[发明专利]一种仿生临近空间飞行器机翼改型设计方法

说明书

本发明提供了一种仿生临近空间飞行器机翼改型设计方法，包括如下步骤：获取蜻蜓翅翼表面的翅室结构、以及蜻蜓翅翼横截面上的褶皱波纹结构；根据蜻蜓翅翼表面翅室结构设计仿生翅室结构；将蜻蜓横截面褶皱波纹结构的极值点平滑连接，得到仿生机翼剖面结构；根据仿生机翼剖面结构制作机翼，并在机翼表面附面层转捩发生起始点之前的位置布置仿生翅室结构。本发明所述的一种仿生临近空间飞行器机翼改型设计方法，通过根据蜻蜓翅翼横截面结构和蜻蜓翅翼的翅室结构设计仿生的改型机翼，通过在机翼上布置合适的仿蜻蜓翅室结构，来控制机翼表面附面层转捩的起始位置，促使附面层提前转捩为湍流附面层，使机翼表面附面层更加稳定。

技术领域

本发明属于航空技术领域，尤其是涉及一种仿生临近空间飞行器机翼改型设计方法。

背景技术

临近空间飞行器是一类运行在距离海平面20km-100km空域范围内的飞行器，即所处高度在现有航空器可控飞行的最高高度以上，而在卫星维持近地轨道飞行的最低高度以下。在此高度范围内，对比于地面通信中继站，其通讯覆盖区域更广；对比于卫星通讯，其延迟时间短、可再回收利用、信息系统可及时更新等；更显著的优势是在该高度范围内，飞行器具有较高的太阳能利用率。因而，近年来关于临近空间飞行器的设计偏向于高空太阳能长航时无人机的设计，所以设计出一种具有较高载荷和工作效率的新型机翼对临近空间飞行器的设计显得尤为重要。

机翼表面附面层流动是影响其工作效率的主要原因，与流动分离息息相关。高雷诺数下机翼表面流体与机翼一接触，附面层会迅速发生转捩，机翼表面大部分区域为湍流附面层，然而，在低雷诺数的条件下，由于黏性作用力增强，机翼表面附面层大部分处于层流状态，层流附面层虽然相较于湍流附面层所产生的阻力较小，但是在存在逆压梯度的情况下，层流附面层的抗干扰能力弱于湍流附面层，因而湍流附面层抵抗附面层分离的能力也较强。若发生层流分离那么机翼所产生的阻力将远远大于湍流附面层相较于层流附面层所增加的阻力。

目前，对于附面层内的流动常采用主被动流动控制技术。其中，传统的机翼附面层控制方法有增加襟翼、附面层吹吸装置等，但在实际应用中存在结构复杂、可靠性低、重量大且不易实现等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种仿生临近空间飞行器机翼改型设计方法，以解决现有机翼附面层内流动主动控制应用于临近空间飞行器机翼导致不易实现的问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明提供了一种仿生临近空间飞行器机翼改型设计方法，包括如下步骤：

获取蜻蜓翅翼表面的翅室结构、以及蜻蜓翅翼横截面上的褶皱波纹结构；

根据蜻蜓翅翼表面翅室结构设计仿生翅室结构；

将蜻蜓横截面褶皱波纹结构的极值点平滑连接，得到仿生机翼剖面结构；

根据仿生机翼剖面结构制作机翼，并在机翼表面附面层转捩发生起始点之前的位置布置仿生翅室结构。

进一步的，所述根据蜻蜓翅翼表面翅室结构设计仿生翅室结构，包括：

根据蜻蜓翅翼表面翅室结构的形状设计仿生翅室结构的形状；

根据蜻蜓翅翼表面翅室结构的特征长度与蜻蜓翅翼的翼展之比得到仿生翅室结构的尺寸；

根据仿生翅室结构在机翼表面对应位置处的附面层厚度确定仿生翅室结构的深度；

根据蜻蜓翅翼表面翅室结构的排布方式设计仿生翅室结构的排布方式。

进一步的，所述仿生翅室结构的形状为四边形、五边形和六边形中的至少一种。

进一步的，所述仿生翅室结构的排布方式为交错排列和对齐排列中的至少一种。