认真原创脑洞:可变角度前掠鸭翼的小小研究

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/16 17:59:46


从结构上看, 三角翼布局是理想的战斗机方案,展弦比小,有利于减小弯矩,根梢比大,使气动中心接近p翼根,也可减小弯矩。翼根处的绝对厚度大,不仅利于减轻机翼结构 重量,便于制造,而且强度较高。三角形机翼的可用容积大,便于装燃油、起落架及各种设备。从气动观点来看,三角翼也有吸引力,提高气动 效率和增大升力。可惜传统三角翼布局也存在一些固有的缺点,主要是起飞、着陆性能不佳,滑跑距离长,这将制约了三角翼布局成为航母的舰载机。

前掠翼布局在低速飞行时,配合鸭翼和边条组合,具有良好的增生效果和气动控制性能。具有良好的低速性能和机动性能。前掠翼在超音速巡航速度以及极速的追求上先天不如三角翼,但会存在一个临界超音速速度,在此速度以下妥善设计的前掠翼在气动效率上全面佔优,可是前掠翼布局的问题很严重,飞行时机翼被扭曲而且越扭越严重的效应 ,也就是结构发散效应是个很大的难题。

变后掠翼就可以让飞机同时兼顾低速性能和高速性能,但是这会极大增加飞机的设计制造维护难度及成本,而且左右机翼还要同步动,中间就必须有结构相连。好好的机身中部空间就占了一块(发动机、中央油箱、计算机、以及控制机构全汇到这了)。更别说机翼前后还要留出展开和收回时机翼本身还要占用的空间


三角翼布局,前掠翼布局,可变后掠角度机翼这三种各有千秋互相冲突的布局,我思考了许久,如何有机的结合在一起,最大化优点最小化缺点的结果是啥模样?

我的思路很直接:就先把缺点列出来再缩小化。

第一个变后掠翼的结构和重量太大,都缩小吧!
家伙都变小了,翼载变小,结构的变形和应力变小,自然结构复杂度都变轻变小,缩小的变后掠翼就无法成为主翼了,只有两条路:鸭翼与水平尾翼。

第二,无尾三角翼布局主要不外是着陆性能不佳吗?加个鸭翼吧这已经是烂大街的布局,可是鸭式飞机的起飞、着陆性能较差,那。。。。欧洲人发现鸭翼的位置有矛盾,于是出了两个飞机, 两飞机最大特点就是鸭翼的位置不同。一个靠前,一个靠后。
鸭翼靠前,有利于飞机更灵敏,阻力更小。但是升力以及涡流升力的好处就少了许多。这就有了台风的特点:超音速性能好,更加灵敏。
鸭翼靠后呢,升力涡升力的好处有了,但是阻力增加了。这就有了阵风的特点,亚音速盘旋性能极佳。升力好,能带更多燃油和蛋蛋。
哦。。。。鸭翼想靠前靠前,想靠后靠后,把鸭翼变变后掠翼,哦不,是变前掠翼不就行了吗?反正变掠翼都缩小了,安装在鸭翼位置有何不可呢?

第三,鸭翼变前掠又有何不可呢?结构发散效应?
结构缩小,又没必要装油,整块都复合材料行不行?何况还可变角度,你硬要扭曲我硬是调角度不让你扭曲,行不行?

于是,这就看到一个清楚的轮廓了:无尾三角翼+鸭翼+可变角度翼+前掠翼=无尾三角翼可变角度前掠鸭翼!
一番权衡后,发现一种全新的布局出现了,而且还出初步发现这是天生的舰载机,
要结构强度,有!
要高速,有!
要低速着陆性能,有!
要大航程,有!
降落时鸭翼前掠可以提升升力系数,同时扫过鸭翼的气流被引向V尾,增强V尾的配平效率,估计迎角太大的问题不存在,当然万一迎角很大,还有非常靠前的风挡可以帮助飞行员看见跑道中线。
下图便是基本性能和规格
Slide2.JPG
明明重量体格都不小,怎么看起来飞机感觉很小,下图与猫猫作直观的比较,果然不小
Slide4.JPG
要高速,就要在气动上多加考虑,还好机身大好安排,要啥有啥。
Slide8.JPG
以下是针对甲板进场降落的特性小小气动分析......
Slide9.JPG
Slide10.JPG
Surface Plot.gif
Flow simulation.gif

