CN117755482B - 飞行器用涡流发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种飞行器用涡流发生器。该涡流发生器包括：中空圆筒体，该中空圆筒体紧固在飞行器蒙皮（1）的开孔中；以及旋转体，该旋转体可动地容置在中空圆筒体内部，旋转体的顶部安装有伸出飞行器蒙皮（1）的涡流发生器本体（2）。旋转体在中空圆筒体内转动的同时，还能改变其相对于中空圆筒体的高度。上述涡流发生器采用较简单的驱动形式，不仅可以实现绕固定轴的旋转，而且还可以沿垂直飞行器表面方向的上下运动。针对飞行器的不同飞行状态，实现涡流发生器安装角和伸出高度的同时控制。

Description

飞行器用涡流发生器

技术领域

本发明涉及一种飞行器用涡流发生器，更具体地说，涉及一种可调节角度和高度的涡流发生器，该涡流发生器能够同时调节其中的涡流发生器本体与气流方向的夹角以及该涡流发生器本体伸出飞行器蒙皮的高度。

背景技术

通常情况下，民用飞行器在较大迎角下，其机体表面会发生流动分离，导致升力降低、阻力增加、操纵性和稳定性降低等一系列不良结果。涡流发生器（Vortex Generator，简称VG）是目前抑制流动分离的最常用的手段之一，已在诸多型号的飞行器上得到应用。

通常情况下，涡流发生器是垂直安装在机体表面上的小型突出物，其有效部位可被视为展弦比很小的机翼，常见形状有三角形、矩形、梯形等，其所在平面与来流方向存在一定夹角。由于涡流发生器的展弦比很小，可以产生较强的翼尖涡，这种翼尖涡可促使边界层内部的低能量气流和边界层外部的高能量气流混合，进而增大边界层气流的能量。随着边界层内气流的能量增加，获得了更强的抵抗逆压梯度的能力，因此边界层的流动分离得到抑制。

当飞行器的飞行高度、马赫数、迎角、侧滑角等参数发生变化时，同一部位的边界层厚度以及气流方向也会随之变化，涡流发生器产生的作用也会随之变化。在这些参数中，最重要的两个参数是：（i）与气流方向的夹角ɑ（即安装角）；以及（ii）伸出机体表面的高度H。

若要使涡流发生器发挥效能，其需要有一定的安装角。但此安装角的存在，客观上增加了机体的迎风面积，导致小迎角下的阻力增加。具体来说，在飞行器巡航状态下，涡流发生器与当地气流的夹角为零度，且涡流发生器的底座与当地蒙皮平齐，将涡流发生器的这种状态称为零位置。零位置状态下的涡流发生器底座与蒙皮之间不存在台阶，以尽可能减少涡流发生器带来的阻力。随着飞行器迎角增大，气流趋于发生流动分离，驱动装置绕轴旋转并沿轴的方向上下运动，带动涡流发生器运动，获得匹配边界层厚度的涡流发生器的高度以及与当地气流的合适安装角，产生足够强度的涡以抑制流动分离。当飞行器脱离大迎角状态并回复到巡航状态时，驱动机构反向运动，将涡流发生器恢复到零位置。

传统涡流发生器是针对大迎角的工况设计的，而飞行器的巡航状态均为小迎角，传统涡流发生器无法在巡航状态下发挥效果，甚至还会产生负面作用。在小迎角状态下，安装角应尽可能小，最好为零度，以此来减少涡流发生器带来的附加阻力。但是，传统的涡流发生器无法根据飞行工况调整安装角。

研究表明，涡流发生器对气流分离的抑制作用与其高度直接相关，涡流发生器的高度应与当地边界层厚度接近。若涡流发生器伸出机体表面的高度过低，产生的涡流较弱，流动控制作用较弱。若涡流发生器伸出机体表面的高度过高，产生的涡流位于边界层以外，无法给边界层气流注入足够的能量，也无法发挥理想的效果。飞行器在不同飞行高度、不同速度和不同的迎角下，同一部位的边界层厚度存在差异，而传统的涡流发生器完全固定在机体表面上，无法根据飞行工况调节高度。

以某型具有常规布局的固定翼飞行器为例，在巡航马赫数、大迎角（例如，4°）状态下，固定翼表面发生大面积流动分离。图1是示出固定翼上的涡流发生器对全机力矩特性的影响的曲线图。在该图中共绘制了三条曲线，其中实线是未安装涡流发生器的全机的力矩-迎角曲线，可以看到在迎角从1°变化到4°的过程中，力矩-迎角曲线始终下降；而在迎角从4°变化到6°的过程中，力矩-迎角曲线在达到最低点之后开始上扬。

