一种低阻低声爆布局的超声速飞行器

摘要

一种低阻低声爆布局的超声速飞行器，涉及超声速飞行器设计技术领域，采用鸭式布局和大长细比机身，机头整体下垂，尖部的下沿上翘；前起落架向前收入机头的前起落架舱；中前机身的前部布置中等后掠角的全动梯形鸭翼；中前机身的背部、机翼之前为动力系统的进气道；中后机身采用蜂腰设计，以连接机翼的上翼、下翼的根部；后机身垂向并列布置两台喷气式发动机，后机身上部布置大后掠角的梯形垂尾；机翼的上翼、下翼尖部由端板连接。本发明提供的低阻低声爆布局的超声速飞行器减弱了因机翼迎角生成的激波、降低激波对地面的声爆影响，稳定性强，安全可靠。

说明书

技术领域

本发明涉及超声速飞行器设计技术领域，具体而言，涉及一种低 阻低声爆布局的超声速飞行器。

背景技术

对于在大气层内进行高速巡航的飞行器来说，在超声速状态下具 有最小阻力、最大升阻比的气动布局外形是其主要的设计目标。但是 超声速巡航飞行会产生激波，波阻带来的经济性问题和声爆带来的噪 声污染始终是超声速飞机发展的羁绊。尤其对于超声速商用飞机，如 何削弱激波的影响始终是其布局设计的焦点。

超声速飞行器的激波强度取决于其自身的布局和体积。因此，机 身和机翼就成了飞行器主要生成激波的部件。大长细比的机身可以明 显改善激波的分布，但不足以对激波的不利影响产生质的改变。机翼 作为飞机最主要的升力部件，是降低波阻和声爆影响的一个突破点。 如果机翼在相同的机翼面积下，能在更小的迎角产生足够的升力，则 整个机体因迎角带来的激波和阻力(包括波阻)都将有所减低。在目 前的超声速飞行器气动布局范畴内，机翼面积和巡航迎角之间存在一 定的矛盾，无法兼顾低波阻低声爆对小的机翼面积和小的飞行迎角的 要求。

现阶段亟需解决的技术问题是如何设计一种超声速飞行器,该超 声速飞行器能够克服上述现有技术中存在的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种结构合 理、不但能够满足超声速飞行时低阻低声爆要求，还能充分兼顾低速 起降、跨音速加速、超声速巡航等不同飞行阶段对气动力的要求的低 阻低声爆布局的超声速飞行器。

本发明的目的通过如下技术方案实现：一种低阻低声爆布局的超 声速飞行器，采用鸭式布局和大长细比机身，机头整体略下垂，在机 头尖部的下沿处略有上翘；前起落架向前收入机头下部的前起落架 舱；机头之后，圆形横截面的中前机身的前部布置中等后掠角的全动 梯形鸭翼；中前机身背部、机翼之前为动力系统的进气道；中后机身 采用蜂腰设计，且蜂腰处宽度较小、高度较大，以连接机翼的上翼、 下翼的根部；后机身垂向并列布置两台喷气式发动机，后机身上部设 置有大后掠角的梯形垂尾；机翼的上翼、下翼尖部由端板连接。

上述方案中优选的是，机翼为双翼翼型结构，上翼与下翼的翼型 均为等腰三角形，上翼、下翼的顶角在内侧相对、底边相互平行。上 下翼型的间距，根据三角形翼型的前缘角和飞行器的设计巡航速度来 确定。

上述任一方案中优选的是，上翼、下翼间距，根据三角形翼型的 前缘角和飞行器的设计巡航速度来确定。

上述任一方案中优选的是，在机翼上设置第一可偏折前缘、第二 可偏转前缘、第一可偏折后缘、第二可偏转后缘，第一可偏折前缘、 第一可偏折后缘的第一转轴位置在机翼弦长的10％～35％之间，第二可 偏转前缘、第二可偏转后缘的第二转轴位置在机翼弦长的65％～75％之 间。

上述任一方案中优选的是，飞行器进行亚音速加速和跨音速飞行 过程中，第一可偏折前缘、第二可偏转前缘分别同时绕第一转轴和第 二转轴向内偏折，使第一可偏折前缘、第二可偏转前缘的内侧边相互 平行；第一可偏折后缘、第二可偏转后缘同时向内偏折，使第一可偏 折后缘、第二可偏转后缘的内侧边相互平行，形成跨音速构型。

上述任一方案中优选的是，在飞行器进行起降过程中，第一可偏 折前缘、第二可偏转前缘分别同时绕第一转轴下偏一定角度，第一可 偏折后缘、第二可偏转后缘分别同时绕第二转轴下偏一定角度，形成 起飞构型。

上述任一方案中优选的是，在飞行器进行亚音速加速和跨音速飞 行过程中，第一可偏折前缘、第二可偏转前缘和第一可偏折后缘、第 二可偏转后缘也同时恢复基准状态，形成超声速巡航构型。

本发明所提供的低阻低声爆布局的超声速飞行器的有益效果在 于，双翼构型相对于单翼机翼面积增加了一倍，产生相同升力的迎角 理论上可将为原来的一半，可以明显减弱因机翼迎角生成的激波；双 翼构型可以使下翼面将上翼面产生的向下后方传播的激波反射到高 空方向，可以进一步降低激波对地面的声爆影响；双翼构型采用的三 角形(半菱形)翼型，可以利用双翼间的激波干涉将机翼厚度带来的 激波阻力明显削弱。双翼构型采用了自适应的可偏折前后缘，不但在 可以在起降阶段增加机翼弯度，弥补了非常规翼型的低速气动特性不 足，还可以使机翼前缘在内偏时，前缘内侧边缘相互平行，很大程度 避免了跨音速时气流壅塞形成的弓形激波，降低了此时的波阻，使双 翼构型的突破跨音速阶段成为可能，安全可靠。

