CN104760686B - 包括带封闭柔性榫舌的槽的空气动力轮廓的空气喷射装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及包括带封闭柔性榫舌的槽的空气动力轮廓的空气喷射装置。空气喷射装置包括具有槽(36)和喷嘴(42)的空气动力轮廓。装置包括被安装嵌入空气动力的轮廓的柔性榫舌(48)，榫舌(48)在位于喷嘴(42)内的空气和外部空气之间的压力差的影响下能够被提升，通过这种方式阻塞槽(36)。在不需要喷射空气的飞行阶段期间，榫舌(48)使在轮廓上制造的槽(36)被阻塞成为可能，以防止外部的空气进入所述槽。在空气动力轮廓上的空气流不受影响，并且没有阻力的增加。因为榫舌(48)的提升是由压力差导致的，因而不需要任何用于提升它的控制机构。

Description

包括带封闭柔性榫舌的槽的空气动力轮廓的空气喷射装置

技术领域

本发明涉及带空气喷射装置的空气动力轮廓。

背景技术

根据一个特定的实施例，本发明应用于支撑用于飞机的推进单元的支架(pylon)，该支架包括这样的空气动力轮廓，并应用于包括这样的支架的飞机。

在其运动期间，任何交通工具的空气动力轮廓被暴露于这种交通工具的其他轮廓的尾流中，或者出现干扰其空气边界层的现象。由于无论如何设计，该支架都会引起尾流，因此，其中推进单元被安装在支架上的飞机尤其受到影响。

支架的轮廓的边界层的厚度在朝向轮廓的下游的方向增加，是显著的原因。

因此，在支架的后沿处产生由自由空气流的速度与在轮廓的下游区域的空气的局部速度之间的差体现出的“速度不足”(或“速度亏损”)。

呈现这个速度不足的区域也是关于空气的“质量流速不足”(或者“质量流速亏损”)的位置。因此，空气具有被吸入到速度不足区域的趋势，从而导致紊流。

速度的不连续性和尾流的紊流导致，在其他的东西之中，增大由推进单元的涡轮的扇叶产生的噪音，当所述的扇叶通过支架的尾流时，可能会降低乘客的舒适度，并引起环境的干扰。于是，这被称为“屏蔽”效应。

因此，有必要限制会在支架的尾流引起压力改变的“屏蔽”效应。

在支撑推进单元的支架的特殊的情况中，有必要消除空气流亏损，并因此减少其表面上的速度的亏损。

为了消除空气流亏损的一个解决方案是从轮廓的后沿附近的高压源处吹动空气，并因此，减小速度的亏损。

为此，文献US4917336描述了一种空气喷射装置，其包括输送空气的喷嘴，在所述装置中，空气经过在支撑飞机推进单元的支架的吸力侧和压力侧上构造的槽排出。

这个解决方案的缺点是在支架上的制造的开口不允许被阻塞。

目前，在后沿上的支架的空气动力轮廓上的常设的开口在空气动力轮廓上形成了中断。这样的中断在空气流中引起干扰，因此，在不需要喷射空气的飞行阶段期间，增加了诱导阻力。此外，开口未封闭，空气具有进入所述开口的趋势，更进一步地干扰流。

为了解决这个问题，文献FR2971765中提出了类似的喷射装置，其进一步包括两个具有孔的格栅，通过该孔，空气被喷射。由于情景指示例如作为支架改变的影响范围，所述格栅能够相对彼此移动，允许孔部分地或者全部地被阻塞。

然而，因为其事实上需要控制打开和关闭格栅的系统，所以，这样的装置的使用是复杂的。其在加工公差方面被证明是难以达到的，并且也不是很坚固。

发明内容

通过提出包括具有开口和通向开口的喷嘴的轮廓的空气喷射装置，本发明打算克服现有技术中的至少一个缺点。

本发明的特征在于，喷射装置包括柔性榫舌(tongue)，其按照轮廓的连续性固定，以阻塞开口，所述的柔性榫舌在位于喷嘴中的空气和外部的空气之间的压力差的影响下能够被提升。

