CN104210644A - 用于延伸的混合层流控制的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

提出空气动力主体的次级抽吸的系统和方法。主要表面经配置沿空气动力主体的前缘，且包括细长形状的至少一个次级抽吸装置经配置距离主要表面至少第一距离。在主要表面和至少一个次级抽吸装置之间配置非抽吸表面。

Description

用于延伸的混合层流控制的设备和方法
技术领域
本公开的实施例一般涉及气动表面。更具体地，本公开的实施例涉及提供层流的气动表面。
背景技术
层流可包括，例如但不限于，飞行器零件(例如机翼、机身等)轮廓上的边界层内的空气流。术语边界层是指在运动中的飞行器表面旁形成的薄空气层，其中相对于飞行器的空气速度在该表面处迅速从零变为局部外部速度。边界层内的空气流可以是如在层流状态中是平滑的，或者是如在湍流状态中是混乱的，或者是空气流间歇性地处于层流状态或湍流状态的过渡状态。从边界层的层流状态到湍流状态的过渡是由逐渐增长的自然流动不稳定性或由表面突起造成的突然扰动诱导的。从最大程度地减少在空气中移动的飞行器上的粘性阻力的角度来看，理想的是尽可能地建立和延长飞行器表面上的边界层的层流状态。控制层流边界层内的自然不稳定性的增长以及最大程度地减小表面突起能够延长边界层的层流状态，以便最大程度地减少飞行器上的粘性阻力。
经设计延长层流边界层流动以降低粘性阻力的空气动力主体的平滑表面可以被称为层流表面。层流气动表面可以通过修改层流气动表面的轮廓来延长(延伸)层流边界层流动。然而，层流气动表面的这种轮廓由于结构限制而不可能总是可行的，并且其对气动阻力的其他组件可能产生不利影响。
发明内容
提出一种抽吸系统和方法。主要表面经配置沿空气动力主体的前缘，且包括细长形状的次级抽吸装置经配置距离主要表面至少第一距离。在主要表面和次级抽吸装置之间配置非抽吸表面。
薄的穿孔面板以重量有效的方式将粘结的封闭抽吸单格集成至结构蒙皮壁板。以这种方式，促进了较大的翼型区域(气动表面的横截面)上的层流，从而在某些工况下减少了阻力。层流沿翼面被促进并延伸到由混合或自然层流前缘系统所建立的区域外。通过有效集成的次级抽吸装置增加了自然被动系统或混合主动层流系统的层流程度/范围。
在实施例中，抽吸系统包括表面蒙皮面板、槽形加强件、结构芯层、内部背衬面板以及抽吸装置。表面蒙皮面板包括多个穿孔，所述穿孔经配置允许流体流动。槽形加强件包括抽吸槽并且被联接至表面蒙皮面板，以及经配置结构上支撑表面蒙皮面板并引导流体流动通过表面蒙皮面板。结构芯层被联接至一部分表面蒙皮面板和槽形加强件，并且被配置成在结构上支撑一部分表面蒙皮面板和槽形加强件。内部背衬面板被联接至结构芯层并且被配置成在结构上支撑结构芯层。抽吸装置经配置从槽形加强件吸取流体。
在另一个实施例中，在气动表面上抽吸的抽吸系统包括夹层壁板、多孔区域以及槽形加强件。夹层壁板包括结构芯层、表面蒙皮面板以及内部背衬面板。多孔区域中一部分表面蒙皮面板被穿孔。槽形加强件包括抽吸腔，其位于结构芯层内并与多孔区域流体连通，槽形加强件适于联接至流槽。
在另外的实施例中，空气动力主体的次级抽吸的方法沿空气动力主体的前缘配置主要表面。该方法还配置了至少一个次级抽吸装置，其包括距主要表面至少第一距离的细长形状，并且该方法在主要表面和所述至少一个次级抽吸装置之间配置了非抽吸表面。
提供上述发明内容是要以简化的形式介绍所选概念，在下文中对此会进行更进一步的详细描述。此内容不意图指出要求保护主题的主要特征或本质特征，也不是意图用于帮助确定要求保护主题的范围。
附图说明
结合以下附图，通过参考具体实施方式和权利要求，可得到本公开实施例的更完整的理解，其中所有附图中的相似参考号指代相同元件。附图被提供促进了对本公开的理解，而不是限制本公开的广度、范围、比例、或适用性。附图不必按比例绘制。
图1是示例性飞行器生产和使用方法的流程图解。
图2是飞行器的示例性方框图的图解。
图3是基线和混合层流控制和根据本公开实施例的使用延伸的(次级)抽吸装置的延伸的混合层流控制的图解。
图3A-图3C是根据本公开实施例的示出延伸的混合层流控制过程的图解。
图4是根据本公开实施例的竖直尾翼的图解，其示出被集成至其中的结构夹层壁板的延伸的抽吸装置。
图5是根据本公开实施例的图4竖直尾翼的集成层流抽吸系统的透视图的图解，其示出被集成至结构夹层壁板的图4的次级抽吸装置的一部分。
图6是根据本公开实施例的集成层流抽吸系统的横截面的图解，其示出具有并入至结构蒙皮壁板的粘结的封闭槽形加强件的面板。
图7是根据本公开实施例的结构夹层壁板组装件的图解。
图7A是根据本公开实施例的图7结构夹层壁板组装件的延伸的2D端视图的图解。
图8是根据本公开实施例的具有夹层壁板歧管集成的次级层流控制壁板背面的图解。
图9是根据本公开实施例的表面精加工和喷漆方法的图解。
图10是根据本公开实施例的示出次级抽吸过程的示例性流程图解。
图11是根据本公开实施例的小尺寸机翼的图解，其示出在气动表面前缘的尾部被集成到其中的结构夹层壁板的延伸的层流控制吸条。
图12是根据本公开实施例的大尺寸机翼的图解，其示出在气动表面前缘的尾部被集成到其中的结构夹层壁板的多个延伸的抽吸装置。
图13是根据本公开实施例的机身的图解，其示出被集成至机身的结构夹层壁板的多个延伸的抽吸装置。
图14-图16是根据本公开实施例的图解，其示出包括用于低压的面向后方的排水口式被动抽吸源的配置。
具体实施方式
