CN101466597A - 用于有间隙刚性克鲁格襟翼的连杆机构及相关系统和方法 - Google Patents

用于有间隙刚性克鲁格襟翼的连杆机构及相关系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开一种用于有间隙克鲁格襟翼的连杆机构以及相关的方法和系统。根据一项实施例的系统包括：可展开的前缘组件(120)，该组件包括：具有大体固定形状的流体表面的可展开前缘板(121)；连接至前缘板的圆角件(123)；连接至前缘板和圆角件的连杆机构(130)，用于在收起位置与展开位置之间移动前缘板。该机构具有：第一支承连杆(131)、第二支承连杆(132)和第一(133)、第二(134)和第三(135)定位连杆。所述定位连杆可枢转地连接在前缘板、圆角件、第一支承连杆以及第二支承连杆之间，使得当处于展开位置时，前缘板与机翼形成间隙。该定位连杆是连接在处于机翼翼展方向位置处的支承连杆、前缘板与圆角件之间的仅有的定位连杆。

Description

用于有间隙刚性克鲁格襟翼的连杆机构及相关系统和方法
技术领域
本发明总体涉及用于有间隙的刚性克鲁格襟翼的连杆机构，以及相关联的系统和方法。
背景技术
现代飞行器通常使用各种高升力前缘和后缘装置来改善各种飞行阶段包括起飞和着陆期间的高迎角性能。现有的前缘装置包括前缘缝翼和克鲁格襟翼。当前的前缘缝翼通常具有收起(stowed)位置，在该位置处，缝翼形成机翼前缘的一部分，以及一个或多个展开位置，在该位置处，缝翼向前和向下延伸以增加机翼的曲率和/或平面区域。该收起位置通常与低迎角下的低阻力相关联并且可适于巡航和其他低迎角操作。(各)延伸位置通常与处于更高迎角下的飞行器机翼上的改善气流特性相关联。典型的前缘缝翼设计包括收起时前缘装置沿向后方向缩回以形成机翼前缘的结构。克鲁格襟翼通常具有与前缘缝翼相同的功能，但不是向后缩回以形成机翼的前缘，克鲁格襟翼通常在收起时折叠为机翼的下表面。
在一些情况下，随着前缘装置延伸，前缘装置与机翼之间产生狭槽或间隙。在特定操作条件下，空气可流动穿过这一狭槽以使空气流能够在机翼上表面上流动，并且改善机翼上方的整体气流特性。当前系统的缺点在于该系统难于正确地形成和/或正确地设置间隙以实现临近前缘装置的所需流动特性。与克鲁格襟翼结构相关联的另一缺点在于其难于形成大到足以实现所需空气流动特性的间隙，而不需要复杂和/或结构性低效率的连杆机构。
发明内容
下述发明内容仅仅是为了阅读方便，并不意在以任何方式限制由权利要求阐述的发明。本发明总体涉及用于有间隙的刚性克鲁格襟翼的连杆机构以及相关的系统和方法。根据本发明一个方面的飞行器系统包括可展开的前缘组件，该组件又包括具有大体固定形状的流体表面的可展开前缘板；可枢转地连接至前缘板的圆角件；连接至前缘板和圆角件的连杆机构，用于在收起位置与展开位置之间移动前缘板。该连杆机构可具有可枢转地连接至翼面的第一和第二间隔开的支承连杆。第一、第二和第三定位连杆可枢转地连接在前缘板、圆角件、第一以及第二支承连杆之间。当处于展开位置时，前缘板与翼面形成间隙，定位连杆仅仅是在机翼翼展方向位置处连接在支承连杆、前缘板与圆角件之间的定位连杆。因此，在至少一些实施例中，前缘组件可包括五连杆结构，在翼面与刚性可展开前缘板之间设置适当的空气动力间隙，也设置圆角件以在翼面上方导引空气流。
在其他具体方面，第一定位连杆具有第一端、第二端以及第一与第二端之间的中间部分。第一定位连杆朝向其第一端而可枢转地连接至第二支承连杆，朝向其第二端而可枢转地连接至前缘板，在其中间部分可枢转地连接至第一支承连杆，从而与第一支承连杆形成剪刀结构。第二定位连杆具有第一端、第二端以及第一与第二端之间的中间部分，朝向其第一端而可枢转地连接至第一支承连杆，朝向其第二端而可枢转地连接至第三定位连杆，在其中间部分可枢转地连接至前缘板。通过展开前缘组件而与连杆机构形成的间隙可以是连接有前缘组件的翼面的弦长的至少2％。在其他具体实施例中，每个连杆可以是大体直线型的。在其他实施例中，连杆的相对端可以偏移40°或更少，在其他具体实施例中，偏移20°或更少。
