CN101155726B - 用于调整飞行器升力特性的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于调整飞行器升力特性的装置，其带有能够以可移动的方式附连到机翼元件(1)的增升装置(2)，并且包括至少一个翼缝覆盖装置(3；4)，其中至少一个翼缝覆盖装置(3；4)能够以可移动的方式附连到机翼元件(1)。翼缝覆盖装置(3；4)设计成用来调节机翼元件(1)与增升装置(2)之间的翼缝(7)的大小。

Description

用于调整飞行器升力特性的装置及方法
相关申请的引用 
本申请要求2005年4月11日提交的德国专利申请No.10 2005 016578.8和2005年4月11日提交的美国临时专利申请No.60/670,201的优先权，在此引用申请公开的全部内容作为参考。 
技术领域
本发明涉及一种调节升力特性的装置和方法、一种运移设备以及调节升力特性的装置在飞行器中的应用。 
背景技术
为了在低速飞行期间获得特定的升力，现代商用飞行器在起飞和降落阶段的过程中需要增升装置。在起飞阶段的过程中，用增升装置来产生高升力系数连同低阻力以及低噪音。这些情形在降落阶段的过程中同样适用，其中在这种情况下低阻力是次要的，因为阻力可以同时降低飞行器速度。 
迄今为止，增升装置或附加襟翼已经被附加到螺旋桨或机翼上并且可根据需要伸展、缩回或旋转。在这种设置中，所谓的前缘缝翼能够在机翼的前缘被致动，以及所谓的后缘襟翼能够在机翼的后缘被致动，以对机翼表面和/或机翼几何形状起到作用。 
翼型的几何形状和表面对于飞行器的飞行特性起到决定性作用，特别是在例如起飞或降落阶段的临界飞行状态。由于迄今为止，飞行器通常绝大部分时间都是在巡航，所以翼型时常被优化成适于这种飞行状态，从而在起飞和降落阶段必须采用额外的措施。在本文中，增加最大升力可起到重要的作用，以缩短起飞距离或在降落过程中达到最小降落速度。为了满足这两个对立的需求，即在起飞和降落过程中的高升力对 比于在巡航过程中的最佳经济性能，翼型的几何形状可以通过使用襟翼系统来改变。 
翼剖面表面通过增升装置预期的伸展和缩回进行控制，从而可以改变机翼表面的大小。另一方面，可以转动增升装置，从而能够调整翼剖面曲率。随着翼剖面曲率的增加以及随着机翼表面的扩大，机翼下侧的气流急剧减速以及在机翼上方的气流加速，从而机翼的上方与下侧之间的压力梯度增加并且获得较高的升力系数。 
已经设计出多种对飞行特性具有不同影响的襟翼系统。通常的襟翼设置在副翼与机身之间、位于机翼后端。因此，所述襟翼只能向下偏转；其主要用于改变翼剖面曲率，由此产生更高的升力和更大的阻力。 
襟翼的一种实施方式是开缝襟翼。开缝襟翼也只可向下偏转。当与襟翼相比时，开缝襟翼在机翼与增升装置之间具有翼缝，狭缝式气流可以通过这个翼缝从机翼下侧流到上方。 
福勒襟翼是襟翼的另一种实施方式。福勒襟翼原则上是一种开缝襟翼，其不仅可以向下转动而且还可以向后伸展。除了增加曲率外，其还额外提供了更大的机翼表面。 
在起飞的位置时增升装置伸展，以增加升力并因此降低所需的起飞速度。由此翼缝已经打开，尽管那时在襟翼上的失速并未发生。 
US 6 601 801 B1公开了一种装置，其中在飞行器副翼上得到的翼缝可以通过附加元件调节。该附加元件由机械力控制或引导，并且当副翼偏转时在固定轴线上移动。 
这可能会导致由增升装置所产生的升力相应地降低(上、下之间的压力均衡)并且噪音水平增加(翼缝中的高气流流速)。 
发明内容
除了其他考虑，本发明的目的是对机翼元件的升力特性提供灵活的调整。 
该目的通过具有独立权利要求所述特征的一种用于调整升力特性的装置和方法、一种运移设备、以及用于调整升力特性的装置在飞行器 中的应用来实现。 
根据本发明的一个典型实施例，提供了一种调整升力特性的装置。该装置包括以可移动方式附连到机翼元件上的增升装置以及至少两个翼缝覆盖装置，其中所述翼缝覆盖装置以可移动方式附连到机翼元件和/或附连到增升装置，且其中所述翼缝覆盖装置设计成用来独立地调节机翼元件与增升装置之间的翼缝的大小。 
