CN104981401A - 向下延伸的翼梢装置 - Google Patents

Abstract

一种飞行器(1)，包括机翼(3)，该机翼的端部具有翼梢装置(5)，其中，翼梢装置包括可动区域(9)，该可动区域(9)能够绕从翼梢装置(5)的平面延伸出的旋转轴线(11)在下述两个构型之间旋转：(i)高海拔巡航构型，在该高海拔巡航构型中，可动区域(9)在机翼(3)下方向下延伸；以及(ii)地面操作构型，在该地面操作构型中，可动区域(9)在机翼(3)后方向后延伸，使得翼梢装置(5)的离地净空增大。

Description

向下延伸的翼梢装置

技术领域

本发明涉及具有向下延伸的翼梢装置的飞行器，并且涉及配置该翼梢装置的方法。

背景技术

在飞行器上使用翼梢装置比如小翼是众所周知的。这种装置力图改善飞行器的空气动力学性能，通常是减小诱导阻力以及增大升力。可能理想的是具有相对较长的翼梢装置，但是向下延伸(下反角)的翼梢装置的长度往往会受到机场操作规程的限制，该机场操作规程管理在机场周围机动时所需的各种净空(比如，用于登机口入口和滑行道安全使用所需要的翼展和/或离地净空)。因此，倾向于集中在使用更长的向上延伸(上反角)的翼梢装置上，而不是向下延伸的装置。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了航空器，该航空器包括机翼，该机翼的端部具有翼梢装置，该翼梢装置能够在下述两个构型之间配置：

(i)高海拔巡航构型，在该高海拔巡航构型中，翼梢装置在机翼下方向下延伸；以及

(ii)地面操作构型，在该地面操作构型中，翼梢装置向后延伸，使得翼梢装置的离地净空增大并且机翼的有效翼展减小。因此，本发明允许在飞行期间使用相对较长的向下延伸的翼梢装置，但之后在地面上操作期间增大离地净空以符合机场净空规程。

在高海拔巡航构型中，翼梢装置在机翼下方向下延伸。这种向下延伸的翼梢装置还可以被称为下反角/与上反角相反的翼梢装置，或者向下倾斜的翼梢装置。

在地面操作构型中，翼梢装置优选地在机翼后方而向后延伸，使得翼梢装置的离地净空增大。在地面操作构型中，翼梢装置仍可以向下延伸一定程度，应当理解的是，该向下延伸小于在高海拔巡航构型中的向下延伸。在地面操作构型中，翼梢装置可以设置成沿大致自由流方向延伸。在地面操作构型中，翼梢装置可以设置成沿与地平面大致平行的方向延伸。在地面操作构型中，翼梢装置可以设置成沿与航空器的纵向轴线大致平行的方向延伸。翼梢装置的延伸方向将是显而易见的，但在任何不确定的情况下，延伸方向可以通过穿过向下延伸的翼梢装置的梢部的假想线，并且沿着中间翼弦来测量。

在本发明的一些实施方式中，翼梢装置可以在采用地面操作构型之后配置成又一构型。在又一构型中，翼梢装置可以设置成沿朝向翼根的方向延伸。在又一构型中，翼梢装置可以设置成大致平行于翼后缘而延伸。这对于确保存在用于服务车辆入口等的足够净空来说可能是有用的。

在本发明的实施方式中，在地面操作构型中，翼梢装置优选地在机翼后方而向后延伸，使得机翼的有效翼展没有增大(相对于高海拔巡航构型)。机翼的有效翼展优选地至少被保持并且更优选地减小。例如，可以使翼梢装置和/或使翼梢装置旋转所围绕的旋转轴线倾斜或以其它方式定向，使得在翼梢装置的旋转期间，翼梢装置向内移动。

整个翼梢装置当在高海拔巡航构型与地面操作构型之间改变时并非必须移动。翼梢装置可以包括能够绕旋转轴线旋转的可动区域。旋转轴线可以从翼梢装置的平面延伸出。可动区域可以绕轴线旋转，使得在高海拔巡航构型中可动区域在机翼下方向下延伸，并且在地面操作构型中可动区域在机翼后方向后延伸。轴线可以大致垂直于翼梢装置的平面。翼梢装置可以设置成在其自身平面内旋转。