此外，虚线和点划线分别是在该固定翼上安装有一系列25mm高度和10mm高度的涡流发生器后的全机力矩-迎角曲线，对比未安装涡流发生器的全机力矩-迎角曲线，可以观察到高度为25mm的涡流发生器对抑制力矩-迎角曲线上扬无明显作用，而高度为10mm的涡流发生器则作用明显。显然，这两个高度的涡流发生器在抑制气流分离方面的作用存在显著差别。经测量，在该工况下，涡流发生器安装位置的边界层厚度约为7至9mm。这进一步证明了涡流发生器高度需要与当地边界层厚度接近。

图2A示出了未配备涡流发生器的该型飞行器在大迎角飞行时，其固定翼表面的流线图，而图2B则示出了配备高度为10mm的涡流发生器的相同飞行器在相同飞行状态下的固定翼表面的流线图。可以看到，在图2A中的飞行器固定翼表面靠近后缘处，发生了大面积的流动分离。相比之下，在图2B中框出的涡流发生器的安装区域A的后方，流动分离情况得到了明显抑制。

另一方面，在干净的后掠机翼上，可以安装不同角度的涡流发生器。除涡流发生器的安装角外，安装位置、形状、大小等其它参数完全相同。以安装角为0°和25°的两个涡流发生器为例，在0.7马赫数下，分别计算0°和6°迎角下，带涡流发生器的后掠机翼气动力，如下方的表1所示，其中Ma为马赫数，AOA为迎角，CL为升力系数，CD为阻力系数，L/D为升阻比。很明显，在小迎角下，0°安装角方案具有较高的升阻比；而在大迎角下，25°安装角方案具有较高的升阻比。可见，在不同的飞行状态下，最优的涡流发生器安装角是不同的。

通过上述分析可知，对于常规设计的飞行器，小迎角下的主要升力面一般不发生流动分离，不需要涡流发生器抑制流动分离。此时，为了尽量减小涡流发生器带来的附加阻力，涡流发生器应当沿当地气流方向布置，使得涡流发生器产生的涡的强度较小。在大迎角下，主要升力面发生流动分离，则涡流发生器需要与气流方向存在足够大的安装角，以获得足够强度的涡，进而抑制流动分离。另外，在不同状态下，飞行器表面同一位置处的边界层厚度也会发生变化，为了使涡流发生器的效能最大化，可以根据当地边界层厚度动态地调整涡流发生器的高度。

现有技术中存在一些基于上述安装角和伸出高度等参数变化而改进涡流发生器的技术方案。

例如，由空中客车运作有限责任公司于2016年11月30日提交的美国发明专利US10,543,908B2公开了一种用于飞行器的涡流发生器装置。该专利提出一种流动控制系统，这种流动控制系统包括气流通过的飞行器表面、涡流产生元件、连接该元件的元件支撑结构和安装结构。涡流产生元件具有旋转轴，可在驱动装置的驱动下绕该轴旋转，并在保持器作用下使涡流产生元件与气流方向保持一定夹角。

然而，该发明只能调节涡流发生器与气流的安装角，并不能调节涡流发生器高度，而且这种流动控制装置还需要分别设置驱动器和保持器，零件数量较多且结构复杂，不利于降低装置的整体成本。

同样由空中客车运作有限责任公司于2016年9月27日提交的中国发明专利CN107010208B涉及用于飞行器的涡流发生器设备、气流控制系统、飞行器和控制飞行器的舵面上的气流的方法。该涡流发生器设备包括：飞行器的气动外形表面，其表面部件包含开口；涡流产生装置，可在缩回位置和伸出位置之间移动；保持装置，用于将涡流产生装置保持在缩回位置；偏置装置，用于朝向伸出位置偏置涡流产生装置；释放装置，用于从保持装置释放涡流产生装置，使得涡流产生装置可以向伸出位置移动。另外，该设备还提供了密封膜，以在涡流产生装置处于缩回位置时完全密封开口。上述设备实现了涡流发生器在垂直于飞行器外表面的方向上伸缩。

但是，上述设备虽然可以控制涡流发生器的伸出或缩回，但无法控制涡流发生器与气流的夹角。而且，该设备所使用的驱动装置只能实现垂直方向的平行移动，并不涉及涡流发生装置的旋转，且需要分别设置偏置装置、保持装置与释放装置，其结构复杂、制造成本昂贵。

由此可见，目前得到应用的涡流发生器基本都是固定式的，不能根据飞行状态的不同对参数进行调整。上述改进方案或者只能调节角度，或者只能调节高度，无法实现两者的同时控制。而且，部分可调节涡流发生器的机械实现形式复杂，操作不便，制造成本也较为昂贵。

