本发明专利技术属于航空飞行器技术领域，公开了一种大展弦比高强度双层机翼太阳能无人机，包括机身、机翼和尾翼；其中，机翼是横向一贯制机翼，机翼有两个，分别为上层机翼和下层机翼，机身设在上层机翼和下层机翼之间，上层机翼和下层机翼通过翼尖支撑墙连接；上层机翼和下层机翼的上表面都设有太阳能板；尾翼设在机身尾部。本发明专利技术的双层联翼布局在满足结构强度限制的前提下，使机翼展弦比提高到30以上，这对于设计升力系数大的飞机气动减阻，意义重大；翼展减小29％，结构重量减小22％，可显著提高飞机的任务载荷与连续飞行时间；机翼的抗弯、抗扭能力强；并能还提供满意的三轴稳定性与操纵能力。
【技术实现步骤摘要】
一种大展弦比高强度双层机翼太阳能无人机
本专利技术属于航空飞行器
，涉及一种太阳能无人机，具体涉及一种大展弦比高强度双层机翼太阳能无人机。
技术介绍
当前试飞成功的太阳能无人机的任务载荷小，展弦比小，气动效率不高，其中能实现跨昼夜飞行的更是寥寥无几。大型大展弦比太阳能无人机因为机翼强度、刚度与气动弹性问题，受突风扰动，机翼折断，飞机坠毁，如美国的“太阳神”太阳能无人机。当前中小型太阳能无人机无法安装重量较大的任务系统，其能量系统也无法提供长时间的任务系统供电，由于结构重量较大，其功重比较小，很难实现跨昼夜长时间飞行，因此工程使用价值不大。大型太阳能无人机设计的难点在于：减小结构重量，增大任务载荷，提高机翼强度、刚度与气动效率。随着翼展与机翼面积的增大，其结构重量显著上升。常规布局很难减小结构重量，受机翼强度与刚度的限制，机翼展弦比不能太大，因此气动效率不高。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种大展弦比高强度双层机翼太阳能无人机，具有较大的任务载荷与高空跨昼夜长时间飞行能力，可在亚临界空间执行侦察、预警与通信中继等任务。本专利技术的技术方案是：一种大展弦比高强度双层机翼太阳能无人机，包括机身、机翼和尾翼；其中，机翼是横向一贯制机翼，机翼有两个，分别为上层机翼和下层机翼，机身设在上层机翼和下层机翼之间，上层机翼和下层机翼通过翼尖支撑墙连接；上层机翼和下层机翼的上表面都设有太阳能板；尾翼设在机身尾部。进一步的，机身有两个，两个机身设在上层机翼和下层机翼之间，两个机身相对飞机中心线对称。进一步的，下层机翼前缘后掠3°，后缘为直线，机翼根部采用厚度20％的高升力翼型，机翼尖部翼型厚度13％，气动扭转角为-3.6°，下层机翼的外翼从70％处上反8°；下层机翼的8％翼展的内侧装载蓄电池，可减小横航向惯性矩。进一步的，上层机翼前缘为直线，后缘前掠3°；上层机翼前缘的轴向位置与下层机翼的后缘轴向位置相同；可保证阳光入射角为90°，亦不会遮挡下层机翼，还可避开前机翼下洗气流带来的气动效率降低。上层机翼是高升力翼型，机翼厚度较下层机翼减小20％，上层机翼翼尖用翼尖支撑墙与下层机翼的尖部联接，与双机身形成翼盒结构。翼尖支撑墙即可减小上下机翼的横向流动，亦可增大机翼的抗扭刚度。在相同机翼面积与展弦比下，双层联翼式机翼相对于单翼机，翼展可减小29％，结构质量可减小22％。结构重量的减小可提高飞机的功重比与任务载重。双机身、翼尖的联接墙与上下机翼形成承力翼盒，有效增加了大展弦比机翼的强度与刚度。