一种基于水翼技术的水陆两用无人运输机

技术领域

本发明属于航空飞行器设计技术领域，涉及一种水陆两用运输机，具体涉及一种基于水翼技术的水陆两用无人运输机。

背景技术

我国当前大型无人机多为军事用途，以大疆为代表的小型无人机均为旋翼布局，其有效装载、速度较路上与水上运输均无优势。国内已试飞的水陆两用无人机U650，其最大商载只有250kg，无法满足现代物流公司对高效货物运输的需求。我国南方水系纵横，湖泊众多，需要能够水陆起降，运输效率高的固定翼无人运输机。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于水翼技术的水陆两用无人运输机，可达性好、气动效率高的小型水陆两用无人运输机，目的是实现地形复杂地区以及偏远地区货物运输的无人化，提高运输效率，降低物流公司的运输的成本。

本发明的技术方案是：

一种基于水翼技术的水陆两用无人运输机，包括机身、机翼、尾翼，机身下半部分是水密性浮力箱，机翼是外侧具有下翻功能的水翼型机翼，尾翼采用T型尾翼结构。

进一步的，还包括机翼布局结构、内侧机翼结构、外侧可下反式水翼结构、机身结构、尾翼结构与起降系统。

进一步的，机身结构具体为：机身采用旋成体机身飞行阻力更小；机身的机身头部是前设备舱兼货仓门，能向上打开120°；货仓地板设在机身内的中下部用于隔开机身内的货舱和水密性浮力箱；机身头部部分的货仓地板底边下设有抽拉式货桥，为货物装卸提供了便利条件；机身的水密性浮力箱内部设有前起落架舱、主起落架舱与主油箱；机身的货仓后部为后设备舱；后设备舱后方为发动机舱；机身后部下弯，便于安装下反式V型水翼。

进一步的，机翼布局结构具体为：机翼包括内侧机翼和外侧可下反式水翼，内侧机翼连接机身，外侧可下反式水翼与内侧机翼端部轴动连接；采用外翼可下反式下单翼布局，利用水翼型的下反外翼产生的水动升力平衡飞机，并可在小速度下为飞机提供较大的升力，减小机身浸水体积，使起飞时飞机的水动阻力显著减小，所需最大推力下降；由于舍去了笨重的水橇，飞机巡航状态的气动效率明显增大。

进一步的，内侧机翼结构具体为：为提高飞机起降性能，内侧机翼是直机翼，采用失速性能优化后的高升力翼型，内侧机翼后缘内侧为单缝襟翼，外侧为襟副翼；内侧机翼根部位于货仓地板下，距飞机吃水线上方100mm，具有较好的地面效应；发动机安装于机身尾部，使机翼构型简洁，气动效率优良。

进一步的，外侧可下反式水翼结构具体为：外侧可下反式水翼采用基于SIMPLE9优化后的水翼型，水动效率较高。其下反角调节范围0°～35°，起降时外侧机翼下反35°，配合机身后体下部安装的下反式V型水翼，以平衡飞机的俯仰与横向力矩，巡航时外侧水翼下反角调为0°，增大展弦比，可减小巡航诱导阻力。外侧可下反式水翼前缘后掠角20°，后缘为直线并布置有副翼。

进一步的，尾翼结构具体为：包括T型尾翼和下反式V型水翼，由于倒V型水翼的存在，飞机飞离水面后，可提供一定的三轴稳定性，因此在尾翼设计时，T型尾翼面积仅为常规尾翼的60％，尾翼包括平尾和垂尾，平尾位于垂尾顶部，T型尾翼布局有利于提高平尾效率；下反式V型水翼采用SIMPLE9水翼型，下反50°。

进一步的，起降系统具体为：包括轻型前三点可收放起落架，分别一点设在前起落架舱内，两点设在主起落架舱内，以减小气动阻力，用于简易机场着陆；水上起降装置为机身的水密性浮力箱、外侧可下反式水翼与机身尾部的下反式V型水翼；下单翼布局，充分利用了地面效应，内侧机翼后缘的襟翼与襟副翼进一步提高了飞机起降的最大升力系数。

