[发明专利]一种带动力翼装巡航飞行器气动布局设计方法

说明书

本申请属于飞行器气动布局设计技术领域，特别涉及一种带动力翼装巡航飞行器气动布局设计方法。所述方法包括步骤S1、确定所述飞行器的巡航阶段总升力；步骤S2、确定所述飞行器飞行过程中的质量分布，同时获得驾驶员腰部及脚踝所能承受的最大等效集中力；步骤S3、构建飞行器整体力和力矩平衡方程，确定机翼和平尾的安装位置以及各自的升力；步骤S4、以机翼与平尾的升力为设计目标，进行翼型、平面形状、安装角的参数设计。本申请提供的带动力翼装巡航飞行器，在满足翼装飞行器巡航阶段升力需求的基础上，使人体关键部位所受载荷最小化，减轻长时间巡航维持姿态对使用者身体造成的负担，确保飞行器设计方案可行。

技术领域

本申请属于飞行器气动布局设计技术领域，特别涉及一种带动力翼装巡航飞行器气动布局设计方法。

背景技术

相对于步行、车载、乘机、跳伞等空间移动方式，单人轻型飞行器具有灵活、快速、不受地形限制等优势，在特种作战、险地救援、极限运动、民用交通等方面具有应用潜力。带动力翼装是此类飞行器的一种，采用固定翼与动力系统相结合的布局形式(如图2)，相对于无动力翼装、飞行滑板、飞行背包等单人轻型飞行器，具有航时长、加速性能好等优势。带动力翼装的气动布局设计，在类比常规飞机气动布局设计方法的基础上，还必须保证使用者所承受载荷不超过身体极限，能够在巡航飞行中长时间维持身体姿态。只有满足上述设计要求，该飞行器方案才具备可行性。

发明内容

本申请的目的在于，针对上述存在的问题，提供一种满足单人带动力翼装巡航飞行要求的气动布局设计方法，该方法可实现在不同升力需求下，对翼装面积分配及相对位置进行参数化设计。

本申请带动力翼装巡航飞行器气动布局设计方法，主要包括：

步骤S1、确定所述飞行器的巡航阶段总升力；

步骤S2、将所述飞行器划分为多段，并根据驾驶员的人体重量分布以及燃料包的位置确定所述飞行器飞行过程中的质量分布，同时获得驾驶员腰部及脚踝所能承受的最大等效集中力；

步骤S3、构建飞行器整体力和力矩平衡方程，以所述驾驶员腰部及脚踝所能承受的最大等效集中力最小为优化目标，确定机翼和平尾的安装位置以及各自的升力；

步骤S4、以机翼与平尾的升力为设计目标，进行翼型、平面形状、安装角的参数设计。

优选的是，步骤S1中，根据飞行器总重确定飞行器的巡航阶段总升力，按照如下公式，估算飞行器总重W₀：

其中，W_Crew为人体重量，可按照成年男子平均重量估算；W_Equipment为飞行器携带装备的重量；C_payload为任务载荷系数。

优选的是，步骤S2中，将载人后的飞行器简化为三部分，分别为从驾驶员头顶到腰部的第一部分，从腰部到脚踝的第二部分，以及从脚踝到动力支座底部的第三部分，所述第一部分包括驾驶员上肢和燃料背包。

优选的是，步骤S2中，进一步包括：根据所述飞行器飞行过程中的质量分布确定飞行器的整体重心位置。

优选的是，步骤S3中，进一步包括确定提供飞行器升力的机翼和平尾的位置限制，所述机翼升力作用点位于飞行器重心之前，平尾升力作用点位于驾驶员脚踝到支座底部之间。

优选的是，步骤S4中，进一步包括：

步骤S41、根据预设的飞行器巡航速度及高度确定总升力面积；

步骤S42、按所述机翼和平尾的升力对所述总升力面积进行分配；

步骤S43、从翼型库中选择一种低速翼型；

步骤S44、根据机翼变形的可实现性确定机翼展长尺寸限制；