CN108945392B - 一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构 - Google Patents

Abstract

一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构，涉及飞机技术领域，包括蒙皮，蒙皮内设有翼梁、两根桁条、多块肋板和多个突节结构；蒙皮的圆弧端设有多个突节蒙皮，多个突节蒙皮沿机翼长边方向均布，且每个突节蒙皮均位于相邻的每两块肋板之间对应的蒙皮上，每个突节结构均对应一个突节蒙皮，每个突节结构均包括前缘突节、伸缩杆、伸缩套筒、驱动装置和固定底座，固定底座底部与翼梁固定连接，固定底座的顶部与伸缩套筒的一端固定连接，伸缩杆的一端从伸缩套筒的另一端伸入至其内部，伸缩杆的另一端与前缘突节的底部固定连接，驱动装置位于伸缩套筒上，驱动装置能够使伸缩杆沿伸缩套筒的轴向平移。

Description

一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构

技术领域

本发明涉及飞机技术领域，特别涉及一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构。

背景技术

当飞机飞行攻角过大时，很容易出现突然失速现象，造成严重的后果。提高飞机的失速攻角，一直是航空界需要克服的难题。

在海洋的世界里，大型捕食动物的转弯性能受到身体的机动性和灵活性的限制，他们在捕食猎物的过程中，由于特殊的的进食方式，使得它们在身体比较僵硬的情况下限制了他们在海洋中自身活动的灵活性。然而，生物学家观察发现，体型硕大的驼背鲸捕食猎物的过程中机动性能却相当灵活。为了捕捉猎物甚至可以30°至90°的攻角以2.6m/s的速度从食物下方接近他们。经过观察，驼背鲸的身体尺寸同样巨大和僵硬，但是驼背鲸鳍的前缘有很大的类似于瘤状的突节结构存在，而这些前缘突起结构可以改善水动力性能，从而提高了驼背鲸在水中活动的灵活性。使得他们能够在水下做出很多复杂的动作，包括急速的翻跟头、急转弯、急速上浮和下潜等。

针对驼背鲸在大型海洋生物中机动性能的优势，特别是捕食过程中在大攻角下良好的水动性能，根据仿生学原理，将驼背鲸鳍特殊的前缘突节结构应用在飞机机翼上，以改善大攻角下飞机机翼的气动性能具有很好的工程实际意义。经国内外学者大量的实验和仿真分析表明，在较小的攻角下，标准机翼的气动性能略大于带有前缘突节结构的仿驼背鲸鳍机翼，当攻角增大到一定程度时，标准机翼出现突然失速现象，气动性能急剧下。而此时同等条件下的仿驼背鲸鳍机翼的气动性能要远远优于标准机翼，并未出现明显的失速现象。因此带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼具有明显改善大攻角下机翼气动性能的效果，有效的延迟了飞机的失速攻角。然而现阶段对对仿驼背鲸鳍机翼的研究还处在起步阶段，人们对该机翼的研究尚停留在实验模型分析阶段，且实验模型结构相对固定，不能实现标准机翼和仿驼背鲸鳍机翼的自由转换。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构，为了更好的体现出标准机翼和仿驼背鲸鳍机翼在各自攻角范围内的气动性能优势，充分利用大攻角下前缘突节结构能延迟飞机失速攻角这一技术优势，解决现有的飞机机翼结构单一，大攻角下气动性能差的缺点。

本发明提供的一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构，包括蒙皮，蒙皮为中空水滴状结构，蒙皮的一端为圆弧端，蒙皮内设有翼梁、两根桁条、多块肋板和多个突节结构，翼梁和两根桁条的长边方向均与机翼结构的长边方向平行，多块肋板均套装并均布在翼梁上，且多块肋板与翼梁垂直；多块肋板中的每块肋板的侧壁均与蒙皮贴合，两根桁条均依次穿过每块肋板，且两根桁条的侧壁分别与蒙皮贴合，两根桁条相对于每块肋板对称，且靠近蒙皮的另一端；

