CN110271658B - 用于飞行器的气流控制系统的前缘结构 - Google Patents

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Abstract

披露了一种用于飞行器(1)的气流控制系统的前缘结构(11)，所述前缘结构包括：前缘面板(13)，所述前缘面板以弯曲的方式围绕集气室(17)，所述集气室(17)在翼展方向(19)上延伸，其中所述前缘面板(13)具有从前缘点(23)延伸至第一附接端(25)的第一侧部部分(21)，其中所述前缘面板(13)具有与所述第一侧部部分(21)相对的第二侧部部分(27)，所述第二侧部部分从所述前缘点(23)延伸至第二附接端(29)，其中所述前缘面板(13)包括面向所述集气室(17)的内表面(33)以及与周围气流(39)接触的外表面(37)，并且其中所述前缘面板(13)包括多个微孔(45)，所述多个微孔在所述集气室(17)与所述周围气流(39)之间形成流体连接。提供更精确地适于需求的更有效的前缘结构的目的是通过以下方式实现的：所述集气室(17)被分隔壁(49)分隔成所述前缘点(23)区域中的前缘集气室段(51)、以及在所述前缘集气室段(51)下游的下游集气室段(53)。

Description

用于飞行器的气流控制系统的前缘结构
技术领域
本发明涉及一种用于飞行器的气流控制系统的前缘结构，特别是用于混合层流控制系统的前缘结构，在此空气被吸入和吹出流动主体的多孔表面以便使得层流区域沿着流动主体延伸。本发明的其他方面涉及一种包括这种前缘结构的垂直尾翼以及一种包括这种前缘结构或这种垂直尾翼的飞行器。也可能并且是优选的是前缘结构是飞行器的水平尾翼或机翼的一部分。
背景技术
前缘结构包括前缘面板，该前缘面板以弯曲的(即弓形的)方式围绕集气室。集气室在翼展方向上延伸穿过前缘结构。
当在翼展方向上的截面中观察时，前缘面板具有在前缘结构的第一侧上从前缘点(即从前缘结构的前尖)延伸至第一附接端的第一侧部部分，该第一附接端被配置成附接至位于前缘下游的另一结构。此外，前缘面板具有与第一侧部部分相对的第二侧部部分，其中第二侧部部分在前缘结构的与第一侧相对的第二侧上从前缘点延伸至第二附接端，该第二附接端被配置成附接至位于前缘下游的另一结构。
前缘面板包括面向集气室的内表面以及与周围气流接触的外表面。此外，前缘面板包括多个微孔(例如穿孔)，这些微孔在集气室与周围气流之间形成流体连接，使得来自周围气流的空气可以通过微孔被吸入到集气室中，并且来自集气室的加压空气可以通过微孔被吹出到周围气流中。
这种前缘结构在混合层流控制系统领域是已知的。为了将空气通过微孔从集气室吹出到周围气流中，集气室中的压力需要高于作用在前缘面板外表面上的周围气流的外部压力。由于周围气流的外部压力在前缘点区域(在此进入的周围气流以基本上垂直的方式撞击前缘面板的外表面)中具有最大值，因此用于吹出空气所需的集气室压力由前缘点区域中的外部压力来决定。然而，在前缘点区域的更下游的侧部部分处，外部压力显著低于前缘点周围的压力，使得为了在这些下游区域中吹出空气，显著较低的集气室压力就足够了。
本发明的目的是提供更精确地适于需求的更有效的前缘结构。
发明内容
这个目的是通过以下方式实现的：集气室被分隔壁分隔成前缘点区域中的前缘集气室段以及在前缘集气室段下游(即进一步远离前缘点)的下游集气室段。分隔壁优选地与翼展方向平行地延伸，并且由例如纤维增强塑料膜形成。优选地，两个集气室段彼此密封，使得在前缘集气室段中的压力不会影响下游集气室段中的压力。以这种方式，可以分别在前缘集气室段和下游集气室段中施加单独的压力，从而允许集气室压力根据需要沿着前缘面板的第一侧部部分和第二侧部部分向下游调整以克服周围气流的外部压力。具体而言，在下游集气室段中，可以施加比前缘集气室段中的压力显著更低的压力，这样进而允许下游集气室段和相关联的入口及管道部件被设计成具有最小的重量和空间要求并且在入口处引起较小的空气动力阻力。
优选地，分隔壁被安排成在下游方向上从前缘点测量的集气室的下游长度的10％与50％之间，优选的在20％与30％之间。