其他方面是提供一种用于操作飞行器系统的方法。一种方法包括通过下述方式相对于翼面展开刚性前缘板和刚性圆角件：使在机翼的翼展位置处可枢转地连接至翼面的第一支承连杆旋转；使可枢转地连接至翼面并且与第一支承连杆间隔开的第二支承连杆旋转；使第一、第二和第三定位连杆旋转。第一、第二和第三定位连杆可枢转地连接在前缘板、圆角件、第一支承连杆和第二支承连杆之间，并且是仅有的在机翼的翼展方向位置处连接在支承连杆、前缘板与圆角件之间的定位连杆。该方法还包括在翼面与前缘板之间形成间隙，并且相对于前缘板旋转圆角件。
附图说明
图1是包括根据本发明一项实施例构造的可展开前缘组件和连杆机构的系统的局部示意性横截面正视图，并且如图所示处于展开位置。
图2示出处于另一展开位置的图1所示的系统。
图3示出处于局部缩回位置的图1所示的系统。
图4示出处于完全缩回位置的图1所示的系统。
图5示出具有根据本发明另一实施例构造的连杆机构和前缘组件的系统。
图6示出包括安装在根据本发明另一实施例的飞行器上的前缘组件的系统。
具体实施方式
本发明公开内容描述用于有间隙克鲁格(Krueger)襟翼的连杆机构和相关联的系统和方法。特定的具体细节在下述说明书中以及图1-6中进行说明，以提供对本发明各种实施例的完全理解。与这种系统相关联的公知结构、系统和方法尚未被详细示出或说明以避免不必要地混淆本发明各个实施例的说明。此外，本领域技术人员应该理解本发明的其他实施例可在不设置下述细节的情况下实现。
图1是飞行器系统100的局部示意性、横截面侧视图，该系统具有根据本发明一项实施例构成的可展开前缘组件120和相关联的连杆机构130。前缘组件120构造成提供用于其所安装所处的翼面110的增强的高升力特性。下面将说明翼面110的通常属性和前缘组件120以及连杆机构130的更多详细属性。
翼面110可构造成在各种飞行条件下操作。图1所示的特定翼面110构造成以高亚音速马赫数巡航，其代表典型的商用运输客机。因此，翼面110可包括机翼上表面111、机翼下表面113和成相对钝角的前缘112，该前缘光滑地以流线型形成上表面111和下表面113。翼面110的下表面113可包括开口118。当前缘组件120处于其收起位置(随后参照图4说明)时，其密封该开口118以形成大体连续的满足空气动力特性的平滑下表面113。当前缘组件120移动至其展开位置时，如图1所示，开口118露出。
前舱壁114将飞机后部燃料舱116与前缘无油隔舱117分开。前缘无油隔舱117容纳连杆机构130。该连杆机构130可由任何数量的致动器结构提供动力，包括沿着前缘112大体垂直于图1的平面延伸的扭矩管115，并且可沿着翼面110的跨度连接至多个连杆机构130。为了示出的目的，一个连杆机构130如图1所示处于特定翼展方向位置。如下文参照图6所述，多个连杆机构130可沿着翼展方向定位从而控制一个或多个可展开前缘组件120的移动。
前缘组件120可包括前缘板121和枢转地连接至刚性前缘板121的外圆角件(bullnose)123。前缘板12可包括具有大体刚性固定形状的顺气流方向流体表面124。板支承结构122可定位成支承顺气流方向的流体表面124并且保持其形状。因此，顺气流方向表面124会由于气动特性的载荷而经受较小的偏转，但是具有图1所示的大体相同的形状，不论处于展开位置还是处于收起位置。圆角件123也可包括大体刚性的固定形状的圆角件流体表面125。不同于可变曲度克鲁格襟翼结构，图1所示的前缘组件120的一项实施例使用大体固定形状流体表面124、125以及连杆机构130的功能(而不是顺气流方向的流体表面124的柔性)，从而产生各种位置处的所需气流特性。
