CN103879551B - 飞机机翼用凹穴填充缝翼及高升力系统和降噪方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种飞机机翼用凹穴填充缝翼，其包括：可展开的前缘缝翼；至少一个凹穴填充元件，其在所述可展开的前缘缝翼内部的回收位置和所述可展开的前缘缝翼外部的展开位置之间可运动，所述至少一个凹穴填充元件构造成当展开所述可展开的前缘缝翼时从所述回收位置运动至所述展开位置，从而与所述前缘缝翼共同形成所述凹穴填充缝翼。本发明还提供一种飞机机翼用低噪声高升力系统以及用于降低与高升力系统有关的飞机噪音的方法。本发明在保证低速状态下高升力系统气动性能要求并节省固定翼前缘宝贵空间的同时，通过将凹穴填充元件展开，从而削弱或屏蔽前缘缝翼的主声源区。

Description

飞机机翼用凹穴填充缝翼及高升力系统和降噪方法

技术领域

本发明涉及一套用于实现具有低噪声特性的前缘缝翼在高升力状态下展开以及在飞机巡航状态下回收的装置，属于飞机高升力系统领域。

背景技术

飞机噪声辐射水平是现代大型客机安全性、经济性、舒适性、环保性(噪声、碳排放等)“四性”要求中一项非常重要的指标。近几十年来，随着高涵道比航空发动机噪声的明显下降，飞机机体噪声成为飞机起飞和降落时噪音的最主要的来源，而飞机的高升力系统气动噪声是飞机机体噪音的最重要组成部分。

现代大型民机高升力系统前缘装置通常采用缝翼的形式。如图1所示，传统的前缘缝翼101外形与飞机固定翼102前缘相匹配，以便在巡航状态下通过高升力机构将前缘缝翼101回收。为此，所设计的前缘缝翼101后表面111通常会形成一个凹穴区。在前缘缝翼展开状态下，来流将在此凹穴区域内形成一个回流区121。该回流区主要由一个强度很强的大涡组成，而且在该凹穴区域内流动结构很不稳定，致使前缘缝翼101产生很高的噪音辐射水平。为降低前缘缝翼气动噪声的辐射水平，有人提出缝翼凹穴填充技术，即形成凹穴填充缝翼(SCF缝翼)。然而，为保证高升力系统气动性能不被削弱，固定翼前缘外形必须保持不变，这样一来将导致前缘缝翼后表面外形与固定翼前缘外形不匹配，致使前缘缝翼在巡航状态下无法回收。

为实现SCF缝翼在高速状态下的回收，发明人A.什米洛维奇等在申请公布号为CN102834315A的中国专利申请中提出将固定翼前缘设计成为可移动式。具体地，如图2所示，在该专利申请所披露的飞机大升力系统400的实施方式中，前缘机翼缝翼202构造成凹穴填充缝翼，这时，如果仍使用传统的机翼，则前缘机翼缝翼202的存放构造将会与主翼元件形成重叠区208从而构成前缘机翼缝翼在存放位置时对主翼元件的干涉。为了实现对凹穴填充缝翼的回收，该专利同时提供一种刚性前缘元件402，其可移动地连接至主翼元件，该刚性前缘元件402构造成在展开位置时连接主翼元件的上部机翼表面408的外缘和下部机翼表面410的外缘从而形成飞机机翼的连续外模线形状，并构造成在存放位置时其放置在所述上部机翼表面408的外缘和下部机翼表面410的外缘的后方，从而使得当前缘机翼缝翼202缩回至存放位置时，前缘机翼缝翼202邻接所述上部机翼表面408的外缘和下部机翼表面410的外缘从而形成飞机机翼的连续外模线形状。为此，该专利特别设计了一套回收机构，该回收机构包括板件402、线性驱动机构404和导向器406。再如图2所示，对前缘机翼缝翼202回收的具体实现为：板件402被构造成在存放位置时，板件被搁置在主翼元件内。通过使用线性驱动器404，板件402在存放位置(见图中虚线所示)和展开位置之间转换。为了辅助板件402在展开位置和存放位置之间恰当地转换，导向器406可将板件引导和／或旋转就位。

然而，上述回收机构必然需要占据主翼元件前缘大量的空间，这势必会受到主翼元件内其他作动装置和管路的极大限制。此外，在低速增升状态下，主翼元件前缘气动载荷很大，要求可移动的板件402具有很大的刚性，同时要求在凹穴填充缝翼202展开时，板件402与主翼元件前缘的其他部分连接后应具有很好的密封性能。

发明内容

本发明通过采用传统前缘缝翼和凹穴填充元件相结合的方式来形成凹穴填充缝翼是有利的，其可以在飞机的固定翼前缘外形不变的情况下，实现凹穴填充缝翼在高速状态下的回收，同时降低飞机噪声并保证高升力系统的气动性能。

