼梢即为所述下机翼段的翼梢，两分体机翼段的沿翼展方向布置的内端翼根用于固定联接在所述机身下部。

所述的贯通机翼段和两个分体机翼段均为等弦长的矩形翼，贯通机翼段的沿翼弦方向与两分体机翼段的内端翼根相对应的位置处与所述两分体机翼段的内端翼根的间距大于所述贯通机翼段的弦长。

本发明所提供的使用上述机翼的飞机的技术方案是：一种飞机，包括机身和固连在机身上且分别沿翼展方向向外延伸的上、下机翼段，所述的上机翼段的翼梢和下机翼段的翼梢沿翼弦方向错位串列固连构成联合翼梢段以使得所述上、下机翼段与所述机身形成双三角形结构，将翼弦方向定义为前后方向，位于前侧的翼梢的后缘与位于后侧的翼梢的前缘相接。

所述的联合翼梢段的沿翼展方向的外侧固连有后掠式三角形外翼，后掠式三角形外翼的翼根处的翼弦方向与所述上、下机翼段的翼梢的翼弦方向一致。

所述的上机翼段位于下机翼段的前方，上机翼段为用于沿翼展方向贯通布置在机身上部的贯通机翼段，贯通机翼段的沿翼展方向布置的两端翼梢即为所述上机翼段的翼梢，下机翼段包括沿所述翼展方向对应分布在所述机身两侧的两个分体机翼段，两个分体机翼段的沿翼展方向布置的外端翼梢即为所述下机翼段的翼梢，两分体机翼段的沿翼展方向布置的内端翼根用于固定联接在所述机身下部。

所述的贯通机翼段和两个分体机翼段均为等弦长的矩形翼，贯通机翼段与两分体机翼段的内端翼根在上下竖向上的间距大于所述贯通机翼段的弦长。

本发明的有益效果是：本发明所提供的飞机机翼的上机翼段的翼梢和下机翼段的翼梢沿翼弦方向错位串列固连构成联合翼梢段，这样，上、下机翼段和飞机的机身就形成双三角形结构，这种双三角形结构使得机翼整体稳定性较好，侧向气流的扰动对其影响降低，并且，由于两机翼段的翼梢沿翼弦方向错位串列固连，根据“近耦合理论”可以知道，位于前侧的翼梢会对在后翼梢所承受的气流造成有利干扰，在前的翼梢所产生的翼尖涡被在后的翼梢接续消化，上、下机翼段的两幅翼梢只产生一副翼梢的翼尖涡，进而降低诱导阻力。

进一步的，在联合翼梢段的沿翼展方向的外侧固连有后掠式三角形外翼，这种外翼可以有效吸收联合翼梢段所产生的翼尖涡，降低诱导阻力，使得这种具有翼梢串联结构即联合翼梢段的联和翼比现有的翼尖上下叠加并联的联和翼增加了产生升力作用的有效翼展，成为诱导阻力很小的高升力高强度结构，并且，这种后掠式三角形的外翼的翼根弦长较大，可以起到较大的升力贡献。

进一步的，通过联接端板将外翼与联合翼梢段固连在一起，便于进行装配和更换。

进一步的，上机翼段为沿翼展方向贯通布置在机身上部的贯通机翼段，这样可以尽量减少机身对机翼流场的影响，提高机翼产生升力的效率。

进一步的，贯通机翼段与两分体机翼段的内端翼根在上下竖向上的间距大于所述贯通机翼段的弦长，通过使两者相距设定间距，进而可以减少贯通机翼段即上机翼段的下表面和两分体机翼段即下机翼段的上表面之间的气动干扰。

