CN101708773B

CN101708773B - 气囊式襟翼

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Publication number: CN101708773B
Application number: CN2009102544606A
Authority: CN
Inventors: 叶正寅; 蒋跃文; 武洁
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2009-12-23
Filing date: 2009-12-23
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2029-12-23
Also published as: CN101708773A

Abstract

一种气囊式襟翼，其特征在于：在两侧机翼下表面粘贴有气囊式襟翼；将橡胶材料制成的矩形气囊襟翼(2)粘贴固定在机翼(1)的下表面；气囊式襟翼(2)的弦向尺寸为1.5％～8％机翼弦长，展向尺寸为机翼展长的22％～100％；气囊式襟翼(2)的后缘距机翼(1)的后缘为0％～10％机翼根弦长；气囊式襟翼的右端距机翼1翼根为0％～10％机翼展长；空气压缩机3位于机身内部，并且与机翼下表面的气囊式襟翼(2)连接。充气后的气囊从机翼下表面上突起，改变了机翼表面形状，从而影响其绕流流场，明显地改变机翼1的气动特性，获得操纵飞机姿态和控制飞机飞行的气动力。本发明具有结构重量轻、翼面光滑且加工维护方便的特点。

Description

气囊式襟翼

技术领域

本发明涉及飞行器设计领域，具体是一种气囊式襟翼。

背景技术

现代飞行器设计，尤其是大型飞机设计中，保证在起飞着陆时低速压情况下能够获得足够的升力是一项十分关键的工作。目前，在设计中通常采用前缘缝翼、后缘襟翼等复杂的多段式增升装置，这些装置在起飞、着陆时可以增加机翼的弯度和有效面积，控制气流流动，从而达到增升的目的。但是多段翼型上的流动非常复杂，涉及附面层、尾迹干扰、分离等复杂流动现象，使得高性能多段翼型的设计变得非常困难。即使设计成功，实际使用时也往往难以达到预期效果。因此，在原有普通翼型的基础上增加一些简单的装置来提高翼型的气动性能是一种很有应用价值技术。

传统襟翼都是通过部分翼面的相对偏转来改变机翼上的气流流向，以此获得期望的空气动力学特性。襟翼的偏转一般由液压系统或一定功率的舵机完成。这些系统(尤其是液压机械系统)不仅重量和体积都比较大，而且不便于设计和安装。因为襟翼通常位于厚度很小的机翼后缘，有时飞机设计者们不得不在翼面上鼓起一个凸包来安置襟翼的驱动系统(这显然会影响机翼的气动特性，从而影响操纵效率)。

此外，现代作战飞机特别强调隐身性能，而传统襟翼与机翼翼面之间不可避免地存在间隙，当襟翼打开时，襟翼与翼面之间的角度更大，这就会带来强烈的角反射问题，不利于飞机的隐身设计。

本发明利用空气动力学原理，通过在机翼根部的后缘附近设计一种气囊式的充气结构来代替原来的机械式襟翼操纵面，实现飞机的可控飞行。使用时可通过充气设备打开，使用后收起即可。气囊式襟翼不仅结构重量轻，而且设计、加工、维护和控制等都较方便。在无需改变翼面结构的情况下，获得飞行器操纵所需的空气动力学特性，同时此襟翼模式还不会影响飞机的隐身性能。

为了验证本发明的有效性，进行了风洞实验，结果表明，气囊式襟翼显然能带来较大的升力增加，证明了气囊式襟翼的有效性，能够控制飞行器飞行姿态的改变。

发明内容

为克服现有技术中存在的体积大、不利于飞机隐身的不足，本发明提出了一种气囊式襟翼。

本发明包括粘贴在两侧机翼下表面的气囊式襟翼。

气囊式襟翼是用橡胶材料制成的矩形气囊。气囊式襟翼的一个表面为粘贴面；通过该粘贴面将气囊式襟翼粘贴固定在直机翼的下表面。

气囊式襟翼的弦向尺寸为1.5％～8％机翼根弦长，展向尺寸为机翼展长的22％～100％。气囊式襟翼固定在机翼的下表面。气囊式襟翼的后缘距机翼1的后缘为0％～10％机翼根弦长；气囊式襟翼的右端距机翼翼根为0％～10％机翼展长。

