CN108216571B - 用于飞行器的机翼 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于飞行器的机翼，包括主翼、缝翼和用于将缝翼以可移动的方式连接至主翼的连接组件，其中，连接组件包括第一连杆元件和第二连杆元件。第一连杆元件具有经由第一接头以可旋转的方式安装至缝翼的第一连杆端部和经由第二接头以可旋转的方式安装至主翼的第二连杆端部。第二连杆元件具有经由第三接头以可旋转的方式安装至缝翼的第一元件端部和经由第四接头以可旋转的方式安装至主翼的第二元件端部。本发明的目的——提供一种包括针对最小空间和重量优化的连接组件的机翼——通过使第一接头、第二接头和第三接头形成为球形接头或万向接头、同时使第四接头形成为铰链接头而实现，其中，铰链轴线在机翼厚度方向与翼展方向之间倾斜。

Description

用于飞行器的机翼
技术领域
本发明涉及用于飞行器的机翼。该机翼包括主翼、缝翼和用于将缝翼以可移动的方式连接至主翼的连接组件，使得缝翼可以在用于巡航飞行的收缩位置与用于起飞和着陆的至少一个展开位置(优选地两个或更多个展开位置)之间移动。
连接组件包括长形的、优选地为杆状的第一连杆元件和第二连杆元件。第一连杆元件具有第一连杆端部和相反的第二连杆端部。第一连杆端部经由第一接头以可旋转的方式、特别是以可枢转的方式安装至缝翼。第二连杆端部经由第二接头以可旋转的方式、特别是以可枢转的方式安装至主翼。第二连杆元件具有第一元件端部和相反的第二元件端部。第一元件端部经由与第一接头间隔开的第三接头以可旋转的方式、特别是以可枢转的方式安装至缝翼。第二元件端部经由与第二接头间隔开的第四接头以可旋转的方式、特别是以可枢转的方式安装至主翼。
背景技术
在本领域中已知的机翼使用缝翼轨道来将缝翼以可移动的方式安装至主翼。缝翼通常以固定的方式连接至缝翼轨道的一端，同时缝翼轨道以其能够沿缝翼轨道的纵向轴线方向移动的方式安装至主翼。以这种方式，缝翼的运动通过缝翼轨道沿其纵向轴线的方向上的预定路径的运动单独地限定。这样的缝翼轨道和相应的缝翼轨道的运动路径在主翼的前缘部分需要相当大的空间，因此当缝翼轨道处于收缩位置时，缝翼轨道通常必须穿透主翼的前梁，这又需要复杂的结构。
在本领域中已知的替代的机翼不使用缝翼轨道，而是替代地利用连杆机构运动学。从US 1,780,838和WO2008/135266A1中已知四连杆机构，其中，两个连杆元件的第一端部联接至缝翼并且两个连杆元件的相反的第二端部联接至主翼。两个连杆元件以彼此间隔开并且能够围绕在翼展方向上延伸的旋转轴线旋转的方式联接至缝翼和主翼。这种布置要求连杆元件、接头和致动器形成为具有高强度以抵抗缝翼上的空气负载。从US 1,780,838还已知四连杆机构的旋转轴线可以在机翼厚度方向上延伸而不是在翼展方向上延伸。以这种方式，缝翼执行横向运动，但是不执行沿着机翼轮廓的曲率的曲线运动。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于飞行器的机翼，该机翼包括针对最小空间、最小重量和空气动力学有利的路径而优化的连接组件。
该目的通过以下方式实现：第一接头和第二接头形成为允许围绕多于一个旋转轴线(特别是围绕两个垂直的旋转轴线)的旋转(特别是枢转)的球形接头或万向接头。球形接头通常是无扭矩的，即不传递扭矩，而万向接头能够传递扭矩。此外，第三接头和第四接头中的一者形成为允许围绕多于一个旋转轴线(特别是围绕两个垂直的旋转轴线)的旋转(特别是枢转)的球形接头或万向接头。第三接头和第四接头中的另一者形成为允许仅围绕单一铰链轴线的旋转(特别是枢转)的铰链接头。以这种方式，连接组件形成为主动组件和从动组件，其中，第一连杆元件形成不能在翼展方向上传递载荷的从动元件，而第二连杆元件形成由于铰链接头从而能够在翼展方向上传递载荷的主动元件。此外，铰链轴线在机翼厚度方向与翼展方向之间倾斜或成角度。这意味着铰链轴线既不平行于机翼厚度方向，也不平行于翼展方向。铰链轴线可以垂直于翼弦方向，即可以在机翼厚度方向和翼展方向上延展的平面中延伸。然而，铰链轴线也可以相对于翼弦方向倾斜，即可以在机翼厚度方向和翼展方向上延展的平面与翼弦方向之间倾斜，使得铰链轴线既不垂直于也不平行于翼弦方向。