为此，需要设计一种改进型的飞行器用涡流发生器，该涡流发生器不仅具有简单的构造，而且能够对涡流发生器与气流方向的夹角和涡流发生器伸出飞行器蒙皮的高度同时进行调节，从而解决上述不足之处。

发明内容

本发明的目的在于提供一种飞行器用涡流发生器，该涡流发生器构造简单，能够对涡流发生器与气流方向的夹角和涡流发生器伸出飞行器蒙皮的高度同时进行调节。

根据本发明的一个方面，飞行器用涡流发生器包括：

中空圆筒体，该中空圆筒体紧固在飞行器的蒙皮的开孔中；以及

旋转体，该旋转体可动地容置在中空圆筒体内部，旋转体的顶部安装有伸出飞行器的蒙皮的涡流发生器本体，

其中，旋转体在中空圆筒体内转动的同时，还能改变其相对于中空圆筒体的高度。

较佳的是，涡流发生器本体可以具有从以下形状中选择的形状：梯形、矩形和三角形。

更佳的是，涡流发生器本体可以具有部分边缘倒圆的梯形形状。

较佳的是，中空圆筒体可以具有至少一个套筒，旋转体可以是底座，旋转体可以经由驱动杆连接到用于控制其转动的控制器。

更佳的是，驱动杆的一端可以关联到控制其转动和/或上下运动的控制器，另一端则直接驱动底座或借助于摇臂驱动底座。

请注意，术语“关联”既涵盖了两个部件在物理意义上的连接、接触、接合、整合成一体等状态，也涵盖了这两个部件利用电波、光波、声波等媒介在空间非接触状态下彼此通信、联通、连通等状态。

在第一较佳实施例中，底座和套筒之间可以设有具有预定斜率的螺旋式滑槽结构，底座和套筒借助于彼此在滑槽结构内的滑动而致使底座相对于套筒升高或降低。

在上述技术方案中，预定斜率通常包括在55°至65°之间的斜率。

更佳的是，滑槽结构可以包括设置在底座的外周缘上的第一螺纹和设置在套筒的内表面上的第二螺纹，第一螺纹与第二螺纹彼此啮合。

在第二较佳实施例中，底座在其外周缘的至少一个位置处可以设有向外突出的至少一个第一齿部，套筒设有高度与第一齿部匹配的周向凹槽，使得第一齿部在底座容置在套筒内部时能在周向凹槽中滑动。

在该较佳实施例中，套筒可以为单套筒型式，周向凹槽设置在套筒的内表面上，套筒的内表面还形成有两条或两条以上的轴向凹槽，轴向凹槽彼此平行且其至少一部分与周向凹槽相交并连通。

较佳的是，轴向凹槽沿周向凹槽的延伸方向可以均匀分布在套筒的内表面上。

较佳的是，套筒可以被制成为分体型式，从而在底座的第一齿部嵌入到套筒的周向凹槽之后将套筒安装成整体。

在第三较佳实施例中，套筒可以为双套筒型式，并且由同轴布置且彼此可动配合的外套筒和内套筒构成，周向凹槽形成在外套筒和内套筒中的一个上，外套筒和内套筒中的另一个形成至少一条轴向凹槽，底座经由第一齿部与内套筒滑动配合，内套筒在其外周缘的至少一个位置处设有向外突出的第二齿部，并且经由第二齿部与外套筒滑动配合。

较佳的是，内套筒和外套筒可以被制成为分体型式，从而在第一齿部嵌入到内套筒之后将内套筒安装成整体，并且在第二齿部嵌入到外套筒之后将外套筒安装成整体。

在周向凹槽设置于内套筒而轴向凹槽设置于外套筒的情况下，第一齿部嵌入到内套筒的周向凹槽中，而第二齿部嵌入到外套筒的轴向凹槽中；在轴向凹槽设置于内套筒而周向凹槽设置于外套筒的情况下，第一齿部嵌入到内套筒的轴向凹槽中，而第二齿部嵌入到外套筒的周向凹槽中。

根据本发明的飞行器用涡流发生器能够获得以下优点：

（i）上述涡流发生器不仅可以实现绕固定轴的旋转，而且还可以沿垂直飞行器表面方向的上下运动。针对飞行器的不同飞行状态，实现涡流发生器安装角和伸出高度的同时控制。这样，无需另外设置驱动器和保持器，不仅减少了零件数量，而且降低了整体制造成本；