根据本发明的另一典型实施例，建立一种调整升力特性的方法。在该方法中通过至少两个翼缝覆盖装置中的至少一个来调节机翼元件与增升装置之间的翼缝的大小。 
根据本发明的另一典型实施例，建立了一种具有上述特性的运移设备。 
根据本发明的另一典型实施例，在飞行器中使用具有上述特征的用于调整升力特性的装置。 
根据本发明，在增升装置和例如机翼元件之间的翼缝可以以如下方式控制，即能够设定在给定时间用于任何操作状态的理想翼缝尺寸。由于这种翼缝控制或翼缝调节，尤其在飞行器起飞阶段的过程中，该翼缝可以被调整，即被封闭，从而气流穿过翼缝产生的噪音可以降低，阻力也可以减小，且升力增大。通过这种方式可以获得更好的爬升率。另一方面，作为上述的结果，可以选择降低发动机的输出，这样进一步获得更低的噪音水平并且还能减小燃油消耗率。 
可以不再强制性地通过增升装置的运动来在起飞位置和降落位置优化翼缝，因为翼缝可以通过翼缝覆盖装置来调节。通过这种方式，承重动力学的构造被明显简化了，从而可以实现重量的减轻，其在飞行器工程中代表了其中一个最重要的优化可能。 
另外，该装置可以包括机翼元件。 
根据本发明另一典型实施例，至少一个所述翼缝覆盖装置以可动并可控的方式附连到机翼元件的下方，以调节机翼元件和增升装置之间的翼缝的大小。 
根据本发明的另一典型实施例，至少一个所述翼缝覆盖装置以在机翼元件的纵向轴线上可转动的方式附连到机翼元件。通过这种方式，至 少一个所述翼缝覆盖装置可以以任意期望的角度与向下转动或向后伸展的增升装置一致，从而提高气动性能。 
根据本发明的另一典型实施例，至少一个所述翼缝覆盖装置以可动并可控的方式附连到机翼元件的上方来调节机翼元件与增升装置之间的翼缝的大小。 
根据本发明的另一典型实施例，至少一个所述翼缝覆盖装置以可动并可控的方式附连到机翼元件的缩进部，从而提高气动性能。具体地，该翼缝覆盖装置可以以一种节省空间的方式容纳在或嵌入在缩进部并且获得有利的气动特性。 
根据本发明的另一典型实施例，增升装置以可移动的方式附连到机翼元件的后部区域上。该附连到机翼后部区域的增升装置被称作襟翼。根据本发明的另一典型实施例，该增升装置以可移动的方式附连到机翼元件的前部区域上。 
该附连到机翼前部区域的增升装置被称作前缘缝翼。 
根据本发明的另一典型实施例，该增升装置可以从机翼元件向下转动和/或向后伸展。 
根据本发明的另一典型实施例，该装置包括导轨支撑结构和/或多导杆支撑结构来控制增升装置和/或翼缝覆盖装置。在导轨支撑结构中该增升装置和/或翼缝覆盖装置沿着预定导轨运动。该导轨可以改变其形状和排列以定位增升装置或翼缝覆盖装置。在多导杆支撑结构的情况下，增升装置和/或翼缝覆盖装置通过例如由液压驱动或气压驱动的杆移动到所需位置。 
该装置所用的增升装置可以是例如襟翼、单缝襟翼、福勒襟翼、双缝襟翼、三缝襟翼、费斯特(Fester)前缘襟翼和汉德利·佩吉(HandleyPage)前缘襟翼。 
在双缝襟翼或三缝襟翼的情况下，几个襟翼一个接一个地伸展或转动，从而产生几个翼缝。利用根据本发明的装置，还可以通过多个翼缝覆盖装置来调节这些翼缝的大小。 
根据该方法的另一典型实施例，在飞行器起飞阶段的过程中，增升装置向后和/或向前伸展和/或向下转动。在该方法的另一典型实施例中， 在起飞阶段的过程中，该翼缝可以通过可控翼缝覆盖装置来调整或闭合。 
根据该方法的另一典型实施例，在飞行器降落阶段的过程中该增升装置向后伸展和/或向下转动。 
在该方法的另一典型实施例中，该翼缝可以通过翼缝覆盖装置进行最佳调整。由于在降落阶段过程中的飞行速度较低，机翼位置的压力梯度过大会导致机翼上方发生失速。于是翼缝可以用来交换机翼上方和机翼下侧的空气。具体来说，翼缝可以同时作用为喷嘴并加速机翼下侧与机翼上方之间的气体流动。这样，气动阻力和噪音水平都会增加。通过可调的翼缝大小，现在可以最佳地调整阻力和噪音水平。 
根据该方法的另一典型实施例，翼缝覆盖装置的控制可由机载计算机执行，其根据例如飞行速度、攻角、翼型、气压、气温或飞行高度的飞行器数据来控制翼缝覆盖装置或增升装置以改善翼缝的大小。 
该装置的实施例还涉及方法并涉及运移装置，以及它们的使用，反之亦然。 