根据优选的实施例，前缘集气室段经由第一管道连接至第一空气入口，用于使空气从周围气流进入前缘集气室段，以便通过与前缘集气室段连接的相应的微孔吹出空气。优选地，下游集气室段经由第二管道连接至第二空气入口，用于使空气从周围气流进入下游集气室段，以便通过与下游集气室段连接的相应的微孔吹出空气。优选地，第一空气入口与第二空气入口分隔开，并且第一管道与第二管道分隔开。以这种方式，第一和第二空气入口以及第一和第二管道可以彼此不同地形成，并且可以根据前缘集气室段和下游集气室段中的相应的一个段的要求进行调整。
具体而言，优选的是，第一空气入口和第一管道和/或第二空气入口和第二管道被配置(即被定位和设定尺寸)成用于在相关联的飞行器飞行期间使得可以致使前缘集气室段中的压力高于下游集气室段中的压力(优选地高0％至10％，更优选地高1％至7％，最优选地高2％至5％)的质量流率进入。这意味着空气入口和管道根据各自的要求进行调整，以便提高前缘结构的效率。
还优选的是，第一空气入口和/或第二空气入口形成为被配置成用于既从周围气流中吸入空气又将空气吹出到周围气流中的组合式混合空气入口/出口装置。这可以例如通过包括第一翻板和第二翻板的空气入口/出口装置来实现，该第一翻板可以优选地向内部打开以形成面向前的开口以使空气进入，该第二翻板可以优选地向外部打开以形成面向后的开口以使空气出去。第一翻板和第二翻板可以安装到彼此上或者共享相同的部件。利用这种组合式空气入口/出口装置，入口和出口功能都可以组合在一个装置中，使得不需要单独的空气入口和空气出口，从而降低前缘结构的复杂性、重量以及空间要求。此外，不必考虑未操作的翻板的密封。
根据另一优选实施例，前缘结构进一步包括后壁，该后壁将前缘面板的第一附接端连接至第二附接端，从而在与前缘点相对的一侧封闭集气室，具体地是封闭下游集气室段。后壁优选地与分隔壁平行并且由例如纤维增强塑料膜形成。
根据优选实施例，前缘面板具有双壁形式，该双壁形式包括具有内表面的内壁元件、以及优选地与内壁元件间隔开的具有外表面的外壁元件。这种双壁形式提供了有利的机械性能。
特别地，优选的是，在内壁元件与外壁元件之间，前缘面板包括多个长形的加强件，这些长形的加强件使内壁和外壁元件连接并且彼此间隔开，使得在每对相邻的加强件之间在内壁元件与外壁元件之间形成中空腔室。优选地，加强件可以与内壁元件一体地形成，在翼展方向上延伸，并且具有实心和/或正方形或梯形截面。进一步优选地，内壁元件由纤维增强塑料(FRP)形成，加强件以夹层结构形成，并且外壁元件由钛片或钢片形成。以这种方式，提供了简单可靠的双壁结构。
进一步优选的是，外壁元件包括多个微孔，这些微孔在中空腔室与周围气流之间形成流体连接。特别地，外壁元件包括多个段，其中孔隙率就孔径和/或孔距而言从一段到另一段变化。内壁元件包括开口，这些开口在中空腔室与集气室之间、特别是在前缘集气室段与相应的中空腔室之间以及在下游集气室段与相应的中空腔室之间形成流体连接。优选地，每个中空腔室包括至少一个开口。优选地，开口可以形成为节流孔，这些节流孔具有的预定直径适配于通过节流孔的预定质量流率，以便在中空腔室中实现预定流体压力。替代性地，这些开口可以形成为具有使中空腔室中存在的压力与集气室中的压力基本上相同的直径的简单孔。
本发明的另一方面涉及一种飞行器的垂直尾翼。根据本文描述的任一实施例，垂直尾翼包括垂直尾翼箱盒和前缘结构。垂直尾翼箱盒具有带有第一附接部分的第一侧向面板以及带有第二附接部分的相对的第二侧向面板。前缘结构的第一附接端附接至第一附接部分，并且第二附接端附接至第二附接部分，使得前缘面板的第一侧部部分与垂直尾翼箱盒的第一侧向面板形成连续流动表面，并且前缘面板的第二侧部部分与垂直尾翼箱盒的第二侧向面板形成连续流动表面。结合前缘结构描述的特征和优点对于垂直尾翼也适用。
根据优选实施例，第一空气入口和/或第二空气入口被安排在第一侧向面板中、和/或被安排在第二侧向面板中、和/或被安排在沿翼展方向安排在前缘结构旁边的另一前缘面板中。优选地，第一管道和第二管道延伸穿过垂直尾翼箱盒与另一前缘面板之间的空间。优选地，第一空气入口和第二空气入口被安排在垂直尾翼的相对两侧上。
一种飞行器，包括根据本文描述的任一实施例的前缘结构，或者包括根据本文描述的任一实施例的垂直尾翼。结合前缘结构描述的特征和优点对于垂直尾翼也适用。
附图说明
下文中，借助于附图更详细地描述了本发明的优选实施例。附图中示
出
图1根据本发明的飞行器的透视图，