应当理解的是，本文中引用的翼梢装置的“区域”通常指的是限定翼梢装置的一部分或在一些实施方式中翼梢装置的全部的3D本体。该区域通常包括翼梢装置的空气动力学表面。

翼梢装置的平面对本领域的技术人员来说将是显而易见的。在任何有疑问的情况下，该平面优选地通过下述平面来限定，该平面沿翼梢装置与机翼之间的界面包括至少两个点并且还包括翼梢装置的梢部。

可动区域可以是从机翼上可拆卸的。这种设置能够使可动区域在损坏的情况下而被移除，使得航空器在此部分已经被损坏的情况下仍可以操作。

根据本发明的第二方面，提供航空器，该航空器包括机翼，该机翼的端部具有翼梢装置，其中，翼梢装置包括可动区域，该可动区域能够绕从翼梢装置的平面延伸出的旋转轴线而在下述两个构型之间旋转：

(i)高海拔巡航构型，在该高海拔巡航构型中，可动区域在机翼下方向下延伸；以及

(ii)地面操作构型，在该地面操作构型中，可动区域向后延伸，使得翼梢装置的离地净空增大。因此，本发明允许在飞行期间在不违反机场离地净空规程的情况下(当翼梢装置被配置成地面操作构型时)，使用相对较长的向下延伸的翼梢装置。

在本发明的任一方面中，可动区域可以形成整个翼梢装置。更优选地，可动区域仅是翼梢装置的一部分。例如，翼梢装置可以包括从机翼向下延伸的并且相对于翼梢装置固定的固定区域。可动区域可以以可旋转的方式安装在固定区域上。通过提供向下延伸的区域，即使当翼梢装置处于地面操作构型中时，也可以保持翼梢装置的一些空气动力学有益效果。这在翼梢装置在飞行期间(例如，着陆之前不久)被临时配置为地面操作构型的情况下可以是有用的。固定区域可以具有翼型横截面。固定区域可以用作固定小翼。

原则上，翼梢装置可以是可配置成介于高海拔巡航构型与地面操作构型之间的中间构型。例如，为了起飞，翼梢装置可以是可配置成产生相对较低阻力的中间构型。为了着陆，翼梢装置可以是可配置成产生相对较高阻力的中间构型。在本发明的一些实施方式中，翼梢装置仅能够在高海拔巡航构型与地面操作构型之间配置。

翼梢装置优选地设置成使得在可动区域在高海拔巡航构型与地面操作构型之间运动期间，固定区域不与可动区域干涉。这种布置例如通过在一个或两个区域中设置切口来实现。然而，更优选地，固定区域和可动区域形成(在高海拔构型中)从固定区域延伸至可动区域的大致平滑的空气动力学表面。在高海拔构型中，可动区域的后缘可以是固定区域的后缘的延续部分。在高海拔构型中，可动区域的前缘可以是固定区域的前缘的延续部分。在这种实施方式中，可动区域和固定区域优选地被剖平面划分。该剖平面优选地垂直于可动区域的旋转轴线而定向。这种设置确保了在可动区域绕所述轴线旋转期间，固定结构不会与可动结构相干涉(并且消除了对于为避免干涉而进行的切除或其它结构修改的需要)。剖平面优选地穿过翼梢装置的前缘和后缘。应当理解的是，剖平面基本是平面的。

固定区域和可动区域的结构可以重叠以形成从固定区域延伸至可动区域的基本连续的空气动力学表面。例如，可动区域的内侧端套设在固定区域内。

限定固定区域的结构可以设置成容纳用于实现翼梢装置在高海拔巡航构型与地面操作构型之间运动的致动器。

在高海拔巡航构型中，翼梢装置的扫掠范围可以与机翼的扫掠范围大致相等。在翼梢装置包括固定区域的实施方式中，固定区域的扫掠范围可以与机翼的扫掠范围大致相等。在本发明的另一实施方式中，翼梢装置(在高海拔巡航构型中)可以具有比机翼更大的扫掠范围。这种设置可以被用于处理压缩性效应。在地面操作构型中，翼梢装置——或者至少是翼梢装置的可动区域——的扫掠范围优选地大于机翼的扫掠范围。