气动分析结果显示。。。。(简略三千四百字),这飞机的气动焦点可以在某个范围内调整,也就是说超级放宽静稳定,低速鸭翼前掠时焦点在重心前,是静不稳定的,高速鸭翼后掠时焦点在重心后,是静稳定的,真的动静皆宜哦哦哦

典型隐身内载武装方案
Slide7.JPG

合适任务形态与想象图
1。长航时航母战斗群防空巡逻
Patroling.jpg
2。预警机护航
escord2.jpg
3。高速紧急拦截敌机
4。利用隐身优势猎杀敌人预警机
Interception.JPG
5。电磁静默为战略轰炸机长程奔袭护航(比如日本不乖乖了要在东京种蘑菇之类的战略任务,在那边种蘑菇一直是我某某某某邪恶的小小梦想,所以为此我思考了N种蘑菇种植法)
escord.jpg
6。掌握空优后的炸弹卡车任务

就到此为止,我知道我的错别字特严重,有错请手下留情,谢谢观赏

还有更多图在这里
舰载机:我梦里的终极猫党

从结构上看, 三角翼布局是理想的战斗机方案,展弦比小,有利于减小弯矩,根梢比大,使气动中心接近p翼根,也可减小弯矩。翼根处的绝对厚度大,不仅利于减轻机翼结构 重量,便于制造,而且强度较高。三角形机翼的可用容积大,便于装燃油、起落架及各种设备。从气动观点来看,三角翼也有吸引力,提高气动 效率和增大升力。可惜传统三角翼布局也存在一些固有的缺点,主要是起飞、着陆性能不佳,滑跑距离长,这将制约了三角翼布局成为航母的舰载机。

前掠翼布局在低速飞行时,配合鸭翼和边条组合,具有良好的增生效果和气动控制性能。具有良好的低速性能和机动性能。前掠翼在超音速巡航速度以及极速的追求上先天不如三角翼,但会存在一个临界超音速速度,在此速度以下妥善设计的前掠翼在气动效率上全面佔优,可是前掠翼布局的问题很严重,飞行时机翼被扭曲而且越扭越严重的效应 ,也就是结构发散效应是个很大的难题。

变后掠翼就可以让飞机同时兼顾低速性能和高速性能,但是这会极大增加飞机的设计制造维护难度及成本,而且左右机翼还要同步动,中间就必须有结构相连。好好的机身中部空间就占了一块(发动机、中央油箱、计算机、以及控制机构全汇到这了)。更别说机翼前后还要留出展开和收回时机翼本身还要占用的空间


三角翼布局,前掠翼布局,可变后掠角度机翼这三种各有千秋互相冲突的布局,我思考了许久,如何有机的结合在一起,最大化优点最小化缺点的结果是啥模样?

我的思路很直接:就先把缺点列出来再缩小化。

第一个变后掠翼的结构和重量太大,都缩小吧!
家伙都变小了,翼载变小,结构的变形和应力变小,自然结构复杂度都变轻变小,缩小的变后掠翼就无法成为主翼了,只有两条路:鸭翼与水平尾翼。

第二,无尾三角翼布局主要不外是着陆性能不佳吗?加个鸭翼吧这已经是烂大街的布局,可是鸭式飞机的起飞、着陆性能较差,那。。。。欧洲人发现鸭翼的位置有矛盾,于是出了两个飞机, 两飞机最大特点就是鸭翼的位置不同。一个靠前,一个靠后。
鸭翼靠前,有利于飞机更灵敏,阻力更小。但是升力以及涡流升力的好处就少了许多。这就有了台风的特点:超音速性能好,更加灵敏。
鸭翼靠后呢,升力涡升力的好处有了,但是阻力增加了。这就有了阵风的特点,亚音速盘旋性能极佳。升力好,能带更多燃油和蛋蛋。
哦。。。。鸭翼想靠前靠前,想靠后靠后,把鸭翼变变后掠翼,哦不,是变前掠翼不就行了吗?反正变掠翼都缩小了,安装在鸭翼位置有何不可呢?