为此，根据本发明的一个方面，提供一种飞机机翼用凹穴填充缝翼，其包括：

可展开的前缘缝翼；

至少一个凹穴填充元件，其在所述可展开的前缘缝翼内部的回收位置和所述可展开的前缘缝翼外部的展开位置之间可移动，所述至少一个凹穴填充元件构造成当展开所述可展开的前缘缝翼时从所述回收位置移动至所述展开位置，从而与所述前缘缝翼共同形成所述凹穴填充缝翼。

优选地，所述凹穴填充元件为凹穴填充片。

进一步优选地，所述至少一个凹穴填充元件被构造成向外枢转至所述展开位置并且向内枢转至所述回收位置。

再进一步优选地，所述至少一个凹穴填充元件包含上凹穴填充片和下凹穴填充片。

又进一步优选地，所述上凹穴填充片通过上铰链与所述可展开的前缘缝翼的缝翼后表面连接，所述下凹穴填充片通过下铰链与所述可展开的前缘缝翼的缝翼下表面连接。

又再进一步优选地，所述上凹穴填充片和所述下凹穴填充片分别连接有作动机构从而能够在离开所述回收位置时自动向外枢转至所述展开位置。

还再进一步优选地，所述作动机构包含弹簧机构或液压机构，所述弹簧机构或液压机构设置于所述可展开的前缘缝翼内部。

根据本发明的另一个方面，提供一种飞机机翼用低噪声高升力系统，其包括：

固定翼，其包含前缘上表面和前缘下表面；

前缘缝翼，其可操作地连接至所述固定翼以在回收位置和展开位置之间移动，所述前缘缝翼包含缝翼上表面、缝翼下表面和缝翼后表面，所述缝翼上表面和缝翼下表面构造成在回收位置时分别与所述前缘上表面和前缘下表面形成连续的外形轮廓线；

至少一个凹穴填充元件，其可移动地连接至所述前缘缝翼，其中，所述至少一个凹穴填充元件构造成在所述回收位置时缩回至所述前缘缝翼内部而在所述展开位置时伸出至所述缝翼后表面外以与所述前缘缝翼共同形成凹穴填充缝翼。

优选地，所述凹穴填充元件为凹穴填充片。

进一步优选地，所述至少一个凹穴填充元件被构造成向外枢转至所述展开位置并且向内枢转至所述回收位置。

再进一步优选地，所述至少一个凹穴填充元件包含上凹穴填充片和下凹穴填充片。

又进一步优选地，所述上凹穴填充片通过上铰链与所述缝翼后表面连接，所述下凹穴填充片通过下铰链与所述缝翼下表面连接。

又再进一步优选地，所述上凹穴填充片和所述下凹穴填充片分别连接有作动机构从而能够在离开所述回收位置时自动向外枢转至所述展开位置。

还再进一步优选地，所述作动机构包含弹簧机构或液压机构，所述弹簧机构或液压机构设置于所述前缘缝翼内部。

根据本发明的再一个方面，提供一种用于降低与高升力系统有关的飞机噪音的方法，其包括：

将前缘缝翼从固定翼的前缘展开到高升力位置；以及

将与所述前缘缝翼关联的至少一个凹穴填充元件从所述前缘缝翼内部的回收位置重置到展开位置，在该展开位置，所述至少一个凹穴填充元件与所述前缘缝翼共同形成凹穴填充缝翼。

优选地，所述凹穴填充元件包含凹穴填充片，其中重置至少一个凹穴填充片包括将所述至少一个凹穴填充片向外枢转至所述展开位置以形成所述凹穴填充缝翼外形轮廓。

进一步优选地，所述至少一个凹穴填充片包含上凹穴填充片和下凹穴填充片，其中，与所述前缘缝翼关联所述至少一个凹穴填充元件包括将所述上凹穴填充片通过上铰链与所述前缘缝翼的缝翼后表面连接，以及将所述下凹穴填充片通过下铰链与所述前缘缝翼的缝翼下表面连接。

再进一步优选地，向外枢转所述至少一个凹穴填充片包括使连接至所述至少一个凹穴填充片的作动机构从其缩回位置释放至伸出位置。

又进一步优选地，所述作动机构包含弹簧机构或液压机构，所述弹簧机构或液压机构设置于所述前缘缝翼内部。

通过上述方面，本发明不需要改变飞机固定翼前缘外形，故可以节约固定翼前缘的宝贵空间。同时，由于缝翼后表面气动载荷较小，故前缘缝翼的凹穴填充元件所承受的载荷较小，不易发生弯曲变形，不易疲劳。本发明在保证低速状态下高升力系统气动性能要求的同时，通过将凹穴填充元件展开，从而削弱或屏蔽前缘缝翼的主声源区，降低缝翼气动噪声辐射水平。

