CN109398705A - 一种货运飞机 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种货运飞机，是由机身、尾撑、吊挂、机翼、前翼、垂直尾翼、吊舱、动力系统(发动机)包含推进动力系统和垂直起降动力系统、起落架组成；机翼安装在机身和尾撑中段，吊舱由吊挂连接安装在机身下方，前翼安装在尾撑前端，垂直尾翼安装在尾撑后端，推进动力系统安装在机翼根部上方，垂直起降动力系统安装在尾撑前段和后段上方，起落架安装在尾撑前端和中段下方。本发明的主要特征是：采用双尾撑布局设计，采用大展弦比机翼，能够显著减小阻力，吊舱通过吊挂安装在机身下方，机翼中段采用较大下反角，提供了更大的吊舱安装空间；采用鸭式布局，取消水平尾翼，提升了飞机的勤务维护性，有利于飞机升力特性，降低了高空火箭发射撞到尾翼的风险；该发明方案同时可以作为航天载机和物流配送无人机方案，当作为航天载机时，可将吊挂下方的吊舱替换为火箭；当作为物流配送无人机时，可在尾撑上安装四台驱动螺旋桨的电动机，使飞机具有垂直起降能力。

Description

一种货运飞机

(一)技术领域：

本发明涉及一种货运飞机，属于航空飞行器设计技术领域。

(二)背景技术：

随着商业航天的迅猛发展，火箭小型化，发射高频化成为商业航天的特点。采用飞机将火箭运送高空进行发射，能够有效的降低发射成本，成为商业航天市场的主流需求。国内外已有厂商尝试采用常规布局运输机或民航客机改装成航天载机，现役的运输机或客机的气动布局称为常规气动布局，其主要特征是上单翼或下单翼、翼吊或者尾吊涡轮风扇发动机，其垂直尾翼和水平尾翼大多呈现“倒T”形或者“T”形。常规气动布局飞机改装成航天载机存在着改装成本高、难度大、空中发射难度大等缺陷，无法适应满足商业航天的需求。针对商业航天，发展非常规布局专用载机成为关键出路之一，各国航空航天企业也已开始进行一些尝试。

同时，随着物流配送市场的发展和需求变化，采用无人机实现对山地、高原、海岛、偏远乡村等特殊场景配送成为发展选项之一。传统的固定翼飞机和旋翼飞机都存在各自的缺陷，难以全部满足垂直起降、高效巡航等需求。采用非常规布局设计飞机成为实现物流无人机新突破的关键出路之一。

维珍公司所研制的“白色骑士”飞机是航天载机的成功尝试之一，该飞机采用了双机身布局，但并未采用鸭式布局，与本方案有明显差别。在俯仰操纵性、稳定性，高空火箭发射安全性上，比本方案差，不构成对本方案的创新型冲突。

天津风之翼科技有限公司的CN202414153U专利同样采用双尾撑布局及混合动力配置，但是并未采用鸭式布局，且只能作为小型无人机使用，与本方案有显著区别。在方案适用范围，飞机操纵性、稳定性上，不如本方案，不构成对本方案的创新型冲突。

沈阳锐翼客机有限公司的CN201317462Y专利采用了双尾撑加大展弦比机翼设计，但是其尾撑形式与本方案不同，并且并未采用鸭式布局设计，也没有采用吊挂加吊舱的设计，并且只能作为小型无人机使用，与本方案有显著差别。在方案使用范围，飞机的操纵性，装载能力上，均不如本方案，不构成对本方案的创新型冲突。

(三)发明内容：

1、发明目的：

本发明的目的在于提供一种货运飞机。该飞机方案同时具备大型商业航天载机和小型物流配送无人机的应用潜力。

2、技术方案：

本发明是一种货运飞机，它是由机身、吊挂、尾撑、吊舱、机翼、前翼、垂直尾翼、动力系统(发动机)、起落架组成；机身布置于飞机中央，机翼安装在机身两侧，左尾撑与右尾撑与机翼连接，布置于机身两侧，前翼安装在左、右尾撑前端，垂直尾翼安装在左、右尾撑后端，动力系统(分为推进动力系统和垂直起降动力系统)，推进动力系统安装在机翼根部上方，若作为小型物流配送无人机时，可在左、右尾撑上安装四个驱动螺旋桨的电动机作为垂直起降动力系统，以提供垂直起降动力。起落架位于左右尾撑前段和中段。

