CN102975851A - 一种叶轮前置的多用途翼梢涡轮机 - Google Patents

Abstract

一种全新的机翼辅助设备或者说是新型机翼，它在翼梢的前部安装一圈或多圈叶轮，叶轮的轴盘前后有整流罩一直延伸到整个翼梢，可变距叶片通过轮毂以及齿轮和转轴安装在翼梢前，带动安装于翼梢处的发电或其他传动设备。叶轮由迎面气流带动旋转，叶片的安装角度应使其在来流推动下以逆着所在翼梢的上翻涡流的方向旋转，如图1。以此预先消减右翼梢在普通翼型中产生的逆时针旋转的翼梢涡流，两边叶轮产生的旋转气流都从所在机翼底部向上撞击在机翼上进一步增加了升力，这几项良性作用都大幅度增升、减阻，此种涡轮机甚至可以代替由飞机发动机部分带动的发电机或产生辅助动力，还可以消减前行飞机的翼尖尾涡对后行飞机的安全威胁，改善航空业的安全性。

Description

一种叶轮前置的多用途翼梢涡轮机

所属技术领域

本发明涉及一种叶轮安装在翼梢(或称为“翼尖”，以下统一称为“翼梢”)前方、以特定旋转方向来消减翼梢涡流及其诱导阻力的翼梢涡轮机，它能增加升力，并产生持续的电能或辅助动力，还可以极大消减前行飞机拖出的翼尖尾涡对后行飞机的安全威胁，也可以说这一发明是一种新型机翼，属于航空技术。

背景技术

一方面，当前很多飞机，特别是运输机、客机、预警机、教练机、攻击机、空中加油机、反潜机、电子侦察机等，在飞行中需要大量用电，其电源大多来自飞机发动机部分带动的发电机(其复杂性就不用说了，而且还在一定程度上破坏了发动机内部流场，还有其材料大多必须耐高温、材质好)、蓄电池、机腹下的可外置的空气驱动发电机(或者说是风力涡轮机)，后面这种外置的风力发电机工作的代价是，它们工作时本身就会带来大量的迎风阻力，而且这些外置的风力发电机叶片高速旋转时还会产生大量的乱流，进一步增加阻力，这些乱流对后行飞机的安全也构成威胁。

另一方面，飞机翼梢涡流是重要的飞行阻力之一，翼梢涡流产生的诱导阻力约占飞机巡航总阻力的30％～40％，前行飞机拖出的翼尖尾涡对后行飞机的安全也构成重大威胁，目前飞机设计师一般采用下列4种方法减小翼梢涡流：

1.采用翼梢小翼，它没有消减前行飞机拖出的翼尖尾涡对后行飞机的安全威胁，且多用于远程大型客机型号减阻，由于这种方法增加了飞机重量和复杂程度，减阻效果却不大，因而一般飞机使用较少，比如空客公司的飞机设计师偶尔采用这种设计，但美国波音公司很少使用这种设计；

2.采用翼尖修形，如剪切翼尖、尽量使用椭圆机翼翼尖等，能小幅度减阻，但并未消除翼梢涡流及其阻力，也没有消减前行飞机拖出的翼尖尾涡对后行飞机的安全威胁；

3.采用翼尖帆片，这种方法减阻效果好于翼梢小翼，但设计难度极大，适应的速度范围难以判断；

4.采用叶轮安置于翼梢的中部(即机翼前缘与后缘之间)或者翼梢后部的涡轮机，涡轮叶片被动地由翼尖上翻的涡流带动，叶片旋转方向与翼尖上翻的涡流相同，由此发电，但并未消除在它前面已经产生的翼梢涡流，故而它的减阻增升作用有待提高；

论及上述航空技术的专业资料非常多，审阅者可以很容易地找到，限于篇幅，本人在此仅举出《南京航空航天大学学报》1994年第2期第9～16页《机翼翼尖减阻装置的应用和发展》(作者：唐登斌、钱家祥、史明泉)一文作参考。

