[发明专利]基于三维科恩达效应的鼓包增升装置及其设计方法

说明书

本发明公开了一种基于三维科恩达效应的鼓包增升装置，包括设置于机翼上表面一定位置的鼓包和高速排气气源，所述高速排气气源来自发动机的喷流，吹到机翼上表面，在鼓包的作用下增加更多的升力，所述鼓包的型面将高速排气气流变为流线弯曲的三维流动。通过鼓包的突起将原本机翼上表面原本均匀的流动变为流线弯曲的三维流动，提高了机翼上表面发动机排气的高速作用面积，在引射作用下，实现了升力的明显增加，结构简单，重量轻便。

技术领域

本发明属于飞行器的气流控制技术领域，尤其是涉及一种基于三维科恩达效应的鼓包增升装置及其设计方法。

背景技术

随着科学技术的发展和实际需求的提高，未来飞行器对于短距起降的要求越来越高。短距起降能力赋予了飞行器在高原、海岛、山区起飞着陆的能力，具有广阔、可观的应用前景。因此开发一种结构简单、重量轻、适合现有飞行器改装、增升性能好的增升装置迫在眉睫。

当下，使用流动控制实现增升是最常见、最热门的研究方向。其中，科恩达效应是其中一种。科恩达效应(Coanda Effect)是指流体(水流或气流)离开本来的流动方向，改为随着凸出的物体表面流动的倾向。同时，由于空气的粘性作用，高速的流体会带动周围更多的气体流动。

科恩达效应应用在飞机上的实例主要是苏联An-72系列运输机和美国 YC-14运输机，其具体使用方式是：重新调整发动机的安装位置，从而使得其发动机(涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机)的尾喷口位于机翼前端上侧，从而使得高动量、高温的发动机尾气直接流过机翼上表面，配合较常规飞机弯曲程度更大的襟翼，从而使得其升力明显增加。但其弊端也是显而易见的：高温的发动机尾气流过机翼上表面会对机翼蒙皮及机翼内部大梁、桁架结构等产生烧蚀，因此需要大量使用笨重、昂贵的高温合金；同时，大弯度襟翼机构结构复杂笨重；并且这种类型的增升装置必须针对特别设计的飞机使用，无法对已有飞机通过简单改造实现性能提高；对于发动机类型要求苛刻，一般使用涡轮风扇发动机或涡轮喷气发动机这类发动机尾气速度较快的发动机，开式转子发动机(桨扇发动机)、电动螺旋桨发动机和涡轮螺旋桨发动机等这类发动机后气流速度较慢的发动机无法使用。

例如公告号为CN 209776789 U的专利公开了一种用于超音速机翼的环量控制变形襟翼，所述变形襟翼上端设有长条形的吹气缝，同时需要增加前缘增升装置，以减小前缘的气流分离，在低速状态下，变形襟翼弯曲成月牙形，同时吹气缝吹出高速射流层，由于科恩达效应的存在，射流层紧贴曲面流动，沿曲面发生偏转，最后向斜下方吹出，此时月牙形的襟翼相当于环量控制技术的圆弧形后缘，这一过程大大增加了机翼的环量，提高了升力系数，同时巡航状态下，襟翼保持平直状态，不会增加额外阻力。该方法改变了机翼的形状，机翼机构复杂，改装不太方便，成本较大。本发明因此而来。

发明内容

1、本发明的目的

针对上述存在的技术问题，提出了一种基于三维科恩达效应的鼓包增升装置，通过鼓包的突起将原本机翼上表面原本均匀的流动变为流线弯曲的三维流动，提高了机翼上表面发动机排气的高速作用面积，在引射作用下，实现了升力的明显增加，结构简单，重量轻便。

2、本发明所采用的技术方案

一种基于三维科恩达效应的鼓包增升装置，包括设置于机翼上表面一定位置的鼓包和高速排气气源，所述高速排气气源用于产生吹到机翼上表面的高速排气气流，所述鼓包的型面将高速排气气流变为流线弯曲的三维流动。

优选的技术方案中，所述高速排气气源为涡轮喷气发动机或涡轮风扇发动机燃烧后的尾气、螺旋桨做功加速后的常温空气、气泵、高压气瓶或气路引气。

优选的技术方案中，所述鼓包设置有调节结构或气路装置，所述调节结构或气路装置用于调节鼓包型面。

优选的技术方案中，所述鼓包的型面以升力系数和升阻比最高，且阻力系数最低为优化目标优化得到。

优选的技术方案中，所述鼓包采用记忆合金或厚度不均匀的柔性材料制成。