蒙皮的圆弧端设有多个突节蒙皮，多个突节蒙皮沿机翼长边方向均布，且每个突节蒙皮均位于相邻的每两块肋板之间对应的蒙皮上，多个突节蒙皮中的每个突节蒙皮均为弧形，多个突节结构中的每个突节结构均对应一个突节蒙皮，每个突节结构均包括前缘突节、伸缩杆、伸缩套筒、驱动装置和固定底座，固定底座底部与翼梁固定连接，固定底座的顶部与伸缩套筒的一端固定连接，伸缩杆的一端从伸缩套筒的另一端伸入至其内部，伸缩杆的另一端与前缘突节的底部固定连接，前缘突节的端部为弧形，且与其对应的突节蒙皮的内表面贴合，驱动装置位于伸缩套筒上，驱动装置能够使伸缩杆沿伸缩套筒的轴向平移。

所述驱动装置包括弹簧、齿轮条、驱动电机、蜗轮、齿轮轴和齿轮，驱动电机通过电机固定架固定在所述伸缩套筒上，齿轮轴通过齿轮轴固定架固定在所述伸缩套筒上，驱动电机的输出端与蜗轮固定连接，齿轮轴的一端为蜗杆，蜗杆与蜗轮啮合连接，齿轮轴的另一端与齿轮固定连接，齿轮与齿轮条啮合连接，齿轮条固定在所述伸缩杆上，弹簧位于所述伸缩杆与所述伸缩套筒之间。

所述弹簧在标准机翼状态时为预紧状态。

所述伸缩套筒的侧壁上设有齿轮啮合口，所述齿轮穿过齿轮啮合口与所述齿轮条啮合连接，且所述齿轮能够在齿轮啮合口内沿所述伸缩套筒的轴向移动。

所述固定底座与所述翼梁通过铆钉固定连接。

所述多个突节蒙皮中的每个突节蒙皮的材质均为表面光洁、耐高温、耐腐蚀、收缩性能良好的柔性材料。

机翼在标准机翼状态时，所述多个突节蒙皮中的每个突节蒙皮均与所述蒙皮通过蒙皮连接点平稳过渡连接；机翼在仿驼背鲸鳍机翼状态时，所述每个突节蒙皮均向前拉伸突出为球状。

所述多个突节蒙皮中的每个突节蒙皮均与所述蒙皮均通过胶粘的方式固定连接。

所述多个突节蒙皮的数量根据机翼的翼长而定，翼长越大，所述多个突节蒙皮的数量越多。

本发明提供一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构，，可实现标准机翼和仿驼背鲸鳍机翼的自由转换，具有大小攻角下均良好的气动性能，保证飞机飞行安全。

附图说明

图1是本发明提供的一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构的示意图；

图2是本发明提供的一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构中突节结构示意图；

图3是本发明提供的一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构中标准机翼状态示意图；

图4是本发明提供的一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构中仿驼背鲸鳍机翼状态示意图；

图5是本发明提供的一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构在不同攻角下的升力系数变化示意图；

其中，

1蒙皮，2翼梁，3桁条，4肋板，5突节结构，6突节蒙皮，7前缘突节，8伸缩杆，9伸缩套筒，10驱动装置，11固定底座，12弹簧，13齿轮条，14驱动电机，15蜗轮，16齿轮轴，17齿轮，18电机固定架，19齿轮轴固定架，20蜗杆，21齿轮啮合口，22蒙皮连接点，23铆钉。

具体实施方式

为了解决现有技术存在的问题，如图1至图5所示，本发明提供了一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构，包括蒙皮1，蒙皮1为中空水滴状结构，蒙皮1的一端为圆弧端，蒙皮1内设有翼梁2、两根桁条3、多块肋板4和多个突节结构5，翼梁2和两根桁条3的长边方向均与机翼结构的长边方向平行，多块肋板4均套装并均布在翼梁2上，且多块肋板4与翼梁2垂直；多块肋板4中的每块肋板4的侧壁均与蒙皮1贴合，两根桁条3均依次穿过每块肋板4，且两根桁条3的侧壁分别与蒙皮1贴合，两根桁条3相对于每块肋板4对称，且靠近蒙皮1的另一端；蒙皮1和蒙皮1内的翼梁2、桁条3、和多块肋板4均为机翼常见结构，多块肋板4的数量根据机翼的翼长而定。

蒙皮1的圆弧端设有多个突节蒙皮6，多个突节蒙皮6中的每个突节蒙皮6均与蒙皮1均通过胶粘的方式固定连接。多个突节蒙皮6的数量根据机翼的翼长而定，翼长越大，多个突节蒙皮6的数量越多。