根据本发明的装置和方法提供了调整升力特性、气动阻力和翼缝噪声水平的有效途径，从而可以改善增升装置的有效性。另外，本发明简化了增升装置的结构，从而使重量减轻。 
附图说明
下面，为了进一步解释本发明并为了能更好地理解本发明，将参考附图来更详细地描述典型实施例。 
附图中： 
图1示出了根据本发明典型实施例的增升装置收回时的机翼元件的示意图； 
图2示出了根据本发明典型实施例、在起飞构型中增升装置伸展时的机翼元件的示意图；以及 
图3示出了根据本发明典型实施例、在降落构型中增升装置伸展时的机翼元件的示意图。 
在不同附图中相同的附图标记用来表示相同或类似的部件。附图图示是示意性的而非成比例的。 
具体实施方式
图1示出了根据本发明典型实施例的用于调整飞行器升力特性的装置。 
该装置包括机翼元件1、增升装置2和两个翼缝覆盖装置3、4。增升装置2以可移动的方式附连到机翼元件1。翼缝覆盖装置3、4也以可移动的方式附连到机翼元件1。翼缝覆盖装置3、4设计成用来调整机翼元件1与增升装置2之间的翼缝7的大小。 
图1示出了增升装置2收回时的机翼元件1。这种构型优选使用在巡航阶段，以保持小的机翼表面从而降低阻力。图1的翼型被设计成在特定攻角下升力等于重力的反力。通过这种方式，在恒定巡航高度下可以获得较小的阻力。在这种设置下，根据本发明的翼缝覆盖装置3和4还可以缩回，并根据空气动力优势可以贴在机翼元件1的缩进部8。 
增升装置2还能够被称作“单缝襟翼”。该翼缝覆盖装置3还可以被称作“导流板”。翼缝覆盖装置4还可以被称作“扰流板”或“活动罩”。 
图2示出了起飞阶段过程中的机翼构型。增升装置2伸展以增加升力系数。这样具有使飞行器可以以更低的起飞速度或者以更短的加速距离起飞的效果。利用根据本发明的机翼构型，通常形成在机翼元件1和增升装置2之间的翼缝7可以选择性地且可控制或可调节地闭合。为此，翼缝覆盖装置3、4向着增升装置2的方向伸展以将翼缝7闭合。翼缝覆盖装置3、4能够被设计成使它们可以沿机翼纵向轴线改变它们的角度，并且通过这种方式与机翼元件1和增升装置2的表面保持一致。通过这种方式，可以取得例如减小阻力的气动优势。另外，当封闭翼缝时，可以降低在起飞阶段过程中由于空气动力引起的翼缝噪声。当翼缝7闭合时，可以避免由于翼缝7所引起的空气动力损失，从而获得更好的爬升率。通过这种方式还可以例如使用较小功率的发动机，这样可以使用更少的燃油。 
图3示出了降落阶段过程中的机翼构型。在飞行器降落阶段的过程中，需要低速和高升力系数下的气流稳定性。为此，增升装置2是伸展的以获得更大的机翼表面和更大的翼剖面曲率。因而，气流绕过大或长的表面而猛烈偏转，从而机翼上方和机翼下侧之间导致压力梯度可能增大，并且可获得高升力系数。由于降落阶段过程中的低速以及同时发生的低能量气流的强烈偏转，尤其在机翼上方，存在着层流呈现出涡流状态并最终从机翼上方分离的危险。为了防止这种失速，翼缝7可以按照目标方式打开以使在机翼上方与机翼下侧之间能够进行流体交换。当翼缝打开时，高能量较慢气流可以到达机翼上方的低能量较快气流的范围，从而稳定机翼上方的气流。 
其缺点是会导致更高的阻力和更大的翼缝噪声。利用根据本发明的机翼构型，可以控制翼缝大小从而控制翼缝的气动特性。翼缝大小可根据气流特性通过翼缝覆盖装置3、4来进行调整，从而避免失速并且降低阻力和噪音水平。 
在这种设置下，翼缝覆盖装置3、4的控制可以通过机载计算机来执行，其根据例如飞行速度、攻角、翼型、气压、气温或飞行高度的飞行器数据来控制翼缝覆盖装置3、4或者增升装置2，从而使翼缝7尺寸的最佳。 
另外应指出的是，“包括”不排除其它元件或步骤，“一”或“一个”不排除多个。另外，应当指出参考上述实施例之一描述的特征或步骤可以与上述其他实施例的特征和步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应被解释成是一种限定。 

Claims (16)

1.一种用于调整飞行器升力特性的装置，包括：
增升装置(2)；
第一翼缝覆盖装置(3)和第二翼缝覆盖装置(4)；以及
机翼元件(1)；
其中所述增升装置(2)以可移动的方式附连到所述机翼元件(1)，使得通过形成在所述增升装置与所述机翼元件之间的缝隙限定翼缝(7)；
