[发明专利]无垂直尾翼飞机

说明书

本发明涉及无垂直尾翼飞机。

飞机有垂直尾翼早已成为人们习以为常的事情。然而自然界的鸟类却大都没有垂直尾。

垂直尾翼的基本作用是稳定飞机的垂直面。其上面的活动翼面还能够调整水平航向。垂直尾翼的另一个重要作用是增加飞机后部的侧向气动力矩，起着抗侧风干扰的作用。

垂直尾翼在发挥积极作用的同时也带来了副作用。首先，它增加了结构重量。重量的增加意味着有效载荷的减少。其次，增加了飞机气动外形的风阻，加大了飞行阻力。对于战斗机来说垂直尾翼还增大了雷达的反射面积，破坏了隐身性。

现有无垂直尾翼飞机的种类较少。由于现有这类飞机的气动外形普遍缺少对垂直面的自稳定功能或者稳定度不足。往往要用控制技术参与稳定控制以弥补欠缺。这样做导致了安全性的降低。美国的B1采用了多翼面辅助控制的方法以稳定垂直面，结果出现过坠机。美国的X31技术验证机在后期的实验中，去掉了垂直尾翼完全用矢量喷管进行稳定控制，最终也导致了坠机事故。

本发明去掉了飞机的垂直尾翼，代之用V形对称斜面来稳定垂直面。经过计算和实验验证得知：V形对称斜面能够使飞机的气动外形有足够的自稳定。当然在设计中也能够根据需要，通过调整V形对称斜面来增减稳定度。去掉了垂直尾翼后，可以用矢量喷管代替垂直尾翼调整水平航向。矢量喷管也可以替代垂直尾翼的抗侧风平衡功能。矢量喷管在低速、大迎角飞行时的抗侧风平衡作用好于大垂直尾翼。

V形对称斜面是：无垂直尾翼飞机机身两侧左右对称的平面。该左、右平面上的对应点满足：上部两对应点之间的距离大于下部两对应点之间的距离，后部两对应点之间的距离大于等于前部两对应点之间的距离。由于该对称平面在机身的横切面呈现V形，且左右对称，故称之为V形对称斜面。本发明是用V形对称斜面来稳定无垂直尾翼飞机的垂直面。

为了方便叙述，我们把在机身两侧对称的左、右平面上满足：上部两对应点间的距离大于下部两对应点间的距离，后部两对应点间的距离等于前部两对应点间的距离的对称平面称为：横切面V形对称斜面。把在机身两侧对称的左右平面上满足：上部两对应点间的距离等于下部两对应点间的距离，后部两对应点间的距离大于前部两对应点间的距离的对称平面称为：纵向三角形。

通过对V形对称斜面最大稳定角的计算发现：大角度的横切面V形对称斜面在较小迎风角的情况下，就能够有较大的对垂直面的稳定角。迎风角度越大，稳定角越大。横切面V形对称斜面特别适合于低速大迎角飞行。横切面V形对称斜面的优点是风阻小。不足是：在迎风角为0°时，其稳定角也为零。纵向三角形在迎风角度为0°时，能够有较大的对垂直面的稳定角。它的缺点是：小迎风角时，风阻较大；大迎风角时，稳定度不足。大角度横切面V形对称斜面和纵向三角形可以构成一个稳定三角形(图四)。两者的结合可以取长补短。

稳定三角形中的棱线可以保留，也可以圆滑处理。

飞机翼面近似于平面。有上反角机翼的下翼面，类同于V形对称斜面，也有稳定垂直面的作用。

从定义中不难发现：纵向三角形不同于V形对称斜面，也不同于稳定三角形。纵向三角形的阻力大，大迎风角飞行时稳定度不足。即便将纵向三角形的边平面变形为折面，缓解阻力大的问题后。对于在小迎风角时，阻力基本相同情况下的它们；在低速大迎角飞行时，变形纵向三角形的稳定度仍然远小于V形对称斜面和稳定三角形。

图一是一架战斗机的俯视图。

图二是该战斗机的右视图。

图三是二维、全向、低红外特征矢量喷管

图四是两种稳定三角形

稳定三角形(图四)：

用V形对称斜面衍生的稳定三角形作无垂直尾翼飞机的机身，具有稳定垂直面的作用。稳定三角形更适用于扁片型飞机的机身。图四是两种稳定三角形。一种稳定三角形的主视图(18)、左视图(19)、俯视图(20)和V形对称斜面(21)。另一种稳定三角形的主视图(22)、左视图(23)、俯视图(24)和V形对称斜面(25)。

一种高机动、隐身、高超音速、短距离起降战斗机方案的外形部分(图一、图二)

该战斗机有一个切角稳定三角形升力体机身(1)；有一对可变主机翼(2、7)；主机翼上有禁翼(9)和副翼(8)；有一对高速鸭翼(3)；机身侧斜线(12)；二维、全向、低红外特征矢量喷管(10、图三)；V形对称斜面(11)；机身边条(4)，还有上置进气道(6)；飞行员坐仓(5)。

机身侧斜线(12)：

机身侧斜线是一条在机身侧面前低后高的直线。鸭翼和主机翼布置在该斜线上。同时，它也是三角形升力体机身上下部分的分界线。