一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构的制作方法

1.本发明涉及一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，属于航空飞行器技术领域。


背景技术：

2.飞翼布局是未来航空侦查、轰炸、运输等飞行器气动布局的发展趋势。
3.飞翼布局具有气动效率高和隐身性能好等优势，但也存在突出的气动与控制问题，最典型问题是其控制系统复杂、操纵效率低。传统飞翼布局为了保证操纵性，需布置襟翼、副翼、升降舵、阻力方向舵、绕流板等复杂的气动舵面，复杂的舵面系统使得结构重量大、控制系统复杂、舵面间耦合严重，且舵面偏转带来的几何不连续还会使气动和隐身性能明显降低，这严重制约了飞翼布局的气动与隐身核心优势。
4.对于未来隐身飞行器，采用常规的设计思路很难有效解决上述问题。因此亟需寻找一种机械舵面控制方式的替代方案，解决传统飞翼布局气动、隐身性能受机械舵面限制，且操纵性差的瓶颈问题。


技术实现要素：

5.本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供出了一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，使得飞翼布局飞行器可实现无舵面飞行。
6.本发明的技术解决方案是：
7.一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，包括：左内机翼、右内机翼、左外机翼、右外机翼、左侧射流布置区、右侧射流布置区；
8.左内机翼与右内机翼左右对称，左外机翼与右外机翼左右对称；左侧射流布置区与右侧射流布置区左右对称设置在左外机翼和右外机翼的后缘处；
9.所述左侧射流布置区和右侧射流布置区结构相同，均包括上射流流道和下射流流道，通过上射流流道出口和下射流流道出口均可喷射射流；
10.当左侧射流布置区和右侧射流布置区同时向上施加射流时，则控制无人飞行器抬头；
11.当左侧射流布置区和右侧射流布置区同时向下施加射流时，则控制无人飞行器低头；
12.当后视左侧射流布置区向上喷射射流同时右侧射流布置区向下喷射射流时，控制无人飞行器左滚；
13.当后视左侧射流布置区向下喷射射流同时右侧射流布置区向上喷射射流时，控制无人飞行器右滚；
14.当后视左侧射流布置区上、下同时施加射流时，控制无人飞行器左偏航；后视右侧射流布置区上、下同时施加射流时，控制无人飞行器右偏航。
15.进一步的，所述左侧射流布置区和右侧射流布置区布置在飞行器展向57％～86％
的范围。
16.进一步的，射流作用区域占总展长的29％。
17.进一步的，所述左侧射流布置区和右侧射流布置区在翼型剖面弦向的98％位置处。
18.进一步的，所述左侧射流布置区和右侧射流布置区的射流出口缝隙尺寸占当地翼型弦长的0.5％。
19.进一步的，所述左侧射流布置区和右侧射流布置区的射流质量流率可调节，用于在不同飞行阶段保持或改变飞行姿态。
20.进一步的，上射流流道和下射流流道为收缩流道，射流出口与入口面积比为1：6。
21.进一步的，在马赫数ma＝0.1、压比po/p＝1.1时，所述射流结构布局对飞行器的控制与机械舵面20
°
舵偏控制能力相当；po为射流的总压，p为飞行器的环境静压。
22.在马赫数ma＝0.2、压比po/p＝1.1时，所述射流结构布局对飞行器的控制与机械舵面10
°
舵偏控制能力相当。
23.本发明与现有技术相比的有益效果是：
24.(1)减小能源消耗
25.采用射流控制系统取代传统活动操纵面后，飞机飞行时的阻力将大大减小。常规飞翼布局飞机安装各种操纵面后，会形成的一系列尖锐边锋、开口、缝隙等，在射流控制飞机上这些不利因素可全部消除，使得飞机更加光滑，有效降低飞行时的气动阻力，进而减小飞机能源消耗、增大航程。
26.(2)降低飞行器可探测性
27.雷达隐身设计的目的是尽可能减小雷达截面积(rcs)。rcs的大小决定于雷达波反射率、飞行器的几何面积和几何特性、雷达波的反射方向。第一个因素主要取决于吸波材料和吸波结构，后两个因素都由飞行器的外形决定。襟翼、副翼等活动操纵面是飞机上不可忽视的雷达发射源，造成全机rcs增大，采用射流控制系统后，这些发射源几乎全部消失，这将大幅提高飞行器的隐身能力。
28.(3)提升大迎角性能
29.飞翼布局飞行器由于舵面效率较低，舵面偏转角度较大时，附近气流很容易发生分离，舵效也会跌至安全值以下，甚至使舵面失效，给飞行器的姿态控制带来很大困难，大大限制了飞行器的迎角使用范围。采用无操纵面射流飞行控制技术取代传统舵面能很好的控制并减小机翼的分离区，保证飞行器在大迎角流动分离时的操纵效率，增大迎角使用范围，提升整机的气动性能。
30.(4)降低检修、维护难度，提升出勤率
31.常规飞翼布局飞行器由于具有大量的活动操纵面和内部复杂的传动、铰链机构，出于结构疲劳、可靠性和安全性的考虑，每次飞行器进行飞行任务前后都要进行频繁的检查维修。采用无操纵面射流飞行控制技术后，飞行器上的各种活动操纵面及与其相关的各控制子系统部件将大幅减少，减少了全机的零部件数量，提供了系统的可靠性。
附图说明
32.图1为本发明结构图；
33.图2为本发明主视图；
34.图3为本发明射流布置区翼型剖面图；
35.图4为射流布置区翼型后缘局部放大图；
36.图5为本发明射流展向布置区域图；