多个突节蒙皮6沿机翼长边方向均布，且每个突节蒙皮6均位于相邻的每两块肋板4之间对应的蒙皮1上，多个突节蒙皮6中的每个突节蒙皮6均为弧形，多个突节结构5中的每个突节结构5均对应一个突节蒙皮6，每个突节结构5均包括前缘突节7、伸缩杆8、伸缩套筒9、驱动装置10和固定底座11，固定底座11底部与翼梁2通过铆钉23固定连接，固定底座11的顶部与伸缩套筒9的一端固定连接，伸缩杆8的一端从伸缩套筒9的另一端伸入至其内部，伸缩杆8的另一端与前缘突节7的底部固定连接，前缘突节7的端部为弧形，且与其对应的突节蒙皮6的内表面贴合，驱动装置10位于伸缩套筒9上，驱动装置10能够使伸缩杆8沿伸缩套筒9的轴向平移，即伸缩杆8能够在伸缩套筒9内自由伸缩。

驱动装置10包括弹簧12、齿轮条13、驱动电机14、蜗轮15、齿轮轴16和齿轮17，驱动电机14通过电机固定架18固定在伸缩套筒9上，齿轮轴16通过齿轮轴固定架19固定在伸缩套筒9上，齿轮轴固定架19焊接在伸缩套筒9上，齿轮轴16能够在齿轮轴固定架19内转动，驱动电机14的输出端与蜗轮15固定连接，驱动电机14的输入端与飞机的控制系统相连，驱动电机14为市面上常见产品。

齿轮轴16的一端为蜗杆20，蜗杆20与蜗轮15啮合连接，齿轮轴16的另一端与固定连接，齿轮17与齿轮条13啮合连接，齿轮条13固定在伸缩杆8上，伸缩套筒9的侧壁上设有齿轮啮合口21，齿轮17穿过齿轮啮合口21与齿轮条13啮合连接，且齿轮17能够在齿轮啮合口21内沿伸缩套筒9的轴向移动。

弹簧12位于伸缩杆8与伸缩套筒9之间。弹簧12在标准机翼状态时为预紧状态。

多个突节蒙皮6中的每个突节蒙皮6的材质均为表面光洁、耐高温、耐腐蚀、收缩性能良好的柔性材料。

机翼在标准机翼状态时，多个突节蒙皮6中的每个突节蒙皮6均与蒙皮1通过蒙皮连接点22平稳过渡连接；机翼在仿驼背鲸鳍机翼状态时，每个突节蒙皮6均向前拉伸突出为球状。

本发明提供了一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构，其工作原理如下：

当飞机在小攻角下飞行时，机翼处在标准机翼状态，即突节结构5收缩在机翼内部，此时突节蒙皮6与蒙皮1平稳融合，驱动装置10中的驱动电机14呈锁定状态，即驱动电机14通电但未运转，蜗轮15、蜗杆20、齿轮条13、齿轮轴16和齿轮17均静止不转动，此时，弹簧12为预紧状态，且受到驱动电机14锁定状态的影响不动；

当飞行攻角过大时，通过飞机的控制系统启动驱动电机14，解除锁定状态，弹簧12瞬间弹出，使伸缩杆8的一部分弹出伸缩套筒9呈伸出状态，前缘突节7拉伸使其对应的突节蒙皮6突出为球状附着在机翼前缘前端，即如图4所示的仿驼背鲸鳍机翼状态；此时机翼具有良好的气动性能，如图5所示；

当飞行从大攻角变为小攻角时，通过驱动电机14的输出端带动蜗轮15转动，从而使蜗轮15啮合的蜗杆20转动，蜗杆20带动齿轮轴16和与齿轮轴16固定连接的齿轮17转动，从而使齿轮条13产生沿伸缩套筒9轴向的位移，进而使伸缩杆8恢复至缩回状态，即标准机翼状态，此时，弹簧12受伸缩杆8的作用恢复至预紧状态，将驱动电机14锁定。