通过参考下面所描述的实施方式，本发明的这些方面和其他方面将会得到清晰地阐述。

附图说明

本发明的结构和操作方式以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件：

图1是现有大升力系统下前缘缝翼凹穴区气动噪声产生原理示意图；

图2是另一种现有的大升力系统的横截面示意图，其中示出的前缘缝翼为凹穴填充缝翼，而主翼元件配备有可移动的板件；

图3是根据本发明的一个优选实施方式的高升力系统的横截面图，其中与前缘缝翼关联的两个凹穴填充片在展开位置和回收位置呈现不同的状态。

具体实施方式

根据要求，这里将披露本发明的具体实施方式。然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。

应当注意到，在本文中，用于解释所揭露实施方式的各个部分的结构和动作的方向表示，诸如上表面、下表面、向内、向外等等，并不是绝对的，而是相对的。当所揭露实施方式的各个部分位于图中所示位置时，这些表示是合适的。如果所揭露实施方式的位置或参照系改变，这些表示也要根据所揭露实施方式的位置或参照系的改变而发生改变。

根据本发明的优选实施方式的飞机机翼用低噪声高升力系统如图3所示。如图3所示，在本实施方式中，飞机机翼用低噪声高升力系统包括固定翼10、前缘缝翼30、上凹穴填充片51和下凹穴填充片53。固定翼10具有前缘上表面11和前缘下表面13。前缘缝翼30相对于固定翼10有两个不同位置，分别是回收位置(以虚线示出)和展开位置。前缘缝翼30例如通过导轨70可操作地连接至固定翼10上，从而其回收与展开通过导轨70实现。如图3所示，导轨70受固定翼10的前梁15限制，并可伸出固定翼前缘外和缩回固定翼内部，从而实现前缘缝翼30的展开和回收。

如图3所示，在本实施方式中，前缘缝翼30包含缝翼上表面31、缝翼下表面33和缝翼后表面35，缝翼上表面31和缝翼下表面33构造成在回收位置时分别与前缘上表面11和前缘下表面13形成连续的外形轮廓线。

如图3所示，在本实施方式中，上凹穴填充片51和下凹穴填充片53分别可枢转地连接至前缘缝翼30从而共同构成凹穴填充缝翼，例如，上凹穴填充片51通过上铰链61与缝翼后表面35连接，下凹穴填充片53通过下铰链63与缝翼下表面33连接。其中，上凹穴填充片51和下凹穴填充片53构造成在回收位置时缩回至前缘缝翼30内部而在展开位置时伸出至缝翼后表面35外以与所述前缘缝翼30共同形成凹穴填充缝翼。

具体地，当飞机处于低速增升状态时，上凹穴填充片51和下凹穴填充片53由于通过铰链与前缘缝翼30关联，因而可借助于弹簧机构或液压机构等作动机构(图未示)自动向外枢转至展开位置，以形成完整的凹穴填充片外形，满足所设计的凹穴填充缝翼外形轮廓；当飞机处于巡航状态时，上凹穴填充片51和下凹穴填充片53在前缘缝翼30回收过程中被固定翼10的前缘顶入至前缘缝翼30内部进入回收状态，或者作动机构自动向内枢转至回收状态。在该回收状态下，上凹穴填充片51和下凹穴填充片53均被收容于前缘缝翼30的内部。凹穴填充片的回收和展开用的作动装置例如可安装在缝翼后表面35的内部，跟随前缘缝翼30一起运动。

尽管本实施方式中有两个凹穴填充片，但应当理解，在另外的实施方式中，凹穴填充片的个数也可以是一个，或者在可能的情况下设置为多个。

应当理解的是，在本实施方式中，回收的前缘缝翼30的缝翼上表面31与固定翼10的前缘上表面11形成连续的外形轮廓线，并且曲率连续。前缘缝翼30的缝翼下表面33与固定翼10的前缘下表面13形成连续的外形轮廓线，并且曲率也连续。回收后的缝翼下表面33与前缘下表面13连接处可借助于橡胶条或橡胶垫圈使其具有良好的气密性，防止在巡航状态下，外部气流从飞机机翼的下表面连接处流入机翼内部而影响机翼气动性能。

需要说明的是，在图3中，虚线L表示的是如果上凹穴填充片51和下凹穴填充片53未进入收回位置所应处的位置，但由于填充片的上述构造，使得处于它们处于收回位置上，这样，前缘缝翼30的缝翼后表面35则与固定翼10的前缘表面贴合，完成前缘缝翼30的回收。

本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构和形状作各种变化和改进，包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合，明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和／或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。需要注意的是，按照惯例，权利要求中使用单个元件意在包括一个或多个这样的元件。此外，不应该将权利要求书中的任何参考标记构造为限制本发明的范围。