37.图6为本发明ma0.1射流操控与机械舵面操控俯仰力矩系数随迎角变化曲线；
38.图7为本发明ma0.2射流操控与机械舵面操控俯仰力矩系数随迎角变化曲线。
具体实施方式
39.下面结合附图说明和具体实施例对本发明作进一步描述：
40.无舵面射流操控技术是一种通过主动流动控制手段实现飞行控制的新型控制技术，其可取代常规飞行器上的活动舵面，避免舵面偏转带来的气动、隐身性能损失，是解决当前飞翼布局飞行器控制系统复杂、舵面效率低、舵面操纵耦合严重、舵面偏转带来气动和隐身性能明显下降等共性问题最有潜力的技术方案。
41.通过射流操控技术可使飞翼布局的气动、隐身优势发挥到极致，使其具有更突出的优点和广阔的应用前景，如用于下一代隐身轰炸机可提升航程、降低雷达探测距离；用于下一代隐身侦察机可提升航时及隐身能力。该技术成熟后能给新一代飞行器的设计思想带来革命性影响，并显著扩展未来飞行器的概念设计空间，其在军用领域的应用前景十分广泛。
42.本发明是一种通过主动流动控制手段实现飞行控制的新型操控技术，其可取代常规飞行器上的活动舵面，避免舵面偏转带来的气动、隐身性能损失，是解决当前飞翼布局飞行器控制系统复杂、舵面效率低、舵面操纵耦合严重、舵面偏转带来气动和隐身性能明显下降等共性问题的技术方案。
43.本发明飞翼布局射流操控技术通过布置在外机翼上的射流装置，实现飞行器飞行姿态的保持与调整，技术途径为通过在上下翼面布置可喷射射流，左右两侧同时向上施加射流，控制飞行器抬头；同时向下施加射流，控制飞行器低头；后视左侧向上喷同时右侧向下喷控制飞行器左滚；后视左侧向下喷同时右侧向上喷控制飞行器右滚；后视左侧上、下同时施加射流控制飞行器左偏航；后视右侧上、下同时施加射流控制飞行器右偏航。
44.如图1和图2所示，本发明提出的一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，具体包括：左内机翼1、右内机翼2、左外机翼3、右外机翼4、左侧射流布置区5、右侧射流布置区6；
45.左内机翼1与右内机翼2左右对称，左外机翼3与右外机翼4左右对称；左侧射流布置区5与右侧射流布置区6左右对称设置在左外机翼3和右外机翼4的后缘处；
46.所述左侧射流布置区5和右侧射流布置区6结构相同，均包括上射流流道和下射流流道，通过上射流流道出口和下射流流道出口均可喷射射流；
47.当左侧射流布置区5和右侧射流布置区6同时向上施加射流时，则控制无人飞行器抬头；
48.当左侧射流布置区5和右侧射流布置区6同时向下施加射流时，则控制无人飞行器低头；
49.当后视左侧射流布置区5向上喷射射流同时右侧射流布置区6向下喷射射流时，控
制无人飞行器左滚；
50.当后视左侧射流布置区5向下喷射射流同时右侧射流布置区6向上喷射射流时，控制无人飞行器右滚；
51.当后视左侧射流布置区5上、下同时施加射流时，控制无人飞行器左偏航；后视右侧射流布置区6上、下同时施加射流时，控制无人飞行器右偏航。
52.如图2所示，技术验证平台为隐身飞翼布局无人飞行器。
53.如图5所示，所述左侧射流布置区5和右侧射流布置区6布置在飞行器展向57％～86％的范围。射流作用区域占总展长的29％。
54.如图3所示，所述左侧射流布置区5和右侧射流布置区6在翼型剖面弦向的98％位置处。
55.如图3和图4所示，所述左侧射流布置区5和右侧射流布置区6的射流出口缝隙尺寸占当地翼型弦长的0.5％。
56.优选的，上射流流道和下射流流道为收缩流道，射流出口与入口面积比为1：6。
57.优选的，所述左侧射流布置区5和右侧射流布置区6的射流质量流率可调节，用于在不同飞行阶段保持或改变飞行姿态。
58.如图6所示，在马赫数ma＝0.1、压比po/p＝1.1时，所述射流结构布局对飞行器的控制与机械舵面20
°
舵偏控制能力相当；po为射流的总压，p为飞行器的环境静压。
59.如图7所示，在马赫数ma＝0.2、压比po/p＝1.1时，所述射流结构布局对飞行器的控制与机械舵面10
°
舵偏控制能力相当。
60.本发明的工作原理是：用于飞翼布局无人飞行器的射流操控技术，其上下翼面皆可喷射射流，左右两侧同时向上施加射流，控制飞行器抬头；同时向下施加射流，控制飞行器低头；后视左侧向上喷同时右侧向下喷控制飞行器左滚；后视左侧向下喷同时右侧向上喷控制飞行器右滚；后视左侧上、下同时施加射流控制飞行器左偏航；后视右侧上、下同时施加射流控制飞行器右偏航。
61.本发明创新提出了一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，通过射流操控技术代替传统机械舵面，解决了当前飞翼布局飞行器控制系统复杂、舵面效率低、舵面操纵耦合严重、舵面偏转带来气动和隐身性能明显下降的问题，使飞行器同在同等能源消耗下，增大飞行航程、提升隐身性能。
62.由于这类操控系统结构简单、便于维护，不仅可以降低使用维护成本，还大大提高了飞行器的作战效率。在平均故障间隔时间、再次起飞准备时间以及在复杂地形起飞降落等方面都有十分明显的改善，这将有助于战时安排更为密集的飞行任务，取得战略战术上的优势。
63.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
64.本发明说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知技术。

