CN110775253A - 飞行器的流动本体及飞行器 - Google Patents

Abstract

一种飞行器的流动本体(10)，包括：流动表面(11)，所述流动表面在所述飞行器的飞行期间暴露于气流中，所述流动表面(11)在所述飞行器的飞行期间产生至少一个湍流空气流的区域(24)，至少一个穿孔区域，所述至少一个穿孔区域包括延伸穿过所述流动表面(11)的多个开口(32)，集流腔(14)，所述集流腔被定位在所述流动表面(11)的内部、与所述开口(32)处于流体连通，以及至少一个抽吸管(28)，所述抽吸管具有第一端部(27)和第二端部(29)，所述第一端部(27)与所述集流腔(14)处于流体连通，所述第二端部(29)包括抽吸开口(20)、并且安排在所述至少一个湍流空气流的区域(24)中，其中，所述抽吸开口(20)被适配成用于当在飞行期间所述流动表面(11)暴露于气流时在所述至少一个抽吸管(28)中引起抽吸，由此引起穿过所述多个开口(32)的空气流。本发明提供一种具有改善的空气流的流动本体(10)。

Description

飞行器的流动本体及飞行器

本发明涉及一种流动本体和一种飞行器，该流动本体包括在飞行器的飞行期间暴露于气流的流动表面，该飞行器包括流动本体。

在空中飞行期间，流动本体为飞行器提供产生升力的力和阻力。当流动本体周围流动的气流保持层流时，流动本体所产生的阻力可以部分地减小。混合层流控制(HLFC)系统可以用于增大和控制流动本体周围的空气流的层流性，并且因此可以用于减小阻力。HLFC系统能够通过提供对流动本体的边界层空气流的抽吸来减小阻力。这引起层流的增大，并且因此显著地减小流动本体的空气动力学表面上的摩擦阻力。由HLFC系统产生的抽吸可以由例如使用低压区域源的无源器件或由例如使用抽吸泵的有源器件提供。

EP 3 199 450 A1描述了无源HLFC系统的实例，其中在机翼的前缘上安排了腔室。前缘中的穿孔部提供到腔室的开口。沿腔室延伸的管件连接至抽吸开口，该抽吸开口安排在飞行期间的低压区域中。抽吸开口处引起的抽吸引起穿过管件从穿孔部到管件的空气流。

需要提供包括改善的空气流的流动本体。

该目的通过独立权利要求的特征来解决。有利的实施例是从属权利要求的主题和以下描述。

根据本发明，飞行器的流动本体包括：流动表面，所述流动表面在所述飞行器的飞行期间暴露于气流中，所述流动表面在所述飞行器的飞行期间产生至少一个湍流空气流的区域，至少一个穿孔区域，所述至少一个穿孔区域包括延伸穿过所述流动表面的多个开口，集流腔，所述集流腔被定位在所述流动表面的内部、与所述开口处于流体连通，以及至少一个抽吸管，所述抽吸管具有第一端部和第二端部，所述第一端部与所述集流腔处于流体连通，所述第二端部包括抽吸开口、并且安排在所述至少一个湍流空气流的区域中，其中，所述抽吸开口被适配成用于当在飞行期间所述流动表面暴露于气流时在所述至少一个抽吸管中引起抽吸，由此引起穿过所述多个开口的空气流。

本发明提供具有至少一个抽吸管的无源HLFC系统，该抽吸管从流动本体的集流腔吸出空气，其中，抽吸管的抽吸开口安排在流动本体的表面附近的湍流空气流的区域中。由于抽吸开口定位在至少一个湍流空气流的区域之内，使得剩余的层流中抽吸管和/或抽吸开口所产生的干扰最小。这避免了将出口放置在可以以其他方式实现层流的区域中，并且避免增加流动表面处的湍流空气流的区域。因此，至少一个抽吸管的定位在层流区域中产生最小影响，从而由此减小了归因于至少一个抽吸管所产生的湍流的阻力损失。