前缘组件120如图所示处于图1中的完全展开位置。在该位置处，前缘板121定位在机翼前缘112的下方和前方，并且与前缘112形成间隙101。圆角件123定位在前缘板121的稍微前方和下方。在该结构中，前缘组件120有效地形成用于翼面110的钝角更大(通过合理的空气动力性效率)的前缘，其允许翼面110以大迎角高效地操作。这种迎角一般在进场、着陆和起飞期间遇到。
形成于前缘板121与前缘112之间的间隙101还可改善整个系统100的空气动力性能。在许多情况下，需要当前缘组件120处于完全展开位置时具有相对大的间隙。例如，需要使得间隙101达到并且在一些情况下大于翼面110的整体弦长的2％(例如，机翼前缘112和机翼后缘之间的距离，在图1中未示出)。因此，在局部弦长为400英寸的机翼上，需要使得前缘112与前缘板121之间的间隙高达8英寸。但是，具有挑战性的是，研制结构性高效的系统，形成大的所需间隙101，并且在展开位置(图1所示)与收起位置(参照图4如下所述)之间移动前缘组件120。下述连杆机构130的实施例可处理这些问题。
连杆机构130可包括连接至翼面110的支承连杆，以及连接在支承连杆与前缘组件120之间的定位连杆。例如，在图1所示的实施例中，连杆机构130可包括在枢转接头P1处连接至扭矩管115的第一支承连杆131。第二支承连杆132可定位在第一支承连杆131的后部并且在另一枢转接头P2处可枢转地连接至机翼结构。第一定位连杆133可枢转地连接至第一支承连杆131、第二支承连杆132和前缘板121。第二定位连杆134可枢转地连接至第一支承连杆131、前缘板121和第三定位连杆135。第三定位连杆135可枢转地连接在第二定位连杆134与圆角件123之间。该五连杆结构可高效地在图1所示的完全展开位置与下文参照图2-4所述的其他位置之间移动前缘组件120(例如，前缘板121和圆角件123)。
现在参照图2，扭矩管115已经如箭头C所示逆时针旋转以将前缘板121和圆角件123朝向开口118移动。在这一位置，前缘组件120可形成非常钝的“挡光板”(barndoor)结构，用于使飞行器减速，例如在着陆期间。在这一位置，以及其他展开位置，前缘板121以及因此的连杆机构130会经受到由作用在面向前的前缘板121的空气动力产生的高载荷。连杆机构130的结构可构造成高效地将空气动力载荷传递至翼面110。例如，每个连杆可以是大体直的，从而传送大体处于压缩或拉伸的载荷，而不产生明显的弯折载荷。在特定实例中，第一定位连杆133可具有第一端133a、第二端133b以及中间部分133c。第一定位连杆133以朝向其第一端133a的方向在枢转接头P3处可枢转地连接至第二支承连杆132。第一定位连杆133以朝向其第二端133b的方向在另一枢转接头P4处连接至前缘板121，并且以朝向其中间部分133c的方向在另一枢转接头P5处连接至第一支承连杆131。如图2的虚线所示，枢转接头P3、P5和P4可沿着大体直线对齐，第一端133a、第二端133b和中间部分133c也可沿着大体直线对齐。因此，第一定位连杆133可高效地将压缩载荷从前缘板121传送至第一支承连杆131和第二支承连杆132。这些载荷然后被传送至翼面110的结构。
