一种双层翼伞

1.本发明涉及飞行器的技术领域，尤其涉及翼伞，具体的说，是一种双层翼伞。


背景技术：

2.翼伞由柔性织物构成，兼具普通降落伞和滑翔翼的一些特点，比如储存空间小，滑翔比，高操作性好等。在人员空降、装备空投、航天器回收中有着重要的作用。和普通圆形降落伞类似，它在使用前被折叠成伞包，在使用的初始阶段有一个充气展开的过程；当充气展开完成以后，其外形成为一个滑翔翼，像飞机机翼一样利用来流速度和适当的迎角产生升力。相比普通圆形降落伞，翼伞的优势主要体现在：可以滑翔较远的距离，并可实现较为精确的轨迹控制和定点着陆。翼伞之所以能够具有以上优势，是因为其充气展开完成后的外形与飞机机翼类似，是一种升力体构型，通过产生足够的升力来克服重力实现滑翔。而普通圆形降落伞是一种阻力体构型，通过在下降过程中产生足够的阻力来克服重力。很显然，翼伞的升力特性越好，其飞行性能将得到提升，其优势就能够得到更充分的体现。当前翼伞为了提高挂载物品的重量，最常用的方法就是增大翼伞的面积，比如13m2伞的挂载重量约为130kg，16 m2伞的挂载重量约为150kg，增大翼伞面积会使翼伞的体积变大很多倍，对于使用条件也更加苛刻。