在气囊式襟翼的粘贴面中央处开有通气孔，在通气孔上套有空心螺栓；蒙皮剖面上的通孔与气囊式襟翼通气孔为同心孔。空心螺栓的外圆周表面有螺纹；螺帽套装在空心螺栓上，将螺帽装入蒙皮剖面上的通孔内，并使气囊式襟翼具有5％～14％的初始伸长量。

空气压缩机位于机身内部；机翼下表面的气囊式襟翼共用一个空气压缩机。将空气压缩机与气囊进气口通过通气管道连接；气囊进气口与电磁阀门进气口连接。三通管的三个管头分别与空心螺栓和两个电磁阀门连接。气囊进气口和气囊出气口分别与电磁阀门串接。

本发明在机翼后缘附近表面安装一种充气结构，该结构由橡胶材料粘贴而成。橡胶材料选用弹性模量大且密封性好的材料。本发明中，各气囊共用一套充气系统。在需要使用襟翼时，通过充气装置对橡胶材料内部进行充气加压。在内部压力的作用下，橡胶材料制成的气囊体积增大，气囊从机翼表面上突起，改变了机翼表面形状，从而影响其绕流流场，获得操纵飞机姿态和控制飞机飞行的气动力。经风洞实验，实验风速为10m/s，雷诺数为750000。实验的结果列于表1中，表中第一行为实验迎角，第二行是气囊式襟翼未打开时得到的升力系数，第三行为气囊式襟翼打开后得到的升力系数。风洞实验的结果表明，气囊式襟翼打开后显然能带来较大的升力增加，能够明显地改变直机翼的气动特性。证明了气囊式襟翼的有效性，能够在飞行器上产生较大的操纵力，从而改变飞行状态。

表1气囊式襟翼2带来的增升效果

迎角	0	3	5	7	9	11	13	15
									原始机翼	0	0.299	0.488	0.663	0.807	0.911	0.951	0.867
囊开启	0.577	0.903	1.098	1.265	1.385	1.404	1.225	1.040

试验证明，鼓起的气囊同样可以带来流场变化，得到所需的气动力，其操纵效果与传统机械式操纵面相同，即气囊式襟翼可以替代传统的机械式襟翼。与传统机械式襟翼相比，气囊式襟翼有如下优点：

1)可以共用一套充气系统，无需驱动装置，结构重量轻；

2)不存在传统襟翼需要在后缘内部安装机械装置的问题，容易保证翼面的光滑性；

3)不破坏翼面的整体结构，不存在缝隙，可以减小雷达反射信号，对改善飞机的隐身性能有利；

4)气囊式襟翼对气囊尺寸的精度要求没有传统襟翼高，因此加工和维护方便。

附图说明

附图1为气囊式襟翼在某直机翼上的安装示意图。

附图2为气囊式襟翼的剖面示意图。

附图3为气囊进出口连接示意图。

附图4为气囊式襟翼在某后掠机翼(右侧)上的安装示意图。

附图5为三段气囊式襟翼在M6机翼上的安装示意图。

1.直机翼 2.直机翼的气囊式襟翼 3.空气压缩机 4.橡胶管道

5.机翼弦向剖面 6.气囊式襟翼的弦向剖面 7.气囊进出口 8.空心螺栓

9.螺帽 10.气囊粘贴面 11.蒙皮剖面 12.三通管 13.气囊进气口

14.电磁阀门 15.气囊出气口 16.后掠机翼 17.后掠机翼的气囊式襟翼

18.M6机翼 19.第一段气囊式襟翼 20.第二段气囊式襟翼 21.第三段气囊式襟翼

具体实施方式

实施例一

本实施例是用于某直机翼的气囊式襟翼，包括粘贴在两侧机翼上表面和下表面的气囊式襟翼。在图1中，直机翼1的剖面5(见图2)采用NACA0012翼型，弦长为800mm，展长为5000mm。本实施例以飞机的一侧直机翼1为例进行详细描述。