该机身布置于飞机中央，主要用于安装容纳驾驶舱或飞控系统，采用传统的半硬壳式结构；

该左尾撑和右尾撑布置于机身两侧，主要用于安装前翼、垂直尾翼，连接机翼中段和机翼外段，容纳收放起落架；

该吊舱通过吊挂连接安装在机身下方，当该发明作为航天载机时，吊舱可替换为火箭；当该发明作为物流配送无人机时，吊舱内容纳货物；

该机翼采用展弦比10以上的后掠翼，梢根比在0.3-0.75之间，前缘后掠角在15°-30°之间，分为中段翼和外段翼，中段翼位于左、右尾撑之间，外段翼位于左、右尾撑之外，机翼后缘布置有襟翼、襟副翼、升降副翼。机翼中段下反角为8°-16°之间，机翼外段上反角为0°-8°之间，机翼中段采用下反设计，抬高机翼中段高度，既能躲避前翼产生的下洗流，又为吊舱布置提供了更大的空间，采用大展弦比机翼，能够有效降低阻力；

该前翼包含水平安定面和升降舵，安装于左、右尾撑前端，该前翼可采用前掠翼，前缘前掠角在10°-20°之间，也可采用无后掠的平直翼，前翼展弦比在4-10之间，梢根比在0.4-0.7之间；

该垂直尾翼包括垂直安定面、方向舵，安装于左、右尾撑后端，垂直尾翼成v形外撇，外撇角在0°-20°之间，展弦比在2-4之间，梢根比在0.3-0.75之间；

该动力系统包含推进动力系统和垂直起降动力系统，推进动力系统安装于机翼根部上方；当本方案作为小型物流配送无人机时，在左、右尾撑前段和后端上方安装四台驱动螺旋桨的电动机作为垂直起降动力系统，可令飞机同时具备垂直起降和高速巡航能力；

该起落架分为前起落架和主起落架，前起落架安装于左、右尾撑前段，主起落架安装于左、右尾撑中段，前起落架和主起落架均可收入尾撑内部。

3、优点及效果：

该发明的飞机，同时具备作为大型航天载机以及小型物流配送无人机的应用方案的潜力。当作为航天载机时，双尾撑中央吊挂结构以及机翼中段下反设计，提供了极大的火箭安装空间，机身后方无平尾设计既有利于从飞机后方进行勤务维护，又解决了高空火箭发射时，火箭容易撞到平尾的问题，降低了火箭发射的风险。作为物流配送无人机时，在双尾撑上安装四台驱动螺旋桨的电动机，使飞机兼具垂直起降及高效巡航的能力，双尾撑中央吊舱结构提供了较大容纳空间，能够模块化搭载更大体积的货物；采用鸭式布局，取消了水平尾翼，提高了飞机的勤务维护性能和升力特性；采用大展弦比机翼，能够有效减小阻力。

(四)附图说明：

图1本发明物流配送无人机轴侧视图

图2本发明航天载机轴测图

图3本发明正视图

图4本发明侧视图

图中符号说明如下：机身1、左尾撑2、右尾撑3、机翼4、前缘襟翼5、襟翼6、襟副翼7、襟副翼8、升降副翼9、前翼水平安定面10、升降舵11、垂直尾翼安定面12、方向舵13、前起落架14、主起落架15、推进动力系统(发动机)16、垂直起降动力系统(发动机)17、吊挂18、吊舱19

(五)具体实施方式：

下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。

本发明是一种采用鸭式布局的双尾撑货运飞机，它是由：机身1、左尾撑2、右尾撑3、机翼4、前缘襟翼5、襟翼6、襟副翼7、襟副翼8、升降副翼9、前翼水平安定面10、升降舵11、垂直尾翼安定面12、方向舵13、前起落架14、主起落架15、推进动力系统(发动机)16、垂直起降动力系统(发动机)17、吊挂18、吊舱19组成；机翼4安装于机身1、左尾撑2、右尾撑3中段，吊舱19由吊挂18连接安装在机身1下方，前翼安装在左尾撑2、右尾撑3前端，垂直尾翼安装在左尾撑2、右尾撑3后端，推进动力系统16安装在机翼4根部上方，垂直起降动力系统17安装在左尾撑2、右尾撑3前段和后段上方，前起落架14安装在左尾撑2、右尾撑3前段，主起落架15安装在左尾撑2、右尾撑3中段下方。

该机身1主要用于安装容纳驾驶舱或飞控系统，采用传统的半硬壳式结构；

该左尾撑2、右尾撑3布置于机身1左右两侧，前端安装前翼，后端安装垂直尾翼，尾撑中段连接机翼中段和机翼外段；

该机翼4为后掠翼，前缘后掠角在15°-30°之间，采用大展弦比机翼，机翼展弦比超过10，梢根比在0.3-0.75之间，机翼中段连接机身1和左尾撑2、右尾撑3，机翼中段采用8°-16°之间下反角，机翼外段安装在左尾撑2、右尾撑3外侧，机翼外段采用0°-8°之间上反角，机翼中段前缘布置有前缘襟翼5，机翼中段后缘布置有襟翼5，机翼外段后缘布置有襟副翼6、襟副翼7，升降副翼8；

该前翼包括水平安定面10、升降舵11，前翼左右两端安装在左尾撑2、右尾撑3前端，前翼采用前掠翼，前缘前掠角在10°-20°之间，也可采用无后掠的平直翼，前翼安定面及升降舵用于飞机俯仰配平及操纵，展弦比在4-10之间，梢根比在0.4-0.7之间；

该垂直尾翼包括垂直安定面12、方向舵13，安装在左尾撑2、右尾撑3后端上方，垂直尾翼成v形外撇，外撇角在0°-20°之间，用于飞机的航向配平、操纵和稳定；展弦比在2-4之间，梢根比在0.3-0.75之间；

该起落架采用四点式起落架，包括前起落架14、主起落架15，前起落架14安装于左尾撑2、右尾撑3前端下方，主起落架15安装在左尾撑2、右尾撑3中段下方，起落架可收入尾撑内部；

该推进动力系统16包括两台发动机，安装于机翼4根部上方，用于提供飞机的推进动力；当该方案作为航天载机时，采用涡扇发动机；当该方案作为物流配送无人机时，可采用两台驱动螺旋桨的电动机或者活塞式发动机或者涡轮发动机；

该垂直起降动力系统17包括四台驱动螺旋桨电动机，安装在左尾撑2、右尾撑3前段和中段上方，当该方案作为物流配送无人机时，用于提供垂直起降动力；

该吊舱19由吊挂18连接安装在机身1下方，当作为航天载机时，吊舱可替换为火箭安装在吊挂下方，当作为物流配送无人机时，吊舱可用于装载货物。

为了实现发明目的，本专利采用了如下新颖的技术特征：

(1)采用双尾撑设计和机翼中段较大的下反角设计，将任务载荷(火箭或货舱)布置于吊挂下方，此设计提供了极大的载荷布置空间；

(2)采用鸭式布局，适用前翼安定面及升降舵、升降副翼进行俯仰配平及俯仰操纵，取消了水平尾翼，有利于勤务维护性能和飞机升力特性，也解决了高空发射火箭，容易撞上平尾的问题；同时，前翼在机翼之前，具备比平尾更高的俯仰控制效率

(3)作为物流配送无人机时，在双尾撑上增加四台驱动螺旋桨的电动机，使飞机同时具备垂直起降和高速巡航的能力。

Claims (10)

1.一种货运飞机，它是由机身、左尾撑、右尾撑、吊挂、吊舱、机翼、前翼、垂直尾翼、起落架、动力系统组成；该机翼安装在机身和尾撑中段，吊舱通过吊挂连接安装在机身下方，该前翼安装在尾撑前端，该垂直尾翼安装在尾撑后端，该起落架安装在尾撑前端和中段下方，该推进动力系统安装在机翼根部上方，垂直起降动力系统安装在尾撑前端和后段上方。

2.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于采用了双尾撑布局，双尾撑布置在飞机机身左右两侧，通过机翼中段和机身连接，在尾撑前端安装前翼，尾撑后端安装垂直尾翼。

3.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于采用了鸭式布局，前翼左右两端安装在左尾撑和右尾撑前端，前翼包括水平安定面和升降舵，该前翼采用前掠翼，前掠角为10°-20°，也可采用无后掠平直翼。

4.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，所述垂直尾翼安装于左尾撑和右尾撑后端，成v形外撇，外撇角在0°-20°之间，展弦比在2-4之间，梢根比在0.3-0.75之间，垂直尾翼包括垂直安定面和方向舵。

5.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，作为航天载机时，采用两台涡扇发动机提供推进动力，作为物流无人机时，可采用两台驱动螺旋桨的电动机或者活塞式发动机或者涡轮发动机提供推进动力，发动机安装于机翼根部上方。

6.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，作为物流配送无人机时，采用四台驱动螺旋桨的电动机提供垂直起降动力，发动机安装在左尾撑、右尾撑前段和后段上方。

7.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，机翼中段采用下反设计，下反角8°-18°之间，机翼外段采用上反设计，上反角在0°-8°。

8.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，采用中央吊挂设计，吊舱通过吊挂连接安装在机身下方，机翼中段下反，为吊舱提供了较大空间；当飞机作为航天载机时，吊舱可替换为火箭。

9.根据权利要求1所述的飞机，其特征在于，采用前翼进行俯仰配平、操纵、稳定，取消了水平尾翼，增加升降副翼辅助俯仰控制。

10.根据权利要求1所述的飞机，起特征在于，采用了四点式起落架，前起落架安装在左、右尾撑前端下方，主起落架安装在左、右尾撑中段下方，起落架均可收入尾撑内部。