（ii）通过在底座和套筒之间设置彼此啮合的螺旋式滑槽结构，不仅实现了安装角和伸出高度的同时控制，而且结构进一步简化，且能够实现安装角和高度的连续调整；

（iii）通过在底座的外周缘上设置若干个齿部，并且在单个套筒的内表面设置一条周向凹槽和若干条轴向凹槽，可以使底座相对于套筒转动并上下移动，因此以简单的结构实现了安装角和伸出高度的同时控制，且两者之间的匹配度更为灵活；

（iv）通过用双套筒甚至多套筒形式替代单个套筒，在底座和内套筒的外周缘上设置若干个齿部，并且在内套筒和外套筒之一的内表面设置周向凹槽，而在内套筒和外套筒中的另一个的内表面设置若干条轴向凹槽，可以使底座相对于内、外套筒转动并上下移动，因此以相对简单的结构实现了安装角和伸出高度的同时控制，且可以连续地调节涡流发生器的角度。

附图说明

为了进一步说明根据本发明的飞行器用涡流发生器的技术效果，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是反映某具有常规布局的飞行器的固定翼上的涡流发生器对全机力矩特性的影响的曲线图；

图2A是未配备涡流发生器的图1所示飞行器在大迎角飞行时其固定翼表面的空气流线图；

图2B是配备高度为10mm的涡流发生器的图1所示飞行器在相同飞行状态下其固定翼表面的空气流线图；

图3是根据本发明的涡流发生器的第一实施例的剖视图；

图4是图3所示的涡流发生器的底座、驱动杆及安装于顶部的涡流发生器本体的立体示意图；

图5是图3所示的涡流发生器的套筒及其内表面的立体示意图；

图6A是根据本发明的涡流发生器的第二实施例沿穿过涡流发生器本体的第一剖切线截取的剖视图；

图6B是根据本发明的涡流发生器的第二实施例沿垂直于涡流发生器本体的第二剖切线截取的剖视图；

图7是图6A和6B所示的涡流发生器的底座的立体示意图；

图8是图6A和6B 所示的涡流发生器的套筒及其内表面的立体示意图；

图9是根据本发明的涡流发生器的第三实施例的剖视图；

图10是根据本发明的涡流发生器的第三变型实施例的剖视图；以及

图11是根据本发明的涡流发生器的控制逻辑流程图。

附图标记：

1 蒙皮；

2 涡流发生器本体；

3 底座；

4 套筒；

4a 外套筒；

4b 内套筒；

5a 第一齿部；

5b 第二齿部；

6 周向凹槽；

7 轴向凹槽；

8 驱动杆；

9 紧固件；

10 滑槽结构；

10a 第一螺纹；

10b 第二螺纹；

A 安装区域。

具体实施方式

下面结合附图说明根据本发明的涡流发生器的构造、运行过程及其技术效果。

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“周向”、“轴向”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。

（第一实施例）

图3是根据本发明的涡流发生器的第一实施例的剖视图。如图3所示，涡流发生器包括：具有中空圆筒形状的套筒4，该套筒4通过胶粘、焊接等方式紧固在飞行器机体的蒙皮1的开孔中；以及底座3，该底座3可动地容置在套筒4的中空空间内部，底座3的顶部安装有伸出蒙皮1所在平面的涡流发生器本体2。

图4和图5分别示出了作为涡流发生器一部分的底座3和套筒4。

如图4所示，底座3呈大致圆盘或圆台状，并且经由例如穿过其旋转中心的驱动杆8与用于控制其旋转的控制器关联。驱动杆8借助于诸如螺栓、螺钉或铆钉之类的紧固件9固定到底座3，以便在转动时带动底座3一起旋转。或者，驱动杆8也可以不直接连接到底座3，而是借助于一对摇臂或一组连杆等联动机构连接到底座3从而对其进行驱动。这样的变型对于本领域的技术人员来说应当是易于想到的。

底座3和套筒4之间设有从下往上以特定倾斜角螺旋式升高的滑槽结构10。底座3和套筒4可以借助于滑槽结构10以滑动的方式彼此相对转动，使得底座3能够在套筒4内部相对于套筒4升高或降低。

在更优选的实施例中，滑槽结构10由一对可以彼此啮合的螺纹10a和10b构成。具体来说，滑槽结构10包括设置在底座3的外周缘上的第一螺纹10a和设置在套筒4的内表面上的第二螺纹10b，第一螺纹10a与第二螺纹10b彼此啮合。如果形成在底座3的外周缘上的第一螺纹为阳螺纹的话，则形成在套筒4的内表面上的第二螺纹应当为阴螺纹。当然，也可以将阳螺纹和阴螺纹互相对换，即，形成在套筒4的内表面上的第二螺纹为阳螺纹，而形成在底座3的外周缘上的第一螺纹则为阴螺纹。本领域技术人员可以理解的是，上述变型均落在本发明的保护范围之内。