本发明的优点是：

1)本发明的装载能力与航程显著大于国内已试飞的水陆两用无人运输机U650；

2)本发明可在水面安全起降，适用于水系发达地区的物流运输；

3)本发明的轻型可收放起落架可在简易机场或公路上起降，物资运输的可达性好；

4)本发明采用外翼可下反式下单翼布局，利用水翼型的下反外翼产生的水动升力平衡飞机，并可在小速度下为飞机提供较大的升力，减小机身浸水体积，使起飞时飞机的水动阻力显著减小；由于舍去了笨重的水橇，飞机的巡航气动效率明显增大；

5)本发明的机身不同于水上飞机的船型机身，旋成体机身外形更流线，飞行阻力更小；机身头部作为前设备舱兼货仓门，可向上打开120°，辅以货仓地板底边下的抽拉式货桥，为货物装卸提供了便利条件；

6)本发明由于倒V型水翼的存在，飞机飞离水面后，可提供一定的三轴稳定性，因此在尾翼设计时，其尾翼面积仅为常规尾翼的60％。

附图说明

图1是本发明俯视图；

图2是本发明侧视图；

图3是本发明主视图；

其中，1—机身头部；2—货仓；3—货仓地板；4—主油箱；5—前起落架舱；6—主起落架舱；7—垂尾安定面；8—方向舵；9—发动机；10—内侧主机翼；11—外侧可折式机翼；12—副翼；13—升降舵；14—平尾；15—襟翼；16—襟副翼；17—后设备舱；18—发动机舱；19—下反式V型水翼。

具体实施方式

本部分是本发明的实施例，用于解释和说明本发明的技术方案。

本发明的结构如图1、图2和图3所示，一种基于水翼技术的水陆两用无人运输机，包括机身、机翼、尾翼，机身下半部分是水密性浮力箱，机翼是外侧具有下翻功能的水翼型机翼，尾翼采用T型尾翼结构。

还包括机翼布局结构、内侧机翼10结构、外侧可下反式水翼11结构、机身结构、尾翼结构与起降系统。

机身结构具体为：机身采用旋成体机身飞行阻力更小；机身的机身头部1是前设备舱兼货仓门，能向上打开120°；货仓地板3设在机身内的中下部用于隔开机身内的货舱2和水密性浮力箱；机身头部1部分的货仓地板底边下设有抽拉式货桥，为货物装卸提供了便利条件；机身的水密性浮力箱内部设有前起落架舱5、主起落架舱6与主油箱4；机身的货仓2后部为后设备舱17；后设备舱17后方为发动机舱18；机身后部下弯，便于安装下反式V型水翼19。

机翼布局结构具体为：机翼包括内侧机翼10和外侧可下反式水翼11，内侧机翼10连接机身，外侧可下反式水翼11与内侧机翼10端部轴动连接；采用外翼可下反式下单翼布局，利用水翼型的下反外翼产生的水动升力平衡飞机，并可在小速度下为飞机提供较大的升力，减小机身浸水体积，使起飞时飞机的水动阻力显著减小，所需最大推力下降；由于舍去了笨重的水橇，飞机巡航状态的气动效率明显增大。

内侧机翼10结构具体为：为提高飞机起降性能，内侧机翼10是直机翼，采用失速性能优化后的高升力翼型，内侧机翼10后缘内侧为单缝襟翼15，外侧为襟副翼16；内侧机翼10根部位于货仓地板3下，距飞机吃水线上方100mm，具有较好的地面效应；发动机9安装于机身尾部，使机翼构型简洁，气动效率优良。

