三体地效飞行器
三体地效飞行器
马亚洲,张伯瑜,王奥博,晋玺,刘新宇
(哈尔滨工程大学,国防学院,黑龙江 哈尔滨市,150001)
摘 要:文章首先介绍了地效飞行器的概念,然后具体介绍了地效飞行器的研制过程与结构分析,采用复合翼型,大展弦比,发动机前置,在此详细介绍了地效的概念及其优势,有助于了解此飞行器的工作原理和过程,并通过分析指出了地效飞行器具有运载效率高,两栖性地效飞行,良好的隐身性,突防能力良好,耐波性与适航性好等无可比拟的优点,通过对地效飞行器的研究意义和国外发展概况进行分析指出我国发展涵道风扇地效无人机的重要性。 关键词:地效飞行器;复合翼型;大展弦比;隐身;两栖;
WIG triraft
MA Yazhou, ZHANG Boyu, WANG Aaobo, JIN Xi, LIU Xinyu
(College of National Defense Engineering, Harbin Engineering University, Harbin,150001,China)
Abstract: this article first introduces the concept of WIG craft, and then presents the WIG craft of the development process and structure analysis, the composite wing type, unfolds the string than, engine lead, in this detailed introduces the concept and contain the word fan advantage, help to understand this vehicle the work principle and process, and through the analysis points out the way to contain the WIG craft carrying with high efficiency, amphibious sex ground effect flight, good stealth sex, the penetration ability is good, resistance to wave sex and airworthiness incomparable advantages such as well, through to the han way research significance of WIG craft and foreign development situation analysis points out that China's development way to contain the fan the importance of uavs effect.
Keywords: WIG triraft; Composite wing type; Exhibition string ratio; Stealth; Amphibious;
地效飞行器是是一种利用地面效应原理,具有超低空飞行能力的特种飞行器。地效飞行器介于一般飞机和舰船之间,诸多方面的性能优于飞机及舰船。
直接受海浪冲击,所以颠簸程度比船舶小得多,也 没有高空强气流造成的颠簸,舱内噪音程度与大型 客机相当。地效飞行器不受空中管制的限制,出航方便。它使用起来机动性好,耐波性强 ,适航性高 。由于地效飞行器吃水深度很小,又可在水面随处起飞和降落, 因此它可以到达一般船舶和飞机难以到达的岛屿和水域。 除了水面之外 ,地效飞行器还可以在平坦的冰雪原、草原、滩涂、沼泽上飞行。地效飞行器可在超低空地面雷达的盲区飞行,不易被敌方发现,更难以实施瞄准攻击 。
可以说地效飞行器是继车辆、船舶、飞机之后的第四大交通运输工具,可用于多种用途,如:客运、货运、客货两用、旅游观光、搜索与救援、远洋渔船和钻井平台换员运输、通讯保障、邮递、巡逻、缉毒、登陆、反潜等。
1 研究目的及意义
地效飞行器安全性较高,地效飞行器在距离水面1-6 米的高度低空飞行。一旦出现紧急情况,可随时在水面降落。地效飞行器经济性好, 地效飞行器的升阻比高, 因此可获得更大的承载能力和经济性。其设计与制造对可靠性的要求, 建设费用均比飞机低, 售价约为同级飞机的50%-60%。地效飞行器在水面起降,不占用宝贵的土地资源,并可节省大量的机场和跑道建设费用。其通讯、导航、空地勤保障条件要求也较低 ,运营成本明显低于飞机。地效飞行器的速度为每小时120-550 公里,是船舶的数倍至数十倍。地效飞行器在水面以上飞行,不
作品来源:哈尔滨工程大学2010年度第二批大学生科研立项 作者简介:马亚洲(1990—),男,2009级,飞行器设计与工程专业 指导教师:刘文智、李海波 信息与通信工程学院
2 设计方案
图1 三维效果图
2.1 推进装置设计
推进装置采用了两台高涵道比,高性能涡轮风扇发动机,涡轮风扇发动机比涡轮喷气发动机的工质流量大、推进效率高、耗油率低、推力大,发动机安装有智能管理系统 可以防止吸入水汽,沙粒。