技术实现要素：

3.为了克服背景技术中提及的问题，本发明提供一种双层翼伞，下层翼伞的主要作用是提供额外的升力并拥有滑布的作用；这种双层翼伞可以拥有两层翼伞的升力，从而提高翼伞的最大升力和最大升力系数。
4.为实现上述技术目的，本发明采取的技术方案为：一种双层翼伞，包括上层翼伞和位于上层翼伞下方的悬挂点，其中，上层翼伞和悬挂点之间设有下层翼伞，上层翼伞、下层翼伞和悬挂点之间通过伞绳结构连接。
5.为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：进一步的，上层翼伞和下层翼伞均由若干个翼单元组成，翼单元之间通过肋片连接。
6.进一步的，翼单元设置有内腔，翼单元前端开设有用于向翼伞内腔充气的前缘切口。
7.进一步的，上层翼伞和下层翼伞相距1倍翼单元弦长，下层翼伞的形状为上层翼伞的形状的等比例缩小。
8.进一步的，伞绳结构包括上层翼伞绳和下层翼伞绳，上层翼伞绳的上端与上层翼伞的肋片连接，下端与下层翼伞的肋片连接，下层翼伞绳的上端与下层翼伞的肋片连接，下端与悬挂点连接。
9.进一步的，下层翼伞绳由一级伞绳和二级伞绳组成，一级伞绳上端与下层翼伞的肋片连接，二级伞绳上端与一级伞绳下端连接，二级伞绳下端与悬挂点连接，每个下层翼伞
的肋片连接有若干个一级伞绳，每两个一级伞绳对应一个二级伞绳，即每两个一级伞绳下端同时与一个二级伞绳上端连接。
10.进一步的，下层翼伞两侧各设有一块稳定副，稳定副通过下层翼伞绳连接到悬挂点处。
11.进一步的，双层翼伞还设置有操纵绳，操纵绳上端连接在下层翼伞的尾缘处，操纵绳下端伸至悬挂点附近。
12.进一步的，前缘切口与翼单元的弦线夹角135
°
。
13.进一步的，前缘切口切口长度为5%c，其中c是翼单元弦长。
14.与现有技术相比，本发明所具有的优点：本发明通过设置双层翼伞，提高整个系统的最大升力系数和最大升力，提高了翼伞的滑翔距离和挂载更重的载荷；下层翼伞还具有滑布的作用，使翼伞可以在更大的迎角范围内实现安全平稳的滑翔和操纵。
附图说明
15.图1为本发明的结构示意图；图2为双层翼伞翼单元剖面示意图；图3为单层翼伞翼单元剖面示意图；图4为双层翼伞与单层翼伞的翼单元剖面的升力的对比曲线图；图5为双层翼伞与单层翼伞的翼单元剖面的升力系数的对比曲线图。
16.附图标记为：上层翼伞1、下层翼伞2、悬挂点3、前缘切口4、上层翼伞绳5、下层翼伞绳6、一级伞绳61、二级伞绳62。
具体实施方式
17.以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
18.本发明公开了一种双层翼伞，双层翼伞由上层翼伞1和下层翼伞2组成，上层翼伞1和下层翼伞2都由17个翼单元组成，上层翼伞1的面积为13m2，下层翼伞2的面积为6.5m2。每个翼单元之间通过肋片连接，翼单元前端开设有用于向翼伞内腔充气的前缘切口4。
19.肋片设置在翼单元侧面，相邻的两个翼单元共用一个肋片，实现各翼单元的组合连接。
20.如图1所示为本发明的双层翼伞。上层翼伞1和下层翼伞2均由17个翼单元构成，上层翼伞1与下层翼伞2相距1倍翼单元弦长。
21.悬挂点3与下层翼伞2的连接与普通翼伞一致；下层翼伞2两侧各有一块稳定副，分别通过伞绳连接到悬挂点3上；下层翼伞2中间部分与悬挂点3的连接采用两级伞绳，其中一级伞绳61与翼伞下翼面连接，每两条一级伞绳61与一条二级伞绳62连接，二级伞绳62的另一端与悬挂点3连接；操纵绳连接在下层翼伞2的尾缘处，下层翼伞2与上层翼伞1采用7组伞绳连接，因此在拉操纵绳时，上层翼伞1与下层翼伞2有相同的控制效果。
22.前缘切口4与弦线夹角135
°
，切口长度为5%c，其中c是翼单元弦长,前缘切口4是翼伞的进气口，其作用是利用气流的冲压效应使翼伞实现并保持充气展开的状态。
23.双层翼伞和单层翼伞翼单元剖面示意图如图2、图3所示，其中单层翼伞与双层翼伞的上层翼伞1参数一致。
24.采用计算流体力学（cfd）方法对本发明的双层翼伞的空气动力特性进行分析,分析的具体对象为翼单元剖面，翼单元剖面的空气动力特性对给定展弦比的翼伞整体的空气动力特性具有决定性。
25.分析条件设定为雷诺数re=10e+06,其中雷诺数re= ρvc/μ ,其中v是前方来流的流速，设定为7.304 m/s，弦长c=2m，ρ是空气密度，设定为1.225 kg/m3，μ是空气粘性系数，设定为μ=1.7894
×
10e-05 pa
•
s。
26.图4为双层翼伞与单层翼伞的翼单元剖面的升力的对比曲线图，由此可以看出，在所分析的迎角范围内，双层翼伞的翼单元剖面的升力在整个迎角范围内大于单层翼伞的翼单元剖面的升力，尤其在大迎角下，该现象更加明显。双层翼伞的翼单元剖面在0
°
迎角时的升力为45.57n，单层翼伞的翼单元剖面在0