Claims (9)

1.一种飞机机翼用凹穴填充缝翼，其包括：

可展开的前缘缝翼；

至少一个凹穴填充元件，其在所述可展开的前缘缝翼内部的回收位置和所述可展开的前缘缝翼外部的展开位置之间可移动，所述至少一个凹穴填充元件构造成当展开所述可展开的前缘缝翼时从所述回收位置移动至所述展开位置，从而与所述前缘缝翼共同形成所述凹穴填充缝翼，以形成完整的凹穴填充元件外形，其特征在于，

所述凹穴填充元件为凹穴填充片，

所述至少一个凹穴填充元件被构造成向外枢转至所述展开位置并且向内枢转至所述回收位置，

所述至少一个凹穴填充元件包含上凹穴填充片和下凹穴填充片，

所述上凹穴填充片通过上铰链与所述可展开的前缘缝翼的缝翼后表面连接，所述下凹穴填充片通过下铰链与所述可展开的前缘缝翼的缝翼下表面连接。

2.根据权利要求1所述的飞机机翼用凹穴填充缝翼，其特征在于，所述上凹穴填充片和所述下凹穴填充片分别连接有作动机构从而能够在离开所述回收位置时自动向外枢转至所述展开位置。

3.根据权利要求2所述的飞机机翼用凹穴填充缝翼，其特征在于，所述作动机构包含弹簧机构或液压机构，所述弹簧机构或液压机构设置于所述可展开的前缘缝翼内部。

4.一种飞机机翼用低噪声高升力系统，其包括：

固定翼，其包含前缘上表面和前缘下表面；

前缘缝翼，其可操作地连接至所述固定翼以在回收位置和展开位置之间移动，所述前缘缝翼包含缝翼上表面、缝翼下表面和缝翼后表面，所述缝翼上表面和缝翼下表面构造成在回收位置时分别与所述前缘上表面和前缘下表面形成连续的外形轮廓线；

至少一个凹穴填充元件，其可移动地连接至所述前缘缝翼，其中，所述至少一个凹穴填充元件构造成在所述回收位置时缩回至所述前缘缝翼内部而在所述展开位置时伸出至所述缝翼后表面外以与所述前缘缝翼共同形成凹穴填充缝翼，以形成完整的凹穴填充元件外形，其特征在于，

所述凹穴填充元件为凹穴填充片，

所述至少一个凹穴填充元件被构造成向外枢转至所述展开位置并且向内枢转至所述回收位置，

所述至少一个凹穴填充元件包含上凹穴填充片和下凹穴填充片，

所述上凹穴填充片通过上铰链与所述缝翼后表面连接，所述下凹穴填充片通过下铰链与所述缝翼下表面连接。

5.根据权利要求4所述的飞机机翼用低噪声高升力系统，其特征在于，所述上凹穴填充片和所述下凹穴填充片分别连接有作动机构从而能够在离开所述回收位置时自动向外枢转至所述展开位置。

6.根据权利要求5所述的飞机机翼用低噪声高升力系统，其特征在于，所述作动机构包含弹簧机构或液压机构，所述弹簧机构或液压机构设置于所述前缘缝翼内部。

7.一种用于降低与高升力系统有关的飞机噪音的方法，其包括：

将前缘缝翼从固定翼的前缘展开到高升力位置；以及

将与所述前缘缝翼关联的至少一个凹穴填充元件从所述前缘缝翼内部的回收位置重置到展开位置，在该展开位置，所述至少一个凹穴填充元件与所述前缘缝翼共同形成凹穴填充缝翼，以形成完整的凹穴填充元件外形，其特征在于，

所述凹穴填充元件为凹穴填充片，其中重置至少一个凹穴填充片包括将所述至少一个凹穴填充片向外枢转至所述展开位置以形成所述凹穴填充缝翼外形轮廓，

所述至少一个凹穴填充片包含上凹穴填充片和下凹穴填充片，其 中，与所述前缘缝翼关联所述至少一个凹穴填充元件包括将所述上凹穴填充片通过上铰链与所述前缘缝翼的缝翼后表面连接，以及将所述下凹穴填充片通过下铰链与所述前缘缝翼的缝翼下表面连接。

8.根据权利要求7所述的用于降低与高升力系统有关的飞机噪音的方法，其特征在于，向外枢转所述至少一个凹穴填充片包括使连接至所述至少一个凹穴填充片的作动机构从其缩回位置释放至伸出位置。

9.根据权利要求8所述的用于降低与高升力系统有关的飞机噪音的方法，其特征在于，所述作动机构包含弹簧机构或液压机构，所述弹簧机构或液压机构设置于所述前缘缝翼内部。