通过这样的第二连杆元件的单一铰链轴线在机翼厚度方向与翼展方向之间倾斜的连杆机构运动学，获得第三接头相对于主翼的运动的最佳路径，进而获得整个缝翼相对于主翼的运动的最佳路径，同时，连接组件，特别是致动器、接头和连杆元件形成为更好地抵抗和转移在缝翼上产生的空气负载，进而允许获得具有最小重量的结构。此外，连接组件仅需要最小的空间。
根据优选实施方式，第三接头形成为允许围绕多于一个旋转轴线的旋转、特别是枢转的球形接头或万向接头，而第四接头形成为允许仅围绕单一铰链轴线的旋转、特别是枢转的铰链接头。以这种方式，铰链接头安装至主翼并且球形接头或万向接头安装至缝翼。然而，也可以将铰链接头安装至缝翼并且将球形接头或万向接头安装至主翼。
根据另一优选实施方式，铰链轴线在机翼厚度方向与翼展方向之间倾斜在0°至60°之间、优选地在5°至50°之间、更优选地在10°至45°之间、更优选地在20°至30°之间的角度，该角度是在机翼厚度方向和翼展方向上延展的平面中从机翼厚度方向朝向翼展方向测得。通过铰链轴线的这种成角度的布置方式，连接组件的尺寸和重量可以最小化，同时优化缝翼的运动路径。
根据又一优选实施方式，第二连杆元件形成为具有两个分开的长形的、优选为杆状的支腿(即第一支腿和第二支腿)的A形连杆，其中，支腿在第一元件端部处刚性地连结在一起并且在第二元件端部处间隔开。优选地，第一支腿和第二支腿可以经由支撑支柱连接以提供附加的支承以及第一支腿和第二支腿之间的整体性。第四接头包括第一支腿处的第一接头部分和第二腿部处的第二接头部分。铰链轴线对应于连接第一接头部分和第二接头部分的直线。两个支腿的连结或分开可以在第一元件端部与第二元件端部之间的某个点处，即在第一元件端部附近或在第二元件端部附近或在第一元件端部与第二元件端部之间的中点附近。第一接头部分和/或第二接头部分可以形成为铰链接头，或者可以形成为万向接头或球形接头以避免约束力。通过这样的形成为A形连杆的第二连杆元件，形成能够沿缝翼的运动路径可靠地保持和引导缝翼的高强度铰链接头。
根据又一优选实施方式，第一接头和/或第三接头直接安装至缝翼。以这种方式，不需要将第一连杆元件和第二连杆元件连接至缝翼的其他结构元件。
或者，优选地，第一接头经由固定地(特别是刚性地)安装至缝翼的第一连接元件连接至缝翼，并且/或第三接头经由固定地(特别是刚性地)安装至缝翼的第二连接元件连接至缝翼。通过这样的第一连接元件和/或第二连接元件，可以根据需要调节缝翼的运动路径。
特别地，优选地，第一连接元件形成为第一杆并且/或第二连接元件形成为第二杆。第一杆和第二杆代表用于将第一接头和第三接头以间隔开的方式连接至缝翼的简单且轻便的结构元件，从而可以限定期望的缝翼的运动路径。
根据优选实施方式，第一接头和第三接头布置成使得它们在机翼厚度方向上间隔开。优选地，第一接头布置在第三接头上方。以这种方式，可以通过第一连杆元件和第二连杆元件将力偶引入到缝翼中，以便保持缝翼以抵抗由空气载荷引入的相应的力矩。
根据另一优选实施方式，第一接头和第三接头布置在相对于翼展方向相同的位置。以这样的方式，确保没有扭转力矩通过第一接头和第三接头引入到缝翼中。然而，第一接头和第三接头也可以在翼展方向上间隔开。
根据又一优选实施方式，第二接头和第四接头在翼展方向上间隔开。以这种方式，第一连杆元件和第二连杆元件不会彼此干涉。然而，第二接头和第四接头也可以布置在相对于翼展方向相同的位置。
根据另一优选实施方式，第二接头和第四接头安装至主翼的前梁，并且不穿透前梁。根据本发明的连接组件可以以紧凑的方式构造，使得该连接组件完全装配在主翼的前梁前面的部分中，从而使得前梁不需要被穿透，并且不需要轨道容置部。
