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基本信息
- 項目名稱：
- 后置橫流風(fēng)扇升推力綜合翼驗證機
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 后置橫流風(fēng)扇升推力綜合翼是一種將橫流風(fēng)扇融合進厚翼型后緣附近的上表面，利用風(fēng)扇的吸附作用抑制氣流分離并同時產(chǎn)生推力的新概念機翼。這種機翼創(chuàng)新性地將升力和推力緊密地聯(lián)系起來，并且通過橫流風(fēng)扇進行機翼上表面的流動控制，達到增升的效果。在橫流風(fēng)扇的作用下，該機翼在較大迎角下不僅不會失速，反而能產(chǎn)生較高的升力和推力。另外，厚翼型的采用使得機翼的內(nèi)部空間相對充裕，這在實際應(yīng)用中具有很大的意義。
- 詳細介紹：
- 橫流風(fēng)扇是空調(diào)系統(tǒng)中最廣泛使用的部件之一，它具有噪聲低、出風(fēng)均勻、對氣流加速能力強的優(yōu)點，但同時也有效率不高的不足。 本項目將橫流風(fēng)扇引入飛行器，并和厚翼型結(jié)合形成一種新的高性能機翼，名為后置橫流風(fēng)扇升推力綜合翼，以下簡稱綜合翼。綜合翼的主要外形特點是在一個厚翼型的后緣處有修形，其中容納有橫流風(fēng)扇，風(fēng)扇周圍是經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的風(fēng)道使得風(fēng)扇可以發(fā)揮較大的效能。在這里橫流風(fēng)扇起到以下兩點重要的作用： 1.布置在機翼上的橫流風(fēng)扇對升力的產(chǎn)生有直接的作用，在較低的速度下產(chǎn)生高速翼型繞流的氣動效果。常規(guī)的厚翼型在小雷諾數(shù)下附面層很容易分離，使其升力系數(shù)遠遠低于普通翼型。但在大雷諾數(shù)下，隨著表面分離區(qū)的減小，厚翼型能產(chǎn)生較大的升力系數(shù)。根據(jù)這一事實，在低速狀態(tài)下，利用橫流風(fēng)扇內(nèi)的低壓區(qū)和風(fēng)扇對氣流的加速作用，將上翼面分離的附面層重新吸附到翼面上，并且抑制附面層的再分離，如此即可使厚翼型在小雷諾數(shù)下達到大雷諾數(shù)下的流動效果，從而大大提高其升力系數(shù)，使其更容易被應(yīng)用在低速飛行器上。 2.橫流風(fēng)扇同時提供飛行所需的推力。雖然橫流風(fēng)扇的效率不高，但是它的出風(fēng)口的氣流流速和出風(fēng)量仍然可以滿足飛行器推進的需要。這里橫流風(fēng)扇從翼型的尾流區(qū)吸入氣流并對其加速排出，不僅提供了推力，同時降低了整個翼型沿氣流方向的逆壓梯度，從而使附面層更不容易分離，并且減小了翼型的阻力系數(shù)。 與相同厚度的傳統(tǒng)翼型相比，綜合翼具有較高的氣動效率和較好的失速特性。另外，橫流風(fēng)扇的出風(fēng)口可以設(shè)計成可偏轉(zhuǎn)的模式，作為滾轉(zhuǎn)運動的操縱面或增升措施。同時，在實際應(yīng)用中，厚翼型的較大的相對厚度提供了很大的儲油和載貨空間。所以，綜合翼具有很大的發(fā)展?jié)摿Γ漕A(yù)計應(yīng)用范圍包括戰(zhàn)術(shù)運輸，無人偵查，低速客運或私人飛機等。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的和基本思路： 本項目的設(shè)計思路來源于之前對扇翼機改進的思考。扇翼機是另一種將橫流風(fēng)扇融合進機翼中的飛行器，對扇翼機的制作和試飛顯現(xiàn)出扇翼機雖能產(chǎn)生高升力，但具有風(fēng)扇外露，不借助翼稍翼較難控制滾轉(zhuǎn)運動，機翼剖面無翼型，動力系統(tǒng)失效時滑翔能力欠佳等缺點。