机翼的端部可以包括鼓凸状本体，该鼓凸状本体突出超过机翼的翼型横截面，翼梢装置从鼓凸状本体延伸。鼓凸状部优选地定位在机翼的梢部处。鼓凸状本体可以设置成容纳用于实现翼梢装置在高海拔巡航构型与地面操作构型之间运动的致动器。鼓凸状本体优选地具有非翼型横截面。鼓凸状本体可以是回转体。鼓凸状本体优选地形成非升力面。

机翼的端部可以包括第二翼梢装置。第二翼梢装置可以在机翼上方向上延伸。第一翼梢装置(当处于高海拔巡航构型中)优选地设置成抵消来自向上延伸的第二翼梢装置的漩涡。因此，本发明的机翼既具有向下延伸的翼梢装置又具有向上延伸的翼梢装置的实施方式可以具有相对较低的诱导阻力(在不会因向下延伸的装置的存在而受机场净空规程不当限制的情况下)。

已经在US 6,547,181(Hoisington等人)中提出了用于地面效应翼的可移动的向下延伸的翼梢装置，以避免对主翼造成伤害，或者由于梢部与水——航空器在所述水上方飞行——的碰撞所引起的不稳定性。本发明的翼梢装置能够在高海拔巡航构型与地面操作构型之间移动；本发明不涉及地面效应飞行器。航空器不是地面效应飞行器。在本发明的实施方式中，航空器可以适于高海拔飞行。例如，航空器可以适于在15,000英尺与45,000英尺之间飞行，更优选地在30,000英尺与45,000英尺之间飞行，并且更优选地在35,000英尺至42,000英尺飞行。在本发明的实施方式中，航空器可以适于以0.5马赫与0.9马赫之间的速度飞行，更优选地以0.75马赫与0.9马赫之间的速度飞行，并且更优选地以0.8马赫与0.84马赫之间的速度飞行。航空器优选地包括至少一个、更优选地多个喷气式动力装置。航空器可以例如是UAV(无人机)，但更优选地是飞行器。航空器优选地是民航飞行器。

高海拔巡航构型指的是航空器在高海拔巡航中时的构型。在高海拔巡航构型中，航空器可以在30,000英尺与45,000英尺之间飞行，更优选地在35,000英尺至42,000英尺飞行。在高海拔巡航构型中，航空器可以以在0.5马赫与0.9马赫之间，更优选地以在0.75马赫与0.9马赫之间，并且更优选地以在0.8马赫与0.84马赫之间的速度飞行。应当理解的是，巡航条件通常是使对于当空运时在任何点处的航空器重量而言能够实现最低sfc(燃油消耗率)的最高海拔和速度与最大ML/D(巡航马赫乘以升阻力比)结合的那些条件。

地面操作构型指的是航空器在地面上操作时或者在着陆/起飞(LTO)周期期间的低海拔飞行期间的构型，在该着陆/起飞周期期间中，航空器将要/刚刚在地面上。

机翼优选地是上反角机翼。本发明对于上反角机翼特别有吸引力，因为当上反角机翼在飞行期间向上弯曲时，在上反角机翼上的向下延伸的翼梢装置可以至少在某种程度上抵消有效翼展的任何损失。在高海拔巡航构型中，翼梢装置可以高于航空器机身的最低点。

机翼可以定位成低翼构型。机翼可以定位成中间翼构型。

航空器可以包括用于控制翼梢装置在高海拔巡航构型与地面操作构型之间的操作的控制系统。该控制系统可以设置成将翼梢装置配置成在飞行期间处于高海拔巡航构型以及用于基于地面的操作的地面操作构型(比如，在地面上或者在LTO周期期间的操作)。