在飞行期间，湍流空气流的区域可以由流动表面自身引起，例如通过前缘或通过流动本体的从流动表面突出的部件引起。抽吸开口与集流腔通过抽吸管处于流体连通。在飞行期间在抽吸开口处由气流沿流动表面引起的抽吸力使得空气流从集流腔穿过抽吸管和抽吸开口。这引起空气流穿过穿孔区域的多个开口进入集流腔中。穿过穿孔部(即多个开口)吸入一些边界层减小了边界层的厚度，因此建立或增强空气流的层流性。

根据实例，其中，流动本体包括多个抽吸管。

在那个实例中，在多个抽吸开口处提供抽吸，使得单个抽吸管的失效不会导致HLFC系统的完全失效。如果多个抽吸管中的一个抽吸管失效，则其余仍然工作的抽吸管可以保持穿过穿孔区域的开口的空气流。因此，穿孔区域的开口与抽吸开口之间的空气流得以改善。

根据实例，所述流动表面在所述飞行器的飞行期间产生多个彼此间隔开的湍流空气流的区域，并且其中，所述多个抽吸管安排在所述多个湍流空气流的区域中分隔开的湍流空气流的区域中。

抽吸管以及因此抽吸开口可以被安排成使得它们在湍流空气流的区域中彼此间隔开，这些湍流空气流的区域自身是彼此间隔开的。湍流空气流的区域可以与抽吸管以一对一的方式相关联。这意味着每个抽吸管安排在其自身的湍流空气流的区域中。这进一步减小了抽吸管所产生的湍流的效果。

根据实例，所述集流腔包括多个集流腔区段，其中，所述多个集流腔区段中的每个集流腔区段安排在所述至少一个穿孔区域的分隔开的部分上。根据另一个实例，所述多个抽吸管和所述多个集流腔区段彼此以一比一的比例相关联。

不需要延伸穿过集流腔的、从远离抽吸管的第一端部安排的空间引导空气的特殊管件系统，这是因为多个抽吸管可以被安排成使得它们的抽吸力覆盖了整个集流腔。每个集流腔区段可以被抽吸管的第一端部覆盖以提供穿过穿孔区域的所有开口的足够的空气流。

根据实例，所述集流腔区段由壁分隔开。

由于在集流腔区段之间的壁，独立的空气流可以流动穿过集流腔区段。每个集流腔区段在穿孔区域的、集流腔区段安排在其上的区段与连接至集流腔区段的抽吸管之间输送空气流。这改善了穿过集流腔区段的空气流，这是由于在集流腔内的湍流较少。

根据另一个实例，所述壁在所述集流腔区段之间提供气密密封。

集流腔区段之间的气密密封抑制集流腔区段之间的任何空气流。这进一步改善了穿过穿孔区域的开口和集流腔区段的空气流。

根据实例，所述至少一个抽吸管包括适配于所述湍流空气流的区域中的所述抽吸开口的位置处的压力值的截面。

因此，可以针对安排抽吸管的位置所需要的空气流量优化抽吸管。而且，如果提供多于一个的抽吸管，每个抽吸管可以根据其在湍流空气流的区域中的位置进行优化。因此，具有比安排另外的抽吸管的另外区域更小的压力的区域中安排的抽吸管可以具有比另外的抽吸管更小的截面。这减小了那些抽吸管的重量并且使穿过抽吸管的空气流适配于局部压力。此外，这可以适配集流腔中的压力分布，使得穿过穿孔区域的所有开口的气流可以被适配于穿孔区域的相应开口处局部需要的空气流。这进一步改善了流动本体和集流腔中的空气流。

根据实例，所述流动表面包括湍流产生结构，所述湍流产生结构产生所述至少一个湍流空气流的区域。

湍流产生结构可以是流动表面上的可以在飞行期间影响流动表面处的气流的任何元件。虽然这种湍流产生结构对流动本体自身的设计而言本质上可能是需要的，但是因为它们干扰与它们发生接触的层流空气流并且使空气流变为湍流，所以它们可能是不利的。这种湍流产生结构可以是用于致动元件的一个或多个蒙皮-切口(例如缝翼切口)的形式，或者是其他非齐平结构的形式，例如可移除通道面板、铆钉、紧固件或邻近部件(例如蒙皮面板、导流件、吊挂架等)的交点处的缝隙或台阶。该湍流产生结构还可以包括湍流产生元件，该湍流产生元件可附接至流动本体以便改变某一飞行计划期间的流动本体的升力和阻力特征。实例包括紊流器、涡流产生器、导流片。翼型件的前缘(例如飞行器机翼、小翼、水平尾翼、或垂直尾翼)也可以是湍流产生结构。

