[发明专利]一种适用于水陆两栖飞机着水降载的水翼设计方法

权利要求书

1.一种适用于水陆两栖飞机着水降载的水翼设计方法，其特征在于，按以下步骤进行设计：

第一步、确定水翼的翼型以及安装位置；

第二步、选取水翼面积比：由于水翼浸润面积随着吃水深度的改变不会产生剧烈变化；此外，滑行时俯仰角的变化可能会导致水动中心产生前移，且水翼的接触面积相对较大，可以有效减少滑行载荷；故在0.02-0.15范围内选取面积比；

第三步、选取水翼后掠角：由于飞机着水时，水面会对机体产生巨大的冲击力，水翼作为第一接触体，后掠角可以起到减小波浪对机体冲击的作用，也可有效减小水翼垂向速度；较小的后掠角极易导致运动不稳定，可能导致翼面与支柱连接处长期处于疲劳状态，造成结构断裂，降低水翼使用寿命；但是，当后掠角过大时，水翼内部的空间小，不易内部结构布置；因此，在5-35°范围内选取后掠角；

第四步、选取水翼上反角：综合考虑冲击载荷和滑行性质，水翼上反角最后确定；较小的上反角有利于提高飞行器的滑行性能，但也带来了冲击和喷溅问题，也对稳定性产生威胁；从理论分析，平直水翼(即0°上反角)不可取，因为可能出现0°俯仰角的冲击，产生巨大的水动力；但在实际中，由于流体的压缩性、分离的空气、结构的弹性，在一定展弦比的水翼上不会出现0°冲击，载荷值仍然是有限的；然而，尽管拥有这些缓和条件，在某些状态下，仍将产生极大的冲击载荷；因而，为了减小0°冲击发生的可能性；在10-45°范围内选取水翼上反角；

第五步、数值求解设置：数值模拟采用半模计算，在计算机中设定计算模型；

第六步、参数敏感性分析：在计算机中利用第五步描述的数值模拟方法，以第二步、第三步和第四步确定的水翼几何外形参数作为输入对象，采用纯机身模型带有前飞和升沉的二自由度运动快速评估水翼降载效果，获得最佳的水翼外形参数，并评估水翼在静水面和波浪水面的降载效果；

第七步、加工水翼：若第六步评估后水翼在纯机身模型带有前飞和升沉二自由度运动中初始触水阶段降载率达到60％以上，并且能够保证机身着水时竖向过载不超过1g，则判定为设计合格，按第六步获得的水翼外形参数对水翼进行加工。

2.根据权利要求1所述的一种适用于水陆两栖飞机着水降载的水翼设计方法，其特征在于，第一步中考虑到水翼降载需求，在常用翼型中，选取NACA2410翼型；另外，由于在水上飞机着水的过程中会产生较大的冲击力，为了保证飞机的俯仰稳定性，避免较大的俯仰力矩变化，采用支柱式V型水翼，支柱长度h取2米，其中水翼呈V字形，并且通过支柱连接在机身的下方。

3.根据权利要求1所述的一种适用于水陆两栖飞机着水降载的水翼设计方法，其特征在于，第二步中水翼面积用无量纲参数面积比表示，即水翼翼面积与断阶前等截面机身段底面面积之比κ：

式中，B为机身断阶前体宽度，l_f为断阶前等截面机身段长度，水翼的根弦长为b₀，水翼的梢弦长为b₁，水翼的半展长为l。