CN101618764B - 用于飞行器、尤其是旋翼机的有可逆变形轮廓的气动翼型 - Google Patents

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Abstract

一种用于飞行器、尤其是旋翼机的气动翼型(10)，翼型(10)包括分别位于压力面和吸力面的蒙皮(14，15)，带有通过致动器(30)可控地形成在后缘翼型区域(13)的翼型轮廓，其中每个蒙皮(14，15)设计为包括有连接到无剪切抗性柔性夹心(20)的薄膜或薄片(21，22)的无剪切抗性三明治结构，其中蒙皮(14，15)通过柔性腹板(17)保持翼型外形。

Description

用于飞行器、尤其是旋翼机的有可逆变形轮廓的气动翼型
技术领域
本发明涉及一种用于飞行器、尤其是旋翼机的有可逆变形轮廓的气动翼型。
背景技术
已知在飞行期间，空气涡流会在飞行器气动翼型(profile)上出现。特别是在旋翼机的旋翼叶片上，空气涡流导致了不期望的振动和噪音，前者不利于叶片的使用寿命和维护，因为它导致了材料疲劳和零件磨损。而后者明显不利地作用于旋翼机的座舱，因而对乘客的舒适感产生负面影响。
在旋翼叶片的情况中，这些空气涡流由复杂的空气动力学和气动弹性变形现象产生，当旋翼叶片遭遇到在它前方的旋翼叶片的叶片涡流时，涡流是由作用在旋翼叶片上的合力引起的。为了能够尽可能多地考虑在各种飞行情况和旋翼叶片变化的入射角中的这些现象，使用了旋翼叶片尾缘区域轮廓可以改变的旋翼叶片。由经验表明，通过针对性的改变旋翼叶片尾缘区域的外形可能会减少振动和噪音，同时改进飞行性能和航程。
在本领域技术状态中，为了达到这一效果，位于旋翼叶片尾缘的不连续旋翼叶片襟翼是已知的，其依靠枢纽轴承被可移动地置于旋翼叶片，比如DE10116479A1中所述。旋翼叶片襟翼由压电致动器控制，其中，压电致动器被设置于翼型深度方向，与旋翼叶片翼型主体的前部翼型的襟翼分隔开。压电致动器的所产生的驱动力通过带状或杆状拉伸元件而被传递到旋翼叶片襟翼。
由于有连接处，这种类型的旋翼要遭受到增加的磨损以及被暴露于灰尘、污垢和水中。因为旋翼叶片的内部空间很难在襟翼的前部被密封，由霜和进入的污垢粒子导致了对于连接件的更换的短的使用期限或降低效能的结果。
根据DE10334267A1，具有整体的弹性可移动旋翼叶片襟翼的旋翼叶片变成已知的，其依靠安装在翼型刚性蒙皮中或是直接位于本身是刚性的蒙皮下方或是在刚性蒙皮上面的压电致动器驱动。当两个位于翼型蒙皮顶部或蒙皮底部的压电致动器中的一个启动，导致了各自的蒙皮相对于其他蒙皮位移，结果是，顶部蒙皮相对于底部蒙皮缩短或伸长。由于一个蒙皮相对于其他蒙皮缩短，附着于蒙皮的刚性旋翼叶片襟翼位移并向上或向下移动。类似的安排也见于DE10304530A1。
因为压电致动器或被集成在没有襟翼的翼型中，或是选择性地被专门提供在襟翼中，为了与系统相关的原因，致动器需要被置于翼型截面的后缘。因为在旋翼叶片的这个区域，由于回转力矩和离心力，相当大的拉伸应变出现，并且，因为压电致动器通常对应变敏感，在旋翼启动时产生的离心力会导致致动器失效。而且，弹性轴承有需求的材料范围，此范围很难得以满足，即：高拉伸-压缩应变，没有由于塑料动作而导致的能量吸收，传输空气动力且没有过大变形。而且，蒙皮必须设计成抵抗支撑位置(例如，肋，梁，网等)的偏转，以防止空气动力载荷导致的不良翼型变形出现。而且，蒙皮应该抵抗偏转以防止任何内部支撑件显露穿过外部蒙皮之上，从而对翼型的空气动力学品质产生负面影响。另一方面，蒙皮应该设计为柔性以完成相应的变形并且可以用较小的能量来变形翼型。这些要求是互相矛盾的，到目前为止，尚无法满足这些需求。
发明内容
因此，本发明的目标是避免已知气动翼型、尤其是已知的现有文献中的旋翼襟翼的缺点，并且有效地改进所述的气动翼型。
这个目标由本发明的一种用于飞行器、尤其是旋翼机的气动翼型来实现，该气动翼型带有通过致动器而可逆变形的轮廓，翼型包括至少一个设计为中空翼型的翼型区域，以及位于压力面和吸力面的蒙皮，蒙皮被设计为具有无剪切抗性弹性夹心的三明治形结构。
作为依照本发明的这种气动翼型的设计和布置的结果，即带有弹性可逆变形翼型区域由于有覆盖着翼型的蒙皮，该翼型区域在每种情况下中都具有三明治式的设计，并包括一个无剪切抗性的夹心，翼型可以得到一个由针对性地方式通过致动器控制的可逆复杂效应，依靠这种复杂效应，迄今使用在翼型后缘区域的可调不连续襟翼会被取代。在这种方式中，不连续襟翼轴承在实际应用中遭到高频振动引起的以及因例如尘土、污垢和水的自然环境而增加的磨损，以及至今使用的整体转子叶片襟翼的缺点被避免。
较佳地，中空翼型从实心翼型区域延续下去，并且，在通过柔韧地设置在蒙皮之间的第一腹板而形成的翼型的中空翼型中，由蒙皮所设定的翼型外形固定。
较佳地，为了施加控制力矩，翼型在压力面蒙皮和吸力面蒙皮上的轮廓被设计为可以可逆地移动。
较佳地，在每一种情况下，蒙皮包含无剪切抗性弹性夹心，所述蒙皮在每种情况下都为薄膜或薄片所包封。
较佳地，弹性夹心包含横向于流向而排列的第二腹板。