在不需要喷射空气的运动(在飞机空气动力轮廓的情况下的飞行阶段)中，榫舌允许在轮廓上构造的开口被阻塞。从而，其防止外部的空气进入其中。

因此，在轮廓表面上的空气流未被改变，使其尽可能地避免诱导阻力的增大。

特定地，榫舌可以与空气动力轮廓齐平，从而按照轮廓的连续性延伸。因此，后者未呈现可能导致干扰空气流的不连续性或者粗糙。

榫舌是柔性的，并且能够在位于喷嘴内部空气和外部空气之间的简单的压差的影响之下被提升，这个事实提供的好处是不再需要提供任何机构用于使其打开。

根据一个有利的特征，空气喷射装置包括鼓风箱(英文名一般称为增压室)，喷嘴构成了所述鼓风箱的窄部，所述窄部是弯曲的，通过这种方式，鼓风箱中包含的空气通过开口被喷射，从而使其与轮廓相切。

在一个特定实施例中，鼓风箱进一步包括垂直于开口的纵向方向的平面中延伸的加强部。

在一个特定实施例中，鼓风箱包括位于被设置在所述箱内的喷嘴的进口的隔板(英文名通常用于使空气均匀的板)，通过这种方式，空气经过所述的隔板进入喷嘴。

在一个特定实施例中，鼓风箱、喷嘴和位于喷嘴的进口处的隔板被作为单独的零件制造。

在一个特定实施例中，开口是在轮廓的整个长度方向上制造的槽。

在一个特定实施例中，在垂直于开口的纵向方向的平面中喷嘴的横截面是逗号形状。

在一个特定实施例中，喷射装置在开口的区域包括沿轮廓的长度均匀分布的加强部。

在一个特定实施例中，柔性榫舌是由沿着轮廓的长度的若干不同硬度的部分组成的。

本发明也涉及支撑用于飞机的推进单元的支架，其包括根据本发明的空气喷射装置，以及最后涉及包括这样的装置的飞机。

附图说明

接下来，在通过对非限制方式给出的实施例并参照附图的描述的过程，其他的特征和优点变成显而易见的，其中：

图1是通过两个被安装在飞机机翼下游的反转的螺旋桨发动机推动的飞机的原理示意图；

图2是图1的细节的示意图，包括遭受通过支撑一个发动机的支架引起的干扰的区域；

图3是图2中的支架的空气动力轮廓的横截面示意图，同样示出了在其表面上的粘滞边界层和速度轮廓的下游的空气速度轮廓；

图4是用于具有根据本发明的一个实施例的空气动力轮廓的旨在支撑用于飞机的推进单元的支架的部分的示意透视图；

图5是图4的细节示意透视图；

图6是根据本发明的一个实施例的空气动力轮廓的部分的横截面视图；

图7a是依照第一个实施例的具有被设置在喷嘴的进口处的隔板的空气喷射装置的示意透视图；

图7b是依照第二个实施例的具有被设置在喷嘴的进口处的隔板的空气喷射装置的示意透视图；

图8是具有依照本发明的第三个实施例的空气喷射装置的空气动力轮廓的示意透视图。

具体实施方式

图1(现有技术)示出了包括推进系统2的飞机机身1，推进系统包括包含在吊舱4中的发动机和螺旋桨6。每个推进系统仅具有一个螺旋桨也是有可能的。

该吊舱4通过支架8被支撑并连接到机身1上。支架这个词在这里是表示围绕支撑推进系统的结构的空气动力整流罩和可能被连接到这里的任何装置。这样的装置并未被示出。

如上文中的阐述一样，在飞行期间，支架8导致在其尾部10的干扰和如图2所示的紊流。

图3示出了该事实：边界层12的厚度在支架8的轮廓的下游方向上逐渐增加，导致速度轮廓14。

支架8的后沿16的速度轮廓14在位于支架8的下游的区域18内具有速度不足(或亏损)V_d。该速度不足V_d对应于自由流速V₀和在图3中考虑的示例中的局部速度V之间的差值。

