CN101454201B - 用于在飞行器上产生气动阻力的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及在飞行器上产生气动阻力的设备和方法，所述设备包括至少一个制动襟翼(10)，其中所述至少一个制动襟翼可展开到飞行器周围的气流中。根据本发明，所述至少一个制动襟翼在飞行器(4)的机翼上方的区域中设置在飞行器机身(12)上。

Description

用于在飞行器上产生气动阻力的方法和设备

技术领域

本发明涉及在飞行器上产生气动阻力的设备和方法，所述设备具有至少一个制动襟翼，其中所述至少一个制动襟翼可展开到飞行器周围的气流中。本发明还涉及一种配备有至少一个制动襟翼的飞行器，其中所述至少一个制动襟翼可展开到飞行器周围的气流中。

背景技术

在飞行器的着陆进场中，飞行器的速度降低到最低可能值，以便限制所需的着陆跑道的长度。此外，为了降低地面上的飞行噪声，期望依靠近于垂直的着陆进场来尽可能地减小噪声污染区域。为此，需要高的升力系数，以便能够提供低速进场。为了实现近于垂直的并且低速的进场飞行路径，除了为此所需的高升力系统外，还需要有效的制动设备。在理想情况下，制动设备专门用来增加飞行器的空气阻力而不会影响飞行器的升力或者俯仰力矩、滚动力矩或偏航力矩。此外，为了进一步限制噪声污染，制动设备应当尽可能少地引起额外的源噪声。

为了在着陆进场中有效地降低飞行器的飞行速度，通常使用制动襟翼，制动襟翼基本上布置在飞行器机翼的后缘的区域中(下文中，制动襟翼也称为“扰流器”)。由于扰流器的位置恰好位于飞行器机翼上，所以展开的扰流器决定性地影响机翼周围的空气流动并且因此降低了机翼后缘襟翼(着陆襟翼)和机翼前缘襟翼(缝翼)的增升作用。在大多数情况下，当扰流器展开时，飞行器的纵向力矩平衡(moment budget)发生变化。由此，特别是对于改变的俯仰力矩，必需借助于升降舵单元对其进行连续补偿。由于降低的升力和较高的着陆速度，使得飞行噪声也显著增加。伴随着较高的着陆速度，飞行器槽噪声将随着飞行速度按指数规律增加。此外，增强了由展开的扰流器所产生的源噪声。

作为替代，将可展开到飞行器周围的气流中的制动襟翼(“腹部减速板”)布置在飞行器机身的下侧。由于几何尺寸的限制(即飞行器机身的宽度、飞行器机身距地面的最小距离以及起落架的安装情况)，使得腹部减速板的展开尺寸以及与之相应的腹部减速板的作用受到限制。在许多情况下，利用这种制动襟翼无法产生足够的空气阻力，从而限制了这种襟翼的使用。另外，由于腹部减速板产生的噪声无法通过飞行器机身或机翼进行屏蔽，因此需想到，会在向着地面的方向上发射有害的噪声。

所谓的“花瓣形减速板”通常布置在飞行器的尾部，并且在飞行器的每侧上沿着飞行方向的横向以枢转的方式展开。此种设备的缺点在于会受到机身尾部区域中可用的有限安装体积的影响(即，受到例如安装到机身的辅助动力单元APU、尾部单元等系统装置的限制)。进一步的缺点是，此种设备布置在低动能的流体动力区域中。由于上述原因，使得利用花瓣形减速板产生阻力受到限制。

产生阻力的另一可行方法是使用所谓的分裂式方向舵。此种设备的缺点在于可用的安装空间有限并且在方向舵组件区域中用于承载结构气动载荷的能力有限。同时发现，当使用此种设备时，显著地降低了方向舵组件的偏航稳定作用。由于上述原因，此种类型的设备仅可提供低水平的可实现阻力。

发明内容

因此，本发明的目的是减少或消除已知技术方案的一个或多个上述问题。具体地，本发明的目的是提供一种用于在飞行器上产生气动阻力的设备，该设备不会降低升力、引起较小的噪声并且不会在飞行器上施加额外的力矩。

该目的由至少一个制动襟翼来实现，所述至少一个制动襟翼在飞行器的机翼上方的区域中设置在飞行器机身上。

所述制动襟翼(背部减速板)布置在飞行器机身上的可以获得高气流动压的区域中。在传统的商用飞机的情况下，例如，在飞行器机翼的低压侧上方、机身附近、气流加速的一侧上可以找到用来安装这些设备的适当的高动压区域。在这些区域中将制动襟翼布置在机身上降低了气流的动压。为了上述目的而应用的能量取自于飞行器的动能。

