用于改进封闭机翼飞行器概念的方法以及对应的飞行器构造技术

在机身的两侧具有三个机翼的改进的封闭机翼飞行器的设计和构造，其中，通过使用至少一个支撑实体在第一机翼(65)和第二机翼(67)之间建立至少一个封闭框架。通过使用至少一个支撑实体在第二机翼(67)和第三机翼(71)之间建立单独的封闭框架。每个所述封闭框架限定其自己的空气动力学通道。框架结实而刚硬，相互支撑的零件使应力均匀平稳，每个机翼的负荷低。机身在三个点被提起。有可能建造非常大型的复合材料飞行器。展弦比高且翼展相对短，但是在一些实施例中，第三机翼具有延伸的折叠梢段。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改进封闭机翼飞行器概念的方法以及对应的飞行器构造相关申请的交叉引用本申请涉及均于2014年9月25日提交的、具有OHIM/OAMI参考号“StratosLiner”的RCDEM002544510-0001和002544510-0002；并且还涉及2015年3月16日提交的名称为“具有十边形盒式机翼构造的后掠和前掠的飞行器机翼段”的未决美国设计专利申请No.29520505。所述美国设计专利申请成为分案申请，USDIV29584541。这些设计的两个不同实施例与申请PCT/SE2015/050349(申请日为2015年3月24日，公开号为W02016048211A1，也具有文件参考号“StratosLiner”)相关。其国家阶段为：EP15717275、US15512546、CN201580051870。
本专利技术涉及封闭机翼飞行器设计领域，着重于一些特征的新颖的改进以及为在该领域中的现有技术增加新的元素。本专利技术构成在更宽的类别非平面飞行器机翼下的封闭机翼(盒式机翼、环形机翼、连接机翼)中的新的子类别。上述PCT申请也是封闭机翼中的一个新的子类别。然而，本专利技术与三个已建立的子类别和上述正在申请专利的专利技术都明显不同。
技术介绍
常规的盒式机翼构造包括后掠前翼、前掠后翼和作为侧翼的无升力翼尖翼刀，在前翼和后翼的翼尖之间的结构互连支撑部分。前翼从机身的下部延伸，并且后翼从机身的上尾部延伸，或者使用竖直稳定器(verticalstabilizer，垂直尾翼)或两个V形尾翼(用于与机身的结构连接)将两个相连后翼的根部升高到机身的尾部上方。常规的连接机翼构造不具有上述翼尖翼刀，但是前翼和后翼的翼尖之间的结构连接更为直接，通常包括两个翼尖均附接到其上的空气动力学翼尖主体。应当提到的是，存在封闭的机翼构造，其中前翼位于比后翼更高的位置，但是在空气动力学上比上述相反的机翼布置差很多。路德维特·普兰特(LudwigPrandtl)的“最佳机翼系统”已有近100年的历史，但尚未实现。US3834654A是关于“盒式飞机机翼”的通常参考文献，强调了低诱导阻力和近距离战斗机动性。US4053126中所示的机翼是相似的，但是在翼尖之间没有相互连接的“翼片”，这种构造称为连接机翼。US4146199A具有盒式机翼结构，在末端结合处没有鱼雷形的空气动力学主体，并且它试图将机身成形为升力体。US4365773A提出了一种连接的机翼构型，在翼尖结合处有一个小翼，竖直向上和向下延伸。USD304821在两侧示出了三个机翼，每个机翼都有自己的翼尖延伸部分，在细长的纵向翼尖主体外部，将三个连接的翼尖相互连接。USD292911是具有三个机翼的简单构造，其中在俯视图中具有相等弦长的翼尖正好位于彼此下方。US6474604B1提出了几种翼尖实施例，试图消除尖端涡旋。大多数具有追求良好空气动力学性能志向的盒式机翼飞行器设计具有细长的机翼，例如WO2004/074093A1或BG65998B1。一些设计者通过在根部使用较小的后缘掠角来加固薄而窄的前翼的根部，例如BG65998B1。其他设计者沿着前翼的内侧后缘的一半采用了这样一个额外的三角形机翼区域，以方便翼片的安装，例如DE20111224U1。WO2004/074093A1的权利要求着重于尾翼片和后翼之间的空气动力学通道。存在一种盒式机翼设计，其中后翼的内侧部分是下反角的而外侧部分是上反角的，即WO88/06551A1。另一种设计，WO03/059736A2，具有三对机翼，目的是利用柯恩达效应。在USD724001中引入了“连翼倾斜翼飞行器”，但是它是标准的盒式机翼构造，具有附加的较短的中翼，而没有与两个盒式机翼物理接触。盒式机翼之间的位置足够大，足以使螺旋桨部署在倾斜的中翼上，从而提供VTOL或STOL能力。US5503352A是一种常规盒式翼飞行器，除了在几个方面例外，附接到低前部的小鸭翼，声称具有增强的稳定性，可控制性和运载性能的改善。相关特征之一是，鸭翼被部署在与盒式机翼的低位安装构件相同的竖直高度上。在US4541593A中提出了另一种具有附加的鸭翼的多面飞行器。在一些实施例中，该鸭翼被设置“在桅杆(mast)的末端”、在驾驶舱上方和前方。