较佳地，柔性的所述第一腹板通过它们的扇形打开的表面而被连接到蒙皮的薄膜或薄片，所述扇形打开的表面形成了支脚点，该支脚点被用作腹板脚。
较佳地，所述第二腹板通过弹性接头连接到蒙皮和薄膜或薄片。
较佳地，弹性夹心是板形，它可包括中断处。
较佳地，弹性夹心被设计为弹性滚卷腹板。
较佳地，用于施加控制力矩的致动器被设置于气动翼型的实心翼型区域。
附图说明
下面，参照或多或少的附图由下述几个实施例来具体描述本发明。
下列所示：
图1直升机旋翼叶片形式的一般气动翼型的横截面视图。
图2根据图1的气动翼型横截面第二视图，依照本发明的第二种示例形式。
图3根据图1的气动翼型一部分的第三视图，带有第一种示例的弹性可变蒙皮。
图4根据图1的气动翼型一部分的第四视图，带有第二种示例的弹性可变蒙皮。
图5至11根据图1和图2的本发明气动翼型的各种蒙皮的进一步视图。
具体实施方式
气动翼型10，其在图1和图2中被显示为旋翼机的旋翼叶片的横截面，包括实心的前部翼型区域12，其后是位于流出方向上并包含至少一个中空的翼型区域的后部翼型区域13。后部翼型区域13由位于压力面上的弹性蒙皮14实现，蒙皮14包括纤维结构，还有具有同样设计且位于吸力面上的弹性蒙皮15，蒙皮14和15在翼型尾缘16的拖尾处交汇，翼型尾缘16在翼展方向延伸，即，顺着旋翼叶片的径向。
在后部翼型区域13中，为了可控地设定气动升力CA和翼型力矩Cm，气动翼型10包括可逆可变形的翼型结构。这是由无剪切抗性设计且与空心翼型区域联系在一块的蒙皮14和15来完成的。
为了达到这个效果，蒙皮14和15的在内部表面被覆盖上一层无剪切抗性的弹性夹心20，其在每一种情况下都由薄膜或薄片21或22封闭。由蒙皮14和15形成的中空翼型区域a、b、c、d、e中，翼型10的轮廓腹板通过设置在蒙皮14、15之间的柔性腹板而被固定，如图2所示。利用弹性夹心20相应的无剪切抗性设计，也可能没有这些腹板，如图1所示。为了改进脚点支脚点(footpoint)区域弹性的目的，这些腹板的形成支脚点的表面扇形打开成为单独的“腹板脚”。这种扇形打开的结果是，腹板厚度分为两部分，或者按照“腹板脚”的数量而分为几个部分。举例来说，如果腹板分成两个腹板脚，每个腹板的偏转阻力变为没有扇形打开的腹板的原值的1/8，从而两个腹板的偏转阻力变为没有扇形打开的腹板的原值的1/4。相比在整个长度上分割腹板，这种设计是更有利的，因为短且薄的腹板脚不会像较长的区域一样容易凸出或弯曲。如果腹板在整个长度上被分成几个薄的腹板，则由于其较大的长度导致所述腹板会更容易地凸出或弯曲。
如图3到图5所示，夹心可以不同的方式设计。例如，图5展示一种有无剪切抗性弹性夹心20的翼型区域设计。依照图3和图4，无剪切抗性夹心20由相应设计的腹板19代替。依照图3，柔性腹板直接连接到蒙皮或者薄膜或薄片。依照图4，无剪切抗性夹心被腹板19取代，其腹板在用于连接到薄膜或薄片21，22和蒙皮14，15的区域中以一种扭转弹性的方式被连接于相应地非刚性的胶合剂。如图4所示，这种连接也可以设计为链板25。利用相应地设计的无剪切抗性夹心20，如图5所示，不使用垂直或倾斜于变形方向而设置的腹板19也是可能的。
图6到图11展示了气动翼型10的被设计为无剪切抗性夹心三明治结构的蒙皮14和15的更多的形式。
例如，图6展示没有薄膜或薄片21或22的夹心20，而图7示出的夹心20有中断部27，该夹心仍坚固地被薄膜或薄片21围绕。这个设计特别有利于蒙皮在具有两个反向点的翼型尾缘16的区域中的变形，因为在这种方式中，柔性按照目标的方式而被结合入蒙皮14，15中。夹心和环绕夹心的薄膜或薄片21，22的夹心厚度可改变，如图8和图9所示。蒙皮的弯曲线可以被纤维加强材料的厚度和层结构以及致动器的布置所影响。如图6所示，蒙皮的内部薄膜或薄片21也可被取消。如图10和图11所示，替代弹性夹心，滚卷腹板形式的波浪内蒙皮36，或依照图11，股线37可以被结合在蒙皮14、15内部。
为了可控地设定气动升力CA和翼型力矩Cm，即，在形状可变的后部翼型区域13中，气动翼型10在其实心的前部翼型区域12包括合适的致动器30，其通过有效连接31，32可以影响蒙皮14，15的一个或另一个，这样它们可以按照一个S形(空间移动)方式(比较图1)而被可逆变形。在附图中只是概略地示出的致动器30为例如所谓的压电致动器。在这种方式中，翼型10在它的翼型尾缘16的区域沿着箭头方向34、35以Flettner襟翼的形式可控地移动。因为翼型10的后部翼型区域13作为一个实体弹性地变形，致动器也可以安排在后部翼型区域13的翼型深度方向的中间区域上。
附图标记列表
10  气动翼型
12  前部翼型区域
13  后部翼型区域
14  蒙皮
15  蒙皮
16  翼型尾缘
17  柔性腹板
19  腹板
20  无剪切抗性弹性夹心
21  薄膜或薄片
22  薄膜或薄片
25  弹性接头
26  支脚点
27  中断部
30  致动器
31  有效连接
32  有效连接
34  箭头
35  箭头
36  滚卷腹板
37  股线
a，b，c，d，e  中空翼型区域

