专利名称：一种表面能够产生驻涡的机翼的制作方法
技术领域：
本发明涉及现代航空航天领域，具体为一种表面能够产生驻涡的机翼。
背景技术：
飞机在着陆时要尽可能降低飞行速度，缩短滑跑距离，达到要求的场域性能，这就要求飞机在着陆时要有高的升力来维持飞行。为此，飞机在降落时往往要配合大的迎角， 但是一般的机翼在大迎角下有两方面的问题一是受到失速迎角的限制；二是机翼上表面的分离涡会不断地从后缘脱落，从而在机翼上产生一个非定常的动态载荷。这种非定常的动态载荷会使升力产生波动，不利于飞机的操纵，同时带来机翼的结构疲劳，缩短飞机的寿命。为了提高飞机的着陆性能，增升装置的设计与运用成为改善着陆性能的重要技术途径。现代大型运输机甚至可能会采用四段翼型的增升系统，而且为了保证增升装置的良好气动性能，要求襟翼打开后的气动外形非常精确，因此需要复杂而精确的襟翼收放机构， 附加的机构设计成本和结构重量都很大，所以，一般只有大型飞机(包括大型客机和大型运输机)才运用增升装置系统。小型飞机的起飞往往具有多种成熟技术如助推、牵引等，但是对安全性威胁最大的是着陆过程，目前对于一般小型飞机和无人机来说，着陆过程中往往并不运用复杂的增升装置。对于无人机来说，着陆方式有伞降着陆、撞网(拦阻网)着陆、伞加气囊着陆、硬式擦地着陆等。但是，对于小型有人飞机而言，为了缩短飞机的滑跑距离，只能从气动技术上寻求新的方法。为了提高着陆性能，应该尽量降低着陆时的飞行速度，这就需要高升力和大阻力。 Gurney襟翼是近些年来研究的一种构造简单、安装便捷、增升效果显著的增升措施，但是， Gurney襟翼虽然可以提高翼型在相同迎角下的升力，但不能增大翼型的迎角的工作范围， 升力增加的同时，失速迎角会提前出现。因此，仅仅使用Gurney襟翼还难以达到提高飞机着陆性能的目的。本发明提出的一种表面能够产生驻涡的机翼，应用本发明后，能够同时提高机翼的升力和失速迎角，显著的提高飞机的着陆性能。
发明内容
为了克服现有增升装置设计成本高、结构复杂、重量大的不足，本发明提出的一种表面能够产生驻涡的机翼。本发明包括活动翼面、收放机构、活动翼面铰链、活动翼面连接件、柔性挡片和 Gurney襟翼；所述的活动翼面是在机翼的上翼面分割而形成；该活动翼面的弦向长度为 45%机翼弦长，展向长度为机翼展长的87. 5%;该活动翼面展向的一端距翼根12. 5%;该活动翼面弦向的一个边距机翼前缘30%处，该活动翼面弦向的另一个边距机翼前缘75%处； 活动翼面连接件固定在机翼前梁上，活动翼面连接件的展向位置与收放机构的展向位置相同；收放机构包括三个作动器、三个作动器连接件、三个连接套筒和支撑架；支撑架包括三个支撑杆、三个支撑杆铰链和一根支撑横梁；支撑横梁的长度与活动翼面展长相同； 支撑横梁的上表面固定在活动翼面的下表面，并且所述支撑横梁的长度方向的中心线位于机翼前缘35%弦长处；三个支撑杆铰链分布在支撑横梁的下表面的两端和中间位置，并嵌装在支撑横梁的下表面内；各支撑杆的一端分别与各支撑杆铰链连接；各支撑杆的另一端均通过连接套筒分别与作动器的作动杆连接；所述柔性挡板一端固定在机翼后缘上翼面的内表面上，且与所述的内表面边缘的距离为2%机翼弦长；另一端固定在活动翼面的下表面上，且与活动翼面的下表面边缘的距离为2%机翼弦长；所述的Gurney襟翼位于机翼的后缘处；所述的Gurney襟翼的展向长度与活动翼面的展向长度相同，为87.5%;GUrney襟翼的高度为4%的机翼弦长；Gurney襟翼的展向位置与活动翼面的展向位置相同，距翼根12. 