在其他实施例中，它被布置成非常靠近机身的鼻子，处于比其他机翼竖直稍低的位置。在一些实施例中，机翼结构是复杂的；它似乎是在尖端结合处之外带有额外的翼片的双连接机翼的变体。不管显示多少机翼，除了桅杆安装的鸭翼之外，所有机翼根部都是机身安装的。在一些实施例中，连接的翼尖连接到另一个尖端结合处。在相关图(图13)中，很明显它是大约两个分开的连接的机翼框架，其中所有机翼都从机身延伸。本专利技术的另一关联文献包括以下事实：在两个单独的机翼结合部之间没有结构互连部分(参见图13)。关于多个机翼之间的干涉，某些引用的现有技术具有明显的问题。它们中的一些具有短而大的盒式机翼，这意味着低展弦比，即空气动力学性能差。连接的机翼构造会使连接的机翼的尖端部分彼此过于靠近，从而导致气流干扰。现有技术的许多盒式机翼结构的竖直间隔不足。多面机翼系统中涉及许多结合处，因此必须仔细设计它们。所引用的现有技术专利中，很少有人对结合部的空气动力学重要性给予足够的重视。它们中的一些利用部署在结合处的鱼雷形的空气动力学主体解决了这个问题，但是其中一些所示的方案通过将它们的多个外翼片连接到这些“鱼雷”而破坏了可能的优势。所引用的带有鸭翼的专利的主翼都可能会受到气流的干扰，因为主翼紧随鸭翼之后。例外是，鸭翼布置在“桅杆的末端”，显然容易受到振动的影响。上面提到的三个相关设计，即EM002544510-0001、EM002544510-0002和美国设计申请号29520505是盒式翼型结构，着重于使用尽可能多的黄金分割率和金三角的角的实现方式，因为它们通常被认为是美丽的来源。这些设计的原因是要测试论点：如果飞机是漂亮的，它的飞行就是漂亮的。这些设计的两个不同的实施例与未决申请W02016048211A1有关；但是，所述专利技术专利申请提出了几种空气动力学和结构特征，对工业实用具有很大的潜力，超出了所提到的美学装饰性外观。此外，所描述的特征通过引入如下元素解决了常规盒式机翼概念的几个问题：更多的机翼分离、提高强度和刚度、根部弯曲小的较短的翼展、与高展弦比(这是超大型飞行器没有解决的问题)结合的大的机翼面积、为改善空气动力学性能的多个空气动力学通道、为实现更好的截面积分布的不同的掠角、具有最小化颤动倾向的改进的封闭框架结构、为提供更好的可操纵性和更高的安全性等的冗余的空气动力学装置。这些特征、功能和质量未在相关设计申请的附图中披露。
技术实现思路
本申请提出了对PCT申请W02016048211A1中提出的概念的独特改进。先前的概念基于带盒式机翼框架的盒式机翼飞行器，带或不带中翼。在该先前的概念中，以及在所有传统的盒式机翼构造中，前翼或第一机翼的翼尖和后翼或最后翼的翼尖通过翼尖翼刀(无升力侧翼)在结构上互连。这种翼尖翼刀是现有技术的盒式机翼概念的重要结构部件。如果在现有技术的盒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于改进常规的封闭机翼飞行器概念的设计方法，包括机身和封闭机翼结构，其中封闭机翼结构包括一对低位安装的后掠前翼、一对升高的前掠后翼、在每侧的两个翼尖之间的主结构互连部、以及所述后翼和机身之间的结构连接部；其中，改进包括以下步骤：/na)设计飞行器机身，并在机身的每一侧上设计三个主翼，其中第一机翼(65)向后掠并从机身的下前部延伸；第二机翼(67)在水平方向上位于第一机翼(65)的后面，并且在竖直方向上位于第一机翼的上方，并在结构上连接到机身的上中部，作为上翼、高翼或伞翼；第三机翼(71)向前掠，在水平方向上位于第二机翼(67)的后面，并且在竖直方向上位于第二机翼的上方，并通过包括至少一个尾翼片(5或72)的方式在结构上与机身互连；/nb)设计第一机翼和第二机翼之间的结构互连部，形成第一机翼和第二机翼之间的支撑构架，支撑构架包括至少一个封闭框架，形成至少一个空气动力学通道，其中所述封闭框架包括至少一个支撑实体(9、10、15、19、25、26、30、35、42、43、48、50、51、60、62、64、66、68、73、74)、所述支撑实体为所述构架的将第一机翼和第二机翼互连的元件；/nc)设计第二机翼和第三机翼之间的结构互连部，形成第二机翼和第三机翼之间的支撑构架，所述支撑构架包括封闭框架，形成相应的空气动力学通道，其中，所述封闭框架包括至少一个支撑实体(7、22、27、34、40、46、52、54、56、69、70)，所述支撑实体是所述框架的元件，其中一个或多个实体与形成框架的将第一机翼和第二机翼互连的一个或多个实体不同。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于改进常规的封闭机翼飞行器概念的设计方法，包括机身和封闭机翼结构，其中封闭机翼结构包括一对低位安装的后掠前翼、一对升高的前掠后翼、在每侧的两个翼尖之间的主结构互连部、以及所述后翼和机身之间的结构连接部；其中，改进包括以下步骤：
