一种超短距起降的轻型运动飞机气动布局结构
| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202510086478.9 | 申请日 | 2025-01-20 |
| 公开(公告)号 | CN119840830A | 公开(公告)日 | 2025-04-18 |
| 申请人 | 河南乔海泽尼尔科技有限公司; | 申请人类型 | 企业 |
| 发明人 | 陈伟; | 第一发明人 | 陈伟 |
| 权利人 | 河南乔海泽尼尔科技有限公司 | 权利人类型 | 企业 |
| 当前权利人 | 河南乔海泽尼尔科技有限公司 | 当前权利人类型 | 企业 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：河南省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：河南省郑州市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：河南省郑州市上街区工业路街道通航六路通航大厦 | 邮编 | 当前专利权人邮编：450041 |
| 主IPC国际分类 | B64C5/02 | 所有IPC国际分类 | B64C5/02 ; B64C9/00 ; B64C9/02 ; B64C9/20 ; B64C9/26 ; B64C1/00 ; B64C1/06 ; B64C1/14 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 四川蜀东知识产权代理事务所 | 专利代理人 | 李丽琴; |
| 摘要 | 本 发明 涉及飞机设计领域，具体涉及一种超短距起降的轻型运动飞机 气动 布局结构，包括机头、 机身 、机翼、垂直 尾翼 、 水 平尾翼和升降 舵 ，机身自机头向机尾延伸时，其外形形状由 流线 性曲面形向矩形变化，机翼包括对称设计并固定于机身的左主机翼和右主机翼，左主机翼和右主机翼的前缘还设有前缘缝翼、 后缘 下方还悬挂安装有展襟副翼，水平尾翼的水平安定面在顶部，升降舵转动安装在水平尾翼的后缘，升降舵的后缘还安装有配平片。水平尾翼倒置使平尾下翼面压 力 小于上翼面压力，进而产生向下的压力差，飞机整体所受顺 时针 方向的力偶矩增大，降低最小离地速度。飞机机翼结合缝翼和 襟翼 的优点，有效降低飞机的着陆外形 失速 速度，从而减小着陆滑跑距离。 | ||
| 权利要求 | 1.一种超短距起降的轻型运动飞机气动布局结构，以卡氏垂直坐标系为参照，轻型运动飞机以其航行方向所定义的X轴和重力方向所定义的Z轴共同构成的第一平面为对称面构置，包括机头、机身、机翼、垂直尾翼、水平尾翼和升降舵， |
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| 说明书全文 | 一种超短距起降的轻型运动飞机气动布局结构技术领域[0001] 本发明涉及飞机设计领域，具体涉及一种超短距起降的轻型运动飞机气动布局结构。 背景技术[0002] 轻型运动飞机是一类满足特定法规和标准，主要用于休闲飞行、飞行培训等的小型飞机。其常见的气动布局结构有以下几种：1、常规布局，水平尾翼位于机翼后方，与垂直尾翼共同构成飞机的尾翼部分。水平尾翼一般由固定的安定面和可活动的升降舵组成；垂直尾翼则包含安定面和方向舵。 [0004] 比如：派珀PA ‑ 18“超级幼兽”，它采用高置的上单翼设计，机翼为飞机提供主要升力，位于机翼后方的水平尾翼和垂直尾翼，保证了飞机在飞行过程中的稳定性。