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升力体的概念与历史
发布日期:2012-4-23    信息来源:本站原创

         相对于传统飞行器,升力体是一种完全不同的概念。它没有常规飞行器的主要升力部件-机翼,而是用三维设计的翼身融合体来产生升力。这种设计可消除机身等部件所产生的附加阻力和机翼与机身间的干扰,从而有可能在较低的速度下获得较高的升阻比,达到提高全机性能的目的。
 
在上个世纪的中叶,在飞机设计和飞行实践中,人们逐渐发现了机翼和机身之间有存在有气动干扰,同时也就萌生了利用机身产生一部分附加升的想法。从1922年开始,出现了一系列“具有翼型的机身”的设计,如1922年的RB.2h和1947年加拿大的CYB-3型飞机。到了1963年,美国NASA开始为返回式飞船进行一系列的选型研究,其基本设计就是升力体。从1963年到1975年,NASA进行了M2.F1、M2.F2、M2.F3、HL-10、X- 24A和X-24B共5种升力体的试飞研究,其中不乏一些已经成功试飞的原型机。
 
碟形升力体的设计
    从1997年开始,作了一系列低速升力体的研究工作。最初,参考俄罗斯升力体的外形设计了第一个低速升力体方案。但是在自由飞遥控模型的试飞中,发现该设计存在一些严重的问题,导致其安定性与操纵性不佳,而且升阻比不高。因为这个最早型号的升力体起飞离地都相当困难,离地后俯仰安定性也很差,所以导致了一次严重的坠毁事故。
 
    在实验研究的基础上,又设计了一种全新的低速碟形升力体。为了提高其升阻比和改善操纵性、安定性并能充分发挥升力体的优势,改进后的升力体被设计成一个飞翼的气动外形。它与第一个升力体外形有很大不同。其主体是一个扁平的碟状体,由其提供飞行中所需要的绝大部分升力。为改善横向操纵性,在碟状体的尾部了小翼。这对飞行的俯仰安定性可产生有利的影响。
 
    在确定了平面形状后,气动设计的重点主要是选择合适的翼型。由于飞翼特殊的气动布局,为了保证俯仰安定性,理应选择S翼型。经过分析和筛选,最后在十几种S翼型当中,选取了NACA5-H-15翼型。这种翼型具有15%的相对厚度,既有足够的空间来安装遥控设备、油箱和发动机,又不至于因为厚度过大而引起后部气流分离。碟型体后部的两个突出小翼采用了对称翼型,安装角为0度。小翼之所以突出在圆盘轮廓之外,主要是为了避免大迎角下,碟形体产生气流分离所导致的舵效降低。当升力体迎角很大时,这一部分处于比较“干净”的气流之中,可以保证升降副翼的操纵效率。因为这个升力体的尾力臂短,因此为保证航向的稳定,垂直尾翼的面积必须做得比较大;从结构强度和外表美观的角度出发,我们采用了垂尾布局。
 
    飞翼这种气动布局的重心位置非常关键。通常情况下,重心应当在平均气动弦的20%以内,以保证足够的俯仰安定性。这个碟形升力体的重心们于中弦线上25CM 处,相当于平均空气动力弦的18%处。我们将发动机安装在机头正中,使螺旋桨中心与中弦线重合;拉力线有3度的下拉角和1度的右拉角。下拉比较大的原因主要是为了保证升力体俯仰力矩的平衡,使之在有动力和无动力时操纵感觉不至于相差过大。起落架采用前三点式,有利于起飞滑跑时控制方向。要注意的一点是,在起落架装好后应使升力体具有+2度的停机角,以免造成滑跑起飞时“拉不起来”。
 
结构与制作
    由于升力体的形状比较特殊,故不适合采用常规的结构。为简化制造工艺我们将这个升力体分为三大块:中机身、左侧机体和右侧机体。中央机身与常规航模的机身结构相同,只是要将其侧板做成需要的翼型。我们在机身中预留有一个载荷舱,位于重心处。这个升力体的左、右半机体的材料采用聚苯乙烯泡沫塑料,挑选密度较小的一种(13kg/m3)手工切削打磨而成。这两部分加工,需利用数个卡板来保证外形的准确与左右完全对称。然后将中机身与左右装机体用乳胶粘接,在施加一定压力并固化12小时后,这个升力体便初具规模。

    升降副翼用1×10mm木条搭成构架结构。这种结构重量轻、刚性好,只是加工有些费时。两侧突出的小翼直接在侧面机体上搭出来,再插上垂直尾翼,最后蒙上一层纸或绢就大功告成了。
 
   注意,在蒙纸或绢时切不可用涂布油,因为涂布油会融化泡沫塑料,所以只能采用稀释后的乳胶。制作中也可采用了普通的报纸蒙皮:下表面两层,上表面一层。将报纸沿纤维垂直于飞行的方向裁剪合适后,涂刷按1:2稀释后的普通乳胶,粘贴于升力体的表面,待干透后再刷一层乳胶。宋处理后的表面平整光滑,且具有足够的强度,唯重量稍大。
 
    该升力体在试飞中表现出良好的飞行品质。其起飞着陆与常规模型相比并无多大区别;只是降落时拉杆量较大原因是在较小的展弦比下,需要较大的迎角才能产生足够的升力。该升力体的操纵性很好。由于其横侧方向很灵敏,因此如果没有把握,试飞时最好利用遥控设备上的衰减开关,将副翼的舵角设的小一些。升力体在重心位置时的俯仰特性很好,既有足够的稳定性,又能够满足操纵性的要求,操纵它飞行的感觉很“舒服”。飞行时需要注意的一点是,由于形状特殊,升力体在空中的姿态不容易看清楚,因此最好在天气较好,能见度高的情况下飞行。

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