CN110937103A - 翼稍装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于附接至飞行器机翼的翼稍装置，该翼稍装置包括具有根部端部和梢部端部的第一翼稍装置元件；联接至第一翼稍装置元件的梢部端部的第二翼稍装置元件，其中，当沿机翼俯视图方向观察时，第二翼稍装置元件具有从第一翼稍装置元件的梢部端部向内延伸的内侧部分和/或从第一翼稍装置元件的梢部端部向外延伸的外侧部分。本发明还涉及包括翼稍装置的飞行器机翼、包括机翼的飞行器以及将翼稍装置配装或改装至飞行器机翼的方法。

Description

翼稍装置
技术领域
本发明涉及翼稍装置、包括翼稍装置的飞行器机翼、包括机翼的飞行器以及将翼稍装置配装或改装至飞行器机翼的方法。
背景技术
众所周知，增加飞行器的翼展、或者在不显著增加翼展的情况下通过包括翼稍装置比如小翼、翼稍挡板(wing tip fence)和倾斜翼稍来增加有效翼展，可以例如通过控制翼稍涡流的发展和减小诱导阻力(即由于升力的发展而产生的阻力)来改善空气动力学性能。
由于翼稍装置的扭曲，翼稍涡流可能位于翼稍装置的最外侧延伸部的内侧。这可能导致诱导阻力的增加。在适当考虑翼展和小翼尺寸的情况下使翼稍涡流定位在尽可能远的外侧将是有益的。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种附接至飞行器的翼稍装置。翼稍装置包括：第一翼稍装置元件，该第一翼稍装置元件具有根部端部和梢部端部；第二翼稍装置元件，该第二翼稍装置元件联接至第一翼稍装置元件的梢部端部，其中，当沿机翼俯视图方向观察时，第二翼稍装置元件具有从第一翼稍装置元件的梢部端部向内延伸的内侧部分和/或从第一翼稍装置元件的梢部端部向外延伸的外侧部分。
机翼俯视图方向是正交于机翼的平面的方向。
通过在第一翼稍装置元件的梢部端部处设置具有外侧部分的第二翼稍装置元件，可以更好地控制翼稍涡流并且可以减小诱导阻力。第二翼稍装置元件的外侧延伸部分可以使梢部涡旋向外移动，从而减小诱导阻力。第二翼稍装置元件的内侧延伸部分提供围绕第一翼稍装置元件的梢部端部的反向旋转升力面，其可以抵消机翼载荷的一部分。
根据本发明的第二方面，提供了一种飞行器机翼，该飞行器机翼包括机翼根部端部和机翼梢部端部、以及根据第一方面的翼稍装置，该翼稍装置附接至机翼梢部端部。
根据本发明的第三方面，提供了一种固定翼飞行器，该固定翼飞行器包括根据第二方面的机翼。
根据另一方面，提供了一种将翼稍装置配装或改装至飞行器机翼的方法，该方法包括将根据本发明的第一方面的翼稍装置固定至机翼的梢部端部。
翼稍装置可以具有位于第一翼稍装置元件与第二翼稍装置元件的内侧部分之间的第一顶点。
翼稍装置可以具有位于第一翼稍装置元件与第二翼稍装置元件的外侧部分之间的第二顶点。
第二翼稍装置元件可以是大致平坦的。
第二翼稍装置元件的平面可以近似正交于第一翼稍装置元件的梢部端部的倾斜角定向。
当沿机翼俯视图方向观察时，第一翼稍装置元件包括外侧翼展方向延伸部，其中，第一翼稍装置元件的梢部端部的至少后缘在外侧翼展方向延伸部的内侧。
第二翼稍装置的外侧部分可以延伸直至外侧翼展方向延伸部。
通过使外侧部分延伸直至外侧翼展方向延伸部，可以在几乎不增加梢部载荷并且不增加翼展的情况下减小诱导阻力。
第一翼稍装置元件可以在第一翼稍装置元件的根部端部与第一翼稍装置元件的梢部端部之间扭曲。第一翼稍装置元件可以绕平行于机翼俯视图方向的轴线扭转，使得第一翼稍装置具有后束角或前束角。
第二翼稍装置元件的润湿区域可以小于第一翼稍装置元件的润湿区域的40％，并且第二翼稍装置元件的润湿区域可以小于第一翼稍装置元件的润湿区域的20％。
装置部分的润湿区域是装置部分的暴露于外部气流的区域。
内侧部分的润湿区域可以大于外侧部分的润湿区域。
当沿机翼俯视图方向观察时，第二翼稍装置元件可以在第一翼稍装置元件的梢部端部的后方延伸。
为了最大化地减小诱导阻力，第二翼稍装置元件的后缘可以定位在翼稍装置的外侧翼展方向延伸部处。
内侧部分可以具有后掠区域。
外侧部分可以具有后掠区域。
第一翼稍装置元件的梢部端部可以具有至少20度的倾斜角。
第一翼稍装置元件可以是非平坦翼稍延展部、小翼、具有大致平坦部分和非平坦翼稍延展部的小翼、混合式小翼、具有上分叉部和下分叉部的分叉式小翼、下分叉部或倾斜的翼稍。
非平坦翼稍延展部是梢部延展部，该梢部延展部延伸到与其附接的机翼的平面之外。小翼是从翼稍延伸的翼状元件。小翼可以从翼稍向上或向下延伸。小翼可以被认为是非平坦翼稍延展部的特别示例。小翼可以包括由非平坦翼稍延展部分接合至翼稍的大致平坦部分，非平坦翼稍延展部分沿外侧方向具有增大的局部二面角曲率。混合式小翼是如下类型的小翼，其包括由弯曲的过渡部分接合至翼稍的大致平坦部分，过渡部分具有恒定的曲率半径。倾斜的翼稍装置是大致平坦的翼稍延展部，其基本上不延伸到机翼的平面之外而是在梢部处具有更高的扫掠角。分叉式小翼包括从机翼向上突出的翼状升力面(“上分叉部(uplet)”)、以及从机翼向下突出的翼状升力面(“下分叉部(downlet)”)。
小翼是从机翼向上突出(“上分叉部”)或向下突出(“下分叉部”)的翼状升力面。第一翼稍元件可以包括上分叉部和下分叉部两者，例如分叉式小翼。
第一翼稍装置可以包括上分叉部和下分叉部，其中，第二翼稍装置元件联接至上分叉部或下分叉部的梢部部分，或者多个第二翼稍装置元件分别联接至上分叉部和下分叉部。
当沿机翼俯视图方向观察时，上分叉部的梢部和下分叉部的梢部可以位于大致相同的翼展方向位置。
本发明的第三方面的机翼的在地面形状中的翼展方向延伸度大致等于机场相容性门的限度。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的实施方式，其中：
图1是飞行器的平面图；
图2示出了根据本发明的第一方面的翼稍装置的立体图；
图3示出了附接至第一翼稍装置元件的第二翼稍装置元件的俯视(planform)图；
图4示出了附接至第一翼稍装置元件的第二翼稍装置元件的立体图；
图5示出了沿着根据第一示例的翼稍装置的纵向轴线的视图；
图6示出了翼稍装置的第二示例；
图7示出了翼稍装置的第三示例；
图8示出了翼稍装置的第四示例，其包括两个第二翼稍装置元件，所述两个第二翼稍装置元件联接至分叉式小翼的相应的上分叉部和下分叉部；
图9示出了翼稍装置的第五示例，其示出了联接至分离式小翼的下分叉部的第二翼稍装置元件；
图10示出了翼稍装置的第六示例，该翼稍装置是具有大致平坦部分和非平坦翼稍延展部的小翼；以及
图11示出了作为下分叉部的翼稍装置的第七示例；
图12示出了翼稍装置的第八示例，其具有仅具有内侧部分的第二翼稍装置元件；
图13示出了翼稍装置的第九示例，其具有仅具有外侧部分的第二翼稍装置元件。
具体实施方式
图1示出了现有的飞行器1，其具有左舷固定翼2和右舷固定翼3、发动机9、具有前端部5和尾端部6的机身4，尾端部6包括水平稳定表面7和竖向稳定表面8。飞行器1是典型的喷气式客运跨音速运输飞行器，但本发明适用于各种固定翼飞行器类型，包括商用、军用、客运、货运、喷气式、螺旋桨式、通用航空等，其具有附接至机翼或机身的任意数量的发动机。
飞行器1的每个机翼2、3具有悬臂结构，其长度从根部至梢部在翼展方向上延伸，根部接合至飞行器机身4。在每个机翼2、3的梢部端部处是机翼3的主翼部分外侧的翼稍装置10。机翼2、3是后掠的并具有多个飞行控制表面。
由于机翼2、3在结构上类似，因此将参照图2至图5仅详细描述右舷机翼3的翼稍装置10。
翼稍装置10包括向上延伸的小翼13，该小翼13在附接至机翼3的主翼部分的根部端部11与向上延伸的小翼13的梢部端部12之间延伸。翼稍装置10是分叉式小翼，使得从根部端部18延伸至梢部端部16的向下延伸的小翼17在向上延伸的小翼13的根部端部11与向上延伸的小翼13的梢部部分12之间附接至向上延伸的小翼。
为了在不显著增加翼展的情况下例如通过控制翼稍涡流的发展并减小诱导阻力来增加翼稍装置的有效性，在该实施方式中在形状上类似于翼稍挡板的第二翼稍装置元件20被附接至第一翼稍装置元件13的梢部12。
第二翼稍装置元件20具有从第一翼稍装置元件13的梢部端部12向内延伸的内侧部分21。内侧部分21具有前缘31、后缘32以及位于前缘31与后缘32之间的内侧延伸部33。
第二翼稍装置元件20具有从第一翼稍装置元件13的梢部部分12向外延伸的外侧部分22。外侧部分22具有前缘41、后缘42以及位于前缘41与后缘42之间的外侧延伸部43。
在图2至图5中所示的示例中，内侧延伸部33和外侧延伸部43是第二翼稍装置元件20的平坦侧部。替代性地，内侧部分21的前缘31和后缘32可以相接以形成尖头或平滑轮廓的突出部，该尖头或平滑轮廓的突出部形成内侧延伸部，并且外侧部分22的前缘41和后缘42可以相接以形成尖头或平滑轮廓的突出部，该尖头或平滑轮廓的突出部形成外侧延伸部。
内侧部分21的前缘31和后缘32以及外侧部分22的前缘41和后缘42各自相对于飞行器的纵向方向向后扫掠。飞行器纵向方向是沿着飞行器机身的前端部与尾端部之间的轴线的方向。
内侧部分的前缘31具有大约35度的掠角，但是可以优选地具有在20度与60度之间的掠角。外侧部分的前缘41具有大约60度的掠角，但是可以优选地具有30度与50度之间的掠角。前缘31、41可以是直的或弯曲的。
内侧部分21的后缘32和外侧部分22的后缘42的掠角小于前缘31、41的相应掠角，使得内侧部分的弦长度随着其从第一翼稍装置元件13的梢部端部12向内延伸而减小，并且外侧部分的弦长度随着其从第一翼稍装置元件13的梢部端部12向外延伸而减小。后缘32、42在第一翼稍装置元件13的梢部端部12的后方的接合处相接。该接合处具有平滑的轮廓，但是替代性地，后缘31、41可以相接以形成顶点。
第一翼稍装置元件13的梢部端部12相对于机翼3的平面在第二翼稍装置元件20的上方向上突出，并且定轮廓成内侧部分21的上空气动力表面37和外侧部分22的上空气动力表面47。第一翼稍装置元件13的前缘位于第二翼稍装置元件20的前缘31、41的前方。
内侧部分21的润湿区域大约比外侧部分22的润湿区域大3倍，并且优选地比外侧部分22的润湿区域大0.7至5倍。
第一翼稍装置元件从其根部端部11扭转至其梢部端部12，使得第一翼稍装置元件13的梢部端部12位于图4中所示的第一翼稍装置元件13的外侧翼展方向延伸部50的内侧。结果，在不增加机翼3的翼展方向延伸度55的情况下，外侧部分22的外侧延伸部43可以延伸直至第一翼稍装置元件13的外侧翼展方向延伸部50的翼展方向位置。
如图5中所示，内侧部分21和第一翼稍装置元件13限定第一顶点35，该第一顶点35位于内侧部分21的下空气动力表面36与第一翼稍装置元件13的上空气动力表面14之间。在外侧部分22与第一翼稍装置元件13之间限定有第二顶点45，第二顶点45位于外侧部分22的下空气动力表面46与第一翼稍装置元件13的下空气动力表面15之间。
图6中示出了第二示例，其中，第一翼稍装置元件13未扭曲。相似的附图标记用于表示相似的部件，但在编号的百位上加“1”。
第一翼稍装置110具有内侧部分121，内侧部分121具有内侧延伸部133和第一顶点135，第一顶点135限定在内侧部分121的下空气动力表面136与第一翼稍装置元件113的上空气动力表面114之间。第一翼稍装置110具有外侧部分122，外侧部分122具有外侧延伸部143和第二顶点145，第二顶点145限定在外侧部分122的下空气动力表面146与第一翼稍装置元件113的下空气动力表面115之间。在该示例中，第一翼稍装置元件113的梢部端部112是第一翼稍装置元件113的最外侧翼展方向延伸部，使得机翼的翼展方向延伸度55位于第一翼稍装置元件113的外侧并且位于外侧部分122的外侧延伸部143处。
图7示出了第三示例，其中，相似的附图标记用于表示相似的部分，但在编号的百位上加“2”。
在该第三示例中，第二翼稍装置元件220不是平坦的，并且第一顶点235与第二顶点245具有大约120度的角度，使得第一顶点235与第二顶点245不是互补角。
在图8中所示的第四示例中，相似的附图标记用于表示相似的部分，但在编号的百位上加“3”。
第一翼稍装置元件包括上分叉部313和下分叉部317，该上分叉部313在根部端部311处附接至机翼，该下分叉部317在根部端部316处附接于上分叉部313的根部端部311与上分叉部313的梢部端部312之间。具有内侧部分321和外侧部分322的第二翼稍装置元件320附接至上分叉部313的梢部端部312。
第二翼稍装置元件320与在先前示例中大致相同，具有内侧部分321和外侧部分322，该内侧部分321具有内侧延伸部333，该外侧部分322具有外侧延伸部343。第一顶点335限定在内侧部分321的下空气动力表面336与上分叉部313的上空气动力表面314之间，并且第二顶点345限定在外侧部分322的下空气动力表面346与上分叉部313的下空气动力表面315之间。
第二翼稍装置元件360也联接至第一翼稍装置元件310的下分叉部317的梢部端部318。附加的第二翼稍装置元件360与在先前的示例中大致相同，具有内侧部分361和外侧部分362，该内侧部分361从下分叉部317的梢部端部318向内延伸，该外侧部分362从第一翼稍装置元件的下分叉部的梢部端部318向外延伸。第一顶点375限定在下分叉部317的下空气动力表面352与第二翼稍装置元件360的内侧部分361的下空气动力表面376之间，并且第二顶点385限定在下分叉部317的上空气动力表面351与第二翼稍装置元件360的外侧部分362的下空气动力表面386之间。
图9示出了翼稍装置10的第五示例，其中，相似的附图标记用于表示相似的部分，但在编号的百位上加“4”。
在该第五示例中，第一翼稍装置元件是如第四示例中的具有上分叉部413和下分叉部417的分叉式翼稍，然而，翼稍装置410仅包括一个第二翼稍装置元件，该第二翼稍装置元件附接至下分叉部417的梢部端部418。第二翼稍装置元件460具有内侧部分461和外侧部分462，该内侧部分461从下分叉部417的梢部端部418延伸至内侧延伸部473，该外侧部分462从下分叉部417的梢部端部418延伸至外侧延伸部483。内侧部分461具有上空气动力表面477、下空气动力表面476和第一顶点475，该第一顶点475限定在内侧部分461的下空气动力表面476与下分叉部417的下空气动力表面452之间。外侧部分462具有上空气动力表面487、下空气动力表面486和第二顶点485，该第二顶点485限定在外侧部分462的下空气动力表面486与下分叉部417的上空气动力表面451之间。
图10示出了翼稍装置10的第六示例，其中，相似的附图标记用于表示相似的部分，但在编号的百位上加“5”。
在该第六示例中，第一翼稍装置元件513是小翼，其具有附接至非平坦翼稍延展部的大致平坦部分。第一翼稍装置元件513具有附接至第一翼稍装置元件的梢部端部512的第二翼稍装置元件。第二翼稍装置元件具有内侧部分521和外侧部分522，如前面的示例中那样。
图11示出了翼稍装置10的第七示例，其中，相似的附图标记用于表示相似的部分，但在编号的百位上加“6”。
在该第七示例中，翼稍装置613是用于附接至分叉式小翼的上分叉部的下分叉部。第一翼稍装置元件613具有内侧部分621和外侧部分622，如先前示例中那样。
图12示出了翼稍装置10的第八示例，其中，相似的附图标记用于表示相似的部分，但在编号的百位上加“7”。
在该第八示例中，第一翼稍装置元件713是小翼，其具有附接至非平坦翼稍延展部的大致平坦部分。第一翼稍装置元件713具有第二翼稍装置元件，该第二翼稍装置元件仅具有附接至第一翼稍装置元件713的梢部端部712的内侧部分721。内侧部分721的功能类似于关于先前示例所描述的内侧部分，并且本领域技术人员将清楚的是，第二翼稍装置可以适当地与许多其他类型的第一翼稍装置元件、比如在前面的示例中提到的那些相组合。
图13示出了翼稍装置10的第九示例，其中，相似的附图标记用于表示相似的部分，但在编号的百位上加“8”。
在该第九示例中，翼稍装置810的第二翼稍装置元件仅具有附接至第一翼稍装置元件813的梢部端部812的外侧部分822。外侧部分822的功能类似于关于先前示例所描述的外侧部分，并且本领域技术人员将清楚的是，第二翼稍装置可以适当地与许多其他类型的第一翼稍装置元件、比如在先前示例中提到的那些相组合。
技术人员将清楚的是，关于每个示例描述的许多特征可以与其他示例的特征适当地组合。
例如，图2至图5示出了第一翼稍装置扭曲的示例，但是所述示例中的任何示例都可以包括扭曲的第一翼稍装置元件。
图7示出了第二翼稍装置元件220不是平坦的示例，使得内侧部分221与外侧部分222不形成互补角度。应当理解的是，这可以适当地应用于任何其他示例。
在上述每个示例中描述的翼稍装置可以配装或改装至不具有翼稍装置(在“配装”的情况下)或具有现有翼稍装置的替代装置(在“改装”的情况下)的飞行器的外侧端部。在一些情况下将清楚的是，翼稍装置可以配装或改装至另一个翼稍装置，例如在翼稍装置是下分叉部的情况下配装至上分叉部的下空气动力表面。
在出现词语“或”时，这应当被理解为表示“和/或”，使得所指的项不一定是互斥的，而是可以以任何适当的组合的方式使用。
尽管已经参照一个或更多个优选的实施方式描述了本发明，但是将理解的是，在不背离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变或改型。

Claims (22)

1.一种附接至飞行器机翼的翼稍装置，所述翼稍装置包括：
第一翼稍装置元件，所述第一翼稍装置元件具有根部端部和梢部端部；
第二翼稍装置元件，所述第二翼稍装置元件联接至所述第一翼稍装置元件的梢部端部；
其中，当沿机翼俯视图方向观察时，所述第二翼稍装置元件具有从所述第一翼稍装置元件的梢部端部向内延伸的内侧部分和/或从所述第一翼稍装置元件的梢部端部向外延伸的外侧部分。
2.根据权利要求1所述的翼稍装置，其中，所述翼稍装置具有第一顶点，所述第一顶点位于所述第一翼稍装置元件与所述第二翼稍装置元件的所述内侧部分之间。
3.根据权利要求1或2所述的翼稍装置，其中，所述翼稍装置具有第二顶点，所述第二顶点位于所述第一翼稍装置元件与所述第二翼稍装置元件的所述外侧部分之间。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的翼稍装置，其中，所述第二翼稍装置元件是大致平坦的。
5.根据权利要求4所述的翼稍装置，其中，所述第二翼稍装置元件的平面近似正交于所述第一翼稍装置元件的所述梢部端部处的倾斜角定向。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的翼稍装置，其中，当沿所述机翼俯视图方向观察时，所述第一翼稍装置元件包括外侧翼展方向延伸部，其中，所述第一翼稍装置元件的所述梢部端部的至少后缘部分位于所述外侧翼展方向延伸部的内侧。
7.根据权利要求6所述的翼稍装置，其中，所述第二翼稍装置元件的所述外侧部分延伸直至所述外侧翼展方向延伸部。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的翼稍装置，其中，所述第一翼稍装置元件在所述第一翼稍装置元件的所述根部端部与所述第一翼稍装置元件的所述梢部端部之间扭转。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的翼稍装置，其中，所述第一翼稍装置元件绕平行于所述机翼俯视图方向的轴线扭转，使得所述第一翼稍装置元件具有后束角。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的翼稍装置，其中，所述第二翼稍装置元件的润湿区域小于所述第一翼稍装置元件的润湿区域的40％，并且优选地，所述第二翼稍装置元件的润湿区域小于所述第一翼稍装置元件的润湿区域的20％。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的翼稍装置，其中，所述内侧部分的润湿区域大于所述外侧部分的润湿区域。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的翼稍装置，其中，当沿所述机翼俯视图方向观察时，所述第二翼稍装置元件在所述第一翼稍装置元件的所述梢部端部的后方延伸。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的翼稍装置，其中，所述外侧部分具有后掠区域。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的翼稍装置，其中，所述内侧部分具有后掠区域。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的翼稍装置，其中，所述第一翼稍装置元件的所述梢部端部具有至少20度的倾斜角。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的翼稍装置，其中，所述第一翼稍装置元件是非平坦翼稍延展部、小翼、具有大致平坦部分和非平坦翼稍延展部的小翼、混合式小翼、具有上分叉部和下分叉部的分叉式小翼、下分叉部或倾斜的翼稍。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的翼稍装置，其中，所述第一翼稍装置元件包括上分叉部和下分叉部，其中，所述第二翼稍装置元件联接至所述上分叉部或所述下分叉部的梢部端部，或者多个所述第二翼稍装置元件分别联接至所述上分叉部和所述下分叉部。
18.根据权利要求17所述的翼稍装置，其中，当沿所述机翼俯视图方向观察时，所述上分叉部的梢部和所述下分叉部的梢部大致位于相同的翼展方向位置。
19.一种飞行器机翼，包括机翼根部端部和机翼梢部端部以及根据任一项前述权利要求所述的翼稍装置，所述翼稍装置附接至所述机翼梢部端部。
20.一种固定翼飞行器，包括根据权利要求19所述的机翼。
21.根据权利要求20所述的固定翼飞行器，其中，所述机翼的在地面形状中的翼展方向延伸度大致等于机场相容性门的限度。
22.一种将翼稍装置配装或改装至飞行器机翼的方法，所述方法包括将根据权利要求1至18中的任一项所述的翼稍装置固定至机翼的梢部端部。
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