[发明专利]一种采用前缘支撑翼的高亚声速后掠翼飞行器气动布局

说明书

本发明公开了一种采用前缘支撑翼的高亚声速后掠翼飞行器气动布局，属于飞行器气动布局设计技术领域。本发明采用支撑翼布局增大了主翼的展弦比，减小了飞机的诱导阻力；通过更改传统支撑翼的布置形式，将支撑翼布置于主翼前缘形成前缘后掠翼支撑布局，降低了支撑翼与后掠主翼的双翼气动干扰。本发明通过对前缘支撑翼位置的合理布置，可以使机翼的升阻特性处于较好的位置，双翼不利干扰大大减弱，接近无支撑翼气动影响的气动效率水平。

技术领域

本发明属于飞行器气动布局设计技术领域，具体涉及一种采用前缘支撑翼的高亚声速后掠翼飞行器气动布局。

背景技术

高亚声速喷气式旅客机已经成为了世界上的主要交通运输工具之一，提高喷气式旅客机的燃油效率有助于实现绿色环保、提高经济效益。美国航空航天局NASA为未来旅客机的发展制定了三代标准，其中预计在2025年-2035年投入使用的第“N+3”代被明确规定其燃油消耗需低于现有旅客机的70％，氮氧化物排放降低75％。

对于减小飞行器的燃油消耗而言最行之有效的办法是提高飞机的升阻比。提高升阻比最有效的办法是提高飞机的机翼展弦比。根据空气动力学经验，飞机机翼的展弦比越大，其机翼诱导阻力越小，飞机的升阻比越高。但在实际工程应用中人们发现，过大的展弦比会使机翼结构倾向于变得细长，导致机翼结构刚度降低。因此机翼展弦比的提高被结构强度刚度的限制约束了。

为了解决这种问题，波音在“N+3”代计划中提出了一种新的机翼布局，支撑翼布局。支撑翼布局采用在主机翼中段用一根支撑翼将其连接到机身某处，形成了类似于斜撑一样的结构。支撑翼的连接有效增强了机翼的结构强度，改善了机翼的气动弹性特征。1996年至2001年，弗吉尼亚理工大学在NASA的资助下对支撑翼布局飞行器进行了广泛、系统的可行性研究。结果表明，支撑翼布局允许机翼在不增大重量和厚度的前提下进一步增大展长，减小诱导阻力。支撑翼布局类似于桁架的结构布置方式使主翼厚度可以设计成比传统机翼更小的样式，可以有效减小激波阻力。(朱自强,王晓璐,吴宗成,等.支撑机翼跨声速民机的多学科优化设计[J].航空学报,2009,30(1):1-11.)

然而，现有的各种支撑翼布局中其支撑翼的主要设计思路是加强机翼结构增加展弦比进而增加气动效率，故设计时主要考虑结构强度问题，支撑翼大多布置在主翼正下方，从俯视图方向看去支撑翼和主翼重叠较大。考虑到支撑翼也会产生气动升力和阻力，它对气流的干扰也会对主机翼的升阻特性造成影响，两翼之间出现强不利的干扰，上下翼面之间的空气形成了局部二维喷管流动，在面积最小处气流容易形成强激波，降低了飞机升力，增加了阻力、噪音，使飞行器升阻比大大下降。虽然机翼和支撑桁架经过翼型优化后能够弥补一定的气动损失，但根据双翼飞行器设计的经验，这种从结构领域展开设计，仅对气动领域进行弥补微调的设计方式对于气动效率的提升是有很大局限性的。

因此，从兼顾气动的角度出发探索一种合理的、高效的支撑翼布局对于提高高亚声速飞行器气动效率是十分重要的。

发明内容

本发明从气动设计角度出发，提出了一种采用前缘支撑翼的高亚声速后掠翼飞行器气动布局。该布局通过采用支撑翼布局增大了主翼的展弦比，减小了飞机的诱导阻力；通过更改传统支撑翼的布置形式，将支撑翼布置于主翼前缘形成前缘后掠翼支撑布局，降低了支撑翼与后掠主翼的双翼气动干扰。因而得到了一种新型的前缘支撑翼后掠翼气动布局方案。

本发明布局使用了传统柱形机身。主翼采用了较大的展弦比，且采用上单翼布局。主翼后掠。所述主翼后掠可以起到提高机翼临界马赫数的作用，降低高声速、跨声速时的飞行阻力。主翼后掠角的具体大小由飞行器巡航马赫数决定，巡航马赫数越大，后掠角越大，一般选取的主翼后掠角范围在30°～40°之间。