通常来说，滑槽结构10的倾斜角优选地在55°至65°的范围内选择。这样，底座3与套筒4之间的相对运动会变得更加平稳、顺畅。

如图5所示，套筒4呈中空圆筒体形状，中空空间的尺寸与底座3完全适配，以便于底座3容置在套筒4的中空空间内。套筒4的外周缘与蒙皮1接合，一方面为底座3提供运动导轨，另一方面也对蒙皮1起到加强作用，弥补蒙皮1开孔导致的强度损失。

如先前所述，套筒4的内表面上设置有第二螺纹10b，第二螺纹10b被设计成与第一螺纹10a彼此啮合，共同构成滑槽结构10。

虽然图4中所示的实施例所采用的涡流发生器本体2具有梯形形状，但也可以将涡流发生器本体2的形状设计为矩形、正方形、三角形和部分边缘倒圆的梯形等。这些变型对于本领域的普通技术人员来说均是易于想到的。

如先前所述，驱动杆8以各种已知方式与控制器关联，包括通过有线或无线方式接收控制器的指令以控制驱动杆8的转动或上下移动等。由于这些方式对于本领域的普通技术人员来说是众所周知的，在此省略对其进一步介绍。

当监测到飞行器的飞行状态发生变化而需要改变涡流发生器本体2的状态时，控制器通过内部逻辑运算，得到涡流发生器本体2的最优角度和伸出高度，进而控制驱动杆8执行相应的操作。

随着驱动杆8转动，带动底座3和联接于其上的涡流发生器本体2借助于形成在底座3和套筒4之间的滑槽结构10相对于套筒4转动，这样可以更加方便地实现涡流发生器与气流方向的夹角和涡流发生器伸出飞行器蒙皮的高度的同时调节。此外，驱动杆8还可以对底座3起到支撑作用，当底座3相对于套筒4停留在滑槽结构10中的某个位置时，驱动杆8将顶住底座3以避免底座3在重力作用下沿滑槽结构10向下滑动。

（第二实施例）

图6A是根据本发明的涡流发生器的第二实施例沿穿过涡流发生器本体的第一剖切线截取的剖视图，而图6B是根据本发明的涡流发生器的第二实施例沿垂直于涡流发生器本体的第二剖切线截取的剖视图。也就是说，第一剖切线和第二剖切线均穿过底座3或套筒4的中心且相互垂直。图7和图8分别示出了作为涡流发生器一部分的底座3和套筒4。

在第二实施例中，采用第一齿部5a、周向凹槽6和轴向凹槽7之间的配合来代替第一实施例中的由螺纹10a和10b组成的滑槽结构10。

具体来说，底座3在其外周缘的至少一个位置处设有至少一个向外突出的第一齿部5a，在根据本发明的一个较佳实施例中，底座3在其外周缘的两个相对位置处各自设有一个向外突出的第一齿部5a。如图7所示，这些第一齿部5a优选地沿底座3的外周缘布置成彼此间隔180°。本领域技术人员应当理解的是，可以根据实际情况改变第一齿部5a的数量，只要这些第一齿部5a沿底座3的外周缘均匀分布即可。

例如，在另一个较佳实施例中，底座3可以在其外周缘的三个位置处各设有一个向外突出的第一齿部5a，则这些第一齿部5a优选地沿底座3的外周缘布置成彼此间隔120°。在又一个较佳实施例中，底座3在其外周缘的四个位置处各设有一个向外突出的第一齿部5a，则这些第一齿部5a优选地沿底座3的外周缘布置成彼此间隔90°。当然，本发明并不限于上述实施例，所有针对齿部数量和布置形式所作出的变型均应当落在本发明的保护范围之内。

套筒4的内表面设有高度与底座3的第一齿部5a匹配的周向凹槽6，也就是说，底座3的第一齿部5a的高度与套筒4的周向凹槽6大致相同或相平齐，使得第一齿部5a在底座3容置在套筒4内时能嵌入到周向凹槽6中并且沿周向凹槽6围绕底座3的旋转中心滑动。周向凹槽6可以沿套筒4的整个圆周形成在套筒4的内表面上，也可以沿套筒4的一部分圆周形成在套筒4的内表面上，这取决于底座3在套筒4内转动的预定范围和角度。

在本实施例中，套筒4为单个套筒，除了周向凹槽6，该套筒的内表面还形成有两条或两条以上的轴向凹槽7，每条轴向凹槽7对应于一个涡流发生器角度。这些轴向凹槽7彼此平行且其至少一部分、在本实施例中为顶端与周向凹槽6相交并连通。当然，也可以将轴向凹槽7设计为底端或中间部分与周向凹槽6相交并连通，只要轴向凹槽7在套筒4的长度方向上非贯通以防止齿部脱落即可。

在某种优选设计中，这些轴向凹槽7沿套筒4的内表面均匀分布。当然，轴向凹槽7也可以集中分布在套筒4的内表面的某些部分，这通常取决于周向凹槽6沿周向延伸的区域。

在本实施例中，由于底座3容置在套筒4的中空空间内且与套筒4紧密配合，并且底座3的第一齿部5a需要在底座3容置在套筒4内时能嵌入到周向凹槽6中并且沿周向凹槽6围绕底座3的旋转中心滑动，为了确保第一齿部5a能够被嵌入到周向凹槽6中，可以将套筒4制成分体式，以便于在将底座3的第一齿部5a嵌入到套筒4的周向凹槽6之后再将套筒4安装成一个整体，以确保套筒4在底座3内部的运动不受影响。

利用周向凹槽6与轴向凹槽7的相交布置，嵌入到周向凹槽6内的第一齿部5a可以沿周向凹槽6的延伸方向滑动。当第一齿部5a位于周向凹槽6中时，控制器控制驱动杆8旋转，并且带动底座3和联接于其上的涡流发生器本体2一起旋转，从而调节涡流发生器本体2与气流的夹角。与此同时，根据预先确定的涡流发生器本体2伸出蒙皮1表面的高度，使第一齿部5a移动到周向凹槽6与轴向凹槽7之一的相交位置处，然后从周向凹槽6移入该轴向凹槽7并控制驱动杆8上下运动，从而改变底座3相对于套筒4的高度。当第一齿部5a在周向凹槽6和/或轴向凹槽7内移动到某个位置时，驱动杆8可以对底座3进行支撑，以避免底座3在重力作用下移离该位置并在周向凹槽6和/或轴向凹槽7内产生不期望的滑动。由此，实现了涡流发生器与气流方向的夹角和涡流发生器伸出飞行器蒙皮的高度的同时调节。

本领域普通技术人员应当理解的是，在满足功能且强度足够的前提下，可以将底座3、套筒4、驱动杆8等部件的尺寸尽量做小，以避免与飞行器的其它部件发生干涉。

（第三实施例）

图9是根据本发明的涡流发生器的第三实施例的剖视图，图10则是根据本发明的涡流发生器的第三变型实施例的剖视图。为了清楚起见，图9和10中采用与图3、6A和6B中相同的附图标记来标识第三实施例中与第一和第二实施例相同的部件，并且省略对于这些部件的描述。这些相同的部件包括蒙皮1、涡流发生器本体2、驱动杆8和紧固件9。

不同于第二实施例，第三实施例中的套筒4具有双套筒型式。也就是说，套筒4由同轴布置且彼此可动配合的外套筒4a和内套筒4b构成。如图9所示，底座3可动地容置在内套筒4b的中空空间内部，内套筒4b则可动地容置在外套筒4a的中空空间内部。

底座3在其外周缘的至少一个位置处设有至少一个向外突出的第一齿部5a（由于剖视角度问题，该齿部未在图9中示出，但在图10中示出），内套筒4b的内表面设有高度与底座3的第一齿部5a匹配的周向凹槽6，使得第一齿部5a在底座3容置在套筒4内时能嵌入到内套筒4b的周向凹槽6中并且沿周向凹槽6围绕底座3的旋转中心滑动。但是，轴向凹槽7并没有形成在内套筒4b的内表面上，而是形成在外套筒4a的内表面上。与之对应的是，内套筒4b在其外周缘的至少一个位置处设有向外突出的第二齿部5b（由于剖视角度问题，该齿部未在图10中示出，但在图9中示出），第二齿部5b嵌入到外套筒4a的轴向凹槽7中，实现内套筒4b与外套筒4a的滑动配合。

为了确保第一齿部5a能够嵌入到周向凹槽6中，以及第二齿部5b能够嵌入到轴向凹槽7中，将内套筒4b和外套筒4a均制成分体式，以便于在将第一齿部5a嵌入到内套筒4b中之后再将内套筒4b安装成整体，以及在将第二齿部5b嵌入到外套筒4a中之后再将外套筒4a安装成整体。由此可见，第三实施例将第二实施例中形成在套筒4的内表面上的周向凹槽6和轴向凹槽7分解为形成在内套筒4b的内表面上的周向凹槽6和形成在外套筒4a的内表面上的轴向凹槽7，并且利用形成在底座3的外周缘上的第一齿部5a和形成在内套筒4b的外周缘上的第二齿部5b实现安装角和伸出高度的同时调整。