附图说明

图1是按照本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器的一优选 实施例的结构示意图；

图2是按照本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器的图1所示 实施例的机翼的翼型示意图；

图3是按照本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器的图1所示 实施例起降过程中机翼的翼型示意图；

图4是按照本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器的图1所示 实施例亚音速加速和跨音速过程中机翼的翼型示意图；

图5是按照本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器的图1所示 实施例超声速飞行过程中机翼的翼型示意图。

附图标记：

1-机头、2-鸭翼、3-进气道、4-机翼、5-梯形垂尾、6-后机身、 7-中后机身、8-第一可偏转后缘，8a-第二可偏转后缘、9-端板、10- 第一可偏折前缘、10a-第二可偏折前缘、11-中前机身、13-喷气式发 动机、21-上翼、22-下翼、23-激波、24-反射波、27-第一转轴、27a- 第二转轴。

具体实施方式

为了更好地理解按照本发明方案的低阻低声爆布局的超声速飞 行器，下面结合附图对本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器的一 优选实施例作进一步阐述说明。

如图1-图5所示，本发明提供的低阻低声爆布局的超声速飞行 器，采用鸭式布局和大长细比机身，机头1整体略下垂，在机头1尖 部的下沿处略有上翘；前起落架向前收入机头1下部的前起落架舱； 机头1之后，圆形横截面的中前机身11的前部布置中等后掠角的全 动梯形鸭翼2；中前机身11背部、机翼4之前为动力系统的进气道3； 中后机身7采用蜂腰设计，且蜂腰处宽度较小、高度较大，以连接机 翼4的上翼21、下翼22的根部；后机身6垂向并列布置两台喷气式 发动机13，后机身6上部布置大后掠角的梯形垂尾5；机翼4的上翼 21、下翼22尖部由端板9连接。机翼4为双翼翼型结构，上翼21与 下翼22的翼型均为等腰三角形，上翼21、下翼22的顶角在内侧相 对、底边相互平行。上翼21、下翼22的间距，根据三角形翼型的前 缘角和飞行器的设计巡航速度来确定。上翼21、下翼22之间的间距 根据三角形翼型的前缘角和飞行器的设计巡航速度来确定。

在机翼4上设置第一可偏折前缘10、第二可偏转前缘10a、第一 可偏折后缘8、第二可偏转后缘8a，第一可偏折前缘10、第一可偏 折后缘8的第一转轴27位置在所述机翼4弦长的10％～35％之间，第 二可偏转前缘10a、第二可偏转后缘8a的第二转轴27a位置在所述 机翼4弦长的65％～75％之间。飞行器进行亚音速加速和跨音速飞行过 程中，第一可偏折前缘10、第二可偏转前缘10a分别同时绕第一转 轴27和第二转轴27a向内偏折，使第一可偏折前缘10、第二可偏转 前缘10a的内侧边相互平行；第一可偏折后缘8、第二可偏转后缘8a 同时向内偏折，使第一可偏折后缘8、第二可偏转后缘8a的内侧边 相互平行，形成跨音速构型。

在飞行器进行起降过程中，第一可偏折前缘10、第二可偏转前 缘10a分别同时绕第一转轴27下偏一定角度，第一可偏折后缘8、 第二可偏转后缘8a分别同时绕第二转轴27a下偏一定角度，形成起 飞构型。

在飞行器进行亚音速加速和跨音速飞行时，第一可偏折前缘10、 第二可偏转前缘10a同时绕27和27a向内偏折，使第一可偏折前缘 10、第二可偏转前缘10a的内侧边相互平行；第一可偏折后缘8、第 二可偏转后缘8a也同时向内偏折，使上下两个后缘的内侧边相互平 行，形成跨音速构型

在飞行器进行超音速飞行过程中，第一可偏折前缘10、第二可 偏转前缘10a和第一可偏折后缘8、第二可偏转后缘8a也同时恢复 基准状态，形成超声速巡航构型。

本发明提供的低阻低声爆布局的超声速飞行器气动布局左右对 称。机翼4采用双翼翼型，上翼型21与下翼型22均为等腰三角形， 相对厚度均为4％-6％。上下翼型的顶角在内侧相对，底边相互平行。 上下翼型的间距，根据三角形翼型的前缘角和飞行器的设计巡航速度 来确定。在设计巡航速度下，上翼21前缘尖点处生成的激波23，正 好达到下翼22的顶点。激波23经过顶点产生反射波24，反射波24 正好达到上翼的后缘尖点。下翼22产生的激波和反射波与上翼21的 情况相同。在设计巡航速度下，翼型间的相互激波反射使得翼型的激 波阻力大为降低。

以上结合本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器具体实施例 做了详细描述，但并非是对本发明的限制，凡是依据本发明的技术实 质对以上实施例所做的任何简单修改均属于本发明的技术范围，还需 要说明的是，按照本发明的低阻低声爆布局的超声速飞行器技术方案 的范畴包括上述各部分之间的任意组合。