根据本发明的另一方面，提供了如本文中所描述的用作机翼的机翼，该机翼的端部具有翼梢装置，该翼梢装置能够在高海拔巡航构型与地面操作构型之间配置。

根据本发明的又一方面，提供了配置航空器上的翼梢装置的方法，该方法包括下述步骤：

在飞行期间，将翼梢装置配置成处于高海拔巡航构型，其中，在该高海拔巡航构型中，翼梢装置在机翼下方向下延伸；以及

对于基于地面的操作，将翼梢装置配置成处于地面操作构型，在该地面操作构型中，翼梢装置在机翼后方向后延伸以增大翼梢装置的离地净空。

基于地面的操作指的是航空器在地面上的操作，比如，滑行，或以其它方式围绕机场机动。该方法可以包括在着陆过程(例如，与起落架展开相结合)期间将翼梢装置从高海拔巡航构型配置成地面操作构型的步骤。该方法可以包括在起飞过程之后或者在起飞过程期间(例如，与起落架收回相结合)将翼梢装置从地面操作构型配置成高升力巡航构型的步骤。

参照本发明的一方面所描述的任何特征同样适用于本发明的任何其它方面，反之亦然。例如，参照航空器所描述的特征同样适用于配置翼梢装置的方法。

附图说明

现在，将参照所附示意图仅通过示例对本发明的各种实施方式进行描述，在附图中：

图1是根据本发明的第一实施方式的飞行器的正视图；

图2是图1的飞行器上的机翼和翼梢装置的稍微偏离的端视图；

图3是图1的飞行器上的机翼和翼梢装置的平面图；

图4是图1的飞行器上的机翼和翼梢装置的正视图；

图5是根据本发明的第二实施方式的飞行器上的机翼和翼梢装置的立体图；

图6是图5的机翼和翼梢装置的端视图；

图7是图5的机翼和翼梢装置的正视图；

图8和图9是根据本发明的其他实施方式的机翼和翼梢装置的正视图；

图10是根据本发明的又一实施方式的飞行器上的机翼和翼梢装置的立体图；

图11是图10的机翼和翼梢装置的端视图；

图12a和图12b是根据本发明的另一实施方式的机翼和翼梢装置的立体图，其中，翼梢装置分别被示出为处于高海拔巡航和地面操作构型；以及

图12c是图12b中的翼梢装置的正视图。

具体实施方式

图1是飞行器1的的一侧的正视图，该飞行器1具有上反角机翼3的向下延伸的翼梢装置5。飞行器1是设计用于以大约0.80至0.85马赫在35,000英尺与42,000英尺之间进行巡航飞行的民航飞行器。平面翼梢装置5被示出为处于高海拔巡航构型，在该高海拔巡航构型中，装置5以大约160度(即，水平面以下70度)的斜度延伸。

翼梢装置本身的空气动力学效益(通常，在减小诱导阻力方面)是众所周知的。可能理想的是具有相对较长的翼梢装置，但是向下延伸的翼梢装置的长度往往会受到机场操作规程的限制，该机场操作规程管理在机场的周围调动时所需的各种净空(比如，用于登机口入口所需要的翼展和/或离地净空)。

图2、图3以及图4分别从端视图、平面视图以及正视图示出了本发明的第一实施方式的飞行器上的翼梢装置。为了清楚起见，在图3的平面图中夸大了由翼梢装置产生的有效翼展增量s。

翼梢装置5由可动区域9和与飞行器机翼3邻接的固定区域7形成。可动区域9上的薄延伸元件(未示出)与固定区域7的下侧重叠。可动区域9以绕旋转轴线11(见图4)的可旋转的方式安装在固定区域7上，其中，该旋转轴线11穿过重叠区域。

在图2中，限定可动区域9的结构以实线绘制以示出处于高海拔巡航构型中的翼梢装置5，并且以虚线绘制以示出处于地面操作构型中的翼梢装置5(下面更详细地描述)。在图4中，可旋转区域9以虚线绘制以示出处于高海拔巡航构型中的翼梢装置5，而可旋转区域9在地面操作构型中并不是可见的(因为可旋转区域9被固定区域7的结构所遮盖)。