根据实例，流动本体可以是翼型件，例如飞行器机翼、小翼、垂直尾翼、或水平尾翼。根据另一个实例，所述流动本体可以包括在飞行期间面向所述气流的前缘，其中，所述至少一个穿孔区域安排在所述前缘处。

根据实例，所述流动本体是翼型件，所述机翼包括升力增强装置，所述升力增强装置可安排在所述集流腔中，其中，所述升力增强装置优选地是克鲁格(Krueger)升力增强装置。

因此，在飞行期间存储升力增强装置的空间可以用作集流腔的一部分。集流腔因此可以是多功能的，使得可以节省空间和减轻重量。

根据本发明，还提供了一种飞行器，该飞行器包括至少一个根据上述描述的流动本体。

根据本发明的飞行器的效果和进一步的实施例类似于上述描述的效果和实施例。因此，该飞行器参考流动本体的上述描述。

下文使用附图通过示例性实施例描述本发明。

图1示出了作为流动本体的飞行器机翼。

图2示出了图1示出的流动本体的细节。

图3示出了图1示出的流动本体的竖直截面。

图4示出了在水平尾翼和垂直尾翼上具有流动本体的飞行器的尾部。

图5示出了包括在不同升力产生元件处的流动本体的飞行器。

根据图1，流动本体以其整体由附图标记10表示。流动本体10可以是无源HLFC系统的部件。

流动本体10可以安排在飞行器机翼12的前缘18上。前缘18在飞行期间面向气流。然而，流动本体10还可以安排在飞行器机翼12的不同部分处或在飞行器40不同的升力产生元件处。

流动本体10包括流动表面11，该流动表面在飞行器的飞行期间暴露于气流中。这意味着在飞行期间气流沿流动表面11流动，即流动表面11可以是飞行器机翼12的外蒙皮。

当流动表面11在飞行期间暴露于气流中时，流动表面11可以使得气流提供使飞行器40上升的升力。

流动表面11可以包括至少一个穿孔区域，该穿孔区域在区域13中具有多个开口32，在该区域中沿流动表面11的气流将保持层流。开口32可以是无源HLFC系统的部件以控制沿流动表面11流动的气流的层流。

此外，流动本体可以包括集流腔14，该集流腔安排在流动表面11的下方、即流动表面11的内部。开口32与集流腔14处于流体连通。这意味着，开口32将集流腔14与沿流动表面11流动的气流连接。

在图1提供的实例中，流动本体10进一步包括多个抽吸开口20，这些抽吸开口与集流腔14处于流体连通。抽吸开口20被适配成用于当它们在飞行期间暴露于气流中时引起抽吸。这种抽吸引起流动穿过开口32、集流腔14和抽吸开口20的空气流。然而，流动本体10还可以只包括单个抽吸开口20。

可以在抽吸开口20处引起抽吸的产生，这是因为这些抽吸开口安排在流动表面11上的气流的区域中，由于空气流动穿过抽吸开口20，所以该区域具有比集流腔14中的压力更低的压力。在实例中，抽吸开口20可以是在飞行期间由气流驱动的文丘里(Venturi)喷嘴。

此空气流减小了穿孔区域处的压力，从而使得沿穿孔区域中的流动表面11流动的气流被朝向穿孔区域中的流动表面11拉动。将气流向流动表面11的这种拉动保持了适用于气流的层流条件的边界层厚度。

抽吸开口20安排在湍流空气流的区域24中。在飞行期间，湍流空气流的那些区域24通过流动表面11产生。流动表面11可以包括湍流产生结构22，该湍流产生结构可以例如是铆钉或提供飞行器机翼12的外蒙皮的外壳的边缘。

集流腔14可以被分成多个集流腔区段16。壁26可以将集流腔区段16彼此分隔开。可以以气密方式(即在这种情况下集流腔区段16之间没有流动的气流)提供通过壁26的分隔。