区域18呈现这个速度不足V_d，也呈现质量流速不足，这具有沿着通过箭头17示意性指示的路径将空气引入其中的效果。

在图4到图8中示出的喷射装置19使该速度不足(亏损)减轻变成可能。在下文中，喷射装置的轮廓合并到飞机支架的轮廓，但是，其被安装在飞机的其他表面也是可能的。因此，支架、支架轮廓或者喷射装置轮廓等词是能够被交换使用的。在这个特定情况下，它是空气动力轮廓。

图4示出了沿着X轴延伸的支架20，包括具有通过风管26(供给管)提供空气的鼓风箱(英文名一般称为增压室)24的主体机构22。

鼓风箱24被设置在支架20的后沿28中。在图4中，通过举例的方式，其被设置在沿着支架20的翼弦的大半部分上(事实上，其优选地被设置在沿着支架20的翼弦的75％以上)，翼弦是沿着Z轴延伸的。

来自于风管26的空气，例如，来源于飞机发动机。因此，压缩空气通过未被示出的但是在现有技术中是已知的空气排出系统排出。

需要注意的是，在图5示出的实施例中，风管26在鼓风箱24的进口29处终止。

进口29被制造在支架20的后沿的鼓风箱24的侧肋30。

进口29是选定尺寸的，从而允许鼓风箱24的容积31能被提供空气。

在图5中示出的实施例中，鼓风箱24的容积31从支架20的前肋32a(离后沿28最远)延伸直到后肋32b(最临近后沿28)为止。因此，该容积31包括支架20的中间肋32c。

在未被示出的一个实施例中，风管26可延伸越过后梁30进入鼓风箱24。

在这种情况下，风管26穿过后梁30，并延伸越过支架20的所有的或者部分的长度，即沿着X轴。

在未被示出的一个实施例中，为允许空气排入鼓风箱24中，风管26可能被有规则地穿孔。

与这个可选方案相相关的优点是鼓风箱24的容积31内的空气更均匀。

正如前面所示的一样，空气一旦离开风管26，就被传到鼓风箱24中，并通过喷射区域34排出。

喷射区域34形成鼓风箱24的容积31的一部分，并被设置在前肋32a的附近。也就是，喷射区域34远离支架20的后沿28。

因为喷射区域34是空气从鼓风箱24排出的位置，其包括在支架20的空气动力轮廓的外表面上制造的开口36，更详细的在图6中是显而易见的。

在该详细实施例中，开口36是在支架20的轮廓的整个长度上延伸的槽，或者换句话说是沿着X轴延伸的槽。事实上优选的是，就构造成支撑具有螺旋桨的推进单元的支架的轮廓来说，由于开口36在沿着X轴的最大长度上延伸，以便于在整个螺旋桨叶片上乃至超出的范围吹动空气。

然而，开口36也可以只是在支架20的轮廓的部分长度上延伸。

在下文中，无限制地，开口36将指的是槽。

这里的槽36在支架20的吸力面38上制造。然而，在支架20的空气动力轮廓的压力面上，或者，甚至在支架20的空气动力轮廓的吸力面和压力面上都制造这样的槽36是有可能的。