连杆机构130的其他连杆可具有大体类似的结构。例如，第二定位连杆134可包括第一端134a、第二端134b和中间部分134c。这些部分的每个可沿着一条大体直线对齐，如第二定位连杆134与第一支承连杆131之间的对应枢转点P6、第二定位连杆134与第三定位连杆135之间的枢转点P7以及第二定位连杆134与前缘板121之间的枢转点P8。第三定位连杆135可沿着大体直线的轴线对齐在其两个枢转点P7与P9之间，第一支承连杆131和第二支承连杆132二者也可沿着大体直线的轴线对齐(例如，枢转点P1、P5和P6可沿着用于第一支承连杆131的大体直线轴线对齐，枢转点P2和P3可沿着用于第二支承连杆132的大体直线轴线对齐)。在特定实施例中，任何连杆的端部可以相对小的角度(例如，小于20°或者小于10°)彼此偏移，而不会明显地降低连杆的结构效率。例如，如图2所示，第一支承连杆131和第一定位连杆133二者的相对定位的枢转点P1、P6以及P3、P4之间具有相对小角度的偏移。
图3示出前缘组件120，该组件正在接近其收起位置。前缘板121旋转朝向开口118，圆角件123围绕其枢转点P10相对于前缘板121折叠。如图3清楚地示出，第一定位连杆133和第一支承连杆131相对于彼此形成“剪刀”结构，第二定位连杆134相对于前缘板121形成剪刀结构。这一双剪刀结构是连杆机构130的一项实施例的一个特性，允许其在图1所示的展开位置与如下参照图4所述的完全收起位置之间的明显距离上移动前缘板121。
图4示出前缘组件120处于其完全收起位置。采用这种结构，前缘板121已经朝向翼面110折叠，从而与前缘112和下表面113平齐，圆角件123和连杆机构130完全容纳在无油隔舱117中。采用这种结构，翼面110一般在不需要增强的提升性能的条件下飞行，例如持续的巡航状态。
参照图1-4如上所述的本系统的实施例的一个特征是连杆机构130可具有五连杆(例如，两个支承连杆和三个定位连杆)。这种结构与具有超过五个连杆的其他连杆结构相比来说的优势在于，该结构更易于制造、安装和维修。与具有少于五个连杆的连杆机构相比的另一优势在于，其可将前缘板121定位在机翼前缘112的明显靠前的位置，从而形成大或相对大的间隙101。当前缘组件120处于其展开结构时，这可预期地改善整个系统的空气动力性能。
参照图1-4如上所述的本系统的至少一些实施例的另一特征在于连杆机构130中的连杆可以是大体直线型的。这不同于包括明显偏移或“鹅颈管”连杆的一些克鲁格襟翼连杆结构。相对直线型的连杆的优势在于它们的结构带来高效率。例如，它们可高效地承载拉伸和压缩的载荷，而不经受明显的弯折载荷。因此，每个连杆的尺寸可以是相对较小的(由于不必要承载明显的弯折载荷)，这又可减小连杆机构130的整体重量。被减小的重量可增加其上安装有连杆机构130的飞行器的燃料效率，和/或飞行器承载大的有效载荷的能力。
上述系统的实施例的另一特征在于，前缘组件的流动表面可采用大体固定的形状。例如，前缘板121的沿气流方向的流体表面124，以及沿气流方向的圆角件流体表面125二者都可具有大体固定的形状。这一结构的一个优势在于，其比现有的可变曲率克鲁格襟翼更容易安装和维护。尤其地，与包括在至少上述一些实施例中的情况相比，现有可变几何尺寸流体表面一般需要明显更复杂的结构(从而正确地控制柔性流体表面的形状)。
图5是具有根据本发明另一实施例构造的连杆机构530的系统500的局部示意性横截面侧视图。连杆机构530如实线所示处于其展开位置，如虚线所示处于其收起位置。该系统500可包括翼面110、前缘板121以及圆角件123，这些都大体类似于图1-4所示的对应元件。连杆机构530可包括以不同于图1所示的方式构造的五连杆(如图1所示的连杆机构130那样)。例如，连杆机构530可包括定位在第二支承连杆532后面的第一支承连杆531。这不同于图1所示的结构，在图1中，第一支承连杆(例如，从动支承连杆131，具有三个枢转点)定位在第二支承连杆前部。连杆机构530也可包括第一、第二和第三定位连杆533、534和535，与图1所示的对应连杆相比，第一和第二定位连杆533、534的角度偏移已经增加。例如，第一定位连杆533可具有大约10°的角度偏移角A，而图2所示的第一定位连杆133具有小于5°的对应偏移角。图5所示的第二定位连杆534可具有大约30°的角度偏移角B，而图2所示的第二定位连杆134的对应偏移角小于5°。图5所示的偏移角可允许可能的更紧凑的结构，而不会明显地影响结构性效率。例如，虽然第二定位连杆534的偏移角B可大于图2所示的第二定位连杆134的偏移角，但是由圆角件123设置在第二定位连杆534上的载荷可以足够低，从而不需要第二定位连杆534的尺寸明显增加。