其中所述第一翼缝覆盖装置(3)和第二翼缝覆盖装置(4)以可移动的方式附连到所述机翼元件(1)；
其中所述第一翼缝覆盖装置(3)和第二翼缝覆盖装置(4)设计成用来独立地调节所述机翼元件(1)与所述增升装置(2)之间的所述翼缝(7)的大小；
其中所述第一翼缝覆盖装置(3)以可动并可控的方式附连到所述机翼元件(1)的下侧，用来调节所述翼缝(7)的大小；
其中所述第二翼缝覆盖装置(4)以可动并可控的方式附连到所述机翼元件的上方，用来调节所述翼缝(7)的大小；
其中所述第一翼缝覆盖装置(3)和/或第二翼缝覆盖装置(4)能够缩回到所述机翼元件(1)的缩进部(8)内；
其中所述增升装置(2)能够从所述机翼元件(1)向后伸展；
其中所述第一翼缝覆盖装置和/或第二翼缝覆盖装置能够向后移动使其向着所述增升装置的方向伸展，以便当所述增升装置从所述机翼元件向后伸展时能够选择性地且可控制或可调节地闭合所述翼缝。
2.如权利要求1所述的用于调整飞行器升力特性的装置，其中所述第一翼缝覆盖装置(3)和/或第二翼缝覆盖装置(4)能被连接成能够在所述机翼元件(1)的纵向轴线上转动。
3.如权利要求1或2所述的用于调整飞行器升力特性的装置，其中所述增升装置(2)以可移动的方式附连到所述机翼元件(1)的后部区域(5)。
4.如权利要求1所述的用于调整飞行器升力特性的装置，其中所述增升装置(2)能够从所述机翼元件(1)向下转动。
5.如权利要求1所述的用于调整飞行器升力特性的装置，其中所述用于调整飞行器升力特性的装置包括用于控制所述增升装置(2)和/或所述第一翼缝覆盖装置(3)和/或第二翼缝覆盖装置(4)的导轨支撑结构。
6.如权利要求1所述的用于调整飞行器升力特性的装置，包括由多个导杆支撑的结构，用于控制所述增升装置(2)和/或所述第一翼缝覆盖装置(3)和/或第二翼缝覆盖装置(4)。
7.如权利要求1所述的用于调整飞行器升力特性的装置，其中所述增升装置(2)选自：襟翼、单缝襟翼、福勒襟翼、双缝襟翼、三缝襟翼、费斯特前缘襟翼和汉德利·佩吉前缘襟翼。
8.一种用于调整飞行器升力特性的方法，其中根据该方法通过第一翼缝覆盖装置(3)和第二翼缝覆盖装置(4)来独立地调节机翼元件(1)与增升装置(2)之间的翼缝(7)的大小；
其中所述第一翼缝覆盖装置(3)以可动并可控的方式附连到所述机翼元件(1)的下侧；
其中所述第二翼缝覆盖装置(4)以可动并可控的方式附连到所述机翼元件的上方；并且
其中所述第一翼缝覆盖装置(3)和/或第二翼缝覆盖装置(4)能够缩回到所述机翼元件(1)的缩进部(8)内；
其中在飞行器的起飞阶段和/或降落阶段的过程中，所述增升装置(2)向后伸展，并且
其中所述第一翼缝覆盖装置和/或第二翼缝覆盖装置向后移动使其向着所述增升装置的方向伸展，以便当所述增升装置从所述机翼元件向后伸展时能够选择性地且可控制或可调节地闭合所述翼缝。
9.如权利要求8所述的方法，其中在飞行器的起飞阶段和/或降落阶段的过程中，所述增升装置(2)向下转动。
10.如权利要求8或9所述的方法，其中在起飞阶段的过程中，通过所述第一翼缝覆盖装置(3)和/或第二翼缝覆盖装置(4)中的其中之一来闭合所述翼缝(7)。
11.如权利要求8所述的方法，其中在飞行器降落阶段的过程中，所述增升装置(2)向后伸展和/或向下转动。
12.如权利要求8所述的方法，其中在降落阶段的过程中，所述第一翼缝覆盖装置(3)和/或第二翼缝覆盖装置(4)控制所述翼缝(7)从而防止失速。
13.如权利要求8所述的方法，其中所述第一翼缝覆盖装置(3)与第二翼缝覆盖装置(4)、和/或所述增升装置(2)由机载计算机控制。
14.如权利要求13所述的方法，其中所述机载计算机的控制参数选自：飞行速度、攻角、翼型、气压、气温和飞行高度。
15.一种飞行器，包括如权利要求1至7其中之一所述的用于调整飞行器升力特性的装置。
16.一种如权利要求1至7中任一项所述的用于调整飞行器升力特性的装置在飞行器中的应用。
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