以下详细描述本质上是示例性的，不是要意图限制本公开或本公开实施例的应用和使用。特定装置、技术以及应用的描述仅作为示例被提供。本领域技术人员易于明白对本文所述示例的修改，并且在不背离本公开精神和范围的情况下，本文所定义的一般原则可被应用至其他示例和应用。此外，不存在受到上述技术领域、背景技术、简要说明或下列详细描述中呈现的任何表达或者暗示理论的束缚。本公开应被给予与权利要求一致的范围，并不被限于本文所描述和显示的示例。
本文可按照功能和/或逻辑块组件和各种处理步骤描述本公开的实施例。应当理解此类块组件可通过经配置执行特定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件组件实现。为了简单起见，与流体动力学、结构、制造和系统(和系统的各个操作组件)的其他功能方面有关的常规技术和部件可不在本文详细描述。另外，本领域技术人员将理解本公开的实施例可结合各种结构体实践，并且本文描述的实施例仅是本公开的示例性实施例。
本文在实际的非限制性应用，即飞行器翼型的背景下描述了本公开的实施例。但是，本公开的实施例不限于此类应用，并且本文描述的技术也可用于其他流体动力表面应用。例如，实施例可适用于风力涡轮叶片、利用液体(例如，水)代替空气的流体动力表面等。
如本领域普通技术人员阅读该说明书后显而易见的，以下是本公开的示例和实施例，并且不限于根据这些示例的操作。在不背离本公开示例性实施例范围的情况下，可使用其他实施例并可作出结构改变。
更具体参考附图，可在如图1所示飞行器制造和使用方法100以及如图2所示飞行器200的背景下，描述本公开的实施例。在预生产期间，示例性方法100可包括飞行器200的规格和设计104以及材料采购106。在生产期间，进行飞行器200的部件和子组装件制造108和系统集成110。此后，飞行器200可经历认证和交付112以进行使用114。当用户使用时，飞行器200可被安排进行日常维护和维修116(其也可包括改进、重构、整修等)。
可通过系统集成商、第三方和/或操作人员(例如，用户)执行或实行方法100的每个过程。对本说明书的目的，系统集成商可非限制性地包括诸多飞行器制造商和主要系统转包商；第三方可非限制性地包括诸多销售商、转包商和供应商；以及操作人员可非限制性是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。
如图2所示，通过示例性方法100生产的飞行器200可包括带有多个系统220的机身218和内部222。高级系统220的例子包括推进系统224、电气系统226、液压系统228以及环境系统230中的一个或更多个。也可包括任何数量的其他系统。尽管显示了航空示例，但是本公开的实施例可应用于其它工业。
本文实施的设备和方法可在生产和使用方法100的任意一个或更多个阶段期间使用。例如，相应于生产过程108的部件或子组装件可被以类似于使用飞行器200时生产的部分或子组装件的方式进行构造或制造。另外，例如，通过显著加速飞行器200的组装或降低飞行器200的成本，在生产阶段108和110期间，可使用一种或更多种设备实施例、方法实施例或其组合。类似地，在使用飞行器200时，设备实施例、方法实施例或其组合的一种或多种可以例如但不限于用于维护和维修116。
如上所述，层流气动表面通过修改气动表面的轮廓可以延长(延伸)层流边界层流动。然而，层流气动表面的这种轮廓由于结构限制不可能总是可行的并且其对气动阻力的其他组件可能产生不利影响。可替代的方法是通过气动表面施加少量的边界层抽吸，以抑制或减少层流边界层中的不稳定性的增长，从而提供层流气动表面。在修改或未修改气动表面轮廓的情况下可采用边界层控制。
因为一些边界层抽吸的实施方式延长了层流而带来结构性处罚，以及其自身的重量和阻力处罚，所以重要的是使抽吸量以及层流表面上的抽吸区域范围最小化，以致能够实现粘性阻力降低方面的净利益。实施例涉及1)气动/流体动力方法，以使抽吸质量流率量以及层流气动表面上的抽吸区域范围减至最小，以实现层流的显著延伸，以及2)将次级抽吸装置和相关联的吸流收集硬件(例如，流槽)集成到飞行器200结构中的高效且质轻的器件，如以下更为详细地说明。
本公开的实施例促进了较大区域的翼型上的层流，从而在某些工况下降低了阻力。本公开的实施例促进了层流沿翼面越过由混合或自然层流前缘系统建立的主要的层流区域。本公开的实施例包括在翼型前缘后方的延伸的或次级抽吸装置的附加物，从而将次级层流沿翼型延伸到主要层流区域外。延伸的抽吸装置以重量有效的方式粘结至交通工具(例如飞行器200)的结构壁板。
使用回流技术的表面精加工/喷涂方法可以被应用于维持延伸的抽吸装置的穿孔面板的期望的渗透性和平滑性。延伸的抽吸装置可联接至现有主要混合层流控制清洗和抽吸系统，或可包括通向任何合适的抽吸源、或抽吸和清洗源的专用被动抽吸装置，其中所述源例如进气口或排水口或其他流槽，如以下更为详细地说明。穿孔面板包括薄金属、复合材料或其他合适的材料，其具有以重量有效的方式集成至交通工具的现有结构蒙皮壁板的粘结的封闭的抽吸槽。
图3是基线和混合层流控制和根据本公开实施例的使用延伸的(次级)抽吸装置的延伸的混合层流控制的图解。图3A-图3C是根据本公开实施例的示出延伸的混合层流控制过程的各方面图解。后掠翼上的层流-紊流过渡一般由附接线不稳定性或污染物、横流(CF)扰动或包括层流边界层扰动的托尔明-施里希廷(TS)扰动而造成的。