气囊式襟翼2是用橡胶材料制成的矩形气囊。制作气囊式襟翼2的橡胶材料具有密封性，刚度系数为1.5×10⁵N/m²，并能承受100％的伸长变形量以及0.4MPa的内压。气囊式襟翼2的一个表面为粘贴面10；通过该粘贴面将气囊式襟翼2粘贴固定在直机翼1的下表面。

气囊式襟翼2的弦向尺寸为4％机翼弦长，展向尺寸同直机翼1的展向尺寸，长度为1500mm。气囊式襟翼2的后缘距机翼1的后缘为3％机翼弦长；气囊式襟翼的两端均与机翼1两端平齐。

在气囊式襟翼2的粘贴面10中央处开有通气孔，在通气孔上套有空心螺栓8；空心螺栓8的外圆周表面有螺纹；螺帽9套装在空心螺栓8上，并将螺帽9装入蒙皮剖面11上的通孔内(如图3所示)。通气孔与空心螺栓8的接触面均涂有环氧树脂胶水。蒙皮剖面11上的通孔与气囊式襟翼2通气孔为同心孔。空心螺栓8的外径同粘贴面10上的通气孔的内径，本实施例中，空心螺栓8的外径为25mm；空心螺栓8的内径为20mm，长度为55mm。螺帽9的外径同蒙皮剖面11上通孔的内径，本实施例中为螺帽9的外径为32mm，高度为6mm。

使用环氧树脂胶水将气囊式襟翼2的四周粘贴固定在机翼1的下表面。环氧树脂胶水的抗压强度为40kg/mm²，引张强度为30kg/mm²。粘贴前先将与气囊式襟翼2连接的空心螺栓8穿过机翼上的通孔，并使气囊式襟翼2具有7％的初始伸长量。使用时气囊式襟翼2内的充气气压为0.2MPa。

空气压缩机3位于机身内部。空气压缩机3的排气量为100L/min，输出压力为0.3MPa。将空气压缩机3与气囊进气口13通过通气管道4连接，连接方式采用宝塔型外锥连接。通气管道4采用柔性橡胶管道，其内径为23mm，并且能够承受1MPa的内压。

如图3所示。通气管道4与气囊进气口13之间采用宝塔型外锥连接，气囊进气口13与电磁阀门14进气口之间采用螺纹连接。三通管12的三个管头分别与空心螺栓8和两个电磁阀门14连接，均通过螺纹连接。气囊进气口13和气囊出气口15分别与电磁阀门14串接。本实施例中，气用电磁阀门14的工作压力为0.5MPa，内径为20mm，时滞小于3ms，且可长期通电。

气囊式襟翼2的充、放气过程由电磁阀门14控制，没有电压时电磁阀门14处于打开状态。在气囊式襟翼2充气时，断开进气口13上电磁阀门14的电源使进气口13打开，接通出气口15上电磁阀门14的电源，出气口15关闭；气囊式襟翼2放气时，进气口13上的电磁阀门14闭合，出气口15上的电磁阀门14打开。

实施例二

本实施例是用于某后掠式机翼的气囊式襟翼，是在两侧机翼的下表面分别对称的粘贴有气囊式襟翼，本实施例以飞机的右侧机翼(如图4所示)为例进行详细描述。

图4中，后掠式机翼16的剖面5采用NACA64A010翼型，根弦长为3200mm，尖弦长为800mm，展长为7000mm，前缘后掠角为60°，后缘后掠角为12°。

气囊式襟翼17是用橡胶材料制成的矩形气囊。制作气囊式襟翼17的橡胶材料具有密封性，刚度系数为3×10⁵N/m²，并能承受60％的伸长变形量以及0.7MPa的内压。气囊式襟翼17的一个表面为粘贴面10；通过该粘贴面将气囊式襟翼17粘贴固定在机翼16的下表面。