在又一优选实施方式中，连接组件还包括用于启动缝翼相对于主翼的在收缩位置与展开位置之间的运动的驱动单元。
特别地，优选地，驱动单元包括驱动第一连杆元件围绕第二接头并且/或驱动第二连杆元件围绕第四接头运动的旋转致动器。以这种方式，第一连杆元件和/或第二连杆元件形成为代表简单、有效且节省空间的驱动概念的旋转驱动臂。
或者或另外，优选地，驱动单元包括在翼展方向上与第一连杆元件和/或第二连杆元件间隔开的位置将缝翼连接至主翼的从动联接杆。优选地，联接杆在其第一端部处以可旋转的方式联接至缝翼，并且连接至或接合线性致动器，线性致动器安装至主翼，优选地以可旋转的方式安装至主翼。线性致动器可以例如呈驱动小齿轮、液压缸或电磁线性马达的形式。或者，联接杆在其第一端部处以可旋转的方式联接至缝翼并且在其相反的第二端部处以可旋转的方式连接至旋转驱动臂，其中，驱动臂以可旋转驱动的方式安装至主翼。以这种方式，驱动单元不需要布置在与第一连杆元件和/或第二连杆元件相同的翼展位置，从而允许第一连杆元件和第二连杆元件的更紧凑和节省空间的设计。
根据本发明的另一优选实施方式，连接组件是第一连接组件。此外，提供了在翼展方向上的与第一连接组件间隔开的位置将缝翼连接至主翼的第二连接组件。优选地，第二连接组件形成为第一连接组件，即包括与第一连接组件相同的特征，特别是如结合任何前面的实施方式在前面所述的连接至缝翼和主翼的第一连杆元件和第二连杆元件。以这种方式，缝翼通过彼此间隔开并且以相同的方式形成的至少两个连接组件保持至主翼，从而允许两个连接组件的更紧凑的设计。或者，第二连接组件也可以优选地以与第一连接组件不同的方式形成。
本发明的另一方面涉及一种用于将缝翼以可移动的方式连接至飞行器的主翼的连接组件，如在前面结合用于飞行器的机翼所描述的。该连接组件包括具有第一连杆端部和相反的第二连杆端部的第一连杆元件。第一连杆端部构造成经由第一接头以可旋转的方式安装至缝翼。第二连杆端部构造成经由第二接头以可旋转的方式安装至主翼。连接组件还包括具有第一元件端部和第二元件端部的第二连杆元件。第一元件端部构造成经由第三接头以可旋转的方式安装至缝翼。第二元件端部构造成经由第四接头以可旋转的方式安装至主翼。第一接头和第二接头形成为允许围绕多于一个旋转轴线旋转的球形接头或万向接头。第三接头和第四接头中的一者形成为允许围绕多于一个旋转轴线旋转的球形接头或万向接头，而第四接头和第三接头中的另一者形成为允许仅围绕单一铰链轴线旋转的铰链接头。铰链轴线在机翼厚度方向与翼展方向之间倾斜。
如在上面结合用于飞行器的机翼所描述的连接组件的特征、效果和优点也适用于本连接组件。
附图说明
下面结合附图更详细地描述本发明的优选实施方式。附图如下所示
图1根据本发明的第一实施方式的用于飞行器的机翼的示意性侧视图，
图2图1的机翼的俯视图，
图3图1的机翼的正视图，
图4根据第二实施方式的机翼的示意性立体图，
图5图4的机翼的俯视图，
图6图4的机翼的立体图，其中缝翼处于收缩位置，
图7图6的机翼的俯视图，
图8图4的机翼的立体图，其中缝翼处于部分展开位置，
图9图8的机翼的俯视图，
图10图4的机翼的立体图，其中缝翼处于完全展开位置，
图11图10的机翼的俯视图，
图12将在图4至图11的机翼中使用的包括呈液压缸形式的线性致动器的驱动单元的示意性侧视图，
图13将在图4至图11的机翼中使用的包括呈驱动小齿轮形式的线性致动器的替代性驱动单元的示意性侧视图，
图14将在图4至图11的机翼中使用的包括旋转驱动臂的驱动单元的示意性侧视图，
图15根据本发明的机翼的实施方式的示意性俯视图，其中，缝翼通过第一连接组件和第二连接组件连接至主翼。
具体实施方式
在图1至图3中，示出了根据本发明的用于飞行器的机翼1的第一实施方式。机翼1包括主翼3、缝翼5和连接组件7，连接组件7用于将缝翼5以可移动的方式连接至主翼3，使得缝翼5能够相对于主翼3在收缩位置9和展开位置11a、11b之间移动。