无论是在起飞、巡航还是降落阶段，常规布局使得飞机的操控性能易于飞行员掌握，适合在各种气象条件和飞行任务中使用，广泛应用于飞行训练、短途运输和航空摄影等领域。 [0006] 鸭式布局可使飞机的操控更加敏捷，能快速改变飞机的飞行姿态，提升飞机的机动性。不过，这种布局对飞控系统要求较高，需要精确控制鸭翼和主机翼的气流相互作用，以确保飞行稳定性。 [0007] 一些轻型特技运动飞机采用鸭式布局，例如某些用于空中表演和竞赛的小型飞机。鸭翼的设计让飞机在低空飞行时可以迅速做出翻滚、筋斗等高难度机动动作，满足了飞行员对飞行趣味性和挑战性的追求。同时，在起飞阶段，鸭翼能提供额外升力，缩短飞机的滑跑距离，提高飞机的起降性能。 [0008] 3、双翼布局，飞机拥有上下两层机翼，两层机翼通过支柱和张线等结构连接。双翼布局在早期飞机设计中较为常见，由于两层机翼提供了更大的升力面积，在较低的速度下就能产生足够的升力，具有良好的低速性能。 [0009] 这种布局的飞机结构相对坚固，但由于机翼间的气流干扰以及结构重量增加，会导致飞行阻力增大，在一定程度上影响飞行速度和燃油经济性。 [0010] 许多经典的轻型运动飞机采用双翼布局，如美国的斯蒂尔曼（Stearman）双翼机。它在低空飞行时稳定性好，且凭借较大的升力面积，能够在较低速度下保持良好的飞行状态。双翼布局使得飞机在低空飞行时具有独特的飞行特性，适合用于观光飞行、航空体验等活动，让乘客可以更从容地欣赏低空风景。 [0011] 4、飞翼布局，飞翼布局的轻型运动飞机没有传统意义上的机身和尾翼，整个飞机外形基本就是一个大展弦比的机翼。这种布局的优点是空气阻力小，隐身性能较好（在轻型运动飞机领域隐身需求相对较小，但仍是该布局的一个特点），同时机翼面积大，升力效率高。 [0012] 一些自制或小众品牌的轻型飞翼运动飞机，主要用于追求独特飞行体验和对飞行性能有特殊需求的飞行爱好者。它们在设计上注重轻量化和简洁性，飞翼布局使得飞机在飞行时具有独特的操控感受和飞行姿态，例如某些用于滑翔飞行的飞翼机型，利用其高升力效率和低阻力特点，在气流中获得更好的滑翔性能。 [0013] 在本申请中，涉及到的是常规布局的轻型运行类固定翼飞机，现在的这类运动轻型飞机因为水平尾翼倒置的缘故，飞机平飞中水平安定面时刻收到向下的压力，飞机整体受到顺时针的力偶，为平衡力偶，升降舵要保持一定的角度，时刻受力，对升降舵和水平安定面的连接部分有一定影响，减少其使用寿命。另外，在飞行中遇较大迎风或者空速过大的情况时，会增大顺时针力偶，导致飞机倾覆，因此飞机巡航速度受限。同时，前缘襟翼和缝翼融合的结构会在其工作时破坏机翼气动布局，增大飞行阻力，对飞行员的操作产生影响。 发明内容[0014] 为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种超短距起降的轻型运动飞机气动布局结构，为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种超短距起降的轻型运动飞机气动布局结构，以卡氏垂直坐标系为参照，轻型 运动飞机以其航行方向所定义的X轴和重力方向所定义的Z轴共同构成的第一平面为对称面构置，包括机头、机身、机翼、垂直尾翼、水平尾翼和升降舵， 所述机身自机头向机尾延伸时，其外形形状由流线性曲面形向矩形变化， 所述机翼包括对称设计并固定于机身的左主机翼和右主机翼，在机身的驾驶舱顶 部设有全景天窗，左主机翼和右主机翼从全景天窗边沿位置处往机身外侧延伸，且左主机翼和右主机翼在靠近全景天窗的翼根处宽度变窄，所述左主机翼和右主机翼的前缘还设有前缘缝翼，在左主机翼和右主机翼的后缘下方还悬挂安装有展襟副翼， 所述垂直尾翼在机身尾部，并处于机身顶面，在垂直尾翼与机身之间设有三角形 垂尾，垂尾在机身的X轴方向，垂尾的垂直安定面上设有装配通道， 所述水平尾翼的水平安定面在顶部，所述升降舵转动安装在水平尾翼的后缘，升 降舵和水平尾翼穿过装配通道垂直于机身安装，所述升降舵的后缘还安装有配平片。 [0015] 进一步的，所述机身的座舱段外形形状为流线性曲面，其顶部的全景天窗为平面，且平滑过渡至机身的客舱段，机身的客舱段为矩形，越靠近尾翼体积逐渐缩小。 [0017] 进一步的，所述升降舵和配平片装配后在常态下其截面形成平凸翼型，在升降舵内还安装有伺服器，所述配平片的截面呈三角形，配平片的其中一个锐角端通过合页与升降舵的尾端连接，配平片的钝角端通过拉索与伺服器连接。 [0018] 进一步的，所述水平尾翼与升降舵之间留有升降舵摆动间隙，在水平尾翼的翼尖和翼根位置处设有铰接板，所述升降舵的两端通过铰接轴安装在铰接板尾端。 [0019] 进一步的，以水平安定面为基准，升降舵在Z轴方向的摆动角度为+28°±2 —28°~±2。 [0020] 进一步的，所述水平尾翼的导向边缘至机身中心线的为DL=DR±20mm DL：机身中心线至水平尾翼左边导向边缘的距离 DR：机身中心线至水平尾翼右边导向边缘的距离。 [0021] 进一步的，所述升降舵的前缘端截面呈水滴状，所述铰接板超过前缘端连接在升降舵的中段处，并且升降舵的水平安定面与水平尾翼的水平安定面处于同一水平面上。 [0022] 进一步的，所述左主机翼和右主机翼呈平凸翼型，在前缘位置上间隔布置有前连接筋块，所述前缘缝翼固定在前连接筋块上，在下底面位置上设有往后缘下方延伸的后连接筋块，所述展襟副翼活动安装在后连接筋块上。 [0023] 进一步的，所述展襟副翼的下平面设有连接板，在后连接筋与连接板之间通过铰接轴连接，展襟副翼在Z轴方向的摆动角度为+13°—13°。~ [0024] 本发明与现有技术相比的有益效果是：1、飞机起飞过程中主翼面受到向上升力，水平尾翼倒置使平尾下翼面压力小于上翼面压力，进而产生向下的压力差，使水平尾翼收到向下的压力，相对于正装水平尾翼来说，飞机整体所受顺时针方向的力偶矩增大，降低最小离地速度，从而减小起飞滑跑距离。 [0025] 2、飞机机翼装配的展襟副翼，外型结构同时又具有缝翼的功能，在降低飞机速度的同时，以低速大迎角状态下提供足够的升力，避免失速。结合缝翼和襟翼的优点，有效降低飞机的着陆外形失速速度，从而减小着陆滑跑距离。 [0026] 3、水平尾翼的水平安定面在上，利用倒置的水平尾翼和襟翼缝翼结合的结构，减小起飞滑跑距离和着陆滑跑距离，实现超短距离起降。 [0027] 4、该款飞机的方向舵是一个全动式方向舵，上面是没有升降舵调整片的，升降舵是全动式的更容易控制，所以飞机在低空低速飞行时，飞机的可控性更好，同时，尾翼是在机身的上方，从正前方流动到尾翼的空气不受影响，这也使得该款飞机更易于操控，安全性更高。 [0028] 5、水平尾翼的水平安定面刚好与机翼的水平安定面相反，在飞行过程中会给尾部一个向下压的力，这样设计可以使飞机在发动以后，快速抬头（前轮离地），让机翼以大迎角（最高可达30°）滑行，扫过的空气更多，使机翼能够获取足够大的升力从而实现超短距起降。 [0029] 6、该飞机的机身设计为矩形的，矩形的机身制作过程非常简单和快速，同时且也便于后期的维修保养。矩形的客舱比圆形的，能提供更大的座舱和客舱空间，两个人坐在里面是非常宽敞的，座椅的位置和高度也是符合人体工程学的设计，非常的舒适。 [0032] 图1为轻型运动飞机的立体结构视图；图2为轻型运动飞机的右视结构示意图； 图3为轻型运动飞机的俯视结构示意图； 图4为轻型运动飞机的俯视结构示意图； 图5为轻型运动飞机的前视结构示意图； 图6为展襟副翼相对于左主机翼在Z轴方向摆动的动态变化图； 图7为左主机翼与前缘缝翼的间隙表示图； 图8为水平尾翼与升降舵的装配侧面结构示意图； 图9为升降舵和配平片的装配平面结构示意图； 图10为升降舵相对于水平尾翼在Z轴方向摆动的动态变化图。 [0033] 附图标记：1、机头；2、机身；3、机翼；30、左主机翼；31、右主机翼；32、前缘缝翼；33、展襟副翼; 34、前连接筋块；35、后连接筋块；4、垂直尾翼；5、水平尾翼；50、水平安定面；51、铰接板；6、升降舵；61、合页；62、拉索；7、驾驶门；8、机翼支架组件；9、垂尾；10、配平片。 具体实施方式[0034] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。 [0035] 如图1 图10所示，一种超短距起降的轻型运动飞机气动布局结构，以卡氏垂直坐~标系为参照，轻型运动飞机以其航行方向所定义的X轴和重力方向所定义的Z轴共同构成的第一平面为对称面构置，包括机头1、机身2、机翼3、垂直尾翼4、水平尾翼5和升降舵6。 [0036] 如图2所示，所述机身2自机头向机尾延伸时，其外形形状由流线性曲面形向矩形变化，机身2从侧面看，是前款后窄的梯形，机身2内分为驾驶坐舱和客舱，所述机身2的座舱段外形形状为流线性曲面，其顶部的全景天窗为平面，且平滑过渡至机身2的客舱段，机身的客舱段至尾部为矩形，越靠近垂直尾翼体积逐渐缩小。 [0037] 驾驶门7在驾驶坐舱外，驾驶门7采用亚克力透明材质的，视野还，更宽阔，驾驶坐舱对应的机身顶部也是透明材质，设计一个全景天窗，视野更好。 [0038] 机翼3的高宽比为6.2，所述机翼3包括对称设计并固定于机身2的左主机翼30和右主机翼31，左主机翼30和右主机翼31从全景天窗边沿位置处往机身2外侧延伸，机翼3不会遮挡全景天窗，且左主机翼30和右主机翼31在靠近全景天窗的翼根处宽度变窄，以增加驾驶舱内的视野，所述左主机翼30和右主机翼31的前缘还设有前缘缝翼32，在左主机翼和右主机翼的后缘下方还悬挂安装有展襟副翼33，前缘缝翼32和展襟副翼33均与主机翼之间保持间隙，前缘缝翼呈凹凸翼型。 [0039] 如图7所示，前缘缝翼32与左主机翼30之间的最远距离处的间隙保持在110毫米（即图7中三角形辅助线的H处长度为110mm），前缘缝翼32与左主机翼之间最接近处的间隙保持在19±2cm（即图7中黑色阴影B处的间隙为19mm），此间距设计使得前缘缝翼32与左主机翼30之间保持间隙，但要使得前缘缝翼32、左主机翼30和展襟副翼33的曲率连续，前缘缝翼的上凸面与左主机翼的上表面沿流向平滑过渡，上凸面的头部延伸面与左主机翼的下平面保持在同一平面上，保持机翼3的整体流线型，机翼3相对于机身上平面的迎角为5°。右主机翼与左主机翼相同。 [0040] 如图5所示，在左主机翼30、右主机翼31与机身2的座舱段之间斜拉着机翼支架组件8，三者形成三角支撑结构。 [0041] 如图6所示，所述左主机翼30和右主机翼31呈平凸翼型，在前缘位置上间隔布置有前连接筋块34，所述前缘缝翼32固定在前连接筋块34上，在下底面位置上设有往后缘下方延伸的后连接筋块35，所述展襟副翼33固定在后连接筋块35上。在图6中，a图表示展襟副翼与左主机翼保持在同一曲率面上的截面图，b图表示展襟副翼往上摆动13°的平面图，c图表示展襟副翼往下摆动13°的平面图。 [0042] 所述展襟副翼33呈平凸翼型，并以上下摆动的方式连接在左主机翼30、右主机翼的后缘下方，所述展襟副翼33的下平面设有连接板，在后连接筋35与连接板之间通过铰接轴连接，在本实施例中，展襟副翼33摆动角度为+13°—13°，其摆动角度误差保持在±1°~内。 [0043] 所述展襟副翼33的翼展长度与对应侧的左主机翼30或右主机翼31长度相同，所述前缘缝翼32的翼展长度小于对应侧左主机翼或右主机翼的长度，前缘缝翼32的翼根处与机身无接触，从飞机的俯视图可看出。 [0044] 如图4所示，机翼的导向边缘至机身中心线的距离为：DL=DR±50mm，其中DL：机身中心线至左主机翼导30向边缘的距离，DR：机身中心线至右主机翼32导向边缘的距离，在本实施例中，翼展9.1米，翼弦1.47米。 [0045] 所述垂直尾翼4在机身尾部，并处于机身顶面，在垂直尾翼4与机身5之间设有三角形垂尾9，垂尾9在机身的X轴方向，垂尾9的垂直安定面上设有装配通道，所述水平尾翼5的水平安定面50在顶部，水平尾翼的水平安定面刚好与机翼的相反，所述升降舵6转动安装在水平尾翼5的后缘，升降舵6和水平尾翼5穿过装配通道垂直于机身安装，所述升降舵6的后缘还安装有配平片10。 [0046] 如图9所示，所述升降舵6和配平片10装配后在常态下其截面形成平凸翼型，两者的外形轮廓在同一个曲率面上，在升降舵6内还安装有伺服器60，所述配平片10的截面呈三角形，配平片的其中一个锐角端通过合页61与升降舵的尾端连接，配平片10的钝角端通过拉索62与伺服器连接，使得配平片具有柔性活动范围。在图9中，b图为a处的局部放大结构图。 [0047] 所述水平尾翼与升降舵6之间留有升降舵6摆动间隙，在水平尾翼5的翼尖和翼根位置处设有往气流流动方向延伸的铰接板51，铰接板51超出水平尾翼5的后缘方，所述升降舵6的两端通过铰接轴安装在铰接板51尾端。 [0048] 如图10所示，以水平安定面50为基准，升降舵6在机身Z轴方向的摆动角度为+28°±2 —28°±2，在图10中，a图表示升降舵往上摆动28°，b图表示升降舵保持在水平面，c图~表示升降舵往下摆动28°。 [0049] 所述水平尾翼5的导向边缘至机身中心线的为DL=DR±20mm，DL：机身中心线至水平尾翼左边导向边缘的距离，DR：机身中心线至水平尾翼右边导向边缘的距离。在本实施例中，水平尾翼跨度2.6米，舵尖高度2.6米。 [0050] 如图8所示，所述升降舵6的前缘端截面呈水滴状，所述铰接板51超过前缘端连接在升降舵6的中段处，并且升降舵6的水平安定面与水平尾翼5的水平安定面处于同一水平面上。 [0051] 该款飞机采用一体双悬臂弹簧式起落架，这种起落架在飞机落地时可以向下弯曲从而吸收一部分接地时的冲击力，从而减少机身收到的冲击。其次这种起落架啊较高，可以适应比较复杂的降落路面。还采用越野式的大轮胎，可以适应绝大多数的起降场地。 [0052] 该款飞机是一款几乎可以在全地形起降的单发、两座、上单翼、前三点、全铝合金的轻型运动类固定翼飞机，具备30米起飞、90米降落的超短距起降特性，以及具有超大载荷和低廉的运营成本，应用于通用航空的多个场景，例如飞行培训、短途客货运输、边防巡逻、森林防火灭火、航空勘察、紧急救援、旅游观光、私人乘驾、农林喷洒、拖拽滑翔机、航空科普、飞机餐厅、体验拍照、展示博览、航空研学、航空职教、航空艺术办公家具、网红打卡、模拟驾驶体验、活动助兴等。 [0053] 以上对本发明提供的一种超短距起降的轻型运动飞机气动布局结构进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。 |
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