图2根据本发明的垂直尾翼的侧视图，以及
图3根据本发明的前缘结构的横跨翼展方向的截面视图。
具体实施方式
在图1中，示出了根据本发明的实施例的飞行器1。根据本发明的实施例，飞行器包括机身3、机翼5、水平尾翼7以及垂直尾翼9。在图2中更详细地示出了垂直尾翼9。根据本发明的实施例，垂直尾翼9包括前缘结构11。在图3中更详细地示出了前缘结构11。
前缘结构11被配置成用于混合层流控制系统并且包括前缘面板13和后壁15。前缘面板13以弯曲的方式围绕集气室17。集气室17在翼展方向19上延伸穿过前缘结构11。当在横跨翼展方向19的截面上观察时，前缘面板13具有在前缘结构11的第一侧上从前缘点23延伸至第一附接端25的第一侧部部分21。此外，前缘面板13具有与第一侧部部分21相对的第二侧部部分27，其中第二侧部部分27在前缘结构11的与第一侧相对的第二侧上从前缘点23延伸至第二附接端29。后壁15将前缘面板13的第一附接端25连接至其第二附接端29，从而在与前缘点23相对的一侧封闭集气室17。
前缘面板13具有双壁形式，该双壁形式包括具有面向集气室17的内表面33的内壁元件31以及具有与周围气流39接触的外表面37的外壁元件35。在内壁元件31与外壁元件35之间，前缘面板13包括多个长形的加强件41，这些长形的加强件在翼展方向19上延伸并且彼此间隔开，使得在每对相邻的加强件41之间在内壁元件31与外壁元件35之间形成中空腔室43。加强件41以夹层形式与内壁元件31一体地形成并且具有实心的梯形截面。内壁元件31由纤维增强塑料(FRP)形成。外壁元件35由钛片形成并且包括多个微孔45，这些微孔在中空腔室43与周围气流39之间形成流体连接。内壁元件31包括开口47，该开口在中空腔室43与集气室17之间形成流体连接。
如图3所示，集气室17被分隔壁49分隔成前缘点23区域中的前缘集气室段51以及前缘集气室段51下游的下游集气室段53。分隔壁49与翼展方向19平行地延伸并且由纤维增强塑料膜形成。两个集气室段51、53彼此密封，使得前缘集气室段51中的压力不会影响在下游集气室段53中的压力。
前缘集气室段51经由第一管道57连接至第一空气入口55，用于使空气从周围气流39进入前缘集气室段51，以便通过与前缘集气室段51相连的相应微孔45吹出空气。此外，下游集气室段53经由第二管道61连接至第二空气入口59，用于使空气从周围气流39进入下游集气室段53，以便通过与下游集气室段53相连的相应微孔45吹出空气。第一空气入口55与第二空气入口59分隔开，并且第一管道57与第二管道61分隔开。第一空气入口55和第一管道57以及第二空气入口59和第二管道61被配置成用于在飞行器1飞行期间使得致使前缘集气室段51中的压力比下游集气室段53中的压力高3％的质量流率进入。第一空气入口55和第二空气入口59形成为被配置成既从周围气流39中吸入空气又将空气吹出到周围气流39中的组合式空气入口/出口装置63。
如在图2和图3中所示，垂直尾翼9包括垂直尾翼箱盒65以及安装至垂直尾翼箱盒65的前缘结构11。垂直尾翼箱盒65具有带有第一附接部分69的第一侧向面板67以及带有第二附接部分73的相对的第二侧向面板71。前缘结构11的第一附接端25附接至第一附接部分69，并且第二附接端29附接至第二附接部分73，使得前缘面板13的第一侧部部分21与垂直尾翼箱盒65的第一侧向面板67形成连续流动表面，并且前缘面板13的第二侧部部分27与垂直尾翼箱盒65的第二侧向面板71形成连续流动表面。第一空气入口55和第二空气入口59相对于翼展方向19被安排在前缘结构11旁边的另一前缘面板75的相对两侧上。第一管道57和第二管道61延伸穿过垂直尾翼箱盒65与另一前缘面板75之间的空间。

Claims (11)

1.一种用于飞行器(1)的气流控制系统的前缘结构(11)，所述前缘结构包括
前缘面板(13)，所述前缘面板以弯曲的方式围绕集气室(17)，所述集气室(17)在翼展方向(19)上延伸，
其中所述前缘面板(13)具有从前缘点(23)延伸至第一附接端(25)的第一侧部部分(21)，
其中所述前缘面板(13)具有与所述第一侧部部分(21)相对的第二侧部部分(27)，所述第二侧部部分从所述前缘点(23)延伸至第二附接端(29)，