图6是系统600的示意性图示，该系统包括具有前缘组件的飞行器604，并具有根据本发明另一实施例构造的多个连杆机构。飞行器604可包括机身602、机翼610和尾翼603。每个机翼610可包括一个或多个前缘组件620(三个如图所示处于图6中的每个机翼上)。每个前缘组件620可包括由多个连杆机构630承载的前缘板621。例如，在图6所示的实施例中，每个前缘板621由两个连杆机构630承载，每个位于不同的沿翼展方向的位置。在其他实施例中，每个前缘板621可由多于两个的连杆机构承载。每个连杆机构630可包括类似于上面参照图1-5所述的任何结构。
从上文内容，可以理解，已经在这里为了示出的目的描述了本发明的具体实施例，但是可在不脱离本发明的范围的情况下作出各种改进。例如，在一些实施例中，连杆可以采用与附图所示的不同的形状或结构。在其他实施例中，致动器可连接至不同的连杆，而不是所示实施例那样，和/或可具有不同于扭矩管结构的结构。参照具体实施例所述的本发明的各个方面可以在其他实施例中相结合或去除。例如，图5所示的连杆结构的特征可与图1所示的连杆机构的特征相结合。此外，虽然与本发明的特定实施例相关联的特征已经在这些实施例的说明中进行描述，但是其他实施例也可具有这种优势，不是所有的实施例都必须展示这种优势以落入本发明的范围内。因此，本发明只受到所附的权利要求的限制。

Claims (25)

1、一种飞行器系统，包括：
可展开的前缘组件，该组件包括：
具有大体固定形状的流体表面的可展开前缘板；
可枢转地连接至前缘板的圆角件；
在机翼的沿翼展方向的位置连接至前缘板和圆角件的连杆机构，用于在收起位置与展开位置之间移动前缘板，该连杆机构具有：
可枢转地连接至翼面的第一支承连杆；
可枢转地连接至翼面并且与第一支承连杆间隔开的第二支承连杆；以及
可枢转地连接在前缘板、圆角件、第一支承连杆以及第二支承连杆之间的第一、第二和第三定位连杆，其中，当处于展开位置时，前缘板与翼面形成间隙，其中，所述定位连杆是在机翼翼展方向位置处连接在支承连杆、前缘板与圆角件之间的仅有的定位连杆。
2、根据权利要求1所述的系统，还包括翼面，其中：
第一和第二支承连杆可枢转地连接至翼面；
第一定位连杆可枢转地连接至第一支承连杆、第二支承连杆和前缘板；
第二定位连杆可枢转地连接至第一支承连杆、前缘板和第三定位连杆；以及
第三定位连杆可枢转地连接在第二定位连杆与圆角件之间。
3、根据权利要求2所述的系统，其中：
第一定位连杆具有第一端、第二端、以及第一与第二端之间的中间部分，第一定位连杆朝向其第一端而可枢转地连接至第二支承连杆，朝向其第二端而可枢转地连接至前缘板，在其中间部分可枢转地连接至第一支承连杆，从而与第一支承连杆形成剪刀结构；以及
第二定位连杆具有第一端、第二端、以及第一与第二端之间的中间部分，第二定位连杆朝向其第一端而可枢转地连接至第一支承连杆，朝向其第二端而可枢转地连接至第三定位连杆，在其中间部分可枢转地连接至前缘板。
4、根据权利要求1所述的系统，其中，第一支承连杆和第一定位连杆的每个具有连接至临近元件的三个枢转接头，其中，第一支承连杆的三个枢转接头至少是大概共线的，其中，第一定位连杆的三个枢转接头至少是大概共线的。
5、根据权利要求1所述的系统，还包括翼面，其中，第一和第二支承杆可枢转地连接至该翼面。
6、根据权利要求5所述的系统，其中，该翼面具有翼面的翼弦长度，其中，前缘板形成的间隙为处于展开位置时的翼面的翼弦长度的至少2％。