在下文中，将会非限制的参考附图中示出的实施例，也就是说，具有在支架20的轮廓的吸力面38上制造的槽36的实施例。

参照图6，喷射区域34和位于该处的喷射装置19的元件将会被更详细描述，该位置的视角是在垂直于X轴的YZ平面。

喷射装置19包括端部44(端部朝向轮廓20的外部引导)通向槽36中的喷嘴42。

该端点44更特定地引导成与支架20的后沿28对置，从而，离开其的空气被朝向支架20的后沿28引导。

喷嘴42的端部44在一方面通过在支架20的整个或者部分长度上延伸的强化肋46被限定，在另一方面通过支架20的吸力面38被限定。

强化肋46被设置为与支架20的吸力面38有关的额外的厚度，从而，在空气被喷射并被朝向后沿28引导时，空气与支架20的吸力面38保持接触。

将注意的是，如同槽36在支架20的整个长度上延伸一样，这里的强化肋46也在支架20的整个长度上延伸。

喷射装置19进一步包括与吸力面38齐平的柔性榫舌48，以便于阻塞槽36。这里，它被固定到强化肋46。

因此，当没有空气流从鼓风箱24通过喷嘴42被喷射时，槽36被阻塞。

这使得能够防止在吸力面38上流动的空气的边界层冲进槽36中。

此外，因为柔性榫舌48固定成与吸力面38齐平，这确保在槽36的任意侧上的吸力面38的轮廓的连续性。

换句话说，因为柔性榫舌48的出现，吸力面38从后沿28直到强化肋46是持续的和平滑的。

因此，吸力面38上的空气流未被槽36的出现干扰，因为，柔性榫舌48未在吸力面38的表面上形成任何粗糙。

在并未被示出的实施例中，柔性榫舌48可以由沿着支架20(沿着X轴)的若干不同刚性的部件组成。这使得能够依靠每个部件的柔性改变沿着支架20的槽36的尺寸，因此，改变吹到推进系统2的螺旋桨的叶片上的空气流速。

因此，吹到叶片尖部的空气能够比吹到叶片的基部的空气更多。

柔性榫舌48也能够在位于喷嘴内部42的空气和外部的空气之间的压力差的影响下被提升。

优选地，柔性榫舌48由铝、合成材料，例如碳化纤维强化塑料(CFRP是被强化碳膜的塑料)或者高弹性材料制成。

因此，柔性榫舌48只有当空气被喷射的时候，换句话说，仅仅当需要的时候，才提升。

例如，柔性榫舌48是使用沿着支架20的长度均匀分布的紧固件49被固定到强化肋46上。

例如，紧固件49以直径3.2mm的埋头钉固定。

可选择地，在未被示出的具体实施例中，柔性榫舌48通过粘合或者焊接固定到强化肋46上。

现在将描述与喷嘴42连接的鼓风箱24的内部。

在附图中示出的具体实施例中，喷嘴42构成鼓风箱24的窄部。

换句话说，鼓风箱24的容积31中所包含的空气从鼓风机24持续地从鼓风箱24传到喷嘴42。

在垂直于支架20的纵向方向的平面YZ内的喷嘴42的横截面面积小于鼓风箱24的剩余部分在相同平面YZ内的横截面面积。

喷嘴42也具有弯曲的形状，以便于鼓风箱24所包含的空气经过其端部44被喷射，从而，与支架的吸力面38相切。

更特定地，在垂直于槽36的纵向方向(朝着X轴的方向)的平面(平面YZ)内的喷嘴42的横截面是逗号形状，弯曲的端部44被朝向支架的后沿28引导。喷嘴42的另一个加宽的端部通向鼓风箱24。