参照图2和图4，在高海拔巡航构型中，翼梢装置5的可动区域9在机翼3的下侧的下方向下延伸距离D。由于翼梢装置的斜度，还使机翼3的有效翼展增大了距离S。这种几何结构有利于减小诱导阻力，但是翼梢装置的向下延伸D和沿翼展方向延伸S对于机场净空规程来说太大了。为了缓解此问题，翼梢装置能够被配置成地面操作构型，在该地面操作构型中，翼梢装置5的可动区域9在机翼3后方大致沿顺气流方向向后延伸。可动区域9的旋转轴线11从翼梢装置5的平面垂直地延伸出，使得可动区域9在其自身平面中旋转。这使翼梢装置的向下延伸减小至距离d，并且也使对有效翼展的贡献量减少至所减小的距离s，使得飞行器(当翼梢装置5处于地面操作构型中时)符合机场净空规程。本发明的飞行器因此可以得益于翼梢装置在飞行、尤其是高海拔巡航飞行期间的空气动力学改善，同时仍然能够在地面上机动。

在本发明的第一实施方式中，翼梢装置大体为平面的(没有弯曲或弧度)并且具有翼型横截面。固定区域7从机翼3的前缘往回缩了一个短距离(参见图3)，但具有相同的扫掠角α。当翼梢装置5被设置为高海拔巡航构型时，可动区域9具有与固定区域7相同的扫掠范围，并且在两者之间存在平稳的空气动力学；然而，当翼梢装置5被配置为地面操作构型时，扫掠范围增大(通过使可动区域9绕轴线11的旋转)，使得可动区域9大体上是顺气流方向的。

可动区域9通过在限定固定区域7的结构内安装的马达(未示出)而被致动。马达驱动一系列锥齿轮以产生旋转。在本发明的另一实施方式中，可以使用不同的致动机构，比如，液压学或变形的翼结构。

在本发明的第一实施方式中，飞行器包括用于控制翼梢装置的在两个构型之间的操作的控制系统(未示出)。在起飞之前以及在起飞期间，翼梢装置处于地面操作构型。在起飞之后不久，控制系统命令马达以使翼梢装置5的可动区域9向下并且向前旋转，使得该可动区域9与固定区域7的扫掠范围相匹配并且向下延伸。翼梢装置在爬升、巡航以及下降期间保持该高海拔巡航构型。随着飞行器接近着陆，控制系统命令马达以使可动区域9反向旋转，使得翼梢装置恢复为地面操作构型。

图5至图7中示出了本发明的第二实施方式。本发明的第二实施方式中的与本发明的第一实施方式中的相似特征相对应的特征以与第一实施方式中相同的附图标记、但添加前缀“1”(或在适当的情况下添加“10”)而示出。第二实施方式除了飞行器还包括位于翼103的端部处的向上延伸的翼梢装置113之外，与第一实施方式相同。向上延伸的翼梢装置113以20度的斜度(参见图7)固定，并且设置成减小下洗流并且改善侧洗流。通过与向下延伸的翼梢装置105相结合而使用向上延伸装置113，减小了净涡流(与单独的向上延伸装置相比)。向上延伸装置定位在向下延伸装置的前方(参见图6)。在本发明的第二实施方式中，翼梢还包括鼓凸状本体115，翼梢装置从该鼓凸状本体115延伸。鼓凸状本体115容纳用于使向下延伸的翼梢装置105移动的致动器(未示出)。

图8和图9是根据本发明的其他实施方式的翼梢装置的正视图。在图8的实施方式中，向上延伸的翼梢装置以低于本发明的第二实施方式的斜度固定，并且鼓凸状本体在翼的下侧比上侧突出得更远。在图9的实施方式中，鼓凸状区域115定位成与向下延伸装置105的固定区域107的根部相邻，但不是一直延伸到机翼的前缘。

图10和图11中示出了本发明的又一实施方式。本发明的这个实施方式除了翼梢不包括位于向上和向下延伸装置的根部处的鼓凸状本体之外，与第二实施方式相同。

在上述实施方式中，可动区域以可旋转的方式安装在对固定区域进行限定的结构的下侧上，并且可动区域’9的旋转轴线从翼梢装置’5的平面垂直地延伸出，使得可动区域’9在其自身平面中旋转。图12a至图12d示出了本发明的再一实施方式，其中，可动区域509改为绕轴线517旋转，该轴线517相对于翼梢装置的平面倾斜(因此轴线517以一定角度从图12a至图12c中的页面延伸出)。在这个实施方式中，固定区域507和可动区域509不重叠；相反，所述区域沿穿过翼梢装置505的剖平面519而被划分(图12a和图12c中示出平面的假想椭圆边界以指示剖平面)。剖平面519定向成与旋转轴线517垂直。这确保了当可动区域509从高海拔升力构型(参见图12a)旋转至地面操作构型(参见图12b和图12c)时，可动区域509不会与固定区域507相干涉。使剖平面517以此方式定向消除了对翼梢装置505的一个或两个区域中的切除的需要，和/或对更复杂的旋转运动的需要。