每个集流腔区段16与穿孔区域的分隔开的部分以及其中的开口32处于流体连通。

此外，每个集流腔区段16与分隔开的抽吸开口20处于流体连通。这意味着抽吸开口20可以只连接至一个集流腔区段16(即以一对一的方式)。因此，穿过开口32到集流腔区段16中的空气流行进穿过集流腔区段16和与集流腔区段16处于流体连通的分隔开的抽吸开口20。

在提供多个抽吸开口20的情况下，如果多个抽吸开口20中的一个抽吸开口失效，则将只有集流腔14的一部分停止提供沿流动表面11流动的气流的层流控制。

图2示出了图1的流动本体10的细节。在图1中，这个细节由虚线圈标记。

图2示出了前缘18处的具有开口32的穿孔区域，这些开口与多个集流腔区段16中的一个集流腔区段处于流体连通。与集流腔区段16处于流体连通的抽吸开口20可以安排在抽吸管28上。抽吸管28包括第一端部27和第二端部29。抽吸开口20安排在第二端部29上。第一端部27与集流腔区段16、即与集流腔14处于流体连通。因此，空气可以从集流腔区段16穿过第一端部27流动到第二端部29并且穿过抽吸开口20。

壁26可以例如通过铆钉固定在流动表面11处。那些铆钉可以是在飞行期间产生湍流空气流的区域24的湍流产生结构22。湍流空气流的区域24可以是锥形的，其中锥形的尖端指向沿流动表面11流动的气流的上游方向。

抽吸管28和抽吸开口20安排在湍流空气流的区域24中。这意味着，抽吸管28或抽吸开口20所产生的任何湍流将出现在由湍流产生结构22引起的湍流空气流的区域24中。因此，抽吸管28或抽吸开口20所产生的湍流不会给沿流动表面11流动的气流添加任何另外的湍流空气流的区域。

因为流动本体10可以包括用于将集流腔14中的多个集流腔区段16分隔开的多个壁26，流动表面11上可以存在多个湍流产生结构22。这意味着，流动表面11上的气流中可以存在多个彼此间隔开的湍流空气流的区域24。

如果沿流动表面11流动的气流中存在多于一个的湍流空气流的区域24，则抽吸开口20可以安排在分隔开的湍流空气流的区域24中。于是可以将抽吸开口20安排成彼此间隔开。然而，如果湍流空气流的区域24覆盖了流动表面11上的延伸区域，则抽吸开口20也可以被彼此间隔开地安排在湍流空气流的那个区域24中。

每个集流腔区段16可以包括与集流腔区段16以一对一方式相关联的湍流空气流的区域24。这意味着一个集流腔区段16包括其相关联的湍流空气流的区域24。与集流腔区段16相关联的任何抽吸管28或抽吸开口20可以安排在那个相关联的湍流空气流的区域24中。

在图1示出的不同位置42、44和46处的抽吸管28的截面可以被适配于那些位置处的局部压力。例如，如果假设位置42处存在比位置44和/或46处更高的压力，则位置42处的抽吸管的截面可以小于位置44和/或46处的抽吸管的截面。因为在位置42处由抽吸开口20提供的抽吸力将高于在位置44和46处由抽吸开口20提供的抽吸力。

通过考虑在飞行期间抽吸开口20的位置处的局部压力，抽吸管28的截面可以被适配于那个局部压力。这可以引起抽吸管28的优化截面，该优化截面引起穿过开口32的优化的空气流以那些开口32处提供使穿孔区域处的气流层流化所需要的抽吸。

图3示出了图1的流动本体10的竖直截面，该流动本体可以是飞行器机翼12。流动本体10的截面示出了流动表面11和在流动本体10内部的集流腔14的集流腔区段16。集流腔14由前翼梁34和包括流动表面11的飞行器机翼的蒙皮界定。流动表面11的一部分包括至少一个穿孔区域，该穿孔区域包括延伸穿过流动表面11的多个开口32。