气囊式襟翼17的弦向尺寸为1.5％机翼弦长，展向尺寸为机翼展长的55％。在气囊式襟翼17的粘贴面10中央处开有通气孔，在通气孔上套有空心螺栓8；空心螺栓8的外圆周表面有螺纹，螺帽9套装在空心螺栓8上，并将螺帽9装入蒙皮剖面11上的通孔内(如图3所示)。通气孔与空心螺栓8的接触面均涂有环氧树脂胶水。蒙皮剖面11上的通孔与气囊式襟翼17通气孔为同心孔。空心螺栓8的外径同粘贴面10上的通气孔的内径，本实施例中，空心螺栓8的外径为42mm；空心螺栓8的内径为26mm，长度为78mm。螺帽9的外径同蒙皮剖面11上通孔的内径，本实施例中为螺帽9的外径为50mm，高度为12mm。

使用环氧树脂胶水将气囊式襟翼17的四周粘贴固定在后掠机翼16的下表面。环氧树脂胶水的抗压强度为50kg/mm²，引张强度为40kg/mm²。粘贴前先将与气囊式襟翼17连接的空心螺栓8穿过机翼上的通孔，并使气囊式襟翼17具有5％的初始伸长量。气囊式襟翼17的后缘距机翼16的后缘为0％机翼根弦长；气囊式襟翼17的左端距后掠机翼16翼根为10％机翼半展长。使用时气囊式襟翼17内的充气气压为0.35MPa。

空气压缩机3位于机身内部。空气压缩机3的排气量为300L/min，输出压力为0.5MPa。分别位于两个机翼下表面的两个气囊式襟翼共用一个空气压缩机4。将空气压缩机3与气囊进气口13通过通气管道4连接，连接方式采用宝塔型外锥连接。通气管道4采用柔性橡胶管道，其内径为40mm，并且能够承受1.5MPa的内压。

如图3所示。通气管道4与气囊进气口13之间采用宝塔型外锥连接，气囊进气口13与电磁阀门14进气口之间采用螺纹连接。三通管12的三个管头分别与空心螺栓8和两个电磁阀门14连接，均通过螺纹连接。气囊进气口13和气囊出气口15分别与电磁阀门14串接。本实施例中，气用电磁阀门14的工作压力为1MPa，内径为25mm，时滞小于2ms，且可长期通电。

气囊式襟翼17的充、放气过程由电磁阀门14控制，没有电压时电磁阀门14处于打开状态。在气囊式襟翼17充气时，断开进气口13上电磁阀门14的电源使进气口13打开，接通出气口15上电磁阀门14的电源，出气口15关闭；气囊式襟翼17放气时，进气口13上的电磁阀门14闭合，出气口15上的电磁阀门14打开。

实施例三

气囊式襟翼17是用橡胶材料制成的矩形气囊。制作气囊式襟翼17的橡胶材料具有密封性，刚度系数为3×10⁵N/m²，并能承受80％的伸长变形量以及0.85MPa的内压。气囊式襟翼17的一个表面为粘贴面10；通过该粘贴面将气囊式襟翼17粘贴固定在机翼16的下表面。

气囊式襟翼17的弦向尺寸为3％机翼弦长，展向尺寸为机翼展长的70％。在气囊式襟翼17的粘贴面10中央处开有通气孔，在通气孔上套有空心螺栓8；空心螺栓8的外圆周表面有螺纹，螺帽9套装在空心螺栓8上，并将螺帽9装入蒙皮剖面11上的通孔内(如图3所示)。通气孔与空心螺栓8的接触面均涂有环氧树脂胶水。蒙皮剖面11上的通孔与气囊式襟翼17通气孔为同心孔。空心螺栓8的外径同粘贴面10上的通气孔的内径，本实施例中，空心螺栓8的外径为42mm；空心螺栓8的内径为26mm，长度为78mm。螺帽9的外径同蒙皮剖面11上通孔的内径，本实施例中为螺帽9的外径为50mm，高度为12mm。

使用环氧树脂胶水将气囊式襟翼17的四周粘贴固定在后掠机翼16的下表面。环氧树脂胶水的抗压强度为50kg/mm²，引张强度为40kg/mm²。粘贴前先将与气囊式襟翼17连接的空心螺栓8穿过机翼上的通孔，并使气囊式襟翼17具有8％的初始伸长量。气囊式襟翼17的后缘距机翼16的后缘为7％机翼根弦长；气囊式襟翼17的左端距后掠机翼16翼根为5％机翼半展长。使用时气囊式襟翼17内的充气气压为0.35MPa。