图2 发动机局部图
采用前置发动机,使喷出的气流直接作用于机翼面上,根据升力公式即使飞行器速度不高也可以提供很大的升力,减小飞行器的最小平飞速度和起降滑跑距离,发动机角度可调,可提供矢量推力,一方面增大升力,一方面使飞机更加机动灵活。
图4 结构图
2.2 机身
机身结构由桁梁式与桁条式混合搭配,前部机身采用桁梁式机身,其中设置内置武器舱,水下部分采用三体设计,在水面上航行时,中间的主体提供主要浮力,两边的两个侧体在艇体发生倾斜时会产生足够的复原力矩,保证艇体不会发生倾覆。左右机身可以加装燃油增大航程。 2.3 机翼
机翼采用传统的薄蒙皮骨架式机翼(梁式机翼),机翼面积大,升力大,大展弦比。而且采用前置鸭翼布局不易失速。并且使用了两种翼型的机翼进行结合,使飞行器的气动性能更好。
图5 翼型1
图3 发动机局部图
图6 翼型2
3.2.2 机翼加工
机翼是飞行器的主要受力构件,而且要求质量轻,所以采用木板和玻璃钢杆组合的形式,而且机翼采用蒙皮骨架式,这样可以大大减轻重量,有保证了强度。木板主要用激光雕刻机雕刻。
图7 翼型升力分析图
L—升力 D—阻力
升力计算公式:
1 2lVvcA0A1
2
(A0,A1为待定系数)
图7 机翼加工图 3.3 机体组装
机体的组装主要是将机身,机翼,尾翼,涵道推进器,及接收机,舵机,摄像头、各种应用的传感器等组合在一起,这个过程比较复杂,需要严格的按照图纸尺寸进行装配,否则飞行器的气动性能将受到影响。组装完毕后对飞行器进行修饰。
3 制作过程
3.1 原料采购
机体框架(木料,玻璃钢杆,挤塑板) 动力装置(涵道推进器,锂电池) 控制部分(接收机,舵机)
其他载荷(如搭载摄像头、各种应用的传感器等)
3.2 构件加工
本项目木料加工采用激光雕刻机进行,机体框架主要由加工成型的木料配接粘合而成。设计阶段利用了solidworks、autocad等软件,可以进行装配体的软件模拟,提高了效率又节约了成本。
3.2.1 机身加工
由于机身体积较大,而且要作为浮体在水中提供浮力,所以要求密度小,质量轻,较容易加工的材料,比如挤塑板,木板。挤塑板在加工过程中主要采用磨削,切削。木板的加工是采用激光雕刻机雕刻,精准快捷。
图8 组装完成图
4 结果分析
4.1优势分析
4.1.1 运载效率高
由于空气附加升力和发动机喷射气流的作用使地效飞行器的载运量可达自重的5O%,而著名的波音747飞机载运量仅为其自重的2O%,这样它就可以载更多的武器装备和战备物资,是单次运输量
大大提高。
4.1.2 两栖性地效飞行器
两栖性地效飞行器不仅可在水面、冰面、雪地上低空掠行,且具有一定的爬坡、登岸能力,它不受航道环境和码头条件限制,可以快速将人员和货物运往滩头。 这一点可以使此飞行器适应更多战场环境,并且适合用作登陆作战的运输工具。
4.1.3 良好的隐蔽性和突防能力
地效飞行器通常都是贴水面或地面高速掠行,所以一般都处在敌雷达盲区内,很难被发现。即使被发现,由于加装火箭发动机,它也能高速规避敌舰载或陆基防空武器的拦截,突防能力很强。可以快速抢占滩头,对敌防线实施闪击,较强的作战能力 地效飞行器比现有的导弹快艇速度要快、机动性要好,可利用其高速性和突防能力对敌舰进行有效的攻击,而敌人的水雷、鱼雷不会对其构成威胁。
4.1.4 高耐波性与适航性
由于地效飞行器采用动力气垫增升等技术,大多都能在3级海情下顺利起降,在浪高小于3米时稳定安全地巡航航行。这可以保证在恶劣的天气下实施对敌打击。
4.2 创新点分析
4.2.1 复合型机翼
采用高低速翼型,可以使该飞行器充分发挥它的优势。
4.2.2 涵道涡扇发动机
首先这种发动机可以防止吸入水汽和灰尘,然后可以矢量推动。
4.2.3 大展弦比
可以提供更大升力,载重量更大。
4.3 应用前景分析
4.3.1 反舰:
由于地效飞行器掠海飞行不易被雷达捕捉,而且速度快,可以突袭,是可畏的航母杀手。
4.3.2 反潜
地效飞行器可以多航态运营,即低速排水航行,
中速气垫航行,高速离水飞行,这对反潜很有利。
4.3.3 登陆作战
地效飞行器高速掠海飞行,隐蔽性好,载弹量大,火力威猛,是打压滩头火力,突破敌军防线的有力武器。
4.3.4 运兵
在登陆作战中,需要运送大量兵力,而登陆舰目标较大容易受到攻击,生存能力差,采用地效飞行器可以快速安全的运送兵力.
4.3.5 其他
执行运送武器装备、快速布雷、扫雷等任务.
5 结论
三体地效飞行器具有掠海高速飞行,隐蔽性好,突防能力强,运载量大等优点,这对于海军登陆作战,反舰极为重要,如果能够把这种飞行器投入到实战中必将大大增强我海军的战斗力。
致 谢
感谢指导老师的悉心指导,我们组员的辛勤努力,还有实验室给我们提供的良好的条件,没有这些我们不会有如此的收获。
参考文献
[1] 刘 冰,高玉东.国防技术基础[M].北京:科学出版社,2005.
[2] 杨 晖.地效飞行器的发展与展望[J].飞行力学,2001. [3] 钱翼稷.空气动力学[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010.