图3B示出后掠翼的草图，其具有代表性的非粘性流线324、附接线扰动322的传播方向以及传播波角ψ，其从横流(CF)扰动或托尔明-施里希廷(TS)扰动的非粘性流线324测得。横流(CF)扰动的传播波角ψ可以约为90度，而托尔明-施里希廷(TS)扰动的传播波角ψ可以小于70度。图3C示出抽吸质量流率与流向表面距离的关系。
主要层流前缘表面308(主要层流表面308，图3A)经配置在前缘(LE)区域内提供层流附接线边界层，并且例如，通过提供主要抽吸质量流率326(图3C)来主要控制横流(CF)扰动增长。主要层流表面308上的抽吸应用建立了主要抽吸区域304。主要层流表面308上的抽吸应用维持了主要抽吸区域304上的层流，其不仅在主要层流表面308上延伸，而且延伸超过终止抽吸的点一段距离。
受控抽吸和自然层流的这种组合被称为混合层流。前缘抽吸区域之外的层流边界层的不稳定性增长最终导致向湍流状态的过渡。在一些实施例中，通过在至少距主要层流表面308第一距离处配置次级/延伸的抽吸装置314(图3A)，抑制或降低了边界层的不稳定性的增长。在主要层流表面308和次级抽吸装置314之间不施加抽吸。
延伸的抽吸装置314可位于主要层流表面308的后方。同样地，根据本公开的实施例，延伸的抽吸装置314可被配置成，通过提供次级抽吸质量流率336(每单位时间的质量流率)，主要控制托尔明-施里希廷(TS)扰动增长340(图3C)。延伸的抽吸装置314能够潜在地被应用于抑制横流(CF)扰动增长，或也应用于抑制层流边界层分离。延伸的抽吸装置314能够通过延伸的抽吸装置314的穿孔516(参看图5)的间距和次级抽吸质量流率336的量，从而激起可导致向湍流状态的延迟过渡的受控横流(CF)扰动而被优化。延伸的抽吸装置314不仅减少了实现层流的显著延伸所需的整体抽吸，而且其还使得更易于将延伸的抽吸装置314和相关联的抽吸流收集硬件(例如，流槽)集成到飞行器200的结构中，且同时与飞行器200内部结构的组件干扰最小。
当托尔明-施里希廷扰动增长340到达振幅阈值332(图3C)时，延伸的抽吸装置314可开始于起始位置328。延伸的抽吸装置314延迟了向湍流状态过渡的位置，在湍流状态中，通过抑制托尔明-施里希廷扰动增长340到达过渡托尔明-施里希廷扰动值334。控制托尔明-施里希廷扰动增长340所必须的抽吸量通常显著小于用于控制横流(CF)扰动增长的抽吸量。
如图3A所示，主要层流表面308产生主要层流区域304(在本文中可互换地被称为主要抽吸区域304)。延伸的抽吸装置314可以位于主要层流区域304内。延伸的抽吸装置314沿翼面302(流体动力表面302)延伸层流到由主要层流表面308建立的主要抽吸区域304之外，从而以有效的方式形成延伸的层流区域306(在本文中可互换地被称为次级抽吸区域306)，以实现降低的阻力减少利益。以这种方式，延伸的抽吸装置314沿翼面302的翼展方向416(图4)形成翼面302的次级抽吸区域306，所述次级抽吸区域306沿翼面302的翼展方向延伸到翼面302的主要抽吸区域304之外。
在图3A所示示例中，由于位于翼面302上表面上的延伸的抽吸装置314所提供的抽吸，减少了上湍流边界层流动316。同样地，在该示例中，因为延伸的抽吸装置314并不位于翼面302的下表面上，所以不会减少下湍流边界层流动318。
在该文件中可互换地使用延伸的抽吸装置和次级抽吸装置。类似地，在该文件中可互换地使用主要层流表面、主要表面以及主要层流前缘表面。
图4是根据本公开实施例的尾翼400(例如，竖直尾翼或水平稳定器)的图解，其示出被集成到其结构夹层壁板404中的延伸的(次级)抽吸装置402(图3A中的314)。尾翼400在本文中被用作飞行器外部表面、飞行器表面、翼面、气动表面/主体或流体动力表面/主体的示例。然而，还可使用其他流体动力升力面和/或控制表面，例如但不限制于，水平稳定器、机翼、小翼、前翼、机身蒙皮、升降舵、副翼、升降副翼、方向舵、襟翼、缝翼、阻流板或其组合。
如上所述，主要层流表面408(图3A中的308)被配置成提供前缘层流边界层并且主要控制横流(CF)扰动增长。主要层流表面408可经配置用于混合层流或自然层流操作。经配置用于混合层流的主要层流表面408包括受控抽吸和自然层流的组合来产生主要抽吸区域304。经配置用于自然层流操作的主要层流表面408产生主要自然层流区域。
主要层流表面408可位于，例如但不限制于，相对于竖直尾翼400前缘320在竖直尾翼400的约7％翼弦线处，或在竖直尾翼400上的其他位置处。
次级抽吸装置402可包括细长形状，例如但不限制于，细长的梯形形状、细长的矩形形状、实质上的条状、实质上的翼展和锥形、实质上的翼展和非锥形、翼展和接近恒常宽度形或其他细长形状。次级抽吸装置402可位于主要层流表面408后方一定距离，例如在竖直尾翼400的前缘320后方一定距离。
次级抽吸装置402可位于，例如但不限制于，竖直尾翼400的向前盒壁板内，其起始于距竖直尾翼400前缘320在竖直尾翼400翼弦线的约14％至约18％处，或位于竖直尾翼400上的其他位置处。在该示例中，由延伸的抽吸装置402所提供的次级抽吸质量流率336(图3C)可以是由主要层流表面408所提供的主要抽吸质量流率326的约10％-20％。层流区域304(图3)可增加约50-60％，从而提供延伸的层流区域306。
起始位置328、结束位置330以及因此的延伸的抽吸装置402的宽度412取决于流体动力表面302的翼型形状和飞行条件。如果确定是可行且有益的，还可使用多个延伸的抽吸装置402。图11-图13示出根据本公开的不同实施例的集成到各种流体动力表面的结构壁板内的延伸的(次级)抽吸装置402。