因此，研制一种具有显著增升减阻效果，还可以极大消减前行飞机拖出的翼尖尾涡对后行飞机的安全威胁的机翼辅助设备或者说是新型机翼，是飞行器设计者的当务之急。

发明内容

本发明是一种全新的机翼辅助设备或者说是新型机翼，它在翼梢的前部安装一圈或多圈叶轮，其叶轮由叶片和叶轮轴组成，叶轮的轴盘前后有整流罩一直延伸到整个翼梢，叶片为螺旋桨或扇叶状，可以是定距的，也可以是可变距的。通过轮毂以及齿轮和转轴安装在翼梢前，带动安装于翼梢处的发电或其他传动设备。以下为行文方便将此种设备简称为“前置式涡轮机”。叶轮直径不宜过大，具体大小应由具体机型、具体速度范围决定。叶轮由迎面气流带动旋转，叶片(或称为螺旋桨)的安装角度应使其在来流推动下以逆着所在翼梢的上翻涡流的方向旋转。即从机尾向前看(或者说以驾驶员的左右手来说)，本发明指的是：右机翼的叶片在来流推动下顺时针旋转，从而带动该叶轮后面的气流顺时针旋转，以此预先消减右翼梢在普通翼型中产生的逆时针旋转的翼梢涡流；左机翼的叶片则反之，两边叶轮产生的旋转气流都从所在机翼底部向上撞击在机翼上进一步增加了升力，这几项良性作用都大幅度增升、减阻，此种涡轮机可以代替一般中速飞机上的空气驱动发电机，甚至可以代替由飞机发动机部分带动的发电机，因为只要装备前置式涡轮机的飞机还在飞行，就可以用它供电，即使发动机停转它也可以持续供电、产生辅助动力(即可以用来辅助空中勤务的、例如机翼除冰所需的动力)，与以前飞机上的空气驱动发电机光产生阻力和涡流不同，前置式涡轮机还可以极大消减前行飞机拖出的翼尖尾涡对后行飞机的安全威胁，改善飞机性能和航空业的安全性。

附图说明

下面结合附图和实施例(方案)对本发明进一步说明。

图1是采用本发明的飞机立体侧视图(从机尾偏左向前看，为了方便审阅者观看，两处的前置式涡轮机画得比较大，叶片画得很长)；

图2是本发明(前置式涡轮机)在左机翼的立体侧视图以及其飞行中迎风自转方向，从图中可见其旋转方向与翼梢涡流方向相反，并预先消减左翼梢在普通翼型中产生的上翻翼梢涡流；

图3是本发明(前置式涡轮机)构造图(在左翼的上视图)；

图4是本发明(前置式涡轮机)的特殊形式：安装有大于一圈的叶轮(在左翼的上视图)，后面的叶轮旋转方向与同一轴上前面的叶轮相同：图中叶轮都是左旋；

图5是采用类似克劳德·帕特森设计的“翼尖涡轮机”的飞机立体侧视图，从图中可以看到，他们的发明，其涡轮叶片被动地由翼尖上翻的涡流带动，叶片旋转方向(蓝色线)与翼尖上翻的涡流相同；与本人发明中图1所示的叶片旋转方向、动力源相反。

图中1是本发明“前置式涡轮机”的叶片，2是其桨榖(前端有流线型壳体包住)，3是齿轮箱，4是高速轴和低速轴，5是发电机，6是机械传动装置(如果打算用它做机械动力来源的话)，7是左机翼，8是前置式涡轮机的整流罩，9是叶片迎风自转方向，10是翼梢涡流方向，11是后圈的涡轮叶片(如果打算采用多圈叶片的话)，它们与前面的叶片一起套在涡轮轴上。

具体实施方式

本发明是一种全新的机翼辅助设备或者说是新型机翼，它在翼梢的前部安装一圈或多圈叶轮，其叶轮由叶片和叶轮轴组成，叶轮的轴盘前后有整流罩一直延伸到整个翼梢，叶片为螺旋桨或扇叶状，通过轮毂以及齿轮和转轴安装在翼梢前，带动安装于翼梢处的发电或其他传动设备。叶轮直径不宜过大，具体大小应由具体机型、具体速度范围决定。说得详细一点，本发明最适合应用于巡航速度在300～1050公里的飞机上，例如中国的运-7、运-8、新舟600、ARJ21、C919、外国的“空中国王”、波音737等中型运输机、客机，还有中型预警机、水上飞机，或K-8一类的教练机、中型攻击机、空中加油机、反潜机、电子侦察机等。每侧机翼以安装一圈翼梢涡轮叶轮为最佳，其叶轮由迎面气流带动旋转，叶片的安装角应使其在来流推动下以逆着所在翼梢的上翻涡流的方向旋转，从而预先消减翼梢在普通翼型中产生的翼梢涡流，两边叶轮产生的旋转气流都从所在机翼底部向上撞击在机翼上进一步增加了升力，这几项良性作用都大幅度增升、减阻，此种涡轮机可以代替一般中速飞机上的发电机，产生电能或辅助动力，还可以极大消减前行飞机拖出的翼尖尾涡对后行飞机的安全威胁。

本发明的新颖性、先进性：

本发明与翼梢小翼、翼尖帆片、翼尖修形不同，完全是新颖的减阻增升方案，但与早年美国工程师克劳德·帕特森设计的“翼尖涡轮机”以及1996年获得专利权的、中国著名航空专家傅前哨等人发明的“在翼尖部安装叶轮的飞机机翼”似乎相近，因此本发明人特地对本发明与这两者的区别加以说明：