°
迎角时的升力为37.45n，提升了约22%；双层翼伞的翼单元剖面在10
°
迎角时的升力为125.46n，单层翼伞的翼单元剖面在10
°
迎角时的升力为95.04n，提升了约32%；表明双层翼伞显著提升了翼单元剖面的升力，并且迎角越大，越明显。
27.图5为双层翼伞与单层翼伞的翼单元剖面的升力系数的对比曲线图，其中升力系数的定义为c
l
=l/(0.5ρv2)，其中l为升力。由图5可以看出，在所分析的迎角范围内，双层翼伞的翼单元剖面的升力系数在整个迎角范围内大于单层翼伞的翼单元剖面的升力系数，尤其在大迎角下，该现象更加明显。双层翼伞的翼单元剖面在0
°
迎角时的升力系数为0.697，单层翼伞的翼单元剖面在0
°
迎角时的升力系数为0.573，提升了约22%；双层翼伞的翼单元剖面在10
°
迎角时的升力系数为1.92，单层翼伞的翼单元剖面在10
°
迎角时的升力系数为1.454，提升了约32%；表明双层翼伞显著提升了翼单元剖面的升力系数，并且迎角越大，越明显。
28.本发明的双层翼伞的工作原理为：前缘切口4是翼单元内腔的充气入口，前缘切口4处的高气压传导至翼单元内腔，因此翼单元内腔的气压高于外部空间，使翼伞充气。完成充气的翼伞在向前滑翔的过程中，气流以一定的相对速度和角度吹向翼伞。在前缘切口4处，由于冲压效应，气流减速的同时压强增大，使得翼伞上下表面出现压差。上层翼伞1与下层翼伞2一致，下层翼伞2会延缓上层翼伞1的张开和充气速度。
29.以上为本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
30.显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：
1.一种双层翼伞，包括上层翼伞(1)和位于上层翼伞(1)下方的悬挂点(3)，其特征在于，上层翼伞(1)和悬挂点(3)之间设有下层翼伞(2)，所述的上层翼伞(1)、下层翼伞(2)和悬挂点(3)之间通过伞绳结构连接。2.根据权利要求1所述的一种双层翼伞，其特征是：所述的上层翼伞(1)和下层翼伞(2)均由若干个翼单元组成，所述的翼单元之间通过肋片连接。3.根据权利要求2所述的一种双层翼伞，其特征是：所述的翼单元设置有内腔，所述的翼单元前端开设有用于向翼伞内腔充气的前缘切口(4)。4.根据权利要求3所述的一种双层翼伞，其特征是：所述的上层翼伞(1)和下层翼伞(2)相距1倍翼单元弦长，下层翼伞(2)的形状为上层翼伞(1)的形状的等比例缩小。5.根据权利要求4所述的一种双层翼伞，其特征是：所述的伞绳结构包括上层翼伞绳(5)和下层翼伞绳(6)，所述的上层翼伞绳(5)的上端与上层翼伞(1)的肋片连接，下端与下层翼伞(2)的肋片连接，所述的下层翼伞绳(6)的上端与下层翼伞(2)的肋片连接，下端与悬挂点(3)连接。6.根据权利要求5所述的一种双层翼伞，其特征是：所述的下层翼伞绳(6)由一级伞绳(61)和二级伞绳(62)组成，所述的一级伞绳(61)上端与下层翼伞(2)的肋片连接，二级伞绳(62)上端与一级伞绳(61)下端连接，二级伞绳(62)下端与悬挂点(3)连接，每个所述的下层翼伞(2)的肋片连接有若干个一级伞绳(61)，每两个一级伞绳(61)对应一个二级伞绳(62)，即每两个一级伞绳(61)下端同时与一个二级伞绳(62)上端连接。7.根据权利要求6所述的一种双层翼伞，其特征是：所述的下层翼伞(2)两侧各设有一块稳定副，所述的稳定副通过下层翼伞绳(6)连接到悬挂点(3)处。8.根据权利要求7所述的一种双层翼伞，其特征是：双层翼伞还设置有操纵绳，所述的操纵绳上端连接在下层翼伞(2)的尾缘处，操纵绳下端伸至悬挂点(3)附近。9.根据权利要求8所述的一种双层翼伞，其特征是：所述的前缘切口(4)与翼单元的弦线夹角135
°
。10.根据权利要求9所述的一种双层翼伞，其特征是：所述的前缘切口(4)切口长度为5%c，其中c是翼单元弦长。

技术总结
本发明公开了一种双层翼伞，包括上层翼伞和位于上层翼伞下方的悬挂点，其中，上层翼伞和悬挂点之间设有下层翼伞，上层翼伞、下层翼伞和悬挂点之间通过伞绳结构连接。本发明的双层翼伞，下层翼伞的主要作用是提供额外的升力并拥有滑布的作用；上层翼伞和下层翼伞均由若干个翼单元组成，翼单元之间通过肋片连接。翼单元设置有内腔，翼单元前端开设有用于向翼伞内腔充气的前缘切口。上层翼伞和下层翼伞相距1倍翼单元弦长，下层翼伞的形状为上层翼伞的形状的等比例缩小。本发明的双层翼伞可以拥有两层翼伞的升力，从而提高翼伞的最大升力和最大升力系数。大升力系数。大升力系数。


技术研发人员：王震 钟伟 李旭东 王同光 张红英 黄及水
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/5/10