次级抽吸装置402以重量有效的方式结合至结构夹层壁板404。例如表面蒙皮面板504的非抽吸表面位于主要层流表面408和次级抽吸装置402之间。在一些示例中，至少一部分次级抽吸装置402包括穿孔516(图5)，其开始于靠近层流边界层经历增加的层流边界层扰动增长(例如增加的托尔明-施里希廷扰动增长340)的区域内并沿流向方向414继续，同时沿侧向或翼展方向416延伸。
在次级抽吸装置402(图9)喷漆期间将空气逆向吹出次级抽吸装置402的回流技术被应用于维持次级抽吸装置402的渗透性和平滑性，因此实现期望的表面精加工。在喷漆或涂层期间借助于空气或合适的气体清洗次级抽吸装置402，以缓解涂料的聚积和其中的穿孔516的流动限制。
次级抽吸装置402可联接至现有主要混合层流控制清洗和抽吸系统，或可包括专用被动抽吸装置，其经配置将次级抽吸装置402所抽吸的流体引导出去至移除/疏散抽吸流体的低压源。专用被动抽吸装置因此与低压源连通，以便将被抽吸流体引导出去至低压源，例如，出去至流体动力表面302之上。
专用被动抽吸装置可包括，例如但不限制于，主要抽吸区域304(图3)和次级抽吸装置402之间共享的低压抽吸口406/422(抽吸口406/422、被动抽吸源406/422、流槽406/422)。专用被动抽吸装置可还包括，例如但不限制于，符合流体动力表面302轮廓的表面开口、流体动力表面302上的突出(例如面向后方的排水口式被动抽吸源1402(图14-图16))、流体动力表面302上的流槽(例如在空气动力主体上具有面向后离开开口的通气口)或其他专用被动抽吸装置。低压源可包括，例如但不限制于，在流体动力表面302之上的低压区域或其他低压流动移除源。
用于低压的面向后方的排水口式被动抽吸源1402(图14-图16)经配置提供了面向后方的被动抽吸，其用于通过次级抽吸装置402抽吸并被收集在槽形加强件512的抽吸槽514内的流体。面向后方的排水口式被动抽吸源1402(被动抽吸装置1402)被直接联接(相对于经由内部歧管连接至位于远处的抽吸源)至抽吸系统500(图5)的表面蒙皮面板504。
以这种方式，后方排水口式被动抽吸源1402提供了用于低压的独立源，以用于一定尺寸的壁板/面板。面向后方的排水口式被动抽吸源1402无需将表面蒙皮面板504和抽吸系统500的内部背衬面板506气动地联接至低压抽吸源(例如低压抽吸源406)，从而减轻了重量以及促进现有壁板的样式翻新。以下在图14-图16的讨论背景下，更详细地说明了面向后方的排水口式被动抽吸源1402。
包括面向后方离开开口的通气口被配置成提供被动抽吸，以将次级抽吸装置402所抽吸的流体引导出去至低压源，例如流体动力表面302上的低压区域，其移除了被收集在抽吸槽514内的被抽吸流体。该通气口被更为详细地描述在美国专利号7,866,609内，其全部内容通过引入并入此处。
图5是根据本公开实施例的尾翼400的抽吸系统500(系统500)的透视图的图解，其示出被集成到结构夹层壁板404中的次级抽吸装置402的一部分。系统500的结构夹层壁板404包括结构芯层502、表面蒙皮面板504、内部背衬面板506以及槽形加强件512。
表面蒙皮面板504包括多孔区域510，其中一部分表面蒙皮面板504经穿孔516被穿孔。穿孔516可包括沿其翼展方向416的翼面302/竖直尾翼400的基本条状部分。表面蒙皮面板504可与翼面302前缘320间隔至少等于表面蒙皮面板504的弦宽420(图4)的距离。
如上所述，延伸的抽吸装置402可通过穿孔516的间隔和次级抽吸质量流率336的量被优化，从而激起可导致至湍流状态的过渡延迟的受控横流(CF)扰动。穿孔516的间距可以由，例如但不限制于，穿孔516的中心、穿孔516所需的开放式抽吸面积、每单位面积的穿孔516数量和/或其他测量来限定。
在一些配置中，表面蒙皮面板504可位于至少距主要抽吸区域304一定距离，其中托尔明-施里希廷扰动增长340达到振幅阈值332。表面蒙皮面板504符合飞行器表面，例如翼面302/竖直尾翼400，并且经配置用作流体动力表面302，例如允许流体流动通过表面蒙皮面板504。多孔区域510可包括，例如但不限制于，钛、铝、复合材料、金属合金、纤维增强聚合物或其他材料，且其具有基于抽吸所需的流量所选择的宽度。
槽形加强件512联接至结构芯层502内的表面蒙皮面板504，并且被配置成在结构上支撑表面蒙皮面板504以及引导流体流动通过表面蒙皮面板504。槽形加强件512包括抽吸单格514。槽形加强件512的抽吸单格514流体连通多孔区域510。槽形加强件512适用于联接至流槽/抽吸装置以促进例如竖直尾翼400(图4)的气动表面上的层流。每个槽形加强件512封闭一个容积并且可包括，例如但不限制于，波状轮廓518、结合至基底508的多个肋520和/或其他轮廓。在该文件中可互换地使用抽吸槽、抽吸腔以及抽吸单格。
由槽形加强件512形成抽吸槽514(抽吸单格514)。槽形加强件512粘结至表面蒙皮面板504并且在没有结构芯层502的情况下可粘结至表面蒙皮面板504和内部背衬面板506。槽形加强件512被表面蒙皮面板504和内部背衬面板506封闭，并且以重量有效的方式被集成到例如结构夹层壁板404的结构蒙皮壁板。槽形加强件512可包括，例如但不限制于，石墨、玻璃纤维环氧树脂、金属合金、纤维增强聚合物或其他类似材料。