外侧可下反式水翼11结构具体为：外侧可下反式水翼11采用基于SIMPLE9优化后的水翼型，水动效率较高。其下反角调节范围0°～35°，起降时外侧机翼下反35°，配合机身后体下部安装的下反式V型水翼19，以平衡飞机的俯仰与横向力矩，巡航时外侧水翼下反角调为0°，增大展弦比，可减小巡航诱导阻力。外侧可下反式水翼11前缘后掠角20°，后缘为直线并布置有副翼12。

尾翼结构具体为：包括T型尾翼和下反式V型水翼，由于倒V型水翼的存在，飞机飞离水面后，可提供一定的三轴稳定性，因此在尾翼设计时，T型尾翼面积仅为常规尾翼的60％，尾翼包括平尾和垂尾，平尾位于垂尾顶部，T型尾翼布局有利于提高平尾效率；下反式V型水翼19采用SIMPLE9水翼型，下反50°。

起降系统具体为：包括轻型前三点可收放起落架，分别一点设在前起落架舱5内，两点设在主起落架舱6内，以减小气动阻力，用于简易机场着陆；水上起降装置为机身的水密性浮力箱、外侧可下反式水翼11与机身尾部的下反式V型水翼19；下单翼布局，充分利用了地面效应，内侧机翼后缘的襟翼与襟副翼进一步提高了飞机起降的最大升力系数。

下面说明本发明另一个实施例。

步骤1.确定性能指标：实例飞机的任务载重不小于600kg，航程不小于660km，巡航高度不小于3300m，飞行速度不小于200km/h；气动性能指标：巡航设计升力系数为0.68，失速迎角不小于12°，巡航升阻比不小于12.8；

步骤2.以性能指标，计算翼载荷、推重比与起飞重量。实例飞机的翼载荷为112kg/m2，推重比为0.36，起飞重量1850kg(结构重量850kg，系统重量50kg，燃油重量350kg，商载600kg)。

步骤3.机翼布局设计：机翼面积为16m2，展弦比取8，翼展为11.3m，机翼安装角2.5°，扭转角为-3.5°，上反角为3.5°。机翼由内、外侧两段机翼组成，内外侧机翼连接处为半翼展的68％处。

步骤4.内侧机翼设计：机翼平面为矩形，机翼后缘内侧为单缝襟翼，外侧为襟副翼(起降构型一致，最大下偏25°)。机翼根部位于货仓地板下，距飞机吃水线100mm。内侧直机翼采用失速性能优化后的高升力翼型，翼型厚度0.16，设计升力系数0.5。

步骤5：外侧机翼设计：外侧机翼前缘后掠20°，后缘为直线，便于布置副翼(副翼最大偏角正负20°)。外侧机翼采用基于SIMPLE9优化后的水翼型，其下反角调节范围0°～35°，起降时外侧机翼下反350，巡航时外侧水翼下反角调为00。

步骤6：机身设计：旋成体机身头部作为前设备舱兼货仓门，可向上打开120°，辅以货仓地板底边下的抽拉式货桥，为货物装卸提供了便利条件；机身的水密性浮力箱可为飞机提供前起落架舱、主起落架舱与主油箱提供足够的空间，货仓后部为后设备舱；机身后部下弯，安装倒V型水翼。

步骤7：尾翼设计：T型尾翼+倒V型水翼布局，采用NACA64层流翼型。平尾面积2.8m

步骤8：动力系统设计：采用功率158kw的活塞式螺旋桨发动机，发动机舱位于机身尾部。螺旋桨直径1.8m，安装于飞机垂尾根部。

步骤9：起降系统设计：采用轻型前三点式可收放起落架，用于简易机场着陆；水上起降装置为机身浮力箱，外侧水翼与机身尾部的倒V型水翼；内侧机翼后缘的襟翼与襟副翼进一步提高了飞机的起降最大升力系数。

步骤10：根据以上数据，计算飞机性能。

实例飞机的巡航升阻比为13.1，失速迎角15.5°，升限4080m，巡航速度220km/h，航程680km，满足设计要求。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。