a)设计飞行器机身，并在机身的每一侧上设计三个主翼，其中第一机翼(65)向后掠并从机身的下前部延伸；第二机翼(67)在水平方向上位于第一机翼(65)的后面，并且在竖直方向上位于第一机翼的上方，并在结构上连接到机身的上中部，作为上翼、高翼或伞翼；第三机翼(71)向前掠，在水平方向上位于第二机翼(67)的后面，并且在竖直方向上位于第二机翼的上方，并通过包括至少一个尾翼片(5或72)的方式在结构上与机身互连；
b)设计第一机翼和第二机翼之间的结构互连部，形成第一机翼和第二机翼之间的支撑构架，支撑构架包括至少一个封闭框架，形成至少一个空气动力学通道，其中所述封闭框架包括至少一个支撑实体(9、10、15、19、25、26、30、35、42、43、48、50、51、60、62、64、66、68、73、74)、所述支撑实体为所述构架的将第一机翼和第二机翼互连的元件；
c)设计第二机翼和第三机翼之间的结构互连部，形成第二机翼和第三机翼之间的支撑构架，所述支撑构架包括封闭框架，形成相应的空气动力学通道，其中，所述封闭框架包括至少一个支撑实体(7、22、27、34、40、46、52、54、56、69、70)，所述支撑实体是所述框架的元件，其中一个或多个实体与形成框架的将第一机翼和第二机翼互连的一个或多个实体不同。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤中的至少一个：
a)设计具有弯曲梢段的后掠的第一机翼(65)；
b)设计具有弯曲梢段的第二机翼(67)；
c)设计具有弯曲根段的前掠的第三机翼(71)。


3.根据权利要求1所述的方法，还包括以包括以下步骤中的至少一个的方式设计所述第一机翼和所述第二机翼之间的结构互连部：
a)设计包括支撑实体(9、15)的构造，所述支撑实体与第二机翼的中部连接，并且还直接地或者通过翼尖翼刀实体(10)、或者通过空气动力学主体(19)、或者通过空气动力学主体和翼尖翼刀实体(19和17)与第一机翼的翼尖连接；
b)设计包括支撑侧翼实体(30)的构造，所述支撑侧翼实体与第一机翼的翼尖连接，并且还与第二机翼的翼尖部连接；
c)设计包括支撑侧翼实体(26)的构造，其中，所述支撑侧翼实体(26)的一端与第二机翼的翼尖部连接，并且所述支撑侧翼实体的另一端直接地或者通过包括空气动力学主体和/或另一个支撑实体(25)的一部分的方式与第一机翼的翼尖连接；
d)设计包括支撑实体(25)的构造，其中，所述支撑实体(25)的一端与第二机翼的中部连接，并且所述支撑实体的另一端直接地或者通过包括空气动力学主体和/或另一个支撑实体(26)的一部分的方式与第一机翼的翼尖连接；
e)设计包括前推进单元(35、50)的构造，所述前推进单元附接在第一机翼的翼尖上，并且还附接在侧翼实体(42、48)上，所述侧翼实体还附接在尾推进单元(37、44)上，其中，所述尾推进单元(37、44)还附接在第二机翼的翼尖上；
f)设计包括推进单元(62、64)的构造，所述推进单元附接在第一机翼的翼尖上，并且还附接在侧翼实体(60、68)上，所述侧翼实体还附接在第二机翼的翼尖部上；
g)设计包括推进单元(64)的构造，所述推进单元附接在第一机翼的翼尖上，并且还附接在支撑实体(66)上，所述支撑实体还附接在第二机翼的中部上。


4.根据权利要求1所述的方法，还包括以包括以下步骤中的至少一个的方式设计所述第二机翼和所述第三机翼之间的结构互连部：
a)设计包括翼尖翼刀实体(7、22、34)或空气动力学主体(27)或两者的构造，将第二机翼的翼尖和第三机翼的翼尖或翼尖部互连；
b)设计包括推进单元(37)的构造，其中，所述推进单元附接在第二机翼的翼尖以及第三机翼的翼尖上；
c)设计包括推进单元(44、69)的构造，所述推进单元附接在第二机翼的翼尖上，并且还通过侧翼实体或桥塔结构(46、70)与第三机翼连接，其中，在优选实施例中，第三机翼具有在与所述侧翼实体或桥塔结构(46、70)的结合部之外的固定的翼尖延伸部，而在一些实施例中，所述第三机翼的翼尖终止于与所述侧翼实体或桥塔结构(46、70)的结合部。


5.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
a)以包括支撑实体(34、46、56、70)的方式设计所述第二机翼和所述第三机翼之间的结构互连部，所述支撑实体附接在第三机翼的外侧部上；
b)以包括折叠外侧段(59)的方式设计第三机翼(57)，所述折叠外侧段位于与所述支撑实体...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德拉斯·海尔纳迪，
申请(专利权)人：安德拉斯·海尔纳迪，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE