CN116750185A - 前缘增升布局 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于飞行器的前缘增升布局，包括设置在飞行器的机身(1)两侧的机翼前缘(2)，机翼前缘(2)被配装有动力源的发动机吊挂(5)中断，机翼前缘(2)由固定翼前缘(8)、布置在发动机吊挂(5)内侧的内缝翼(3)以及布置在发动机吊挂(5)外侧的外缝翼(6)中的至少一个构成。当飞行器处于高速巡航状态下时，内缝翼(3)和外缝翼(6)收起并与固定翼前缘(8)共同形成不连续的机翼前缘(2)。当飞行器处于低速增升状态下时，内缝翼(3)和外缝翼(6)展开以露出固定翼前缘(8)，固定翼前缘(8)构成连续的机翼前缘(2)。该前缘增升布局能够以简单、经济的方式减少机翼内侧的气流分离，改善飞行器的气动特性。

Description

前缘增升布局

技术领域

本发明涉及一种前缘增升布局，更具体地说，涉及一种用于飞行器的前缘增升布局。

背景技术

飞行器的气动特性决定了民用飞行器的安全性、经济性、舒适性和环保性，其中，机翼作为为飞行器贡献升力的主要部件，对飞行器的整体气动特性起着至关重要的作用。

机翼包括带有高速巡航特性的基本机翼和带有低速起降特性的增升部件。基本机翼又称固定翼，是飞行器的重要组成部分。增升部件通常包括前缘襟翼、前缘缝翼、后缘襟翼等，它们能够改善基本机翼的气动特性，使飞行器在起飞和着陆阶段的低速情况下获得足够的升力，因此其布局在机翼设计中占有重要的地位。

基本机翼和增升部件共同构成了机翼整体外型。对于翼吊飞机来说，目前无论是波音还是空客的高速巡航机翼外型均是连续的，即在高速巡航构型中，当增升部件收起时，增升部件与固定翼组成的机翼整体外型是连续的。

安装在飞行器上的推进装置通常被称作动力装置，包括发动机本体和与其匹配的短舱组件，其中，短舱组件包括进气道、风扇整流罩、反推力装置和排气喷管等。这些短舱组件与发动机本体一起被安装到飞行器的机身上，其中，风扇整流罩和反推力装置通常借助于铰链联接到位于发动机翼下方的发动机吊挂。由于该发动机吊挂及位于机翼末端的小翼的存在，增升部件本身通常是不连续的。也就是说，在高速巡航构型中，如果要求机翼前缘具有连续性，就无法确保固定翼前缘的连续性。

请参见图1，其中示出了传统机翼前缘在巡航构型中的布局。如图1所示，从飞行器的机身1起从近侧到远侧依次布置有内缝翼3、发动机吊挂5、外缝翼6和翼尖小翼7，其中发动机借助于发动机吊挂5安装在机翼下方。在巡航构型中，内缝翼3和外缝翼6处于收起状态。如图1中的虚线框所示，固定翼前缘8与内缝翼3和外缝翼6共同形成机翼前缘2。在巡航构型中，机翼前缘2是连续的。

虽然机翼前缘2在巡航构型中是连续的，但是机翼在翼根与机身鼓包相接的区域、以及机翼与发动机吊挂5相接的区域附近的气动效应较差。尤其是后一区域，即吊挂与机翼连接处附近的区域，该区域因发动机、吊挂和机翼之间的构造较为紧凑，导致气流拥堵，加上不利的横向流动，共同产生了有害的气动效应。

请参见图2，其中示出了传统机翼前缘在增升构型中的布局。如图2所示，在增升构型中，内、外缝翼3和6处于展开状态以露出固定翼前缘8。此时，固定翼前缘8在翼根、发动机吊挂5、机翼与小翼的过渡处呈现不连续性。由于固定翼前缘8的连续性中断，对机翼内侧上表面的气流流动产生了不利影响，导致发动机吊挂5所对应的机翼上表面区域由此进一步产生气流分离，并且致使升力系数降低，影响飞行器的气动特性。

为了消除由于发动机吊挂所导致的不连续性，目前通常采用吊挂内侧修型或者部分克鲁格襟翼来实现前缘增升部件的连续性，减少发动机吊挂对气动特性的影响。但是，在实际应用中改善效果并不明显。

由空中客车西班牙运营有限责任公司于201年11月2日提交的中国发明专利申请CN10100222A公开了一种飞行器的用于增大所产生的提升力的升力面。该升力面包括前缘和位于该前缘中的凹口，凹口包括在飞行器飞行时适于与升力面的入射流方向平行的两个壁和适于面向升力面的入射流的第三壁。升力面还包括可收回的覆盖元件。上述凹口和可收回的覆盖元件构造成使得：当可收回的覆盖元件未覆盖凹口时，凹口暴露于入射流，从而产生增大升力面的升力的旋涡并且延迟失速。

上述专利申请公开的升力面在高速巡航构型中，覆盖元件覆盖在凹口处，形成连续的升力面外型；在低速构型中，覆盖元件不再覆盖凹口，使得凹口暴露，以达到增大升力、延缓失速的目的。但是，这种升力面需要设置凹口和可收回的覆盖元件，与传统升力面相比，机构复杂度、重量和成本均增加，依然不能满足经济性和成本方面的要求。

为此，需要设计一种新型的前缘增升布局，该前缘增升布局能够以简单、经济的方式减少机翼内侧的气流分离，改善飞行器的气动特性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于飞行器的前缘增升布局，该前缘增升布局能够以简单、经济的方式减少机翼内侧的气流分离，改善飞行器的气动特性。

本发明公开了一种用于飞行器的前缘增升布局，包括设置在飞行器的机身两侧的机翼前缘，机翼前缘被配装有动力源的发动机吊挂中断，机翼前缘由固定翼前缘、布置在发动机吊挂内侧的内缝翼以及布置在发动机吊挂外侧的外缝翼中的至少一个构成，其中，当飞行器处于高速巡航状态下时，内缝翼和外缝翼收起并与固定翼前缘共同形成不连续的机翼前缘；并且当飞行器处于低速增升状态下时，内缝翼和外缝翼展开以露出固定翼前缘，固定翼前缘构成连续的机翼前缘。

术语“固定翼前缘”指的是固定翼在其上表面形成的前缘，而术语“机翼前缘”则是由固定翼前缘、内缝翼和外缝翼中的至少一个构成，在高速巡航构型中，机翼前缘由固定翼前缘、内缝翼和外缝翼共同构成，在低速增升构型中，机翼前缘仅由固定翼前缘构成。

在一个较佳实施例中，当飞行器处于高速巡航状态下时，内缝翼和外缝翼可以收起并在固定翼前缘上围出至少一个凹口。

例如，至少一个凹口可以包括位于发动机吊挂区域处的第一凹口。

较佳的是，第一凹口可以由内缝翼的外端面、固定翼前缘以及外缝翼的内端面围成。

又例如，至少一个凹口还可以包括位于飞行器的翼根区域处的第二凹口。

较佳的是，第二凹口可以由机身的鼓包、固定翼前缘和内缝翼的内端面围成。

在一个优选实施例中，飞行器在机翼前缘的远端可以设计有翼尖小翼。

在该实施例中，至少一个凹口还可以包括位于飞行器的翼尖区域处的第三凹口。

较佳的是，第三凹口可以由翼尖小翼和外缝翼的外端面围成。

在上述各实施例中，至少一个凹口的最大高度尺寸小于或等于飞行器的当地弦长的0.5％。这也是区分“连续”和“不连续”的标准。当凹口的最大高度尺寸大于飞行器的当地弦长时，应当认为机翼前缘是不连续的。

根据本发明的前缘增升布局能够获得以下优点：

第一，根据本发明的前缘增升布局能够减少机翼翼面的气流分离，在低速构型中延缓失速迎角，同时不会增加巡航阻力，因此改善了飞行器的气动特性。

上述前缘增升布局在低速构型中产生的有益效果包括：

(i)提高最大升力系数；

(ii)延缓失速迎角，改善失速特性；

(iii)提高升阻比。

上述前缘增升布局在高速构型中产生的有益效果包括：

(i)在巡航构型使用的迎角附近的升力略有提升；

(ii)阻力减小，达到减阻效果；

(iii)力矩特性改善。

第二，与现有技术使用的覆盖元件相比，本发明的前缘增升布局通过将形成凹口的两侧端面所在部件(即，缝翼)移开，实现面连续结构更为简单，具有较低的制造成本。

第三，本发明利用缝翼的展开实现连续外型(即，固定翼前缘)的形成，利用缝翼的收起实现机翼前缘凹口和间断面的形成。

附图说明

为了进一步说明根据本发明的用于飞行器的前缘增升布局的技术效果，下面将结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明，其中：

图1是传统机翼前缘在巡航构型中的布局的示意图；

图2是传统机翼前缘在增升构型中的布局的示意图；

图3A是具有本发明的机翼前缘布局的机翼在巡航构型中的俯视图；

图3B是与图3A类似的示意图，其中标出了处于收回状态的缝翼所处的位置；

图4A是具有本发明的机翼前缘布局的机翼在增升构型中的俯视图；

图4B是与图2类似的示意图，可以看到具有本发明的机翼前缘布局的机翼的固定翼前缘在连续性方面与现有技术之间的区别；

图5A是具有传统机翼前缘的机翼在增升构型中的3D流线图；

图5B是具有本发明的机翼前缘布局的机翼在增升构型中的3D流线图；

图6是具有传统机翼前缘的机翼和具有本发明的机翼前缘布局的机翼在增升构型中的升力曲线的比较表；

图7是具有传统机翼前缘的机翼和具有本发明的机翼前缘布局的机翼在增升构型中的升阻比曲线的比较表；

图8是具有传统机翼前缘的机翼和具有本发明的机翼前缘布局的机翼在巡航构型中的升力曲线的比较表；

图9是具有传统机翼前缘的机翼和具有本发明的机翼前缘布局的机翼在巡航构型中的阻力曲线的比较表；以及

图10是具有传统机翼前缘的机翼和具有本发明的机翼前缘布局的机翼在巡航构型中的力矩曲线的比较表。

附图标记

1 机身

2 机翼前缘

3 内缝翼

4 发动机

5 发动机吊挂

6 外缝翼

7 翼尖小翼

8 固定翼前缘

9a 第一凹口

9b 第二凹口

9c 第三凹口

具体实施方式

下面结合附图说明根据本发明的用于飞行器的前缘增升布局的具体构造和技术效果。

应当明确，本说明书所描述的实施例仅仅涵盖本发明的一部分实施例，而非全部实施例。基于说明书中记载的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，并不是旨在于限制本发明。本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排它的包含。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文清楚地表示其它含义。

基于相同的方位理解，在本发明的描述中，术语“长度”、“展向”、“弦向”、“内(侧)”、“外(侧)”、“远端”、“近端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

图3A是具有本发明的机翼前缘布局的机翼在巡航构型中的俯视图，图3B则标出了处于收回状态的内、外缝翼所处的位置。

如图3A和3B所示，根据本发明的用于飞行器的前缘增升布局包括设置在飞行器的机身1两侧的机翼前缘2，机翼前缘2被配装有诸如发动机4的动力源的发动机吊挂5中断。机翼前缘2由固定翼前缘8、布置在发动机吊挂5内侧的内缝翼3以及布置在发动机吊挂5外侧的外缝翼6中的至少一个构成。当飞行器处于高速巡航状态下时，内缝翼3和外缝翼6收起并与固定翼前缘8共同形成不连续的机翼前缘2；当飞行器处于低速增升状态下时，内缝翼3和外缝翼6展开以露出固定翼前缘8，该固定翼前缘8形成连续的机翼前缘2。换句话说，在低速增升构型中，固定翼前缘8即为机翼前缘2，机翼前缘2是连续的。

对于本领域技术人员应当理解的是，术语“固定翼前缘”指的是从机翼的翼根至翼尖小翼末端这一范围内沿机翼的展向延伸的前缘，而所谓“连续的机翼前缘”指的是机翼前缘8没有形成任何影响气流稳定流动的凹口、倒角、凸边等。该概念对于本领域技术人员来说应当是众所周知的。

在图3A所示的巡航构型中，处于收起状态的内缝翼3和外缝翼与固定翼前缘8共同构成的机翼前缘2是不连续的。具体地说，被收起的内缝翼3和外缝翼6与固定翼前缘8共同围出至少一个凹口。在该图所示的实施例中，共围成有三个凹口，即：位于发动机吊挂5区域处的第一凹口9a；位于飞行器的翼根区域处的第二凹口9b；以及位于飞行器的翼尖区域处的第三凹口9c。

需要强调的是，只有在飞行器的机翼前缘2的远端配备有翼尖小翼7，才有可能围出位于飞行器的翼尖区域处的第三凹口9c。也就是说，如果飞行器未配备翼尖小翼7的话，则内缝翼3和外缝翼6与固定翼前缘8可能只围成二个凹口9a和9b，这对于本领域的技术人员来说是易于理解的。

如图3B所示，第一凹口9a位于发动机吊挂5区域处，并且由内缝翼3的外端面、固定翼前缘8以及外缝翼6的内端面围成。第二凹口9b位于飞行器的翼根区域处，并且由机身1的鼓包、固定翼前缘8和内缝翼3的内端面围成。第三凹口9c由翼尖小翼7和外缝翼6的外端面围成。由于翼尖小翼7通常与机翼成特定角度，第三凹口一般具有阶梯状断面。

图4A是具有本发明的机翼前缘布局的机翼在增升构型中的俯视图，而图4B示出了具有本发明的机翼前缘布局的机翼的固定翼前缘在连续性方面与现有技术之间的区别。可以看到，当飞行器处于低速增升状态下时，内缝翼3和外缝翼6从收起位置向外移动到展开位置，并与固定翼前缘8形成连续的机翼前缘2。

本领域的现有技术通常仅考虑单一的升力面，该升力面并没有与其他部件相互作用。在这种情况下，机翼前缘2在高速构型下外型连续、在低速构型下外型带有凹口的组合可以产生较好的气动效应。但在本申请的技术方案中，针对翼吊飞机的机翼前缘2进行了改进，使得机身前缘2在翼根区域与机身鼓包相接，在中间区域与吊挂发动机5相接，在翼尖区域与翼尖小翼7相接。在这种情况下，获得了较好的气动效应。

本申请的发明人通过改变传统机翼的前缘布局，使固定翼前缘8在低速增升构型中保持连续，而机翼前缘2在高速巡航构型中整体上呈现不连续性，产生至少一个间断面。这样，在低速增升构型中，利用固定翼前缘8的连续性能够改善低速特性，提高最大升力系数及延缓失速，改善失速特性；在高速巡航构型中，利用机翼前缘2的多个间断面达到减阻效果。

因此，本申请通过对机翼前缘布局进行设计，不仅改善了低速构型下前缘不连续的问题，而且解决了在高速构型下翼根、翼尖及吊挂区气动效应差的问题。

图5A是具有传统机翼前缘的机翼在增升构型中的3D流线图，而图5B是具有本发明的机翼前缘布局的机翼在增升构型中的3D流线图。

如图5A和5B所示，可以清楚地看到当内缝翼3和外缝翼6展开时，具有本发明的机翼前缘布局的机翼周围的空气流线与具有传统机翼前缘的机翼相比明显更为平稳，这说明失速特性明显得到改善。

图6是具有传统机翼前缘的机翼和具有本发明的机翼前缘布局的机翼在增升构型中的升力曲线的比较表，其中，实线是对照例的升力曲线，而虚线是本发明的升力曲线。可以看到，本发明的升力曲线在增升构型中的最高点有所升高，表明最大升力系数得到了提高。此外，本发明还提高了失速迎角，延缓了失速，改善了失速特性。

图7是具有传统机翼前缘的机翼和具有本发明的机翼前缘布局的机翼在增升构型中的升阻比曲线的比较表，其中，实线是对照例的升阻比曲线，而虚线是本发明的升阻比曲线。可以看到，本发明的升阻比曲线在增升构型中不同升力时均有所提高。

图8是具有传统机翼前缘的机翼和具有本发明的机翼前缘布局的机翼在巡航构型中的升力曲线的比较表，其中，实线是对照例的升力曲线，而虚线是本发明的升力曲线。可以看到，本发明的升力曲线在巡航构型使用的迎角附近的升力略有提升。

图9是具有传统机翼前缘的机翼和具有本发明的机翼前缘布局的机翼在巡航构型中的阻力曲线的比较表，其中，实线是对照例的阻力曲线，而虚线是本发明的阻力曲线。可以看到，本发明的阻力曲线在巡航构型中均有所下降，达到了减阻的效果。

图10是具有传统机翼前缘的机翼和具有本发明的机翼前缘布局的机翼在巡航构型中的力矩曲线的比较表，其中，实线是对照例的力矩曲线，而虚线是本发明的力矩曲线。可以看到，本发明的力矩曲线在巡航构型中力矩上仰现象改善为平稳后下偏，力矩特性得以改善，使最大可使用迎角不受限制，巡航构型可使用最大升力系数增大。

虽然以上结合了较佳实施例和附图对用于飞行器的前缘增升布局进行了说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本发明的限制。因此，可以在权利要求书的实质精神范围内对本发明进行修改和变型，这些修改和变型都将落在本发明的权利要求书所要求的范围之内。

Claims (10)

1.一种用于飞行器的前缘增升布局，包括设置在所述飞行器的机身(1)两侧的机翼前缘(2)，所述机翼前缘(2)被配装有动力源的发动机吊挂(5)中断，所述机翼前缘(2)由固定翼前缘(8)、布置在所述发动机吊挂(5)内侧的内缝翼(3)以及布置在所述发动机吊挂(5)外侧的外缝翼(6)中的至少一个构成，

当所述飞行器处于高速巡航状态下时，所述内缝翼(3)和所述外缝翼(6)收起并与所述固定翼前缘(8)共同形成不连续的机翼前缘(2)；并且

当所述飞行器处于低速增升状态下时，所述内缝翼(3)和所述外缝翼(6)展开以露出所述固定翼前缘(8)，所述固定翼前缘(8)构成连续的机翼前缘(2)。

2.如权利要求1所述的前缘增升布局，其特征在于，当所述飞行器处于高速巡航状态下时，所述内缝翼(3)和所述外缝翼(6)收起并在所述固定翼前缘(8)上围出至少一个凹口(9a、9b、9c)。

3.如权利要求2所述的前缘增升布局，其特征在于，所述至少一个凹口(9a、9b、9c)包括位于所述发动机吊挂(5)区域处的第一凹口(9a)。

4.如权利要求3所述的前缘增升布局，其特征在于，所述第一凹口(9a)由所述内缝翼(3)的外端面、所述固定翼前缘(8)以及所述外缝翼(6)的内端面围成。

5.如权利要求2所述的前缘增升布局，其特征在于，所述至少一个凹口(9a、9b、9c)还包括位于所述飞行器的翼根区域处的第二凹口(9b)。

6.如权利要求所述的前缘增升布局，其特征在于，所述第二凹口(9b)由所述机身(1)的鼓包、所述固定翼前缘(8)和所述内缝翼(3)的内端面围成。

7.如权利要求2所述的前缘增升布局，其特征在于，所述飞行器在所述机翼前缘(2)的远端设有翼尖小翼(7)。

8.如权利要求7所述的前缘增升布局，其特征在于，所述至少一个凹口(9a、9b、9c)还包括位于所述飞行器的翼尖区域处的第三凹口(9c)。

9.如权利要求8所述的前缘增升布局，其特征在于，所述第三凹口(9c)由所述翼尖小翼(7)和所述外缝翼(6)的外端面围成。

10.如权利要求2至9中任一项所述的前缘增升布局，其特征在于，所述至少一个凹口(9a、9b、9c)的最大高度尺寸小于或等于所述飞行器的当地弦长的0.5％。