题目：地效飞行器气动布局概念设计研究

地效飞行器(Wing-in-Ground Effect Vehicle, WIG)是一种利用地面效应原理，性能介于船舶和常规飞行器之间的新型交通运输工具。由于地效飞行器在飞行高度、结构重量、气动性能等方面的特殊性，地效飞行器设计过程中无法完全套用常规飞行器的设计方法，适用于地效飞行器的相关设计方法有待研究。

本文以地效飞行器气动布局概念设计为主要研究思路，开展了适用于地效飞行器的重量估算方法研究，基于数值计算方法，开展了翼型和机翼的地面效应研究，在此基础上开展了地效飞行器气动布局概念设计研究，使用盒式翼布局等新的布局思想设计了地效飞行器的气动外形参数，建立了地效飞行器全机三维模型。

首先，本文研究了适用于地效飞行器的重量估算方法，对估算方法解的存在性和估算方法的正确性进行了验证，并结合算例分析了航程、巡航速度与升阻比乘积等设计参数对地效飞行器重量估算方案的影响。结果表明，地效飞行器空机重量和起飞重量的对数值呈明显线性关系，且回归关系与地效飞行器的A、B、C分类基本无关。适用于地效飞行器的空机重量与起飞重量对数值的线性回归系数分别为A=0.1671，B=1.0732。重量回归结果表明，地效飞行器的重量样本与回归线符合较好，线性相关系数平方r2=0.997。使用上述回归系数进行地效飞行器重量估算，其解的存在性得到了证明。对起飞重量分别为1.5t和544t的X-114和KM两种典型地效飞行器的估算结果表明，误差分别为4.45%和-8.91%，说明该方法可用于各量级起飞重量的地效飞行器重量估算。

其次，本文针对无地面和有地面下两种不同的流场翼型的气动特性进行数值计算，探究了二维效应的存在性，并通过数值计算研究了翼型攻角、离地相对高度等参数对近地面翼型升阻特性及表面压强分布的影响。结果表明，计算方法对无地面和有地面流场计算是可行和正确的，二维地面效应存在，其对翼型的升阻特性影响表现为：离地相对高度相同时，随攻角增大，翼型升力系数逐渐增大，阻力系数逐渐增大，升阻比先增大后减小。升阻特性随离地高度的变化在不同攻角下趋势不同。较小攻角下，翼型升力系数随相对高度降低先基本不变，后逐渐降低；较大攻角下，随相对高度的降低，翼型升力系数先基本不变，后逐渐变大。翼型最大升阻比数值及对应攻角均随翼型不同和有、无地面的不同而各不相同。

再次，本文以提供地效飞行器机翼气动设计备选方案为主要目标，通过数值计算筛选FX63-137和NACA4412两种翼型建立两种平直梯形翼半模。通过对该两种机翼的数值计算并与对应翼型的气动特性进行对比，探究三维地面效应的存在性，以及机翼攻角、离地相对高度等参数对近地面机翼气动特性的影响。结果表明，离地相对高度相同时，随着攻角增大，机翼升力系数逐渐增大，阻力系数逐渐增大，升阻比先增大后减小。攻角相同时，较大离地相对高度的升力系数较低，阻力系数较高，升阻比较低。

最后，本文结合前几章的研究成果，以地效飞行器气动布局概念设计为目标， 给出了地效飞行器的设计定位，基于参考机型及地效飞行器相关参数统计数据给出了地效飞行器的性能指标，估算了地效飞行器重量。基于水上飞机机身设计原则及地效飞行器外形统计数据，给出了地效飞行器外形设计参数，建立了地效飞行器机身模型。采用盒式翼布局，提出了基于展弦比和机翼离水相对高度的盒式翼参数设计方法，给出了基于地效飞行器的高度焦点配置的盒式翼与机身位置设计准则，确定了机翼外形参数，建立了地效飞行器机翼模型。基于尾容量法给出了尾翼设计参数。基于地效飞行器动力增冲技术及发动机尺寸设计原则，选择了地效飞行器发动机型号。建立了地效飞行器全机三维模型，并通过数值模拟初步检验了地效飞行器设计方案的气动性能。