5% ；三个作动器通过同一根数据线与飞机飞行控制系统相联接。在活动翼面连接件的上端安装有铰链，在所述铰链的一端有与翼面连接件配合的绞接头，另一端的端面与活动翼面的下表面固接；所述的铰链位于活动翼面前缘端的边缘处。作动器连接件与机翼后梁固连，在作动器连接件上有与作动器连接的销子；在作动器一端端面中心有与作动器连接件上的销子配合的销孔。当飞机进入着陆阶段时，通过对作动器发出信号，收放机构开始工作，作动器通过支撑架将活动翼面抬起，如图1、图2所示，此时柔性挡板被拉伸，这样活动翼面、柔性挡板以及机翼后缘上翼面面就在机翼上表面形成一个台阶，与此同时打开安装在机翼后缘的 Gurney 襟翼。以某翼身组合体为应用对象，如图1即为应用本发明后的局部飞机外形，对应用后的飞机外形进行数值模拟，计算雷诺数204万，马赫数0. 088。计算结果表明，机翼的最大允许使用升力系数(最大允许使用升力系数为最大升力系数的82%)从0. 797提高到 1.06，提高了 33%，对应的最大允许使用迎角也推迟了 30%。证明了本发明能够同时提高机翼的升力和失速迎角，提高了飞机的着陆时的气动性能。这是由于当飞机进入着陆阶段，应用本发明的技术后，在机翼后缘附近产生一个台阶，在大迎角下，机翼后缘的分离涡被控制在台阶处，且在台阶中形成一个驻涡，由于驻涡的诱导作用，使的机翼上表面的分离区明显减小。而且正是由于后缘附近台阶中的驻涡对分离的控制作用，一方面，使得机翼的失速迎角得以推迟；另一方面，由于机翼后缘分离涡的脱落所造成的非定常效应也在一定程度上得到了减弱；再由于Gurney的增升作用，从而提高了飞机的着陆时的气动性能。
图1是活动翼面抬起后飞机的外形图；图2是活动翼面抬起后飞机的机翼局部外形图；图3是活动翼面抬起后飞机的机翼展向剖面图4是表面能够产生驻涡的机翼内部的结构示意图；图5是表面能够产生驻涡的机翼结构示意图的主视图；图6是作动器连接件与作动器的配合示意图；图7是压电式作动器的结构示意图；图8是作动器打开与未打开时升力系数对比。其中1.机翼后梁2.梁与作动器连接件3.作动器4.连接套筒5.支撑架6.支撑杆 7.支撑杆铰链8.支撑横梁9.活动翼面铰链10.机翼后缘上翼面11.活动翼面12.收放机构13. Gurney襟翼14.活动翼面连接件15.机翼前梁16.柔性挡片17.飞机
具体实施例方式本实施例是一种能够提高飞机着陆性能的直机翼，包括活动翼面11、收放机构 12、活动翼面铰链9、活动翼面连接件14、柔性挡片16和Gurney襟翼13。飞机17应用本发明后的机翼外形如图1、图2所示，图3为飞机的机翼展向剖面图。如图2所示，所述的活动翼面11是在机翼的上翼面分割而形成。该活动翼面11 的弦向长度为45%机翼弦长，展向长度为机翼展长的87. 5% ；该活动翼面展向的一端距翼根12. 5% ；该活动翼面弦向的一个边距机翼前缘30%处，该活动翼面弦向的另一个边距机翼前缘75%处。如图4所示，所述活动翼面11在收放机构的作用下绕位于活动翼面连接件14上的铰链9转动。活动翼面连接件14固定在机翼前梁上；在该活动翼面连接件14的上端有铰链9的安装孔。铰链9为杆状，在所述铰链9的一端有与翼面连接件14配合的绞接头， 另一端的端面与活动翼面11的下表面固接；所述的铰链9位于活动翼面11前缘端的边缘处。