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一种轻小型固定翼无人机用翼型的制作方法

归档日期:07-18       文本归类:固定机翼      文章编辑:爱尚语录

  本发明涉及一种轻小型固定翼无人机用翼型,是一种具有良好中低空气动性能的低雷诺数大厚度翼型(LRF1235),用于替代轻小型固定翼无人机设计中使用的传统航空翼型,可以显著提高轻小型固定翼无人机的航时和失速性能,属于无人机设计技术应用领域。

  与常规有人机及中大型无人机相比,轻小型固定翼无人机在气动设计与评估方面具有特殊性。轻小型固定翼无人机具有飞行高度低、飞行速度慢、飞行雷诺数低等特点。轻小型固定翼无人机的巡航飞行雷诺数在10万-70万,会出现层流分离等低雷诺数效应,与常规有人机和中大型无人机具有明显区别。加之很多轻小型无人机采用失速回收的方式,无人机回收时攻角较大,对无人机的大攻角失速特性要求较高。

  轻小型固定翼无人机的气动性能取决于机翼设计及其剖面使用的翼型。轻小型固定翼无人机的机翼设计大多选用传统的经典航空翼型,主要包括美国的NACA翼型、Clark-Y翼型、英国的RAF翼型和德国的Gottinggen翼型等。上述翼型在低雷诺数条件下使用,无人机在巡航条件下的升阻特性和起降时的大攻角失速特性都不是很理想,不利于提高无人机性能。例如典型的NACA4412翼型在雷诺数为65万时最大升阻比K为60,最大升力系数CL为1.39,雷诺数为27万时升阻比K为51.8,最大升力系数CL为1.52。

  目前采用传统的经典航空翼型的轻小型固定翼无人机大多存在飞机升阻比较小,最大可用升力有限,大攻角失速特性较差、飞行航时有限、起降距离较长和不能有效采用失速回收等缺点。

  本发明的目的是提供一种轻小型固定翼无人机用翼型,以适用于轻小型固定翼无人机的低速、低雷诺数、大厚度翼型,使得无人机具有很好的低雷诺数气动特性,在较大的飞行速度范围内巡航都具有良好的升阻特性和较大的航时,同时无人机在起降时具有很好的失速特性,可以使用的攻角、最大升力系数都较大,便于无人机的短距起降或失速回收。

  本发明一种轻小型固定翼无人机用翼型设计的低速、低雷诺数、大厚度翼型名称为LRF1235。本发明的创新点在于充分考虑了轻小型固定翼无人机的飞行特点,进行了针对性低雷诺数特性设计,对翼型的层流分离进行了有效控制。

  本发明一种轻小型固定翼无人机用翼型,翼型相对厚度为12%,位于弦长28.8%位置,最大弯度为3.5%,位于弦长53.8%位置,100mm翼型后缘厚度为0.4mm,100mm翼型前缘半径为1.21mm。

  其中,所述的翼型剖面参数如下:两组x、y值即x1、y1及x2、y2分别代表二维坐标系下翼型上表面和下表面离散点坐标值;

  其中,所述的翼型雷诺数RE为27万,最大升力系数CL大于1.65,最大升阻比K大于60,在8度攻角变化范围内具有不低于50的升阻比。

  本发明一种轻小型固定翼无人机用翼型LRF1235的气动性能曲线所示。从图中可以看出,与传统航空翼型相比,采用本发明的轻小型固定翼无人机在10万-70万飞行雷诺数范围内,翼型的最大升阻比为5°~6°附近,在较大攻角变化范围内(8°)都具有较大的升阻比。最大升阻比K提高约16%,最大升力系数CL提高约11%,失速攻角提高约1度。使用本发明翼型的无人机具有更好的气动特性,适应较大飞行速度范围及较大的飞行高度变化,具有更长的航时和更短起降距离,更安全的回收方式。

  本发明一种轻小型固定翼无人机用翼型,其优点是该LRF1235翼型不仅具有良好的升阻特性和失速特性,而且翼型具有较大的相对厚度和后缘厚度,表明本发明具有良好的气动特性和工程性,具有满足轻小型固定翼无人机对高升力、高升阻比、高失速攻角和最大升力系数、大相对厚度的应用需求特点。

  图2为本发明的翼型LRF1235与经典传统翼型的升力系数随攻角变化对比曲线与经典传统翼型的升阻比随升力系数变化对比曲线a、b为应用本发明的翼型LRF1235的4kg手抛型轻小型固定翼航测无人机平台。

  目前该翼型已经用于图4所示某4kg手抛型轻小型固定翼无人机的优化设计中,航时提高约10%。见图4,本发明是一种用于轻小型固定翼无人机平台机翼设计的低雷诺数翼型。该无人机平台至少包括螺旋桨1、机身2、机翼3及尾翼4;其中无人机平台机翼3沿展向不同剖面位置使用本发明图1所示翼型LRF1235,各个剖面翼型根据机翼气动设计要求使用相应的当地安装角和扭转角,再将各个剖面沿展向拉伸生成机翼,形成无人机的主要承力部件,并且是影响无人机升阻特性和失速特性的主要部件。

  所述无人机平台机长1.28m,翼展2.4m,最大起飞重量4kg,最大任务载荷1kg,巡航飞行速度15m/s,飞行高度500m,巡航飞行雷诺数约20万,续航时间90min,动力为电动发动机。

  该翼型LRF1235,相对厚度为12%,位于弦长28.8%位置,最大弯度为3.5%,位于弦长53.8%位置,100mm翼型后缘厚度为0.4mm,100mm翼型前缘半径为1.21mm。该翼型外形如图1所示。翼型剖面参数如下表1所示。表中两组x、y即x

  翼型LRF1235是一种专门为轻小型固定翼无人机设计的翼型,有效的改善了翼型低雷诺数层流分离的特点,提升了升阻比和最大升力系数,改善了无人机的失速特性,解决了采用传统典型航空翼型的轻小型固定翼无人机大多存在飞机升阻比较小,最大可用升力有限,大攻角失速特性较差、飞行航时有限、起降距离较长,不能有效采用失速回收的缺点。

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