第三,鸭翼变前掠又有何不可呢?结构发散效应?
结构缩小,又没必要装油,整块都复合材料行不行?何况还可变角度,你硬要扭曲我硬是调角度不让你扭曲,行不行?

于是,这就看到一个清楚的轮廓了:无尾三角翼+鸭翼+可变角度翼+前掠翼=无尾三角翼可变角度前掠鸭翼!
一番权衡后,发现一种全新的布局出现了,而且还出初步发现这是天生的舰载机,
要结构强度,有!
要高速,有!
要低速着陆性能,有!
要大航程,有!
降落时鸭翼前掠可以提升升力系数,同时扫过鸭翼的气流被引向V尾,增强V尾的配平效率,估计迎角太大的问题不存在,当然万一迎角很大,还有非常靠前的风挡可以帮助飞行员看见跑道中线。
下图便是基本性能和规格
Slide2.JPG
明明重量体格都不小,怎么看起来飞机感觉很小,下图与猫猫作直观的比较,果然不小
Slide4.JPG
要高速,就要在气动上多加考虑,还好机身大好安排,要啥有啥。
Slide8.JPG
以下是针对甲板进场降落的特性小小气动分析......
Slide9.JPG
Slide10.JPG
Surface Plot.gif
Flow simulation.gif

气动分析结果显示。。。。(简略三千四百字),这飞机的气动焦点可以在某个范围内调整,也就是说超级放宽静稳定,低速鸭翼前掠时焦点在重心前,是静不稳定的,高速鸭翼后掠时焦点在重心后,是静稳定的,真的动静皆宜哦哦哦

典型隐身内载武装方案
Slide7.JPG

合适任务形态与想象图
1。长航时航母战斗群防空巡逻
Patroling.jpg
2。预警机护航
escord2.jpg
3。高速紧急拦截敌机
4。利用隐身优势猎杀敌人预警机
Interception.JPG
5。电磁静默为战略轰炸机长程奔袭护航(比如日本不乖乖了要在东京种蘑菇之类的战略任务,在那边种蘑菇一直是我某某某某邪恶的小小梦想,所以为此我思考了N种蘑菇种植法)
escord.jpg
6。掌握空优后的炸弹卡车任务

就到此为止,我知道我的错别字特严重,有错请手下留情,谢谢观赏

还有更多图在这里
舰载机:我梦里的终极猫党
   这个必须支持一下 哈哈哈


专业人士出手啊!
思路到结果都很漂亮。
有个问题,就是鸭翼在变后掠的同时还得能变迎角,不考虑差动时候俩自由度,飞控的工作量不小。
还有你是考虑了隐身的,好多平行的设计,似乎在变后掠的情况下只有几个特殊位置是平行的,是否可以认为战斗时候只有这几个位置可选?
另外,说句无聊的,但我很关心的,进气道为毛不用DSI。

专业人士出手啊!
思路到结果都很漂亮。
有个问题,就是鸭翼在变后掠的同时还得能变迎角,不考虑差动时候俩自由度,飞控的工作量不小。
还有你是考虑了隐身的,好多平行的设计,似乎在变后掠的情况下只有几个特殊位置是平行的,是否可以认为战斗时候只有这几个位置可选?
另外,说句无聊的,但我很关心的,进气道为毛不用DSI。

butongla 发表于 2015-7-6 01:10
专业人士出手啊!
思路到结果都很漂亮。
有个问题,就是鸭翼在变后掠的同时还得能变迎角,不考虑差动时候 ...


鸭翼不差动也不偏转,就一个升力辅助措施。
暂时发现亚翼三个角度是比较有突出表现的,也许就三个角度变化足矣
隐身设计之针对前半球,后半球反正菊花都是个大发射源,其他的就不费心机考量了。
DSI不适应M1.6以上的高速,何况这机体很大升力余量很大,这点重量代价是值得的啦


butongla 发表于 2015-7-6 01:10
专业人士出手啊!
思路到结果都很漂亮。
有个问题,就是鸭翼在变后掠的同时还得能变迎角,不考虑差动时候 ...


鸭翼不差动也不偏转,就一个升力辅助措施。
暂时发现亚翼三个角度是比较有突出表现的,也许就三个角度变化足矣
隐身设计之针对前半球,后半球反正菊花都是个大发射源,其他的就不费心机考量了。
DSI不适应M1.6以上的高速,何况这机体很大升力余量很大,这点重量代价是值得的啦

clever4511 发表于 2015-7-6 00:51
这个必须支持一下 哈哈哈
多多顶吧,别客气!
顺便恭喜一下坐沙发
建议斑竹给你个精。
版版,再不射这里,就要去看前列腺了。
三角翼诱导阻力小???


待我射一发……
好话先不说了,说几点别的:
一是后机身画得单薄了些,导致看起来采用的中推似的。
二是在鸭翼等非主翼结构采用变体设计,确实是目前已经研究许久的未来战斗机发展主要方向之一。
三关于开头三角翼的优缺点描述那段并不是很准确,小展弦比三角翼亚音速升阻比低,只有在大迎角时才有足够升力系数,诱导阻力也很可观。
阵风的着舰迎角还是偏大,采用类似布局的战斗机要弥补三角翼的天生低速性能缺点并不容易。个人倾向于把图中大面积V型全动垂尾也写进来,构成准三翼面,进一步优化着舰特性。

待我射一发……
好话先不说了,说几点别的:
一是后机身画得单薄了些,导致看起来采用的中推似的。
二是在鸭翼等非主翼结构采用变体设计,确实是目前已经研究许久的未来战斗机发展主要方向之一。
三关于开头三角翼的优缺点描述那段并不是很准确,小展弦比三角翼亚音速升阻比低,只有在大迎角时才有足够升力系数,诱导阻力也很可观。
阵风的着舰迎角还是偏大,采用类似布局的战斗机要弥补三角翼的天生低速性能缺点并不容易。个人倾向于把图中大面积V型全动垂尾也写进来,构成准三翼面,进一步优化着舰特性。
有创意的想法,好漂亮的设计!
鸭翼不差动也不偏转,就一个升力辅助措施。
暂时发现亚翼三个角度是比较有突出表现的,也许就三个角度 ...
鸭翼不差动还好理解,不偏转,变后掠角度只有三个。那么配平就只能靠V尾了?
个人看来鸭翼还是要偏转一下的,哪怕不是全动呢。
至于DSI如何飞到1.6马赫以上,应该还是有办法的。要不然J20只能飞到1.6?不相信。
还个得支持一下
楼主这个流体模拟程序跑了多长时间啊
额,可能是个人喜好的原因吧,我还是中意中规中矩的常规气动布局,看着简单、稳定、可靠。
butongla 发表于 2015-7-6 07:56
鸭翼不差动还好理解,不偏转,变后掠角度只有三个。那么配平就只能靠V尾了?
个人看来鸭翼还是要偏转一 ...
确实在很多帖子里看到dsi不适合飞太高的马赫数,如果是真的,j20是如何处理这个问题的?和进气道上开的小窗有关系吗?
确实在很多帖子里看到dsi不适合飞太高的马赫数,如果是真的,j20是如何处理这个问题的?和进气道上开的小 ...
反正你想想成飞的路数不玩高速能行?
我以前也曾坚信DSI不能高速,现在想想还真是毫无道理的就相信了。
支持一下!转611专门研究并增强!
支持一哈!!!
为什么感脚菱形翼的飞机看起来更漂亮呢?  最难看的就是三角翼!
感觉鸭翼根部的隐身不会太好,本身就像阵风一样鸭翼高出主翼,而且还要可变角度,细节处理恐怕比歼20和A/F-X都困难。。。
讚一个            
待我射一发……
好话先不说了,说几点别的:
一是后机身画得单薄了些,导致看起来采用的中推似的。

我恰恰认为,将来舰载机的着舰能力更多的就是要靠稳定的大迎角来解决。着舰时的下视视线问题,我觉得出路是高分辨率的eots。
虽然不是我喜欢的类型,但是这种不辞辛苦码字又画图的LZ,最好多多益善
技术贴啊,建议斑竹给你射一个吧··
三角翼诱导阻力小???
啊,错了,一会儿就改
如果真能搞出这飞机,它的飞控该怎么写?
如果真能搞出这飞机,它的飞控该怎么写?
该怎么写就怎么写,你会写么?
兄弟,你顶楼算不是升力系数,应该是升力吧?

下面有关于F/A-18E/F的的起降计算,里面有升力曲线,供你参考。

http://wenku.baidu.com/view/f4eeb1c09ec3d5bbfd0a74f4.html
顶原创,赞赞勤劳的楼主。
图文并茂,辛苦了。
兄弟,你顶楼算不是升力系数,应该是升力吧?

下面有关于F/A-18E/F的的起降计算,里面有升力曲线,供你 ...
对,是有牛顿为单位的升力,手痒多码了两个字
虽然不是我喜欢的类型,但是这种不辞辛苦码字又画图的LZ,最好多多益善
画图是乐趣,码字确是比较苦逼,哈哈

楼主的专业精神值得学习,设计也很漂亮。
某某某某 发表于 2015-7-6 21:49
对,是有牛顿为单位的升力,手痒多码了两个字
关于升力计算,从你的流体力变化上似乎看不到涡升力的情况,可否考虑过涡带来的增升?

如果只是靠三角翼增大迎角提供升力,那么升力的效果可能不是很理想,阵风选择近距耦合来提高涡升力降低着舰速度应该是有考虑的。

如果没有涡升力,建议你参考台风的做法,看看能否增加边条,麻烦的地方就是进气道如何处理了。

台风和阵风小边条涡升力的相关信息:
http://lt.cjdby.net/forum.php?mod=viewthread&tid=1451559

某某某某 发表于 2015-7-6 21:49
对,是有牛顿为单位的升力,手痒多码了两个字
这里给你一个J-20上舰的可升降边条的的想法,里面有庄逢甘的论文,供你参考。
http://lt.cjdby.net/thread-1936134-1-1.html
TSQ 发表于 2015-7-6 22:16
关于升力计算,从你的流体力变化上似乎看不到涡升力的情况,可否考虑过涡带来的增升?

如果只是靠三角 ...
T老大掖着好多好东西,谢谢!
牛人牛帖,前掠翼真的让人眼前一亮呢。我相信咱们成飞已经对进气道摸得差不多了,只是咱好像没玩过可变角度掠翼吧,或者说没成功过。

TSQ 发表于 2015-7-6 22:16
关于升力计算,从你的流体力变化上似乎看不到涡升力的情况,可否考虑过涡带来的增升?

如果只是靠三角 ...


其实是有的,只是流场的呈现我只打开鸭翼本身的流场,其他交替作用包括小边条的都关闭不呈现出来因为画面将很复杂。。。。但从鸭翼角度变化与总升力的变化曲线还是有迹可循的
TSQ 发表于 2015-7-6 22:16
关于升力计算,从你的流体力变化上似乎看不到涡升力的情况,可否考虑过涡带来的增升?

如果只是靠三角 ...


其实是有的,只是流场的呈现我只打开鸭翼本身的流场,其他交替作用包括小边条的都关闭不呈现出来因为画面将很复杂。。。。但从鸭翼角度变化与总升力的变化曲线还是有迹可循的
难得一见的专业贴,虽然看不懂,支持脑洞常开,虽然是梦想,可万一实现了呢?呵呵
难得一见的专业贴,虽然看不懂,支持脑洞常开,虽然是梦想,可万一实现了呢?呵呵
我的梦想就是强国梦,我相信一定会实现的!