进一步的，机身的机身剖面是立椭圆形，可增大上下机翼间距，减小气动干扰，机身内部设有飞控系统、航电系统与主起落架舱，机身的外部结构是上层机翼和下层机翼的联接墙，形成承力翼盒结构；机身的长度仅为翼展的1/5，机身尾部快速收缩为尾翼撑杆，有效减小结构重量。进一步的，尾翼是由平尾和垂尾构成的T型尾翼，具有两个尾翼，分别设在两个机身的尾部，由于双层联翼布局无尾状态的纵向净稳定性可达到-0.035以上，因此减小平尾面积，使平尾的尾容量仅为常规布局的33％，即可满足纵向稳定性要求，由于上层机翼升降副翼的存在，平尾升降舵可满足纵向操纵需求。减小垂尾面积与侧力导数CYβ,可提高飞机抗侧风扰动与航迹控制能力。进一步的，还包括安装在平尾后的升降舵、上层机翼后缘的内侧机动襟翼和外侧机动襟翼、和上层机翼最外侧后缘的升降副翼，纵向操纵通过控制升降舵、内侧机动襟翼、外侧机动襟翼和升降副翼进行控制；还包括垂尾后的方向舵和对称安装在机身两侧的两个电机；航向操纵通过方向舵和两个电机的差动转速进行控制；还包括下层机翼最外侧后缘的副翼、下侧机翼后缘的内侧增生襟翼和外侧增生襟翼，滚转操纵通过控制副翼、升降副翼、内侧增生襟翼和外侧增生襟翼进行控制。可提高飞机低速构型的最大升力系数，使得起飞最大离地速度减小，从而辅助起飞。进一步的，主起落架2个，分别位于两个机身的前部，并且在机身的重心之前，收于机身前部的起落架舱内；还有轻型后起落架2个，分别安装在两个机身的垂尾底部，起飞后收入垂尾内。飞机的起降方式与后三点式起落架飞机相同。进一步的，飞机动力是10个电动螺旋桨，10个电动螺旋桨分别设在上下机翼上，下层机翼设有5个电动螺旋桨，上层机翼设有5个电动螺旋桨，按飞机中轴线两侧对称各8个电动螺旋桨，中轴线上2个电动螺旋桨，分布式动力系统可利用螺旋桨滑流，增大最大升力系数与失速迎角，还可利用两侧电机差动转速以实现航向控制。本专利技术的优点是：(1)双层联翼式机翼设计，在相同机翼面积与展弦比下，相对于单翼机，翼展可减小29％，结构质量可减小22％。(2)双层联翼式机翼，在相同机翼面积与展长下，其展弦比较单翼机增大一倍，这对减小诱导阻力，提高气动性能非常有利。(3)后移的上层机翼，增大了飞机的纵向静稳定性，其机动襟翼与升降副翼提供的纵向操纵能力，可使平尾面积减小。(4)双机身布局设计，既可以作为飞控系统、设备与主起落架舱，又可作为上下机翼的联接墙，形成承力翼盒结构，提高机翼的抗扭刚度，减小机翼气动弹性变形。(5)4轮式起落架，结构简单，质量轻，占用空间小，有利于飞机外形减阻。(6)辅以差动动力的多功能翼面操纵系统设计,可使尾翼面积减小60％，有效减小飞机结构重量。(7)分布式动力系统设计可利用螺旋桨滑流，增大最大升力系数与失速迎角，还可利用两侧电机差动转速以实现航向控制。(8)小尾容量尾翼构型设计，可减轻结构质量，提高小翼载飞机的抗侧风扰动能力，精确控制航迹。在多功能翼面操纵系统的支持下，可提供良好的三轴操纵控制能力(9)翼尖的联接墙增大了机翼的抗扭刚度，还减小了上下机翼的横向流动，有利于减小诱导阻力，提高气动效率。附图说明图1是本专利技术实施例的俯视图；图2是本专利技术实施例的主视图；图3是本专利技术实施例的侧视图；其中1—下层机翼；2—上层机翼；3—机身；4—垂尾；5—方向舵；6—平尾；7—升降舵；8—主起落架；9—后起落架；10—内侧增升襟翼；11—外侧增升襟翼；12—下层机翼外侧襟副翼；13—副翼；14—内侧机动襟翼；15—外侧机动襟翼；16—升降副翼；17—翼尖支撑墙；18—电动螺旋桨。