本項目進行了新的探索，將風(fēng)扇在機翼上的位置進行了調(diào)整，重新引入翼型，并改變了風(fēng)扇參與升力產(chǎn)生的方式，既由直接參與升力產(chǎn)生轉(zhuǎn)變成通過風(fēng)扇對流動控制以產(chǎn)生升力。這使得新設(shè)計的機翼即繼承了扇翼高升力且產(chǎn)生推力的優(yōu)點，又很大程度解決了扇翼所具有的缺點。 創(chuàng)新點： 1.將橫流風(fēng)扇作為飛行器的核心動力部件，這與傳統(tǒng)的螺旋槳動力或噴氣動力截然不同。 2.將橫流風(fēng)扇融合在機翼中，使得機翼同時成為產(chǎn)生升力和推力的部件，二者相互關(guān)聯(lián)，這樣的概念非常新穎。 3.橫流風(fēng)扇的出風(fēng)口可以偏轉(zhuǎn)起到副翼或襟翼的作用，如此通過調(diào)整動力矢量達到滾轉(zhuǎn)或增升的方式較為創(chuàng)新。 技術(shù)關(guān)鍵： 1.對后置橫流風(fēng)扇升推力綜合翼的氣動特性（包括升力和推力特性）的研究。 2.對橫流風(fēng)扇風(fēng)道的設(shè)計。 主要技術(shù)指標(biāo)： 驗證機全機主要參數(shù)如下：機長1.6米，翼展1.34米，機翼面積0.669平方米，風(fēng)扇直徑8.5厘米，起飛重量3.7千克。
科學(xué)性、先進性
- 自飛機發(fā)明以來，機翼一直作為僅產(chǎn)生升力的部件，而厚翼型由于其易失速性從未得到實際應(yīng)用。本項目創(chuàng)新性地將厚翼型和橫流風(fēng)扇相結(jié)合，使機翼不僅產(chǎn)生高升力，同時產(chǎn)生飛機飛行所需的推力，這在航空史上前所未有。與傳統(tǒng)機翼相比，后置橫流風(fēng)扇升推力綜合翼具有較高的氣動效率和較好的失速特性；同時，橫流風(fēng)扇的出風(fēng)口可以設(shè)計成可偏轉(zhuǎn)的模式，形成二元矢量推力；在實際應(yīng)用中，厚翼型較大的相對厚度提供了很大的儲油和載貨空間。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2011年4月獲本校學(xué)生學(xué)術(shù)科技作品競賽一等獎
作品所處階段
- 模型樣機
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 轉(zhuǎn)讓專利
作品可展示的形式
- 模型實物和視頻、圖片資料
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 本項目所發(fā)展的應(yīng)用后置橫流風(fēng)扇升推力綜合翼的飛行器，具有短距起降、高升力、高氣動效率、失速特性優(yōu)異等優(yōu)點，使其在低速應(yīng)用下具有巨大的優(yōu)勢。該項目的成功填補了我國在該類飛行器研究中的空白，所形成的驗證機未來在多方面具有很寬廣的應(yīng)用轉(zhuǎn)化前景，如戰(zhàn)術(shù)運輸、無人偵查、空中加油、通信中繼、森林滅火、低速客運、空中觀光以及私人飛機等。該項目的研制成功在未來將有顯著的經(jīng)濟和社會效益。
同類課題研究水平概述
- 1）國外情況： 2006年美國錫拉丘茲大學(xué)在NASA Glenn研究中心的資金支持下首先進行了有關(guān)研究，并于2008-2009年間試制了一架全碳纖維遙控驗證機進行了若干次較為成功的試飛。目前正在進行驗證機的改進升級和合作伙伴的尋找。 2）國內(nèi)情況： 國內(nèi)暫無此類飛行器的報道。