这种构造考虑到允许空气与空气动力轮廓(在这种情况下是支架20的轮廓)相切地喷射的空气动力情况。

特定地，端部44的弯曲形状意味着空气在被喷射前必须进行“周围转向(aboutturn)”。

此外，端部44的弯曲形状使得能够实现由鼓风箱24和喷嘴42组成的紧凑的组件。这尤其地意味着这样的组件能够被设置为尽可能接近支架20的后梁30。

这样的优点是，支架的主体结构22的后梁30的位置能够被设置为尽可能的靠后，因此，使支架20的翼弦最大化成为可能，从而改善其机械完整性。

喷嘴42的逗号形状通过确保空气在支架20的空气动力轮廓的表面的切线上被喷射，也使空气动力情况进一步的优化。

图7和8示出了鼓风箱24的互补元件的两个不同的实施例。

优选实施例中在图7中被示出，鼓风箱24包括从喷嘴42的弯曲形状延伸的第一部分24a，该第一部分24a变宽直到第二部分24b。

第二部分24b在平面YZ上的横截面是大体上矩形形状。

因此，其包括平坦表面24e，所述平坦表面包括隔板(用于使空气均匀的板)50，或者被设置于喷嘴42的进口处的分离过滤器。

平坦表面24e一方面通过垂直于平坦表面24e的下联接表面24c被连接到第一部分24a上，在另一方面，通过相对于下联接表面24c稍微倾斜的在上联接表面24b被连接到24a上。

因此，平坦表面24e和隔板50被定位在鼓风箱内24大体上垂直于吸力面38，或换句话说是在大体上平行于平面XY的平面。

在从风管26过来的空气的路径中，隔板50相对于喷嘴42被定位在鼓风箱24的上游。

因此，来自于风管26的空气在其在鼓风箱24的容积31内膨胀之前，有利地穿过隔板50被均匀化。

换句话说，隔板50构成了鼓风箱24的进口，通过该处，来自于风管26的进口空气到达。

图7a和7b示出了隔板50的两个选项，包括不同形状和横截面的孔。

因此，图7a的隔板50包括沿着过滤器的整个长度延伸的矩形孔。

在图7b中，隔板50包括沿着板的整个长度和整个宽度均匀地分布在一些排上的圆形的孔，在这个举例中是7排。

不言而喻，为了最好的适合所需喷射条件，也就是在喷嘴42中被需要的压力和流速，孔的尺寸、数目、布局和形状可以改变。

因此，优选地，孔尺寸以获得均匀流的方式制定。

仍然根据在图7a和7b中被示出的实施例，鼓风箱24进一步地包括在垂直于槽36的纵向方向(X方向)的平面也就是在鼓风箱24的横向平面中延伸的内部加强部52。

在这个举例中，内部加强部52在平行于平面YZ或甚至于垂直于X轴的平面内行进。

内部加强部52的关键的功能是在结构上强化鼓风箱24，从而防止喷嘴42的端部44的过度形变，并且当槽在飞行期间经历负载时，防止槽36的过度形变。

这时因为，任何对端部44的改变可被证实是对被喷射的空气流所要求的稳定性是不利的。通过内部加强部52被提供的强化允许这被避免。

内部加强部52优选地在鼓风箱24的长度上均匀分布。

在一个详细实施例中，例如，内部加强部52是由铝制成，厚度为2mm，每150mm布置。

内部加强部52的数量可以是根据由端部44经历的负载自然地改变。

在未改变支架20的外表面的情况下，至少一个内部加强部52被定位在鼓风箱24的内部的事实提供对喷嘴42的端部44的强化的优点。这意味着在其空气动力轮廓上的空气流未被干扰。