结构芯层502(如果包括的话)被联接至一部分表面蒙皮面板504和槽形加强件512并且被配置成在结构上支撑一部分表面蒙皮面板504和槽形加强件512。在该示例中，内部背衬面板506被联接至结构芯层502并且被配置成在结构上支撑结构芯层502。
图6是示出结构芯层502、表面蒙皮面板504、内部背衬面板506、槽形加强件512、多孔区域510以及歧管522的系统500的横截面600的图解。表面蒙皮面板504和内部背衬面板506可包括金属、金属合金或纤维增强聚合物，且其具有集成到结构夹层壁板404中的粘结的封闭槽形加强件512。
歧管522适当地将内部背衬面板506联接至现有混合层流清洗和抽吸系统或联接至如上说明的专用被动抽吸装置。以下在图8中的歧管802的讨论背景下将更为详细地说明歧管522。
图7是根据本公开实施例的结构夹层壁板404的结构夹层壁板组装件700的图解。结构夹层壁板组装件700可包括结构芯层502、表面蒙皮面板504、内部背衬面板506、多孔区域510、槽形加强件512、胶结层片702、胶结层片704(例如，玻璃纤维至钛)、层片706、层片708、胶结层片710、合成芯部(syntactic core)714以及层片716。
胶结层片702将槽形加强件512联接至多孔区域510(例如，钛)。
在该配置中，胶结层片704在结构夹层壁板700的并不与槽形加强件512直接交接的边缘处提供了多孔区域510和纤维玻璃层片706(层片706)之间的结构粘结。
层片706对接槽形加强件512。
层片708位于槽形加强件512上方。
胶结层片710将槽形加强件512联接至结构芯层502，从而提供了槽形加强件512和芯层502之间的结构粘结。
合成芯部714提供了至合成芯部714前缘(航空器接头)的边缘过渡。合成芯部714提供了至结构夹层壁板700的前向边缘(与前缘壁板交接的前向边缘)的边缘过渡。
图7A是根据本公开实施例的结构夹层壁板组装件700的延伸的2D端视图的图解。
图8是根据本公开实施例的具有层流控制夹层壁板歧管802(歧管802)集成的次级抽吸装置402的背侧壁板806(内部背衬面板506)的图解。歧管802包括歧管抽吸口804，其联接至次级抽吸装置402的背侧壁板806的背侧。离散的流孔808被钻入槽形加强件512的抽吸槽514中。离散的流孔808提供了从多孔区域510前侧(图5)通过歧管802的歧管抽吸口804离开的流体流动的抽吸路径。歧管802粘结至背侧壁板806的背侧，遮挡了离散的流孔808。以这种方式，歧管802将内部背衬面板506适当地联接至现有混合层流清洗和抽吸系统或联接至专用的被动抽吸装置，例如如上说明的被动抽吸口406。
图9是根据本公开实施例的结构夹层壁板404的结构夹层壁板900的表面精加工和喷涂方法的图解。通过回流技术喷涂结构夹层壁板900，从而实现层流所需的在次级抽吸装置402的多孔区域510上的期望的渗透性和表面精加工。精加工的结构夹层壁板900外表面(例如多孔区域510中的面板504)按标准表面制备进行精加工和喷涂，只不过少量背压(例如，约5磅)通过槽形加强件512被回吹离开。
以这种方式，在施加低清洗压力的同时施加和固化面漆，从而防止多孔区域510的穿孔516堵塞。空气流压力902经施加通过结构夹层壁板900内的次级抽吸装置402背侧壁板806上的歧管802，并且通过多孔区域510离开，以便在表面精加工期间，防止穿孔的孔堵塞。以这种方式，维持了次级抽吸装置402的渗透性和平滑性，因此减少了穿孔516被涂料阻塞或在使用中堵塞。
图10是根据本公开实施例的示出施加次级抽吸过程1000的示例性流程图解。结合过程1000所执行的各种任务可以通过软件、硬件、固件或其任何组合被机械地执行。为了说明的目的，过程1000的以下描述可涉及以上结合图1-图9所提及的元件。在一些实施例中，过程1000部分可通过系统500-900的不同元件(例如结构芯层502、表面蒙皮面板504、内部背衬面板506、歧管802、槽形加强件512等)执行。过程1000可具有类似于图1-图9所示实施例的功能、材料以及结构。因此，本文不再赘述共同特征、功能和元件。
过程1000可开始于沿空气动力主体前缘配置主要表面(任务1002)。在主要表面408上可施加抽吸控制(也被称为抽吸)，从而提供混合层流控制，以产生主要抽吸区域304。替代性地，在主要表面408上可不施加抽吸控制(图11)，以产生自然层流控制。以这种方式，主要表面408可包括，例如但不限制于，抽吸控制表面、混合层流抽吸控制表面、自然层流控制表面或适于提供前缘层流边界层以减少主要表面408上的湍流的其他表面或区域。
通过配置至少一个次级抽吸装置，其中次级抽吸装置包括距主要表面至少第一距离的细长形状，可继续过程1000(任务1004)。
通过在主要表面和所述至少一个次级抽吸装置之间配置非抽吸表面，可继续过程1000(任务1006)。
通过经所述至少一个次级抽吸装置提供结构支撑，其中所述至少一个次级抽吸装置包括具有结构芯层、表面蒙皮面板以及内部背衬面板的夹层壁板，可继续过程1000(任务1008)。
通过配置多孔区域，其中一部分所述表面蒙皮面板被穿孔，可继续过程1000(任务1010)。
通过配置位于结构芯层内并流体连通多孔区域的槽形加强件，所述槽形加强件适于联接至流槽，可继续过程1000(任务1012)。
通过将表面蒙皮面板配置成包括多个穿孔，所述穿孔被配置成允许流体流动通过表面蒙皮面板，可继续过程1000(任务1014)。
通过将槽形加强件配置成联接至表面蒙皮面板并结构上支撑一部分表面蒙皮面板以及引导流体流动通过表面蒙皮面板，可继续过程1000(任务1016)。
