[发明专利]刨刀形翼型与飞机、空天飞机

说明书

本发明涉及机翼、飞机、空天飞机等。 

此前普遍认为机翼上表面(上翼面)的隆起、钝圆的前缘，是上表面产生负压升力的必要条件。在低空上表面大约产生了60～80％的升力，在高空上表面升力的下降幅度远大于下表面。隆起和钝圆会增加阻力、产生负升力——降力、降低升阻比，尤其是后掠翼的升阻比更低。还使高速飞机如SR-71、米格25的蒙皮不得不使用钛合金或不锈钢，航天飞机还要披覆大面积的绝热瓦。 

目前飞机的升阻比大约是这样的：亚音速17～20、跨音速10～12，2马赫4～8(摘抄于http://baike.baidu.com/)。 

本发明的目的是：为飞机、地面效应飞机、空天飞机提供一种更理想的刨刀形翼型，其冲压温升低、冲压热功率小、噪音低、隐身。从低速到高超音速，升阻比都将达到20～60甚至更大。使客货运飞机的效率接近大型客货运汽车的水平。还可以用于地效飞机、风扇、螺旋桨、风车叶轮、滑翔机、无人驾驶飞机、远程滑翔弹和高速巡航导弹等。 

本发明的目的是这样实现的： 

气体动能学表达了冲压压力是升力、降力、超音速激波等问题的本质(见附录)，据此采取尽量减少机翼上表面——上翼面以及机头、机尾的阻力和降力，减少机翼下表面(下翼面)压缩空气的逃逸等措施，大幅度提高各种速度的机翼的升阻比。 

以下对本发明给予详细的说明： 

以往翼型的上翼面都有显著的隆起，超临界翼型隆起较少，它们都是隆起机翼。 

参照图1、隆起机翼，设飞机水平、直线、最经济的巡航飞行。 

从翼根到翼梢之间，作许多个与机身轴线平行、与水平面垂直的剖面图。 

每个剖面图的前缘都最前突、其切线与水平面垂直，这些剖面图的前突点大致可以连成一条1-1线，称为前缘线。 

每个剖面图的隆起部位都有一个顶点，这些顶点大致可以连成一条2-2线，称为顶线。 

前缘线与顶线的高度差称为前顶高差，前缘线与顶线之间的弧线的长度称为前顶距离。 

3-3是后缘。 

通常称机翼的弦长与前进方向的夹角为迎角α，现在从微观上追究它们的作用：机翼、机身表面上每个点的切线与前进方向的夹角α′，直线、平面共有同样大的一个α′，曲线、曲面有若干个α′。 

设飞机水平飞行，考察冲压压力在铅直和水平方向的偏转力： 

机翼下表面——下翼面、机头下方与前进方向的夹角α′为第I象限，该区域的正压力与cosα′产生升力和阻力。 

前缘线与顶线之间、机头上方的α′为II象限，该区域的正压力与-cosα′产生降力和阻力。 

顶线与后缘之间、机尾上方的α′为III象限，该区域的负压力与-cosα′产生升力和阻力。 

机尾下方的α′为IV象限，该区域的负压力与cosα′产生降力和阻力。 

α′＝0(0°)、α′＝π(180°)、sinα′＝0，作用力为0。 

cosα′＝0，正压力全部转变阻力——纯阻力。 

cosα′＝0，负压力全部转变为纯阻力。 

前缘线附近是气流能量变化最剧烈的区域，尽量利用这些能量可以获得巨大的收益，反之会带来巨大的损失，该区域越圆钝、曲率半径越大，与飞行方向接近垂直的面积越大，纯阻力就越大，隆起越高前顶高差大、前突距离长、1-1和2-2之间的面积就越大，冲压压力转变为无效的阻力和降力也越大。 

鸟类的翅膀与隆起机翼最接近，是因为它们必须要容纳骨骼、肌肉、皮肤、羽毛。 

为了避免高速飞行的震颤，包括超临界机翼在内的隆起机翼都必须后掠，否则当冲压压力骤增时： 

1、圆钝的前缘以及很高的隆起会产生较大的后掠形变：后掠增加，冲压压力减少，机翼回弹；后掠减少，冲压压力又增加，于是产生了后掠震颤。 

2、机翼各处的升力、降力的不均衡，以及力矩、刚度的差异，发生了大致以翼型中心连线为轴的扭转形变，翼梢扭转形变最大，随着扭转力的增减，扭转形变也增减，于是产生了扭转震颤。 

3、以机身为轴，翼梢上翘，随着冲压压力的增加或减少，上翘随之增减，就像鸟类的扑翼那样产生了扑翼震颤。