实施例四

气囊式襟翼17是用橡胶材料制成的矩形气囊。制作气囊式襟翼17的橡胶材料具有密封性，刚度系数为3×10⁵N/m²，并能承受100％的伸长变形量以及1MPa的内压。气囊式襟翼17的一个表面为粘贴面10；通过该粘贴面将气囊式襟翼17粘贴固定在机翼16的下表面。

气囊式襟翼17的弦向尺寸为6％机翼弦长，展向尺寸为机翼展长的80％。在气囊式襟翼17的粘贴面10中央处开有通气孔，在通气孔上套有空心螺栓8；空心螺栓8的外圆周表面有螺纹，螺帽9套装在空心螺栓8上，并将螺帽9装入蒙皮剖面11上的通孔内(如图3所示)。通气孔与空心螺栓8的接触面均涂有环氧树脂胶水。蒙皮剖面11上的通孔与气囊式襟翼17通气孔为同心孔。空心螺栓8的外径同粘贴面10上的通气孔的内径，本实施例中，空心螺栓8的外径为42mm；空心螺栓8的内径为26mm，长度为78mm。螺帽9的外径同蒙皮剖面11上通孔的内径，本实施例中为螺帽9的外径为50mm，高度为12mm。

使用环氧树脂胶水将气囊式襟翼17的四周粘贴固定在后掠机翼16的下表面。环氧树脂胶水的抗压强度为50kg/mm²，引张强度为40kg/mm²。粘贴前先将与气囊式襟翼17连接的空心螺栓8穿过机翼上的通孔，并使气囊式襟翼17具有10％的初始伸长量。气囊式襟翼17的后缘距机翼16的后缘为10％机翼根弦长；气囊式襟翼17的左端距后掠机翼16翼根为2％机翼半展长。使用时气囊式襟翼17内的充气气压为0.35MPa。

实施例五

本实施例是用于某后掠式机翼的三段气囊式襟翼，是在两侧机翼的下表面分别对称的粘贴有三段气囊式襟翼，本实施例以飞机的右侧机翼为例进行详细描述。图5中，后掠式机翼18采用M6机翼。

本实施例中，第一段气囊式襟翼19、第二段气囊式襟翼20和第三段气囊式襟翼21采用并排式粘贴，其间距为8mm。第一段气囊式襟翼19、第二段气囊式襟翼20和第三段气囊式襟翼21是用橡胶材料制成的矩形气囊。制作第一段气囊式襟翼19、第二段气囊式襟翼20和第三段气囊式襟翼21的橡胶材料具有密封性，刚度系数为1.8×10⁵N/m²，并能承受90％的伸长变形量以及0.9MPa的内压。第一段气囊式襟翼19、第二段气囊式襟翼20和第三段气囊式襟翼21的一个表面为粘贴面10；通过该粘贴面将第一段气囊式襟翼19、第二段气囊式襟翼20和第三段气囊式襟翼21粘贴固定在机翼18的下表面。

第一段气囊式襟翼19、第二段气囊式襟翼20和第三段气囊式襟翼21的弦向尺寸均为8％机翼根弦长，展向尺寸均为机翼展长的22％。分别在第一段气囊式襟翼19、第二段气囊式襟翼20和第三段气囊式襟翼21的粘贴面10中央处开有通气孔，在通气孔上套有空心螺栓8；空心螺栓8的外圆周表面有螺纹，螺帽9套装在空心螺栓8上，并将螺帽9装入蒙皮剖面11上的通孔内(如图3所示)。通气孔与空心螺栓8的接触面均涂有环氧树脂胶水。蒙皮剖面11上的三个通孔分别与对应的第一段气囊式襟翼19、第二段气囊式襟翼20和第三段气囊式襟翼21的通气孔为同心孔。空心螺栓8的外径同粘贴面10上的通气孔的内径，本实施例中，空心螺栓8的外径为39mm；空心螺栓8的内径为33mm，长度为70mm。螺帽9的外径同蒙皮剖面11上通孔的内径，本实施例中为螺帽9的外径为47mm，高度为10mm。