图10是根据本发明的涡流发生器的第三变型实施例的剖视图。与图9所示的第三实施例相比，第三变型实施例将形成在内套筒4b的内表面上的周向凹槽6和形成在外套筒4a的内表面上的轴向凹槽7的位置对换，即，改变为形成在内套筒4b的内表面上的轴向凹槽7和形成在外套筒4a的内表面上的周向凹槽6，其余部分的结构保持不变。

类似地，为了确保第一齿部5a能够嵌入到轴向凹槽7中，以及第二齿部5b能够嵌入到周向凹槽6中，将内套筒4b和外套筒4a均制成分体式，以便于在将第一齿部5a嵌入到内套筒4b内中之后再将内套筒4b安装成整体，以及在将第二齿部5b嵌入到外套筒4a中之后再将外套筒4a安装成整体。

返回到图9，以该图中的实施例为例。利用分开的周向凹槽6与轴向凹槽7，嵌入到例如周向凹槽6的第一齿部5a可以沿周向凹槽6的延伸方向滑动。当第一齿部5a位于周向凹槽6中时，控制器控制驱动杆8旋转，并且带动底座3和联接于其上的涡流发生器本体2一起旋转，从而调节涡流发生器本体2与气流的夹角。与此同时，根据预先确定的涡流发生器本体2伸出蒙皮1表面的高度，嵌入到例如轴向凹槽7的第二齿部5b可以沿轴向凹槽7的延伸方向滑动，从而改变底座3相对于套筒4的高度。当第一齿部5a和第二齿部5b在周向凹槽6和轴向凹槽7内移动到某个位置时，驱动杆8可以对底座3进行支撑，以避免底座3在重力作用下移离该位置并在周向凹槽6和/或轴向凹槽7内产生不期望的滑动。由此，实现了涡流发生器与气流方向的夹角和涡流发生器伸出飞行器蒙皮的高度的同时调节。

结合上述三个实施例可知，在第一实施例中，根据涡流发生器本体2的最优位置可以直接推导出驱动杆8需要旋转的范围或角度，并且相应地在底座3和套筒4上设计螺纹，利用驱动杆8的旋转带动涡流发生器本体2沿螺纹方向移动。相比之下，在第二实施例中，首先将底座3的第一齿部5a推入套筒4的周向凹槽6中并旋转相应角度，以使涡流发生器本体2与气流方向形成夹角ɑ，然后再将第一齿部5a对准轴向凹槽7之一，利用驱动杆8的旋转带动涡流发生器本体2沿轴向上下移动，以确定涡流发生器本体2伸出飞行器蒙皮1的高度H。由此可见，第二实施例的安装角ɑ和伸出高度H可以进行独立调整，它们之间的匹配度更为灵活，但第二实施例的安装角ɑ只能非连续调整，而第一实施例则可以实现安装角ɑ和伸出高度H的连续调整。第三实施例则兼收了第一和第二实施例中的优点并避免了第一和第二实施例中的缺点。

当然，也可以对上述实施例作进一步改进，例如，将第一实施例中的螺纹改为闭合的圆周槽，或者取消第二实施例中的轴向凹槽7但保留周向凹槽6，这样可以放弃涡流发生器本体2的高度控制，而只控制安装角ɑ。

需要说明的是，图3所示的第一实施例、图6A和6B所示的第二实施例以及图9和10所示的第三实施例及其变型所展现的均为处于零位置的涡流发生器本体。在该状态下，底座3的上表面与相邻的套筒4及蒙皮1平齐，因而不存在台阶。蒙皮1和套筒4为固定部件，位置始终不变，而其它部件则为可动部件。

下面将结合图11描述根据本发明的涡流发生器的控制逻辑。

为实现上述技术方案，在确定需要进行流动控制的区域，即涡流发生器的安装位置之后，应通过计算流体力学或风洞试验的手段，获得各种马赫数、飞行高度、迎角、侧滑角对应的工况下，涡流发生器安装位置处的边界层厚度及边界层内气流的流动方向。在上述基础上，进一步分析得到不同飞行工况下，涡流发生器发挥最优效能所需的伸出高度和安装角，形成飞行工况与涡流发生器最优状态的数据库。