尽管已经参照特定实施方式对本发明进行了描述和说明，但本领域的普通技术人员应当理解，本发明还适用于本文中没有具体说明的许多不同变型。如果在上述描述中提到了具有已知的、明显的或可预知的等同事物的整体或元件，则这种等同事物如同单独阐述那样结合在本文中。应当参照权利要求来确定本发明的真实范围，该范围应当解释为能够包括任何这种等同事物。读者还应当认识到，本发明的被描述为是优选的、有利的、方便或之类的整体或特征是可选的并且不限制独立权利要求的范围。

Claims (12)

1.一种飞行器，所述飞行器包括机翼，所述机翼的端部具有翼梢装置，所述翼梢装置能够在下述两个构型之间配置：

(i)高海拔巡航构型，在所述高海拔巡航构型中，所述翼梢装置在所述机翼下方向下延伸；以及

(ii)地面操作构型，在所述地面操作构型中，所述翼梢装置向后延伸，使得所述翼梢装置的离地净空增大，并且所述机翼的有效翼展减小。

2.根据权利要求1所述的飞行器，其中，所述翼梢装置包括可动区域，所述可动区域能够绕从所述翼梢装置的平面延伸出的旋转轴线旋转，使得在所述高海拔巡航构型中，所述可动区域在所述机翼下方向下延伸；并且在所述地面操作构型中，所述可动区域在所述机翼后方向后延伸。

3.一种飞行器，所述飞行器包括机翼，所述机翼的端部具有翼梢装置，其中，所述翼梢装置包括可动区域，所述可动区域能够绕从所述翼梢装置的平面延伸出的旋转轴线而在下述两个构型之间旋转：

(i)高海拔巡航构型，在所述高海拔巡航构型中，所述可动区域在所述机翼下方向下延伸；以及

(ii)地面操作构型，在所述地面操作构型中，所述可动区域向后延伸，使得所述翼梢装置的离地净空增大。

4.根据权利要求2或3所述的飞行器，其中，所述翼梢装置包括从所述机翼向下延伸的并且相对于所述机翼固定的固定区域，并且其中，所述可动区域以可旋转的方式安装在所述固定区域上。

5.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述飞行器适于在15,000英尺与45,000英尺之间的高海拔飞行。

6.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述飞行器适于以在0.5马赫与0.9马赫之间的速度飞行。

7.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述机翼是上反角机翼。

8.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述机翼的所述端部包括鼓凸状本体，所述鼓凸状本体突出超过所述机翼的翼型横截面，所述翼梢装置从所述鼓凸状本体延伸。

9.根据任一前述权利要求所述的飞行器，其中，所述机翼的所述端部具有第二翼梢装置，所述第二翼梢装置在所述机翼上方向上延伸。

10.根据任一前述权利要求所述的飞行器，还包括控制系统，所述控制系统用于控制所述翼梢装置的在所述高海拔巡航构型与所述地面操作构型之间的操作，所述控制系统设置成将所述翼梢装置配置成处于所述高海拔巡航构型以用于飞行，以及配置成所述地面操作构型以用于基于地面的操作。

11.一种用作根据任一前述权利要求所述的机翼的机翼，所述机翼的端部具有翼梢装置，所述翼梢装置能够在所述高海拔巡航构型与所述地面操作构型之间配置。

12.一种配置飞行器上的翼梢装置的方法，所述方法包括下述步骤：

在飞行期间，将所述翼梢装置配置成处于高海拔巡航构型，在所述高海拔巡航构型中，所述翼梢装置在机翼的下方向下延伸；以及

对于基于地面的操作，将所述翼梢装置配置成处于地面操作构型，在所述地面操作构型中，所述翼梢装置在所述机翼后方向后延伸，以增大所述翼梢装置的离地净空。