通过配置结构芯层，其中结构芯层联接至并配置成结构上支撑表面蒙皮面板和槽形加强件，可继续过程1000(任务1018)。
通过将内部背衬面板配置成联接至结构芯层并在结构上支撑结构芯层，可继续过程1000(任务1020)。
通过将抽吸装置配置成抽吸来自槽形加强件的流体，可继续过程1000(任务1022)。
通过配置第一距离，其中该距离从托尔明-施里希廷扰动增长达到振幅阈值处开始，可继续过程1000(任务1024)。振幅阈值可以是，例如但不限制于，过渡托尔明-施里希廷扰动值334的大约25％-75％。
通过在喷涂所述至少一个次级抽吸装置期间将空气逆向吹离所述至少一个次级抽吸装置，从而维持次级抽吸装置的渗透性和平滑性，以减少穿孔被涂料阻塞或在使用中堵塞，可继续过程1000(任务1026)。
通过穿孔的间距和次级抽吸质量流率的量来优化至少一个次级抽吸装置，从而激起可导致至湍流状态的过渡延迟的受控横流(CF)扰动，可继续过程1000(任务1028)。
通过除了沿空气动力主体的翼展方向经由主要表面形成空气动力主体的主要抽吸区域外，还沿空气动力主体的翼展方向经所述至少一个次级抽吸装置形成空气动力主体的次级抽吸区域，可继续过程1000(任务1030)。
图11是根据本公开实施例的较小尺寸机翼1100的图解，其示出在前缘的后方被集成到其结构夹层壁板中的延伸的抽吸装置402。对于较小尺寸机翼1100，用于形成次级抽吸区域306的延伸的抽吸装置402比用于形成主要抽吸区域304的主要层流表面408更可行。对于较小尺寸机翼，可以不需要用于形成主要抽吸区域304的主要层流表面408。因此，在该示例中，除延伸的抽吸装置402之外，在没有抽吸控制的主要层流表面408可用于自然层流控制。可使用多个延伸的抽吸装置402。
图12是根据本公开实施例的大尺寸机翼1200的图解，其示出在前缘后方被集成到其结构夹层壁板中的多个延伸的抽吸装置402。主要层流表面408可位于，例如但不限制于，从前缘到距机翼1200前缘在翼弦线的约3-4％处，或机翼1200上适于延伸的抽吸装置402操作的其他位置。延伸的抽吸装置402可以是，例如但不限制于，约25cm(约10英寸)宽，或适于延伸的抽吸装置402操作的其他宽度。延伸的抽吸装置402可以是，例如但不限制于，位于前梁前方的机翼1200的翼盒内。
每个延伸的抽吸装置402可具有例如但不限于主要层流表面408的主要抽吸质量流326的约20％的抽吸质量流率336(图3C)，或适于延伸的抽吸装置402操作的其他抽吸质量流水平。在该示例中，延伸的抽吸装置402可添加，例如但不限制于，约20％更多的层流。
图13是根据本公开实施例的机身1300的图解，其示出被集成到其结构夹层壁板中的多个延伸的抽吸装置402。延伸的抽吸装置402用于控制托尔明-施里希廷扰动340(图3C)，每个延伸的抽吸装置402可开始于托尔明-施里希廷扰动340达到振幅阈值332(图3C)时。
图14-图16是根据本公开实施例的图解，其示出包括用于低压的面向后方的排水口式被动抽吸源1402的配置1400-1600。面向后方的排水口式被动抽吸源1402经配置提供了面向后方的被动抽吸，以便疏散来自槽形加强件512的抽吸槽514的被抽吸流体。面向后方的排水口式被动抽吸源1402被直接联接至表面蒙皮面板504，以及例如但不限制于，抽吸系统500的内部背衬面板506。以这种方式，面向后方的排水口式被动抽吸源1402提供了用于低压的的独立源，以用于某一尺寸的壁板。如上所述，面向后方的排水口式被动抽吸源1402无需将抽吸系统500的壁板504/506气动地联接至低压抽吸源406，从而减轻了重量并且有助于现有壁板的样式翻新。
面向后方的排水口式被动抽吸源1402是固定(非移动)的被动抽吸装置。因此，在该文件中可互换地使用固定面向后方的排水口式被动抽吸源1402和后方排水口式被动抽吸源1402。固定的面向后方的排水口式被动抽吸源1402可包括，例如但不限制于，楔形或具有开放的离开表面1408以便抽吸空气1406被被动地吸出的其他合适形状。
多孔区域510内的局部开口1404被配置成疏散来自槽形加强件512的每个抽吸槽514的抽吸空气1406。每个抽吸槽514可包括其自身开口1404。替代性地，抽吸槽514可联接至子结构以减少用于疏散抽吸空气1406的局部开口1404(孔口)数量，并因此减小沿流向方向414的固定的后方排水口式被动抽吸源1402的尺寸。
取代单位表面积上一个大的固定后方排水口式被动抽吸源1402(固定抽吸装置)的是在单位表面上可使用多个较小的固定后方排水口式被动抽吸源1402(固定抽吸装置)。以这种方式，每个固定后方排水口抽吸源1402联接至表面蒙皮面板504的一个翼展节段(沿翼展方向416)以及抽吸系统500的内部背衬面板506。翼展节段的数量取决于流率每个翼展节段的和尺寸。
以这种方式，本公开的不同实施例提供了用于促进在翼型、机身或任何其他流体动力表面的较大区域上的层流，从而在某些操作条件下减少阻力的方法。
在以下列举的段落中描述了根据本公开的本发明主题的说明性、非排他性例子。
A1.一种抽吸系统，其包括：
表面蒙皮面板，其包括多个穿孔，所述穿孔经配置允许流体流动通过表面蒙皮面板；
槽形加强件，其包括抽吸槽，所述抽吸槽联接至表面蒙皮面板并经配置在结构上支撑表面蒙皮面板并引导流体流动；
结构芯层，其被联接至一部分表面蒙皮面板和槽形加强件并且被配置成在结构上支撑一部分表面蒙皮面板和槽形加强件；
内部背衬面板，其被联接至结构芯层并且被配置成在结构上支撑结构芯层；以及