具体实施方式本部分是本专利技术的实施例，用于解释和说明本专利技术的技术方案。一种大展弦比高强度双层机翼太阳能无人机，如图1、图2和图3所示，包括机身3、机翼和尾翼；其中，机翼是横向一贯制机翼，机翼有两个，分别为上层机翼2和下层机翼1，机身设在上层机翼2和下层机翼1之间，上层机翼2和下层机翼1通过翼尖支撑墙17连接；上层机翼2和下层机翼1的上表面都设有太阳能板；尾翼设在机身尾部。机身3有两个，两个机身设在上层机翼2和下层机翼1之间，两个机身3相对飞机中心线对称。下层机翼1前缘后掠3°，后缘为直线，机翼根部采用厚度20％的高升力翼型，机翼尖部翼型厚度13％，气动本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种大展弦比高强度双层机翼太阳能无人机，其特征在于，包括机身(3)、机翼和尾翼；其中，机翼是横向一贯制机翼，机翼有两个，分别为上层机翼(2)和下层机翼(1)，机身设在上层机翼(2)和下层机翼(1)之间，上层机翼(2)和下层机翼(1)通过翼尖支撑墙(17)连接；上层机翼(2)和下层机翼(1)的上表面都设有太阳能板；尾翼设在机身尾部。/n
【技术特征摘要】
1.一种大展弦比高强度双层机翼太阳能无人机，其特征在于，包括机身(3)、机翼和尾翼；其中，机翼是横向一贯制机翼，机翼有两个，分别为上层机翼(2)和下层机翼(1)，机身设在上层机翼(2)和下层机翼(1)之间，上层机翼(2)和下层机翼(1)通过翼尖支撑墙(17)连接；上层机翼(2)和下层机翼(1)的上表面都设有太阳能板；尾翼设在机身尾部。
2.根据权利要求1所述的一种大展弦比高强度双层机翼太阳能无人机，其特征在于，机身(3)有两个，两个机身设在上层机翼(2)和下层机翼(1)之间，两个机身(3)相对飞机中心线对称。
3.根据权利要求2所述的一种大展弦比高强度双层机翼太阳能无人机，其特征在于，下层机翼(1)前缘后掠3°，后缘为直线，机翼根部采用厚度20％的高升力翼型，机翼尖部翼型厚度13％，气动扭转角为-3.6°，下层机翼(1)的外翼从70％处上反8°；下层机翼(1)的8％翼展的内侧装载蓄电池。
4.根据权利要求3所述的一种大展弦比高强度双层机翼太阳能无人机，其特征在于，上层机翼(2)前缘为直线，后缘前掠3°；上层机翼(2)前缘的轴向位置与下层机翼(1)的后缘轴向位置相同；上层机翼(2)是高升力翼型，机翼厚度较下层机翼减小20％，上层机翼(2)翼尖用翼尖支撑墙(17)与下层机翼(1)的尖部联接，与双机身形成翼盒结构。
5.根据权利要求2所述的一种大展弦比高强度双层机翼太阳能无人机，其特征在于，机身(3)的机身剖面是立椭圆形，机身(3)内部设有飞控系统、航电系统与主起落架舱，机身(3)的外部结构是上层机翼(2)和下层机翼(3)的联接墙；机身(3)的长度为翼展的1/5，机身(3)尾部快速收缩为尾翼撑杆。
6....
【专利技术属性】
技术研发人员：张声伟，张超，明亚丽，杨天星，王延风，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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