Claims (12)

1.一种用于飞行器的气动翼型(10)，带有通过致动器(30)而可逆变形的轮廓，其特征在于，翼型(10)包括至少一个设计为中空翼型的翼型区域(a，b，c，d，e)，以及位于压力面和吸力面的蒙皮(14，15)，蒙皮(14，15)被设计为具有无剪切抗性弹性夹心(20)的三明治形结构。
2.如权利要求1所述的气动翼型，其特征在于，中空翼型(a，b，c，d，e)从实心翼型区域(12)延续下去，并且，在通过柔韧地设置在蒙皮(14，15)之间的第一腹板(17)而形成的翼型(10)的中空翼型(a，b，c，d，e)中，由蒙皮(14，15)所设定的翼型外形固定。
3.如权利要求1或2所述的气动翼型，其特征在于，为了施加控制力矩，翼型(10)在压力面蒙皮(14)和吸力面蒙皮(15)上的轮廓被设计为可以可逆地移动。
4.如权利要求1或2所述的气动翼型，其特征在于，在每一种情况下，蒙皮(14，15)包含无剪切抗性弹性夹心(20)，所述蒙皮(14，15)在每种情况下都为薄膜或薄片(21，22)所包封。
5.如权利要求4所述的气动翼型，其特征在于，弹性夹心(20)包含横向于流向而排列的第二腹板(19)。
6.如权利要求2所述的气动翼型，其特征在于，柔性的所述第一腹板(17)通过它们的扇形打开的表面而被连接到蒙皮(14，15)的薄膜或薄片(21，22)，所述扇形打开的表面形成了支脚点(26)，该支脚点(26)被用作腹板脚。
7.如权利要求5所述的气动翼型，其特征在于，所述第二腹板(19)通过弹性接头(25)连接到蒙皮(14，15)和薄膜或薄片(21)。
8.如权利要求4所述的气动翼型，其特征在于，弹性夹心(20)是板形。
9.如权利要求4所述的气动翼型，其特征在于，弹性夹心(20)包括中断处(27)。
10.如权利要求4所述的气动翼型，其特征在于，弹性夹心(20)被设计为弹性滚卷腹板(36)。
11.如权利要求2所述的气动翼型，其特征在于，用于施加控制力矩的致动器(30)被设置于气动翼型(10)的实心翼型区域(12)。
12.如权利要求1所述的气动翼型，其特征在于，所述飞行器是旋翼机。
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