其中所述前缘面板(13)包括面向所述集气室(17)的内表面(33)以及与周围气流(39)接触的外表面(37)，并且
其中所述前缘面板(13)包括多个微孔(45)，所述多个微孔在所述集气室(17)与所述周围气流(39)之间形成流体连接，
其特征在于
所述集气室(17)被分隔壁(49)分隔成所述前缘点(23)区域中的前缘集气室段(51)、以及在所述前缘集气室段(51)下游的下游集气室段(53)，其中所述前缘集气室段(51)与所述下游集气室段(53)彼此密封。
2.根据权利要求1所述的前缘结构，其中所述前缘集气室段(51)经由第一管道(57)连接至第一空气入口(55)，其中所述下游集气室段(53)经由第二管道(61)连接至第二空气入口(59)，并且其中所述第一空气入口(55)与所述第二空气入口(59)分隔开，并且所述第一管道(57)与所述第二管道(61)分隔开。
3.根据权利要求2所述的前缘结构，其中所述第一空气入口(55)和所述第一管道(57)和/或所述第二空气入口(59)和所述第二管道(61)被配置成用于使得致使所述前缘集气室段(51)中的压力高于所述下游集气室段(53)中的压力的质量流率进入。
4.根据权利要求2或3所述的前缘结构，其中所述第一空气入口(55)和/或所述第二空气入口(59)形成为组合式空气入口/出口装置(63)。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的前缘结构，进一步包括后壁(15)，所述后壁将所述前缘面板(13)的所述第一附接端(25)连接至所述第二附接端(29)，从而在与所述前缘点(23)相对的一侧封闭所述集气室(17)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的前缘结构，其中所述前缘面板(13)具有双壁形式，所述双壁形式包括具有所述内表面(33)的内壁元件(31)以及具有所述外表面(37)的外壁元件(35)。
7.根据权利要求6所述的前缘结构，其中在所述内壁元件(31)与所述外壁元件(35)之间，所述前缘面板(13)包括多个长形的加强件(41)，所述多个长形的加强件彼此间隔开，使得在每对相邻的加强件(41)之间在所述内壁元件(31)与所述外壁元件(35)之间形成中空腔室(43)。
8.根据权利要求7所述的前缘结构，其中所述外壁元件(35)包括所述多个微孔(45)，所述多个微孔在所述中空腔室(43)与所述周围气流(39)之间形成流体连接，并且其中所述内壁元件(31)包括开口(47)，所述开口在所述中空腔室(43)与所述集气室(17)之间形成流体连接。
9.一种飞行器(1)的垂直尾翼(9)，包括
垂直尾翼箱盒(65)，所述垂直尾翼箱盒具有带有第一附接部分(69)的第一侧向面板(67)以及带有第二附接部分(73)的相对的第二侧向面板(71)；
根据权利要求1至8中任一项所述的前缘结构(11)；
其中所述第一附接端(25)附接至所述第一附接部分(69)，并且其中所述第二附接端(29)附接至所述第二附接部分(73)，使得所述前缘面板(13)的所述第一侧部部分(21)与所述垂直尾翼箱盒(65)的所述第一侧向面板(67)一起形成连续流动表面，并且所述前缘面板(13)的所述第二侧部部分(27)与所述垂直尾翼箱盒(65)的所述第二侧向面板(71)一起形成连续流动表面。
10.根据权利要求9所述的垂直尾翼，其中所述前缘集气室段(51)经由第一管道(57)连接至第一空气入口(55)，其中所述下游集气室段(53)经由第二管道(61)连接至第二空气入口(59)，并且其中所述第一空气入口(55)与所述第二空气入口(59)分隔开，并且所述第一管道(57)与所述第二管道(61)分隔开，其中所述第一空气入口(55)和/或所述第二空气出口(59)被安排在所述第一侧向面板(67)中、和/或被安排在所述第二侧向面板(71)中、和/或被安排在沿所述翼展方向(19)安排在所述前缘结构(11)旁边的另一前缘面板(75)中。
11.一种飞行器(1)，包括根据权利要求1至8中任一项所述的前缘结构(11)或者包括根据权利要求9或10所述的垂直尾翼(9)。
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