附图说明

图1是现有技术中具有联合机翼的飞机的结构示意图；

图2是图1所示飞机的俯视图；

图3是图1所示飞机的侧视图；

图4是本发明所提供的飞机的一种实施例的结构示意图；

图5是图4所示飞机的俯视图；

图6是图4所示飞机的侧视图；

图7是图4中机翼的结构示意图；

图8是图7所示机翼的俯视图；

图9是图7所示机翼的侧视图；

图10是本发明所提供的机翼的实施例2的结构示意图；

图11是图10所示机翼的俯视图；

图12是图10所示机翼的侧视图；

图13是本发明所提供的机翼的实施例3的结构示意图；

图14是图13所示机翼的俯视图；

图15是图13所示机翼的侧视图。

具体实施方式

如图4至图9所示，一种飞机的实施例，该实施例中飞机包括机身1，机身1上设有机翼，与现有技术中的机翼不同的是：本实施例中的机翼包括具有上、下机翼段的联合机翼和设置在联合机翼的沿翼展方向的外侧的外翼4，联合机翼的上机翼段2和下机翼段3均分别沿翼展方向向外延伸，且上机翼段2位于下机翼段3的前方，上机翼段1为用于沿翼展方向贯通布置在机身上部的贯通机翼段，贯通机翼段的沿翼展方向布置的两端翼梢即为所述上机翼段2的翼梢，而下机翼段3则包括沿所述翼展方向对应分布在所述机身两侧的两个分体机翼段，两分体机翼段的沿翼展方向布置的内端翼根用于固定联接在所述机身下部，两个分体机翼段的沿翼展方向布置的外端翼梢即为所述下机翼段3的翼梢，本实施例中，所述的上机翼段2的翼梢和下机翼段3的翼梢沿翼弦方向串列固连构成联合翼梢段5以使得所述的上、下机翼段可与飞机的机身形成双三角形结构，将翼弦方向定义为前后方向，位于前侧的上机翼段2的翼梢的后缘与位于后侧的下机翼段3的翼梢的前缘相接。

本实施例中，外翼4为后掠式三角形外翼，外翼4通过联接端板固连在联合翼梢段5的沿翼展方向的外侧，联接端板与联合翼梢段5固连，后掠式三角形外翼的翼根处的翼弦方向与所述上、下机翼段的翼梢的翼弦方向一致。并且，外翼4为可折叠的外翼即可以在飞机存放时将外翼折叠起来以减小飞机占用的空间。

本实施例中，作为上机翼段2的贯通机翼段和作为下机翼段3的两个分体机翼段均为等弦长的矩形翼，且贯通机翼段的沿翼弦方向与两分体机翼段的内端翼根相对应的位置处与所述两分体机翼段的内端翼根的间距大于所述贯通机翼段的弦长。

为了减少上机翼段的下表面和下机翼段的上表面之间的气动干扰，贯通机翼段与两分体机翼段的内端翼根在上下竖向上的间距大于所述贯通机翼段的弦长。

本实施例所提供的飞机中，上、下机翼段形成联翼结构，且上、下机翼段的翼梢沿翼弦方向错位串联固连构成联合翼梢段，这样上机翼段的翼梢产生的翼尖涡则被下机翼段的翼梢截获梳流，根据现代近耦合设计理论，位于前侧的翼梢所产生的翼尖涡会对后方的翼梢产生向上的升力，提高这种联翼结构的用于提供升力的有效翼展。并且，在联翼结构的外侧所设置的后掠式三角形外翼可以将联合翼梢段所产生的翼尖涡吸收，降低诱导阻力，使得这种具有联合翼梢段的联翼结构成为诱导阻力最小的高升力高强度结构。

本实施例中的飞机机翼为机翼的实施例1，下面另外介绍两种不同机翼形状的飞机机翼实施例。

实施例2：

如图10至图12所示，本实施例提供一种飞机机翼，该飞机机翼与上述飞机的实施例中的主要不同之处在于机翼的机翼形状，本实施例中的联合机翼的第一上机翼段21、第一下机翼段31均为翼根的弦长大于翼梢的弦长的梯形翼，此处第一上机翼段21虽然也是贯通机翼段，但是，该第一上机翼段21的翼根210位于贯通机翼段的中部。此时，上、下机翼段的外端翼梢错位串列固连所形成的联合翼梢段的翼弦小于上机翼段的翼根弦长和下机翼段的翼根弦长之和，这种结构的联翼结构再配上面积较小的第一外翼41，适合运输任务。

实施例3：

如图13至图15所示，本实施例提供一种飞机机翼，该飞机机翼与上述飞机的实施例中的主要不同之处在于机翼的机翼形状，本实施例中的联合机翼的第二上机翼段22、第二下机翼段32均为翼根的弦长小于翼梢的弦长的梯形翼，此处第二上机翼段22虽然也是贯通机翼段，但是，第二上机翼段22的翼根220位于贯通机翼段的中部。此时，上、下机翼段的外端翼梢错位串列固连所形成的联合翼梢段的翼弦大于上机翼段的翼根弦长和下机翼段的翼根弦长之和，这种结构的联翼结构再配上面积较大的第二外翼42，适合高机动任务。

从上述实施例可以看出，通过适当改变上、下机翼段的机翼形状再配上合适面积的外翼，可以使得这种联翼飞机适应不同的性能要求。

上述实施例中，上机翼段位于下机翼段的前方，在其他实施例中，也可以将上机翼段设置在下机翼段的后方，只要使上、下机翼段的翼梢沿翼弦方向错位串列固连形成联合翼梢段即可。

上述飞机和机翼的实施例中，外翼水平布置，在其他实施例中，外翼也可以上翘。

上述实施例中，在联合翼梢段外侧设置有联接端板和外翼，当然，在其他实施例中，也可以去掉外翼，而仅保留联合翼梢段，同样可以利用位于前方的翼梢所产生的升力涡流对位于后方的翼梢产生升力作用提高整个联翼结构的有效升力翼长。