抽吸管28连接集流腔区段16的抽吸开口22。抽吸管28安排在流动表面11上，使得抽吸管28从流动表面11突出。

图3示出了表示穿过穿孔区域中的开口32、集流腔区段16、抽吸管28、以及抽吸开口20的空气流的箭头。

此外，集流腔区段16包括升力增强装置30，该升力增强装置可以例如是克鲁格升力增强装置。升力增强装置30可以被枢转成使得其打开集流腔区段16。在这种情况下，通过枢转升力增强装置30提供的打开可以引起进入集流腔区段16中的另外的空气流。

图4示出了流动本体10的另外的实例。

流动本体10可以是垂直尾翼36。垂直尾翼可以包括在前缘18处的集流腔14。

在另一个实例中，流动本体10可以是水平尾翼38，其中，集流腔14可以安排在水平尾翼38的前缘18处。

图5示出了包括多个流动本体10的飞行器40。流动本体10可以是机翼12、小翼37、垂直尾翼36和/或水平尾翼38。此外，流动本体10可以是需要气流的层流的控制的飞行器40的任何另外的元件。

Claims (13)

1.一种飞行器的流动本体(10)，所述流动本体包括：

流动表面(11)，所述流动表面在所述飞行器的飞行期间暴露于气流中，所述流动表面(11)在所述飞行器的飞行期间产生至少一个湍流空气流的区域(24)，

至少一个穿孔区域，所述至少一个穿孔区域包括延伸穿过所述流动表面(11)的多个开口(32)，

集流腔(14)，所述集流腔被定位在所述流动表面(11)的内部、与所述开口(32)处于流体连通，以及

至少一个抽吸管(28)，所述抽吸管具有第一端部(27)和第二端部(29)，所述第一端部(27)与所述集流腔(14)处于流体连通，所述第二端部(29)包括抽吸开口(20)、并且安排在所述至少一个湍流空气流的区域(24)中，

其中，所述抽吸开口(20)被适配成用于当在飞行期间所述流动表面(11)暴露于气流时在所述至少一个抽吸管(28)中引起抽吸力，由此引起穿过所述多个开口(32)的空气流。

2.根据权利要求1所述的流动本体，其中，所述流动本体(10)包括多个抽吸管(28)。

3.根据权利要求2所述的流动本体，其中，所述流动表面(11)在所述飞行器的飞行期间产生多个彼此间隔开的湍流空气流的区域(24)，并且其中，所述多个抽吸管(28)分开地安排在所述多个湍流空气流的区域(24)中。

4.根据权利要求2至4所述的流动本体，其中，所述集流腔(14)包括多个集流腔区段(16)，其中，所述多个集流腔区段(16)中的每个集流腔区段安排在所述至少一个穿孔区域的分隔开的部分上。

5.根据权利要求4所述的流动本体，其中，所述多个抽吸管(28)和所述多个集流腔区段(16)彼此以一比一的比例相关联。

6.根据权利要求4或5所述的流动本体，其中，所述集流腔区段(16)由壁(26)分隔开。

7.根据权利要求6所述的流动本体，其中，所述壁(26)在所述集流腔区段(16)之间提供气密密封。

8.根据权利要求1至7之一所述的流动本体，其中，所述至少一个抽吸管(28)中的每一个抽吸管包括与所述湍流空气流的区域(24)中的所述抽吸开口(20)的位置处的压力值相适配的截面。

9.根据权利要求1至8之一所述的流动本体，其中，所述流动表面(11)包括湍流产生结构(22)，所述湍流产生结构产生所述至少一个湍流空气流的区域(24)。

10.根据权利要求1至9之一所述的流动本体，其中，所述流动本体(10)是翼型件，例如飞行器机翼(12)、小翼(37)、垂直尾翼(36)、或水平尾翼(38)。

11.根据权利要求10所述的流动本体，其中，所述流动本体(10)包括在飞行期间面向所述气流的前缘(18)，其中，所述至少一个穿孔区域安排在所述前缘(18)处。

12.根据权利要求10或11所述的流动本体，其中，所述流动本体(10)是翼型件，所述机翼包括升力增强装置(30)，所述升力增强装置可安排在所述集流腔(14)中，其中，所述升力增强装置优选地是克鲁格升力增强装置。

13.一种飞行器(40)，所述飞行器包括至少一个根据权利要求1至12之一所述的流动本体(10)。

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