具体地，在高升力构造的机翼处借助于此种设备来改变压力分布将会引起低头力矩(负俯仰力矩影响)。相对于制动襟翼的入流(afflux flow)另外将会引起抬头力矩(正俯仰力矩影响)。通过适当地选择制动襟翼在飞行器上的确切定位能够抵消这两个俯仰力矩的影响。此外，通过制动襟翼在飞行器上的理想定位还能够增加所导致的飞行器阻力，结合上述的压力阻力的增加从而致使制动作用进一步增加。背部减速板的制动作用影响了机翼周围的空气流动，并且高升力襟翼显著小于传统的扰流器装置。因此，压力分布的改变既可以增加阻力又可以降低升力损失。

由于机翼和飞行器机身屏蔽了由制动襟翼产生的朝向地面的噪声，因此这种制动襟翼产生的噪声充分地小于在已知技术方案中所产生的噪声。由背部减速板取代安装在机翼上的扰流器并有利地影响机翼前缘襟翼(缝翼)周围的空气流动使得可以降低飞行器的总噪声。

优选地，两个、三个、四个或更多个沿周向彼此隔开的制动襟翼在飞行器的机翼上方的区域中布置在飞行器的机身上。由于飞行器机身的球面曲率，因此在几何尺寸上有利地采用多个较小的制动襟翼，所述多个较小的制动襟翼在飞行器机身的上部区域中的横截面上边缘布置成一排。另外，尤其当使用两个制动襟翼或两对制动襟翼时，依靠制动襟翼之间的适当的间隔，可以借助于空气涡流来降低或者避免朝向尾部布置的方向舵组件的破坏。

优选地，制动襟翼相对于彼此关于机身的中心平面沿周向对称布置。这样消除了由于不对称的制动力而引起的另外的俯仰力矩、滚动力矩或偏航力矩。

在有利的实施方式中，制动襟翼的不朝向飞行器机身的端部具有直的边缘。因此，能够相对便宜地实现制动襟翼的制造或加工，尤其是能够相对便宜地实现齐平地封闭在飞行器机身中、用于收回的制动襟翼的连接部分的制造或加工。

此外，在另一优选特征中，在制动襟翼的不朝向飞行器机身的端部设置锯齿状的、异型的、带孔的或修圆的边缘。通过适当地设计的上述边缘，可以改善动态作用并且也可以降低噪声的产生。

尤其有利地，至少一个制动襟翼具有大致矩形的形状。因此，简化了制动襟翼和飞行器机身中的密封区域的制造，并且矩形襟翼的制动特性是已知的。

最后特别优选地，至少一个制动襟翼可以采取任何适当的形状。例如，可以通过实验或仿真来获得适当的形状。

在特别优选的实施方式中，能够以彼此独立的方式驱动两个、三个或更多个制动襟翼。这样在着陆进场或在其它阶段中，允许使制动襟翼加入飞行器的飞行姿态调节，并且可用来优化飞行器的力矩平衡。

本发明的目的还通过一种在飞行器上产生气动阻力的方法来实现，其中在飞行器的机翼上方的区域中布置在飞行器机身上的至少一个制动襟翼展开到飞行器周围的气流中。

最后，本发明的目的通过一种具有至少一个制动襟翼的飞行器来实现，其中所述至少一个制动襟翼可展开到飞行器周围的气流中，并且其中所述至少一个制动襟翼在飞行器的机翼上方的区域中布置在飞行器的机身上。

根据用于在飞行器上产生阻力的设备的上述特征，设计出特别优选的实施方式。

附图说明

下面将参照附图以示例的方式借助于实施方式来更加详细地描述本发明。在下文的具体描述中，对于相同或相似的元件使用相同的附图标记。在附图中：

图1示出了具有根据本发明的制动襟翼的飞行器的立体图；以及

图2示出了飞行器机身上的动压分布。

具体实施方式

图1示出了具有两个机翼4的飞行器2，机翼配备有机翼前缘襟翼6(缝翼)和机翼后缘襟翼8(襟翼)。在着陆进场中襟翼8和缝翼6均展开，并且，提供的升力系数与巡航飞行相比大大增加而且允许飞行速度在着陆进场期间显著降低。

在着陆进场中，考虑到持久的下降飞行，除了推力降低以及由于展开的缝翼6和襟翼8而引起的飞行器的总空气阻力增加之外，必需通过制动襟翼进一步降低飞行器2的速度或者使其保持恒定。在本示例中是通过两个制动襟翼10来实现，两个制动襟翼10设置在由机翼4限定的平面上方的飞行器机身12的区域中。