本发明提供了一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构，可根据飞机飞行攻角大小的不同，瞬间实现标准机翼和带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构的转换。在小攻角下，标准机翼的气动性能要优于带有前缘突节结构的仿驼背鲸鳍机翼，此时可自由伸缩的前缘突节7处于收缩状态。当飞行攻角过大时，标准机翼出现失速现象，造成飞行危险。研究发现带有前缘突节7的仿驼背鲸鳍机翼在大攻角下具有良好的气动性能，此时可自由伸缩的前缘突节7在弹簧12的瞬间作用下向前伸出，实现标准机翼向仿驼背鲸鳍机翼的瞬间转换，以获得良好的气动性能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构，其特征在于，所述机翼结构包括蒙皮(1)，蒙皮(1)为中空水滴状结构，蒙皮(1)的一端为圆弧端，蒙皮(1)内设有翼梁(2)、两根桁条(3)、多块肋板(4)和多个突节结构(5)，翼梁(2)和两根桁条(3)的长边方向均与机翼结构的长边方向平行，多块肋板(4)均套装并均布在翼梁(2)上，且多块肋板(4)与翼梁(2)垂直；多块肋板(4)中的每块肋板(4)的侧壁均与蒙皮(1)贴合，两根桁条(3)均依次穿过每块肋板(4)，且两根桁条(3)的侧壁分别与蒙皮(1)贴合，两根桁条(3)相对于每块肋板(4)对称，且靠近蒙皮(1)的另一端；

蒙皮(1)的圆弧端设有多个突节蒙皮(6)，多个突节蒙皮(6)沿机翼长边方向均布，且每个突节蒙皮(6)均位于相邻的每两块肋板(4)之间对应的蒙皮(1)上，多个突节蒙皮(6)中的每个突节蒙皮(6)均为弧形，多个突节结构(5)中的每个突节结构(5)均对应一个突节蒙皮(6)，每个突节结构(5)均包括前缘突节(7)、伸缩杆(8)、伸缩套筒(9)、驱动装置(10)和固定底座(11)，固定底座(11)底部与翼梁(2)通过铆钉(23)固定连接，固定底座(11)的顶部与伸缩套筒(9)的一端固定连接，伸缩杆(8)的一端从伸缩套筒(9)的另一端伸入至其内部，伸缩杆(8)的另一端与前缘突节(7)的底部固定连接，前缘突节(7)的端部为弧形，且与其对应的突节蒙皮(6)的内表面贴合，驱动装置(10)位于伸缩套筒(9)上，驱动装置(10)能够使伸缩杆(8)沿伸缩套筒(9)的轴向平移；

所述驱动装置(10)包括弹簧(12)、齿轮条(13)、驱动电机(14)、蜗轮(15)、齿轮轴(16)和齿轮(17)，驱动电机(14)通过电机固定架(18)固定在所述伸缩套筒(9)上，齿轮轴(16)通过齿轮轴固定架(19)固定在所述伸缩套筒(9)上，驱动电机(14)的输出端与蜗轮(15)固定连接，齿轮轴(16)的一端为蜗杆(20)，蜗杆(20)与蜗轮(15)啮合连接，齿轮轴(16)的另一端与齿轮(17)固定连接，齿轮(17)与齿轮条(13)啮合连接，齿轮条(13)固定在所述伸缩杆(8)上，弹簧(12)位于所述伸缩杆(8)与所述伸缩套筒(9)之间。

2.根据权利要求1所述的带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构，其特征在于，所述弹簧(12)在标准机翼状态时为预紧状态。

3.根据权利要求1所述的带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构，其特征在于，所述伸缩套筒(9)的侧壁上设有齿轮啮合口(21)，所述齿轮(17)穿过齿轮啮合口(21)与所述齿轮条(13)啮合连接，且所述齿轮(17)能够在齿轮啮合口(21)内沿所述伸缩套筒(9)的轴向移动。

4.根据权利要求1所述的带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构，其特征在于，所述多个突节蒙皮(6)中的每个突节蒙皮(6)的材质均为表面光洁、耐高温、耐腐蚀、收缩性能良好的柔性材料。

5.根据权利要求1所述的带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构，其特征在于，机翼在标准机翼状态时，所述多个突节蒙皮(6)中的每个突节蒙皮(6)均与所述蒙皮(1)通过蒙皮连接点(22)平稳过渡连接；机翼在仿驼背鲸鳍机翼状态时，所述每个突节蒙皮(6)均向前拉伸突出为球状。

6.根据权利要求1所述的带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构，其特征在于，所述多个突节蒙皮(6)中的每个突节蒙皮(6)均与所述蒙皮(1)均通过胶粘的方式固定连接。

7.根据权利要求1所述的带有前缘突节的仿驼背鲸鳍机翼结构，其特征在于，所述多个突节蒙皮(6)的数量根据机翼的翼长而定，翼长越大，所述多个突节蒙皮(6)的数量越多。