连接组件7包括第一连杆元件13和第二连杆元件15。第一连杆元件13具有第一连杆端部17和相反的第二连杆端部19。第一连杆端部17经由第一接头21以可旋转的方式安装至缝翼5。第二连杆端部19经由第二接头23以可旋转的方式安装至主翼3。第二连杆元件15具有第一元件端部25和相反的第二元件端部27。第一元件端部25经由第三接头29以可旋转的方式安装至缝翼5。第二元件端部27经由第四接头31以可旋转的方式安装至主翼3。
第一接头21、第二接头23和第三接头29形成为允许围绕多于一个旋转轴线旋转的球形接头。第四接头31形成为允许仅围绕单一铰链轴线33旋转的铰链接头。如图3所示，铰链轴线33在机翼厚度方向35和翼展方向37之间倾斜。特别地，铰链轴线33在机翼厚度方向35和翼展方向37之间倾斜从机翼厚度方向35朝向翼展方向37测量的在20度和30度之间的角度39。铰链轴线33还在机翼厚度方向35和翼展方向37上延展的平面与翼弦方向41之间倾斜。
第二连杆元件15形成为具有两个分开的支腿15a、15b的A形连杆，其中，两个分开的支腿15a、15b在第一元件端部25处刚性地连结在一起并且在第二元件端部27处间隔开。第四接头31包括在第一支腿15a处的第一接头部分31a和在第二支腿15b处的第二接头部分31b。铰链轴线33对应于连接第一接头部分31a和第二接头部分31b的直线。
第一接头21和第三接头29在机翼厚度方向35上间隔开，其中，第一接头21布置在第三接头29的上方。第一接头21和第三接头29布置在相对于翼展方向37相同的位置中。第二接头23和第四接头31在翼展方向37上间隔开。第二接头23和第四接头31安装至主翼3的前梁43。在第一实施方式中，第一接头21和第三接头29直接安装至缝翼5。
连接组件包括用于启动缝翼5在收缩位置9与展开位置11a、11b之间的运动的驱动单元45。在第一实施方式中，驱动单元45包括驱动第二连杆元件15围绕第四接头31运动的旋转致动器47。
图4至图11示出了根据本发明的用于飞行器的机翼1的第二实施方式，第二实施方式与图1至图3所示的第一实施方式的不同之处在于第一接头21和第三接头29不直接安装至缝翼5。替代地，第一接头21经由固定地安装至缝翼5的呈第一杆51的形式的第一连接元件49连接至缝翼5。此外，第三接头29经由固定地安装至缝翼5的呈第二杆55的形式的第二连接元件53连接至缝翼5。机翼1的第二实施方式与第一实施方式的不同之处还在于铰链轴线33还在翼弦方向41上倾斜，即在翼弦方向41与在翼展方向37和机翼厚度方向35上延展的平面之间倾斜，如例如在图5中所示。
图6至图11示出了缝翼5在收缩位置9与展开位置11a、11b之间的运动，其中，图6和图7示出了处于收缩位置9的缝翼5，图8和图9示出了处于部分展开位置11a的缝翼5，而图10和11示出了处于完全展开位置11b的缝翼5。如图6至图11所示，当缝翼5从收缩位置9移动到部分展开位置11a并进一步移动到完全展开位置11b时，第一连杆元件13在翼展方向37和翼弦方向41上围绕第二接头23枢转，使得第一接头21与缝翼5一起在翼展方向37、机翼厚度方向35和翼弦方向41上移动。同时，第二连杆元件15围绕在翼展方向37、机翼厚度方向35与翼弦方向41之间倾斜的铰链轴线33枢转，使得第三接头29与缝翼5一起在翼弦方向41上、在翼展方向37上并且在机翼厚度方向35上移动。
图6至图11所示的第二实施方式与图1至图3所示的第一实施方式的不同之处还在于：驱动单元45包括在翼展方向37上的与第一连杆元件13和第二连杆元件15间隔开的位置将缝翼5连接至主翼3的从动联接杆57。图12至图14以横穿翼展方向37的横截面视图示出了如何形成和布置从动联接杆57的三个选项。如图12所示，联接杆57可以在其第一端部59处以可旋转的方式联接至缝翼5并且可以连接或接合至线性致动器61，线性致动器61安装至主翼3。图12示出了线性致动器61形成为液压缸63的选项，而图13示出了线性致动器61形成为从动小齿轮65的另一选项。或者，如图14所示，联接杆57还可以在其第一端部59处以可旋转的方式联接至缝翼5，并且在其相反的第二端部67处以可旋转的方式连接至旋转驱动臂69，旋转驱动臂69旋转地安装至主翼3。
所有描述的实施方式具有共同之处：连接组件7是第一连接组件7a，并且提供在翼展方向37上的与第一连接组件7a间隔开的位置将缝翼5连接至主翼3的第二连接组件7b，如图15所示。在所示的优选实施方式中，第二连接组件7b形成为第一连接组件7a，但是第二连接组件7b也可以形成为与第一连接组件7a不同。

Claims (17)

1.一种用于飞行器的机翼(1)，包括：
主翼(3)，
缝翼(5)，以及
连接组件(7)，所述连接组件(7)用于将所述缝翼(5)以可移动的方式连接至所述主翼(3)，使得所述缝翼(5)能够在收缩位置(9)与至少一个展开位置(11a、11b)之间移动，其中，所述连接组件(7)包括
第一连杆元件(13)，所述第一连杆元件(13)具有第一连杆端部(17)和相反的第二连杆端部(19)，其中，所述第一连杆端部(17)经由第一接头(21)以可旋转的方式安装至所述缝翼(5)，并且其中，所述第二连杆端部(19)经由第二接头(23)以可旋转的方式安装至所述主翼(3)，以及
第二连杆元件(15)，所述第二连杆元件(15)具有第一元件端部(25)和相反的第二元件端部(27)，其中，所述第一元件端部(25)经由与所述第一接头(21)间隔开的第三接头(29)以可旋转的方式安装至所述缝翼(5)，并且其中，所述第二元件端部(27)经由与所述第二接头(23)间隔开的第四接头(31)以可旋转的方式安装至所述主翼(3)，
其特征在于，
所述第一接头(21)和所述第二接头(23)形成为允许围绕多于一个旋转轴线旋转的球形接头或万向接头，
所述第三接头(29)和所述第四接头(31)中的一者形成为允许围绕多于一个旋转轴线旋转的球形接头或万向接头，而所述第三接头(29)和所述第四接头(31)中的另一者形成为允许仅围绕单一铰链轴线(33)旋转的铰链接头，并且
所述铰链轴线(33)在机翼厚度方向(35)与翼展方向(37)之间倾斜。
2.根据权利要求1所述的机翼，其中，所述第三接头(29)形成为允许围绕多于一个旋转轴线旋转的球形接头或万向接头，而所述第四接头(31)形成为允许仅围绕单一铰链轴线(33)旋转的铰链接头。
3.根据权利要求1所述的机翼，其中，所述铰链轴线(33)在所述机翼厚度方向(35)与所述翼展方向(37)之间倾斜从所述机翼厚度方向(35)朝向所述翼展方向(37)测量的在0°至60°之间的角度(39)。
4.根据权利要求2所述的机翼，其中，所述第二连杆元件(15)形成为具有两个分开的支腿(15a、15b)的A形连杆，其中，所述两个分开的支腿(15a、15b)在所述第一元件端部(25)处刚性地连结在一起，并且在所述第二元件端部(27)处间隔开，其中，所述第四接头(31)包括在第一支腿(15a)处的第一接头部分(31a)和在第二支腿(15b)处的第二接头部分(31b)，并且其中，所述铰链轴线(33)对应于连接第一接头部分(31a)和第二接头部分(31b)的直线。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的机翼，其中，所述第一接头(21)和/或所述第三接头(29)直接安装至所述缝翼(5)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的机翼，其中，所述第一接头(21)经由固定地安装至所述缝翼(5)的第一连接元件(49)连接至所述缝翼(5)，并且/或者，所述第三接头(29)经由固定地安装至所述缝翼(5)的第二连接元件(53)连接至所述缝翼(5)。
7.根据权利要求6所述的机翼，其中，所述第一连接元件(49)形成为第一杆(51)，并且/或者，所述第二连接元件(53)形成为第二杆(55)。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的机翼，其中，所述第一接头(21)和所述第三接头(29)在所述机翼厚度方向(35)上间隔开。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的机翼，其中，所述第一接头(21)和所述第三接头(29)布置在相对于所述翼展方向(37)相同的位置。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的机翼，其中，所述第二接头(23)和所述第四接头(31)在所述翼展方向(37)上间隔开。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的机翼，其中，所述第二接头(23)和所述第四接头(31)安装至所述主翼(3)的前梁(43)。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的机翼，其中，所述连接组件(7)还包括用于启动所述缝翼(5)在所述收缩位置(9)与所述展开位置(11a、11b)之间的运动的驱动单元(45)。
13.根据权利要求12所述的机翼，其中，所述驱动单元(45)包括驱动所述第一连杆元件(13)围绕所述第二接头(23)并且/或驱动所述第二连杆元件(15)围绕所述第四接头(31)运动的旋转致动器(47)。
14.根据权利要求12所述的机翼，其中，所述驱动单元(45)包括从动联接杆(57)，所述从动联接杆(57)在所述翼展方向(37)上的与所述第一连杆元件(13)和/或所述第二连杆元件(15)间隔开的位置处将所述缝翼(5)联接至所述主翼(3)，其中，所述从动联接杆(57)以可旋转的方式联接至所述缝翼(5)，并且所述从动联接杆(57)与安装至所述主翼(3)的线性致动器(61)连接或者以可旋转的方式与安装至所述主翼(3)的旋转驱动臂(69)连接。
15.根据权利要求3所述的机翼，其中，所述角度(39)在10°至45°之间。
16.根据权利要求3所述的机翼，其中，所述角度(39)在20°至30°之间。
17.一种用于将缝翼(5)以可移动的方式连接至飞行器的主翼(3)的连接组件(7)，所述连接组件包括：
第一连杆元件(13)，所述第一连杆元件(13)具有第一连杆端部(17)和相反的第二连杆端部(19)，其中，所述第一连杆端部(17)构造成经由第一接头(21)以可旋转的方式安装至所述缝翼(5)，并且其中，所述第二连杆端部(19)构造成经由第二接头(23)以可旋转的方式安装至所述主翼(3)，以及
第二连杆元件(15)，所述第二连杆元件(15)具有第一元件端部(25)和第二元件端部(27)，其中，所述第一元件端部(25)经由与所述第一接头(21)间隔开的第三接头(29)以可旋转的方式安装至所述缝翼(5)，并且其中，所述第二元件端部(27)构造成经由与所述第二接头(23)间隔开的第四接头(31)以可旋转的方式安装至所述主翼(3)，
其特征在于，
所述第一接头(21)和所述第二接头(23)形成为允许围绕多于一个旋转轴线旋转的球形接头或万向接头，
所述第三接头(29)和所述第四接头(31)中的一者形成为允许围绕多于一个旋转轴线旋转的球形接头或万向接头，而所述第三接头(29)和所述第四接头(31)中的另一者形成为允许仅围绕单一铰链轴线(33)旋转的铰链接头，并且
所述铰链轴线(33)在机翼厚度方向(35)与翼展方向(37)之间倾斜。
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