抽吸装置，其经配置从槽形加强件抽吸流体。
A2.根据段落A1的抽吸系统，其中：
抽吸系统被集成到飞行器表面；以及
表面蒙皮面板符合飞行器表面，并且被配置成充当流体动力表面。
A3.根据段落A1或A2的抽吸系统，其中穿孔包括沿翼展方向的飞行器表面的基本条状部分。
A4.根据段落A3的抽吸系统，其中表面蒙皮面板与翼面的前缘间隔至少等于表面蒙皮面板的弦宽的距离。
A5.根据段落A3的抽吸系统，其中除了沿飞行器表面的翼展方向的飞行器表面的主要抽吸区域外，抽吸系统还沿飞行器表面的翼展方向形成了飞行器表面的次级抽吸区域。
A6.根据段落A1至A5任一段的抽吸系统，其中槽形加强件封闭了一个容积并且包括波状轮廓。
A7.根据段落A1至A5任一段的抽吸系统，其中槽形加强件封闭了一个容积并且包括结合至基底的多个肋。
A8.根据段落A1至A7任一段的抽吸系统，其中抽吸装置包括直接联接至表面蒙皮面板的至少一个固定面向后方的排水口式被动抽吸源。
A9.根据段落A1至A8任一段的抽吸系统，还包括将内部背衬面板联接至流控清洗和抽吸系统或包括抽吸口的专用被动抽吸装置的歧管。
A10.根据段落A1至A9任一段的抽吸系统，其中表面蒙皮面板位于距主要抽吸区域至少一定距离处，在此托尔明-施里希廷扰动增长达到振幅阈值。
A11.一种在气动表面上抽吸的抽吸系统，其包括：
夹层壁板，其包括结构芯层、表面蒙皮面板以及内部背衬面板；
多孔区域，其中一部分表面蒙皮面板被穿孔；以及
槽形加强件，其包括抽吸腔，且位于结构芯层内并与多孔区域流体连通，槽形加强件适于联接至流槽。
A12.根据段落A1的抽吸系统，还包括被动抽吸装置，其经配置从槽形加强件抽吸流体。
A13.根据段落A11或A12的抽吸系统，其中气动表面包括飞行器外部表面，其包括：竖直尾翼、水平稳定器、机翼、小翼、机身蒙皮、前翼、升降机、副翼、升降副翼、襟翼、缝翼、方向舵、阻流板或其组合。
A14.一种空气动力主体的次级抽吸方法，所述方法包括：
沿空气动力主体前缘配置主要表面；
配置至少一个次级抽吸装置，其包括距主要表面至少第一距离的细长形状；以及
在主要表面和所述至少一个次级抽吸装置之间配置非抽吸表面。
A15.根据权利要求14所述的方法，还包括：
经由所述至少一个次级抽吸装置提供结构支撑，其中所述至少一个次级抽吸装置包括具有结构芯层、表面蒙皮面板以及内部背衬面板的夹层壁板；
配置多孔区域，其中一部分表面蒙皮面板经由多个穿孔被穿孔；以及
配置槽形加强件，其位于结构芯层内并与多孔区域流体连通，所述槽形加强件适于联接至流槽。
A16.根据权利要求14所述方法，还包含：
将表面蒙皮面板配置成包括多个穿孔，所述穿孔被配置成允许流体流动通过表面蒙皮面板；
将槽形加强件配置成联接至表面蒙皮面板并在结构上支撑一部分表面蒙皮面板以及引导流体流动通过表面蒙皮面板；
将结构芯层配置成联接至表面蒙皮面板和槽形加强件并且被配置成在结构上支撑表面蒙皮面板和槽形加强件；
将内部背衬面板配置成联接至结构芯层并且在结构上支撑结构芯层；以及
将抽吸装置配置成从槽形加强件抽吸流体。
A17.根据权利要求16所述方法，其中抽吸装置包括通气口，所述通气口包括在空气动力主体上的面向后离开开口。
A18.根据权利要求16所述方法，其中抽吸装置包括主要表面和次级抽吸装置之间共享的流槽。
A19.根据权利要求16所述的方法，还包括在喷涂所述至少一个次级抽吸装置期间，将空气逆向吹离所述至少一个次级抽吸装置，从而维持所述至少一个次级抽吸装置的渗透性和平滑性，以减少穿孔被涂料阻塞或在使用中堵塞。
A20.根据权利要求17所述的方法，还包括通过穿孔的间距和抽吸质量流率的量，从而激起导致至湍流状态的过渡延迟的受控横流(CF)扰动，而优化所述至少一个次级抽吸装置。
A21.根据权利要求14所述的方法，还包括配置第一距离，所述第一距离开始于托尔明-施里希廷扰动增长达到振幅阈值的位置。
A22.根据权利要求21所述的方法，其中振幅阈值在过渡托尔明-施里希廷扰动值334的约25％至约75％的范围。
A23.根据权利要求14所述的方法，其中所述至少一个次级抽吸装置位于起始于距空气动力主体前缘在翼弦线的约14％至约18％处。
A24.根据权利要求14所述的方法，还包括除了沿空气动力主体的翼展方向经由主要表面形成空气动力主体的主要抽吸区域外，还沿空气动力主体的翼展方向经由所述至少一个次级抽吸装置形成空气动力主体的次级抽吸区域。
虽然在前面的详细描述中，提出了至少一个示例性实施例，但应理解大量变型可以存在。还应该理解本文所描述的示例性实施例或实施例不旨在以任何方式限制主题的范围、适用性或结构。相反地，前面的详细描述为本领域内的那些技术人员提供了用于实现实施例或多个实施例的便捷路线图。应理解可在不偏离权利要求所限定的保护范围的情况下，可对元件的功能和排列做出多种变化，其包括提交本专利申请时的已知等同物和可预见等同物。
上述说明涉及元件或节点或特征被“连接”或“联接”在一起。如本文所用，除非另外明确说明，否则“连接”意味着一个元件/节点/特征被直接地结合到(或直接地联通)另一个元件/节点/特征，并且不必须是机械地。同样地，除非另外明确说明，否则“联接”意味着一个元件/节点/特征被直接地或间接地结合到(或直接或间接地连通)另一个元件/节点/特征，并且不必须是机械地。因此，尽管图4-9以及图11-16描述了元件的布置，但是额外的介于中间的元件、装置、特征或部件可存在于本公开的实施例中。