在实际使用中，飞行器进入大迎角状态。在需要进行流动分离控制时，基于飞行器的马赫数、飞行高度、迎角、侧滑角等数据查询数据库，得到当前工况下的涡流发生器最优状态。接着，通过控制器来控制驱动杆的动作，以带动底座及安装于底座顶部的涡流发生器本体旋转和/或上下移动，使涡流发生器本体移动至最优状态，发挥流动控制作用。当飞行器脱离大迎角状态时，使驱动杆反向旋转，并将涡流发生器恢复至零位置。

虽然以上结合了较佳实施例和附图对根据本发明的涡流发生器的结构以及工作原理进行了说明，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 (11)

1.一种飞行器用涡流发生器，其特征在于，包括：

中空圆筒体，所述中空圆筒体紧固在所述飞行器的蒙皮（1）的开孔中；以及

旋转体，所述旋转体可动地容置在所述中空圆筒体内部，所述旋转体的顶部安装有伸出所述飞行器的蒙皮（1）的涡流发生器本体（2），

其中，所述旋转体在所述中空圆筒体内转动的同时，还能改变其相对于所述中空圆筒体的高度，

其中，所述中空圆筒体具有至少一个套筒（4），所述旋转体为底座（3），所述旋转体经由驱动杆（8）连接到用于控制其转动的控制器。

2.如权利要求1所述的涡流发生器，其特征在于，所述涡流发生器本体（2）具有从以下形状中选择的形状：梯形、矩形、三角形和部分边缘倒圆的梯形。

3.如权利要求1所述的涡流发生器，其特征在于，所述驱动杆（8）的一端关联到控制其转动和/或上下运动的控制器，另一端直接驱动所述底座（3）或借助于联动机构驱动所述底座（3）。

4.如权利要求1所述的涡流发生器，其特征在于，所述底座（3）和所述套筒（4）之间设有具有预定斜率的螺旋式滑槽结构（10），所述底座（3）和所述套筒（4）借助于彼此在所述滑槽结构（10）内的滑动而致使所述底座（3）相对于所述套筒（4）升高或降低。

5.如权利要求4所述的涡流发生器，其特征在于，所述滑槽结构（10）包括设置在所述底座（3）的外周缘上的第一螺纹（10a）和设置在所述套筒（4）的内表面上的第二螺纹（10b），所述第一螺纹（10a）与所述第二螺纹（10b）彼此啮合。

6.如权利要求1所述的涡流发生器，其特征在于，所述底座（3）在其外周缘的至少一个位置处设有向外突出的至少一个第一齿部（5a），所述套筒（4）设有高度与所述第一齿部（5a）匹配的周向凹槽（6），使得所述第一齿部（5a）在所述底座（3）容置在所述套筒（4）内部时能在所述周向凹槽（6）中滑动。

7.如权利要求6所述的涡流发生器，其特征在于，所述套筒（4）为单套筒型式，所述周向凹槽（6）设置在所述套筒（4）的内表面上，所述套筒（4）的内表面还形成有两条或两条以上的轴向凹槽（7），所述轴向凹槽（7）彼此平行且其至少一部分与所述周向凹槽（6）相交并连通。

8.如权利要求7所述的涡流发生器，其特征在于，所述轴向凹槽（7）沿所述周向凹槽（6）的延伸方向均匀分布在所述套筒（4）的内表面上。

9.如权利要求6所述的涡流发生器，其特征在于，所述套筒（4）被制成为分体型式，从而在所述底座（3）的所述第一齿部（5a）嵌入到所述套筒（4）的所述周向凹槽（6）之后将所述套筒（4）安装成整体。

10.如权利要求6所述的涡流发生器，其特征在于，所述套筒（4）为双套筒型式，并且由同轴布置且彼此可动配合的外套筒（4a）和内套筒（4b）构成，所述周向凹槽（6）形成在所述外套筒（4a）和所述内套筒（4b）中的一个上，所述外套筒（4a）和所述内套筒（4b）中的另一个形成至少一条轴向凹槽（7），所述底座（3）经由第一齿部（5a）与所述内套筒（4b）滑动配合，所述内套筒（4b）在其外周缘的至少一个位置处设有向外突出的第二齿部（5b），并且经由所述第二齿部（5b）与所述外套筒（4a）滑动配合。

11.如权利要求10所述的涡流发生器，其特征在于，所述内套筒（4b）和所述外套筒（4a）被制成为分体型式，从而在所述第一齿部（5a）嵌入到所述内套筒（4b）之后将所述内套筒（4b）安装成整体，并且在所述第二齿部（5b）嵌入到所述外套筒（4a）之后将所述外套筒（4a）安装成整体。