技术特征：
1.一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，其特征在于包括：左内机翼(1)、右内机翼(2)、左外机翼(3)、右外机翼(4)、左侧射流布置区(5)、右侧射流布置区(6)；左内机翼(1)与右内机翼(2)左右对称，左外机翼(3)与右外机翼(4)左右对称；左侧射流布置区(5)与右侧射流布置区(6)左右对称设置在左外机翼(3)和右外机翼(4)的后缘处；所述左侧射流布置区(5)和右侧射流布置区(6)结构相同，均包括上射流流道和下射流流道，通过上射流流道出口和下射流流道出口均可喷射射流；当左侧射流布置区(5)和右侧射流布置区(6)同时向上施加射流时，则控制无人飞行器抬头；当左侧射流布置区(5)和右侧射流布置区(6)同时向下施加射流时，则控制无人飞行器低头；当后视左侧射流布置区(5)向上喷射射流同时右侧射流布置区(6)向下喷射射流时，控制无人飞行器左滚；当后视左侧射流布置区(5)向下喷射射流同时右侧射流布置区(6)向上喷射射流时，控制无人飞行器右滚；当后视左侧射流布置区(5)上、下同时施加射流时，控制无人飞行器左偏航；后视右侧射流布置区(6)上、下同时施加射流时，控制无人飞行器右偏航。2.根据权利要求1所述的一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，其特征在于：所述左侧射流布置区(5)和右侧射流布置区(6)布置在飞行器展向57％～86％的范围。3.根据权利要求2所述的一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，其特征在于：射流作用区域占总展长的29％。4.根据权利要求1所述的一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，其特征在于：所述左侧射流布置区(5)和右侧射流布置区(6)在翼型剖面弦向的98％位置处。5.根据权利要求1所述的一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，其特征在于：所述左侧射流布置区(5)和右侧射流布置区(6)的射流出口缝隙尺寸占当地翼型弦长的0.5％。6.根据权利要求1所述的一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，其特征在于：所述左侧射流布置区(5)和右侧射流布置区(6)的射流质量流率可调节，用于在不同飞行阶段保持或改变飞行姿态。7.根据权利要求1所述的一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，其特征在于：上射流流道和下射流流道为收缩流道，射流出口与入口面积比为1：6。8.根据权利要求1所述的一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，其特征在于：在马赫数ma＝0.1、压比po/p＝1.1时，所述射流结构布局对飞行器的控制与机械舵面20
°
舵偏控制能力相当；po为射流的总压，p为飞行器的环境静压。9.根据权利要求1所述的一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，其特征在于：在马赫数ma＝0.2、压比po/p＝1.1时，所述射流结构布局对飞行器的控制与机械舵面10
°
舵偏控制能力相当。

技术总结
本发明公开了一种可用于飞翼布局无人飞行器的射流布局结构，射流控制区域布置在机翼外翼。射流作用区域布置在飞行器展向57％～86％范围，射流作用区域占总展长的29％，射流作用区域对称布置在飞行器左右两侧。本发明是一种通过主动流动控制手段实现飞翼布局飞行器无舵面飞行的新型操控技术，其可取代常规飞行器上的活动舵面，避免舵面偏转带来的气动、隐身性能损失，是解决当前飞翼布局飞行器控制系统复杂、舵面效率低、舵面操纵耦合严重、舵面偏转带来气动和隐身性能明显下降等共性问题新的技术方案。新的技术方案。新的技术方案。


技术研发人员：郭少杰 岳良明 赵立宁 杨乐天 赵俊波 王斌
受保护的技术使用者：中国航天空气动力技术研究院
技术研发日：2023.02.07
技术公布日：2023/6/7