使用环氧树脂胶水分别将第一段气囊式襟翼19、第二段气囊式襟翼20和第三段气囊式襟翼21的四周粘贴固定在后掠机翼18的下表面。环氧树脂胶水的抗压强度为50kg/mm²，引张强度为40kg/mm²。粘贴前先将与第一段气囊式襟翼19、第二段气囊式襟翼20和第三段气囊式襟翼21连接的空心螺栓8穿过机翼上对应的通孔，并使气囊式襟翼17具有14％的初始伸长量。气囊式襟翼17的后缘距机翼18的后缘为5％机翼根弦长；气囊式襟翼19的左端距后掠机翼18翼根为8％机翼半展长。使用时第一段气囊式襟翼19、第二段气囊式襟翼20和第三段气囊式襟翼21内的充气气压为0.3MPa。

空气压缩机3位于机身内部。空气压缩机3的排气量为250L/min，输出压力为0.7MPa。分别位于两个机翼下表面的六个气囊式襟翼共用一个空气压缩机4。将空气压缩机3与气囊进气口13通过通气管道4连接，连接方式采用宝塔型外锥连接。通气管道4采用柔性橡胶管道，其内径为37mm，并且能够承受1.3MPa的内压。

如图3所示。通气管道4与气囊进气口13之间采用宝塔型外锥连接，气囊进气口13与电磁阀门14进气口之间采用螺纹连接。三通管12的三个管头分别与空心螺栓8和两个电磁阀门14连接，均通过螺纹连接。气囊进气口13和气囊出气口15分别与电磁阀门14串接。本实施例中，气用电磁阀门14的工作压力为1MPa，内径为23mm，时滞小于2ms，且可长期通电。

各个气囊的充、放气过程由电磁阀门14控制，没有电压时电磁阀门14处于打开状态。在第一段气囊式襟翼19、第二段气囊式襟翼20和第三段气囊式襟翼21充气时，断开进气口13上电磁阀门14的电源使进气口13打开，接通出气口15上电磁阀门14的电源，出气口15关闭；气囊19～21放气时，进气口13上的电磁阀门14闭合，出气口15上的电磁阀门14打开。每个气囊均有一对电磁阀门14用于控制气囊的充、放气操作。

Claims

1.一种气囊式襟翼，其特征在于，在两侧机翼下表面粘贴有气囊式襟翼；气囊式襟翼(2)是用橡胶材料制成的矩形气囊；气囊式襟翼(2)的一个表面为粘贴面(10)；通过该粘贴面将气囊式襟翼(2)粘贴固定在机翼(1)的下表面；气囊式襟翼(2)的弦向尺寸为1.5％～8％机翼根弦长，展向尺寸为机翼展长的22％～100％；气囊式襟翼(2)的后缘距机翼(1)的后缘为0％～10％机翼根弦长；空气压缩机（3）位于机身内部，并且与机翼下表面的气囊式襟翼(2)连接。

2.如权利要求1所述一种气囊式襟翼，其特征在于，在气囊式襟翼(2)的粘贴面（10）的中央处开有通气孔，在通气孔上套有空心螺栓(8)；蒙皮剖面(11)上的通孔与气囊式襟翼(2)通气孔为同心孔。

3.如权利要求1所述一种气囊式襟翼，其特征在于，空气压缩机(3)与气囊进气口(13)通过通气管道(4)连接；气囊进气口(13)与电磁阀门(14)进气口连接；三通管(12)的三个管头分别与空心螺栓(8)和两个电磁阀门(14)连接；气囊进气口(13)和气囊出气口(15)分别与电磁阀门(14)串接。

4.如权利要求2所述一种气囊式襟翼，其特征在于，空心螺栓(8)的外圆周表面有螺纹；螺帽(9)套装在空心螺栓(8)上，将螺帽(9)装入蒙皮剖面(11)上的通孔内，并使气囊式襟翼(2)具有5％～14％的初始伸长量。

5.如权利要求1所述一种气囊式襟翼，其特征在于，所述的气囊式襟翼在一侧机翼上为一个或者多个。