[发明专利]一种可兼顾高低速飞行的斜置翼飞机的控制方法

说明书

本发明涉及一种飞机先进气动布局设计技术领域，具体来讲是一种可兼顾飞机高低速飞行的斜置翼飞机。本发明飞机布局为无尾飞翼布局，包含机翼和机身两部分，在飞机中轴线位置设计垂直枢轴转动机构，左右两半机翼为一整体可绕枢轴转动，机翼转动后，左机翼后掠、右机翼前掠；飞机飞行时，机翼可旋转不同的角度，使不同阶段的气动性能达到最优，这种斜置翼飞机由于机翼旋转后，一侧机翼后掠、一侧机翼前掠，使全机气动中心变化不大，飞行控制较为容易。本发明的斜置翼飞机机翼翼梢设计为椭圆形进一步提高了跨音速和超音速时的巡航效率；机翼展向和梢根比的不对称设计使得机翼绕枢轴旋转后两侧升力的不对称分布而导致的滚转力矩减小，提高了飞行安全。

技术领域

本发明涉及一种飞机先进气动布局设计技术领域，具体来讲是一种可兼顾飞机高低速飞行的斜置飞机。

背景技术

在近百年的航空发展历程中，人们对设计高速巡航飞机的努力从未停止过，无论是民用领域或军用领域对高速巡航飞机的要求都非常迫切。研究发现，机翼后掠角能够有效提高飞机高速飞行时的性能，因为后掠角可以降低机翼的当地速度，延缓激波出现，提高阻力发散马赫数。

后掠机翼出现后，很多学者研究分析了前掠和后掠的优劣性。对于相同尺寸的两种机翼，前掠机翼能提升更高的升力且产生较小的诱导阻力，前掠机翼还能够提高副翼的操作效率，更好的控制失速并且保持同后掠机翼相同的高速性能。但前掠机翼的翼尖位于机翼根部之前，在气动载荷的作用下，翼尖相对翼根产生的扭转变形使翼尖的局部迎角增大，迎角增大会引起气动载荷进一步增加，这种恶性循环的发展使机翼结构发生气动弹性发散而导致破坏，而后掠机翼在结构上是稳定的，且提供附加的横航向稳定性。然而，这种固定机翼后掠角的设计，只能满足设计巡航状态下气动效率最优，不能同时兼顾低速起降、亚音速巡航、跨音速巡航及超音速巡航。

变后掠翼的提出使得飞机在亚音速和超音速都获得了较好地气动特性，变后掠翼即飞机随飞行速度改变能够自动改变机翼后掠角。60年代到70年代，变后掠翼飞机的发展达到高潮，各国都生产了大量变后掠翼的军用飞机，并投入使用。在发展变后掠飞机的过程中，主要遇到的问题是操纵稳定方面的问题，因为机翼后掠角变化会引起气动中心发生很大的移动。变后掠飞机的研究在R. E. Maine的“Aerodynamic Derivatives for anOblique Wing Aircraft Estimated from Flight Data by Using a MaximumLikelihood Technique”, NASA TP 1336, 1978中可见，该文献在此通过引用并入本文。

斜置翼的出现解决了变后掠翼气动中心变化很大的问题。斜置翼主要有两种形式，斜置翼身组合（Oblique Wing Aircraft, OWA）形式和斜置飞翼（Oblique FlyingWing, OFW）形式。60年代人们开始对翼身组合的斜置翼飞机进行了研究，并进行了大量的理论分析和实践工作，结果表明：斜置翼身组合飞机机身干扰特别严重，气动交感导致了非线性的稳定性特征，在大迎角下更为显著，气动弹性现象也因质量过于集中在机翼中心而加剧。转轴的设计虽然比变后掠机翼简单，但也存在技术上的挑战，同时占全机阻力主要组成部分的机身波阻不能得到很好的控制，从而使得斜置翼身组合飞机在减小波阻上的优势变得暗淡无光。斜置翼身组合体飞机研究在D. Terry和A. Weisshaar的“AnInvestigation of Supersonic Characteristics of Oblique Winged Aircraft”, NASAAmes Grant NSG 2016, 1976中可见，该文献在此通过引用并入本文。

综合以上，斜置飞翼可以实现气动设计最优。斜置飞翼的概念最早在1958年被提到，1962年G. H. Lee的设计草图被公开，但一直没有得到关注。直到主动数字控制技术的广泛应用，斜置飞翼研究才得以进一步发展。理论研究表明，具有椭圆载荷分布的机翼具有最小的升致波阻和诱导阻力，因此，椭圆斜置飞翼能够有效减小飞机在高跨音速和超音速时的飞行阻力，提高飞机高速飞行的气动效率。斜置飞翼还具有无尾飞翼布局的优点，更具备变后掠机构实现简单，同时对气动中心影响不大等优势。