将注意的是，每个内部加强部52之间的间隙(间隔)取决于许多因素。

因此，为了槽36上给定的制造公差，所使用的材料越刚性(例如，假如使用钛制造而不是铝制造)或者内部加强部52越厚，更大可能地增加内部加强部52之间的间隙。

相反地，由于内部加强部52的给定的材料和厚度，槽36上的制造公差会更严格，并且两个连续的内部加强部52之间的间隙将会更小。

优选地，鼓风箱24、喷嘴42和隔板50作为单独的零件制造。

优选地，这样的零件可以是通过三维打印(“额外层制造”)或者通过铸造被制造。

优选地，被选择的材料将会是钛或者铝，其在机械强度和空载质量的减小之间提供了良好的折中。

由于构件的形状的缺陷被限制的事实，该制造方法显著确保通过鼓风箱24和槽36的更佳空气流和该空气流的更佳的均匀化。

此外，它还允许内部加强部52的更简单的定位，而使用加工方法很难实现。

因此，不需要在支架20的空气动力表面放置外部加强部，从而，还可以在飞行期间限制对空气边界层的进一步的干扰。

在图8中示出的可选实施例中，其更适合于通过常规的加工制造，鼓风箱124被限制在底部基座126和顶部基座128上，二者通过空的空间被分离，空气通过该空间扩散。

在那个实施例中，风管(未示出)沿着支架的整个长度(沿着X轴)穿过支架20。

顶部基座128包括类似于在先前的实施例中的喷射装置19的喷射装置119，除了强化肋146包括沿着槽36均匀分布的外部加强部147。

这些外部加强部147执行内部加强部52的作用，也就是说，它们强化喷嘴42的端部44，以防止端部和槽36在飞行期间形变。

底部基座126包括执行如先前的实施例中一样作用的隔板150，也就是，其被定位成来自于风管(未在该图中示出)的空气当在鼓风箱124中扩散之前穿过它。

该解决方案是比实施例更经济的可选方案，这是由于未依靠三维的印刷技术。

在未示出的但是可与先前的实施例相关的可选实施例中，隔板合并到喷嘴中。

在该情况下，风管在鼓风箱的进口处停止。

利用该实施例的一个优点是使空气喷射装置的质量被减小。

当然，本发明并未局限于上文中描述的实施例。

将注意的是，根据本发明的空气喷射装置不在乎鼓风箱的形状，或者甚至没有鼓风箱而工作。

相反地，如上文中被描述的鼓风箱能被适用于配合任何喷射装置。然而，其使用确实被证明对根据本发明的空气喷射装置的性能是相当有益的。

Claims (11)

1.一种空气喷射装置，包括交通工具的具有开口(36)和通向所述开口(36)的喷嘴(42)的空气动力轮廓，

其特征在于，所述空气喷射装置包括柔性榫舌(48)，其按照所述轮廓的连续性固定，以阻塞所述开口(36)，所述柔性榫舌(48)能够在位于所述喷嘴(42)中的空气和外部的空气之间的压力差的影响下提升。

2.根据权利要求1所述的空气喷射装置，其特征在于，其进一步包括鼓风箱(24；124)，所述喷嘴(42)形成所述鼓风箱(24)的窄部，所述窄部是弯曲的，使得被容纳在所述鼓风箱中的空气通过所述开口(36)被喷射，从而使其与所述轮廓相切。

3.根据权利要求2所述的空气喷射装置，其特征在于，所述鼓风箱(24；124)包括在垂直于所述开口(36)的纵向方向的平面内延伸的加强部(52)。

4.根据权利要求2或3所述的空气喷射装置，其特征在于，所述鼓风箱(24；124)包括被布置在所述箱(24；124)中位于所述喷嘴(42)的进口处的隔板(50；150)，使得进入所述喷嘴(42)的空气经过所述隔板(50；150)。

5.根据权利要求4所述的空气喷射装置，其特征在于，所述鼓风箱(124)、所述喷嘴(42)、和所述隔板(50)作为单独的零件制造。

6.根据权利要求1-3中的任一项所述的空气喷射装置，其特征在于，所述开口(36)是在所述轮廓的整个长度上制造的槽。

7.根据权利要求1-3中的任一项所述的空气喷射装置，其特征在于，在垂直于所述开口(36)的纵向方向的平面内的所述喷嘴(42)的横截面是逗号形状。

8.根据权利要求1-3中的任一项所述的空气喷射装置，其特征在于，其在所述开口(36)的区域包括沿着所述轮廓的长度均匀分布的加强部(52，147)。

9.根据权利要求1-3中的任一项所述的空气喷射装置，其特征在于，所述柔性榫舌(48)由沿着所述轮廓的长度的若干不同硬度的部分组成。

10.一种支撑用于飞机的推进单元的支架，其包括根据前述权利要求中的任一项所述的空气喷射装置。

11.一种包括根据权利要求1到9中任一项所述的空气喷射装置的飞机。