制动襟翼10具有如下构造：即，在它们的最大展开位置中，它们大致垂直于飞行器机身12的表面。制动襟翼10的面积和制动襟翼10的向外展开受到所需的制动效率或所需的空气阻力、飞行器机身上的可用空间及机身曲率、以及必需的致动器功率所限制。通过改变以枢转的方式展开的制动襟翼10的角度，可以影响瞬时制动作用。

制动襟翼10边缘的几何构造具体取决于对产生的噪声的要求。制动襟翼10的一般几何形状可以是矩形或者可以采取任何适当的形状。

除了由两个制动襟翼10组成的一对制动襟翼之外，也可以仅使用一个制动襟翼10或使用更多个制动襟翼10，这些制动襟翼例如可布置在机翼上方的高于窗14的位置。

只要优选地能够彼此独立地驱动多个制动襟翼10并且在着陆进场或其它阶段期间使多个制动襟翼10加入飞行姿态调节，则多个制动襟翼10另外还有助于稳定飞行器的力矩平衡。

附加的制动襟翼10在机身上部的位置尤其是通过机身处的动压分布来限定，如图2所示。

在图2中显而易见，气动压的局部最大值出现在飞行器2的区域16中。制动襟翼10应当优选地布置在区域16中，并且应当具有如下构造：即，使得制动襟翼尽可能有效地利用所述动压并且提供最优的制动作用。因此，在区域16中的优选位置是局部动压处于最大值的位置18。在位置18处，所谓的超速——即超过飞行器的入流速度的气流速度——达到其局部最大值。

由于制动襟翼10设置在机翼4上方的飞行器机身12上，而机翼4和飞行器机身12屏蔽了所产生的向着地面的噪声，因此将制动襟翼10布置在位于飞行器机身12上部的区域16中致使地面上的噪声降低。如果在飞行器构造中省略安装在机翼4上的扰流器，则由襟翼8和缝翼6引起的噪声也可通过机翼4处的空气流动状态的改善而被降低。

本发明提供一种制动襟翼，该制动襟翼与安装到机翼4的传统的扰流器相比提供类似的制动作用，但是它们不干扰飞行器的力矩平衡并且它们在着陆进场中产生相当小的噪声。所使用的实施方式仅用于描述本发明的目的，而并不意于将本发明限制于所述实施方式。还可以在飞行器2的机翼4上方使用任何类型的降低所在处的动压并因此产生制动作用的制动襟翼。在具有适当的横尾翼组件的情况下，另外也可以想到将这种制动襟翼额外地布置在机身尾部区域中或者全部地布置在机身尾部区域中。特别地，本发明涉及一种客机。

Claims (9)

1.一种包括至少一个制动襟翼的飞行器，其中所述至少一个制动襟翼能够展开到所述飞行器周围的气流中，其特征在于，所述至少一个制动襟翼在飞行器机翼上方的存在气动压的局部最大值的区域(16)中布置在飞行器机身上，其中所述至少一个制动襟翼布置成用来抵消低头力矩和抬头力矩。

2.根据权利要求1所述的飞行器，其中，两个、三个、四个或更多个沿周向彼此隔开的制动襟翼在所述飞行器机翼上方的区域中布置在所述飞行器机身上。

3.根据权利要求2所述的飞行器，其中，所述制动襟翼以相对于所述机身的中心平面在周向上相互对称的关系布置。

4.根据权利要求2或3所述的飞行器，其中，所述制动襟翼的不朝向所述飞行器机身的端部具有直的边缘。

5.根据权利要求2或3所述的飞行器，其中，所述制动襟翼的不朝向所述飞行器机身的端部具有异型的边缘。

6.根据权利要求2或3所述的飞行器，其中，所述制动襟翼的不朝向所述飞行器机身的端部具有锯齿状的、带孔的或修圆的边缘。

7.根据权利要求2或3所述的飞行器，其中，所述至少一个制动襟翼为大致矩形的形状。

8.根据权利要求2或3所述的飞行器，其中，能够以彼此独立的方式驱动所述制动襟翼。

9.一种在飞行器上产生气动阻力的方法，其特征在于，在飞行器机翼上方的存在气动压的局部最大值的区域(16)中布置在飞行器机身上的至少一个制动襟翼展开到所述飞行器周围的气流中，其中所述至少一个制动襟翼布置成用来抵消低头力矩和抬头力矩。

Images