本文件使用的术语和短语，以及其中的变体，除非另外明确说明，否则应被理解为开放式的而不是限制性的。作为上述情况的示例:术语“包含”应被理解为“包含，但不限制于”或相似意思；术语“示例”用于提供所示事物示例性实例，而不是其详尽的或限制性的列表；而形容词例如“常规的”、“传统的”、“标准的”、“规格的”、“已知的”和相似意思的术语不应解释为仅限所述物品在给定时间阶段的事物或可于给定时间可获得的有限物品，反而应被理解为包含可用或现在已知或将来任何时候知晓的常规、传统、标准或规格的技术。
同样的，用连词“和”连接的一组事物不应被理解为要求这些事物的每一个出现在组群中，而是应理解成“和/或”，除非另有明确说明。相似的，用连词“或”连接的一组事物不应被理解为被要求在组群中相互排斥，而是应理解为“和/或”，除非另有说明。此外，尽管本公开的事物、元件或组件可被描述或要求保护为单数，但复数被涵盖在其范围内，除非明确说明了限制为单数。这些加宽词和短语例如“一个或更多个”、“至少”、“但不限制于”或在一些情况下其他类似的短语，不应该理解为在这些短语没出现的句子中有意或要求保护较窄的情况。
当术语“大约”涉及一个数值或数值范围时，想要包含在进行测量时可发生的实验误差而导致的数值。
如本文所使用，除非另外明确指出，否则“可操作的”指能够被使用、适合或容易使用或维修、可用于特定目的，和能够执行本文所述的叙述的或期望的功能。关于系统和装置，术语“可操作的”指系统和/或装置是全功能的并且是校准的，当启动时包括执行所述功能的元件并符合可应用的操作要求。关于系统和电路，术语“可操作的”指系统和/或电路是全功能的并且是校准的，当启动时包括执行所述逻辑并符合可应用的操作要求。

Claims (17)

1.一种延伸在空气动力主体上的层流的设备，其包括：
主要层流表面(308)，其沿翼面(302)产生主要层流区域(304)；以及
次级抽吸装置(314)，其位于距所述主要层流表面(308)一定距离处，从而沿所述翼面(302)将所述层流延伸到所述主要层流区域(304)之外。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述次级抽吸装置(314)位于所述主要层流区域(304)内在所述主要层流表面(308)后方。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其中在所述主要层流表面(308)和所述次级抽吸装置(314)之间未施加抽吸。
4.根据权利要求1-3任一项所述的设备，其中所述主要层流表面(308)是空气动力主体的主要层流前缘表面(308)，其提供在所述空气动力主体的前缘(LE)区域内的层流附接线边界层。
5.根据权利要求5所述的设备，其中所述次级抽吸装置(314)位于起始于距所述空气动力主体的所述前缘在翼弦线的约14％至约18％处。
6.根据权利要求1-5任一项所述的设备，其中所述主要层流表面(308、408)经配置用于自然层流操作。
7.根据权利要求1-5任一项所述的设备，其中所述主要层流表面(308、408)经配置用于混合层流，所述主要层流区域(304)由在所述主要层流表面(308)上的抽吸建立，其维持层流在所述主要层流表面(308)上且超出终止所述抽吸的点一定距离。
8.根据权利要求7所述的设备，其中由所述次级抽吸装置所提供的次级抽吸质量流率(336)是所述主要层流表面处的主要抽吸质量流率(326)的约10％至约20％。
9.根据权利要求1-8任一项所述的设备，其中所述翼面是竖直尾翼、水平稳定器、机翼、小翼或前翼中的一个的外表面。
10.根据权利要求1-9任一项所述的设备，其中所述次级抽吸装置(314)被集成到结构夹层壁板(404)中，该结构夹层壁板包括：
表面蒙皮面板(504)，其包括多孔区域(510)；
槽形加强件(512)，其联接至所述表面蒙皮面板，所述槽形加强件包括与所述多孔区域流体连通的抽吸单格(514)；以及
内部背衬面板(506)，其封闭所述槽形加强件。
11.根据权利要求10所述的设备，还包括联接至所述表面蒙皮面板(504)的结构芯层(502)，其中所述槽形加强件(512)在所述结构芯层内联接至所述表面蒙皮面板。
12.根据权利要求10或11所述的设备，还包括用于抽吸来自所述槽形加强件的流体的抽吸装置。
13.根据权利要求11所述的设备，其中所述抽吸装置包括直接联接至所述表面蒙皮面板的面向后方的排水口式被动抽吸源(1402)。
14.根据权利要求10-13任一项所述的设备，还包含：
混合层流清洗和抽吸系统，其用于在所述主要层流表面(308)上提供抽吸；以及
歧管(522、802)，其联接至所述背衬面板，所述歧管将所述次级抽吸装置联接至所述混合层流清洗和抽吸系统。
15.一种飞行器，其包括根据权利要求1-14任一项所述的设备。
16.一种用于在空气动力主体上延伸层流的方法，其包括：
在距沿翼面提供主要层流区域(304)的主要层流表面(308)一定距离处施加抽吸，所述抽吸的施加提供延伸到所述主要层流区域之外的次级层流区域(306)。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述抽吸由位于所述主要层流区域(304)内的次级抽吸装置(314)提供，所述方法还包括在所述主要层流表面上施加抽吸以建立所述主要层流区域(304)，并且其中在所述主要流表面(308)和所述次级抽吸装置(314)之间未施加抽吸。
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