克劳德·帕特森的“翼尖涡轮机”扇叶安装位置在翼梢后方，叶片被动地由翼尖上翻的涡流带动，叶片旋转方向与翼尖上翻的涡流相同。

著名航空专家傅前哨等人发明的“在翼尖部安装叶轮的飞机机翼”这一发明，其涡轮叶片安装位置在翼梢的中部(即机翼前缘与后缘之间)后方，和克劳德·帕特森的一样.其叶片也是被动地由翼尖上翻的涡流带动，叶片旋转方向(蓝色线)与翼尖上翻的涡流相同；他们的发明与本人发明中的涡轮安装位置、叶片旋转方向、动力源相反。我的发明与前两者的外部重大区别其实包含着设计思想的本质不同：他们的发明属于“某个后果已经产生，之后加以补正”，本人的发明思路属“防患于未然”，而且本人发明中的预先防御的措施本身还进一步增加了升力，这几项良性作用都大幅度增升、减阻，并产生电能或辅助动力；之前的两者并未消除在它们前面已经产生的翼梢涡流，因此它们的减阻增升作用有待提高；本人的发明预先消减了翼梢涡流，故大幅度增升、减阻，还可以极大消减前行飞机拖出的翼尖尾涡对后行飞机的安全威胁。因此本发明完全是新颖的、更好的减阻增升方案。还有一点，既然航空专家傅前哨等人发明的“在翼尖部安装叶轮的飞机机翼”比克劳德·帕特森设计的“翼尖涡轮机”出现得晚一些，但其设计思路相近：叶片也是被动地由翼尖上翻的涡流带动，叶片旋转方向(蓝色线)与翼尖上翻的涡流相同，仅仅位置稍有不同，可傅前哨前辈的设计依然被确认为发明，并获得了专利号，那么本人的设计与前两者思路、具体位置相反，当然也是具有新颖性、先进性的发明，完全可以获得发明专利号了。本人写这几句话纯粹是因为担心有审查员觉得本发明与克劳德·帕特森的“翼尖涡轮机”相近而不承认此为发明，所以加上这几句，并无贬低前辈之意，若有唐突之处，敬请傅前哨前辈谅解。

本发明的可行性：

本人的发明比克劳德·帕特森的“翼尖涡轮机”和著名航空专家傅前哨等人发明的“在翼尖部安装叶轮的飞机机翼”更可行，因为还应该注意到，他们发明中的涡轮叶片处于飞行迎面来流以及翼梢涡流的综合复杂流场中。涡轮，特别是叶片所受冲击极大，但对其进行的长期试验证明这是可行的，傅前哨等人的发明不仅获得了空军认可，而且在北京第四届中国专利技术博览会上获得该届博览会少数获金奖；本人的发明中前置的涡轮叶片仅仅处于飞行迎面来流中，因此其所处环境比他们的涡轮环境要好一些，实现本发明应更为可行。其安全性、维修性更佳。

此外，本发明可以与不同机型结合产生各种具体设计方案。

Claims (3)

1.一种叶轮前置的多用途翼梢涡轮机，其特征是：叶轮安装在翼梢(或称为“翼尖”，以下统一称为“翼梢”)前方、以特定旋转方向来消减翼梢涡流及其诱导阻力的翼梢涡轮机，它能增加升力，并产生电能或辅助动力，还可以极大消减前行飞机拖出的翼尖尾涡对后行飞机的安全威胁，也可以说这一发明是一种新型机翼，属于航空技术。

2.根据权利要求1所述的多用途翼梢涡轮机，其特征是：在翼梢的前部安装一圈或多圈叶轮，其叶轮由叶片和叶轮轴组成，叶轮的轴盘前后有整流罩一直延伸到整个翼梢，叶片为螺旋桨或扇叶状，可以是定距的，也可以是可变距的。通过轮毂以及齿轮和转轴安装在翼梢前，带动安装于翼梢处的发电或其他传动设备。翼梢涡轮的叶轮由迎面气流带动旋转，叶片的安装角度应使其在来流推动下以逆着所在翼梢的上翻涡流的方向旋转，从而预先消减翼梢在普通翼型中产生的翼梢涡流，两边叶轮产生的旋转气流都从所在机翼底部向上撞击在机翼上进一步增加了升力，这几项良性作用都大幅度增升、减阻，并产生电能或辅助动力，此种涡轮机可以代替一般中速飞机上的几类发电机，前置式涡轮机还可以极大消减前行飞机的翼尖尾涡对后行飞机的安全威胁，改善飞机性能和航空业的安全性。

3.根据权利要求1所述的多用途翼梢涡轮机，其特征是：叶轮直径不宜过大，具体大小应由具体机型、具体速度范围决定。每侧机翼以安装一圈涡轮为最佳。

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