基本信息
- 项目名称：
- 后置横流风扇升推力综合翼验证机
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 后置横流风扇升推力综合翼是一种将横流风扇融合进厚翼型后缘附近的上表面，利用风扇的吸附作用抑制气流分离并同时产生推力的新概念机翼。这种机翼创新性地将升力和推力紧密地联系起来，并且通过横流风扇进行机翼上表面的流动控制，达到增升的效果。在横流风扇的作用下，该机翼在较大迎角下不仅不会失速，反而能产生较高的升力和推力。另外，厚翼型的采用使得机翼的内部空间相对充裕，这在实际应用中具有很大的意义。
- 详细介绍：
- 横流风扇是空调系统中最广泛使用的部件之一，它具有噪声低、出风均匀、对气流加速能力强的优点，但同时也有效率不高的不足。 本项目将横流风扇引入飞行器，并和厚翼型结合形成一种新的高性能机翼，名为后置横流风扇升推力综合翼，以下简称综合翼。综合翼的主要外形特点是在一个厚翼型的后缘处有修形，其中容纳有横流风扇，风扇周围是经优化设计的风道使得风扇可以发挥较大的效能。在这里横流风扇起到以下两点重要的作用： 1.布置在机翼上的横流风扇对升力的产生有直接的作用，在较低的速度下产生高速翼型绕流的气动效果。常规的厚翼型在小雷诺数下附面层很容易分离，使其升力系数远远低于普通翼型。但在大雷诺数下，随着表面分离区的减小，厚翼型能产生较大的升力系数。根据这一事实，在低速状态下，利用横流风扇内的低压区和风扇对气流的加速作用，将上翼面分离的附面层重新吸附到翼面上，并且抑制附面层的再分离，如此即可使厚翼型在小雷诺数下达到大雷诺数下的流动效果，从而大大提高其升力系数，使其更容易被应用在低速飞行器上。 2.横流风扇同时提供飞行所需的推力。虽然横流风扇的效率不高，但是它的出风口的气流流速和出风量仍然可以满足飞行器推进的需要。这里横流风扇从翼型的尾流区吸入气流并对其加速排出，不仅提供了推力，同时降低了整个翼型沿气流方向的逆压梯度，从而使附面层更不容易分离，并且减小了翼型的阻力系数。 与相同厚度的传统翼型相比，综合翼具有较高的气动效率和较好的失速特性。另外，横流风扇的出风口可以设计成可偏转的模式，作为滚转运动的操纵面或增升措施。同时，在实际应用中，厚翼型的较大的相对厚度提供了很大的储油和载货空间。所以，综合翼具有很大的发展潜力，其预计应用范围包括战术运输，无人侦查，低速客运或私人飞机等。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的和基本思路： 本项目的设计思路来源于之前对扇翼机改进的思考。扇翼机是另一种将横流风扇融合进机翼中的飞行器，对扇翼机的制作和试飞显现出扇翼机虽能产生高升力，但具有风扇外露，不借助翼稍翼较难控制滚转运动，机翼剖面无翼型，动力系统失效时滑翔能力欠佳等缺点。本项目进行了新的探索，将风扇在机翼上的位置进行了调整，重新引入翼型，并改变了风扇参与升力产生的方式，既由直接参与升力产生转变成通过风扇对流动控制以产生升力。这使得新设计的机翼即继承了扇翼高升力且产生推力的优点，又很大程度解决了扇翼所具有的缺点。 创新点： 1.将横流风扇作为飞行器的核心动力部件，这与传统的螺旋桨动力或喷气动力截然不同。 2.将横流风扇融合在机翼中，使得机翼同时成为产生升力和推力的部件，二者相互关联，这样的概念非常新颖。 3.横流风扇的出风口可以偏转起到副翼或襟翼的作用，如此通过调整动力矢量达到滚转或增升的方式较为创新。 技术关键： 1.对后置横流风扇升推力综合翼的气动特性（包括升力和推力特性）的研究。 2.对横流风扇风道的设计。 主要技术指标： 验证机全机主要参数如下：机长1.6米，翼展1.34米，机翼面积0.669平方米，风扇直径8.5厘米，起飞重量3.7千克。
科学性、先进性
- 自飞机发明以来，机翼一直作为仅产生升力的部件，而厚翼型由于其易失速性从未得到实际应用。本项目创新性地将厚翼型和横流风扇相结合，使机翼不仅产生高升力，同时产生飞机飞行所需的推力，这在航空史上前所未有。与传统机翼相比，后置横流风扇升推力综合翼具有较高的气动效率和较好的失速特性；同时，横流风扇的出风口可以设计成可偏转的模式，形成二元矢量推力；在实际应用中，厚翼型较大的相对厚度提供了很大的储油和载货空间。
获奖情况及鉴定结果
- 2011年4月获本校学生学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 模型样机
技术转让方式
- 转让专利
作品可展示的形式
- 模型实物和视频、图片资料
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本项目所发展的应用后置横流风扇升推力综合翼的飞行器，具有短距起降、高升力、高气动效率、失速特性优异等优点，使其在低速应用下具有巨大的优势。该项目的成功填补了我国在该类飞行器研究中的空白，所形成的验证机未来在多方面具有很宽广的应用转化前景，如战术运输、无人侦查、空中加油、通信中继、森林灭火、低速客运、空中观光以及私人飞机等。该项目的研制成功在未来将有显著的经济和社会效益。
同类课题研究水平概述
- 1）国外情况： 2006年美国锡拉丘兹大学在NASA Glenn研究中心的资金支持下首先进行了有关研究，并于2008-2009年间试制了一架全碳纤维遥控验证机进行了若干次较为成功的试飞。目前正在进行验证机的改进升级和合作伙伴的寻找。 2）国内情况： 国内暂无此类飞行器的报道。