7、根据权利要求1所述系统，其中，该连杆机构是第一连杆机构，机翼翼展位置是第一机翼翼展位置，其中该系统还包括第二连杆机构，该第二连杆机构具有与第一连杆机构大体相同的连杆结构，第二连杆机构的位置处于沿翼展方向与第一机翼翼展位置间隔开的第二机翼翼展位置。
8、根据权利要求1所述的系统，其中，第一支承连杆连接至致动器。
9、根据权利要求1所述的系统，其中，前缘板具有沿气流方向的流体表面，该表面在处于收起和展开位置时暴露于自由气流。
10、根据权利要求1所述的系统，连杆中的每个是大体直线型的。
11、根据权利要求1所述的系统，其中，第一支承连杆具有沿着大体直线定位的三个枢转位置。
12、根据权利要求1所述的系统，其中，第一定位连杆具有沿着大体直线定位的三个枢转位置。
13、根据权利要求1所述的系统，其中，第二定位连杆具有沿着大体直线定位的三个枢转位置。
14、根据权利要求1所述的系统，其中，对于每个连杆，该连杆的相对端部以20度或者更小产生偏移。
15、根据权利要求1所述的系统，其中，对于每个连杆，该连杆的相对端部以40度或者更小产生偏移。
16、根据权利要求1所示的系统，其中前缘板和圆角件二者具有大体固定形状的沿气流方向的流体表面。
17、根据权利要求1所述的系统，其中，第一支承连杆和第一定位连杆形成第一剪刀构造，其中，前缘板和第二定位连杆形成第二剪刀结构。
18、一种飞行器机翼系统，包括：
翼面；
可展开前缘组件，包括：
具有坚固的大体固定形状的流体表面的可展开前缘板；
可枢转地连接至前缘板并且具有坚固的大体固定形状的流体表面的圆角件；
在机翼的沿翼展方向的位置连接至前缘板、圆角件以及翼面的连杆机构，用于在收起位置与展开位置之间移动前缘板，该连杆机构具有：
可枢转地连接至翼面的第一支承连杆；
可枢转地连接至翼面并且位于第一支承连杆后部的第二支承连杆；以及
可枢转地连接至第一支承连杆、第二支承连杆和前缘板的第一定位连杆；
可枢转地连接至第二支承连杆、前缘板和第三定位连杆的第二定位连杆；
可枢转地连接在第二定位连杆与圆角件之间的第三定位连杆，其中，当处于展开位置时，前缘板与翼面形成间隙，其中，所述定位连杆是在机翼翼展方向位置处连接在支承连杆、前缘板与圆角件之间的仅有的定位连杆。
19、根据权利要求18所述的系统，其中，连杆中的每个是大体直线型的。
20、根据权利要求18所述的系统，其中，对于每个连杆，该连杆的相对端部以20度或者更小产生偏移。
21、根据权利要求18所述的系统，其中，对于每个连杆，该连杆的相对端部以40度或者更小产生偏移。
22、一种用于操作飞行器机翼系统的方法，包括：
通过下述方式相对于翼面展开前缘板和圆角件：
使在机翼的一翼展位置处可枢转地连接至翼面的第一支承连杆旋转；
使可枢转地连接至翼面并且位于第一支承连杆后面的第二支承连杆旋转；
使可枢转地连接在前缘板、圆角件、第一支承连杆和第二支承连杆中的第一、第二和第三定位连杆旋转，其中，定位连杆是在机翼的一翼展方向位置处连接在支承连杆、前缘板与圆角件之间的仅有的定位连杆；
在翼面与前缘板的大体固定形状的沿气流方向流体表面之间形成间隙；以及
相对于前缘板旋转圆角件。
23、根据权利要求22所述的方法，其中，展开前缘板包括将前缘板从该板形成翼面的一部分下表面的收起位置移动至该板的至少部分位于翼面的前缘前部的展开位置。
24、根据权利要求22所述的方法，其中，形成间隙包括形成大小为翼面翼弦长度的至少2％的间隙。
25、根据权利要求22所述的方法，其中，使第一、第二和第三定位连杆旋转包括以剪刀的方式相对于彼此旋转第一定位连杆和第一支承连杆，并且以剪刀的方式相对于彼此旋转第二定位连杆和前缘板。
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