活动翼面连接件14的展向位置与收放机构12的展向位置相同。如图4所示，收放机构12包括三个作动器3、三个作动器连接件2、三个连接套筒 4和支撑架5。支撑架5包括三个支撑杆6、三个支撑杆铰链7和一根支撑横梁8。支撑横梁8为铝合金细长薄板，长度与活动翼面展长相同。支撑横梁8的上表面固定在活动翼面11的下表面，并且所述支撑横梁8的长度方向的中心线位于机翼前缘35% 弦长处。三个支撑杆铰链7分布在支撑横梁8的下表面的两端和中间位置，并嵌装在支撑横梁8的下表面内；各支撑杆6的一端分别与各支撑杆铰链7连接，被吊装在支撑横梁8的下表面；各支撑杆6的另一端均通过连接套筒4分别与作动器3的作动杆连接。三个作动器连接件2的外形呈“L”形，作动器连接件2的垂直杆上与机翼后梁固连，在作动器连接件 2的水平板上有与作动器3连接的销子。三个作动器3为回转体，在该作动器3 —端端面中心有与作动器连接件2上的销子配合的销孔。作动器3采用封闭式压电作动器7VS12。连接套筒4为内螺纹套筒，其内径与作动器3移动端的外径和支撑杆6的外径相同。通过套筒4将作动器3的移动端与支撑杆6连
接在一起。如图4所示，所述柔性挡板16由柔性橡胶制成，一端固定在机翼后缘上翼面10的内表面上，且与机翼后缘上翼面10的内表面边缘的距离为2%机翼弦长；另一端固定在活动翼面11的下表面上，且与活动翼面11的下表面边缘的距离为2%机翼弦长。所述的Gurney襟翼13位于机翼的后缘处。所述的Gurney襟翼13的展向长度与活动翼面11的展向长度相同，为87. 5%;GUrney襟翼13的高度为4%的机翼弦长；Gurney 襟翼13的展向位置与活动翼面11的展向位置相同，距翼根12. 5%。三个作动器通过同一根数据线与飞机飞行控制系统相联接，由飞行员或者内部程序发出指令，使作动器作等幅位移。本实施例的具体工作过程当飞机进入着陆阶段时，通过对作动器发出信号，收放机构开始工作，作动器通过支撑架将活动翼面抬起，如图1、图2、图3所示，此时柔性挡板16被拉伸，这样活动翼面11、 柔性挡板16以及机翼后缘上翼面面10就在机翼上表面形成一个台阶，与此同时打开安装在机翼后缘的Gurney襟翼。在大迎角下，机翼后缘的分离涡被控制在台阶处，且在台阶中形成一个驻涡，由于驻涡的诱导作用，使的机翼上表面的分离区明显减小。而且正是由于后缘附近台阶中的驻涡对分离的控制作用，一方面，使得机翼的失速迎角得以推迟；另一方面，由于机翼后缘分离涡的脱落所造成的非定常效应也在一定程度上得到了减弱；再由于Gurney的增升作用， 从而提高了飞机的着陆时的气动性能。
权利要求
1.一种表面能够产生驻涡的机翼，其特征在于，包括活动翼面、收放机构、活动翼面铰链、活动翼面连接件、柔性挡片和Gurney襟翼；所述的活动翼面是在机翼的上翼面分割而形成；该活动翼面的弦向长度为45%机翼弦长，展向长度为机翼展长的87. 5% ；该活动翼面展向的一端距翼根12. 5% ；该活动翼面弦向的一个边距机翼前缘30%处，该活动翼面弦向的另一个边距机翼前缘75%处；活动翼面连接件固定在机翼前梁上，活动翼面连接件的展向位置与收放机构的展向位置相同；收放机构包括三个作动器、三个作动器连接件、三个连接套筒和支撑架；支撑架包括三个支撑杆、三个支撑杆铰链和一根支撑横梁；支撑横梁的长度与活动翼面展长相同；支撑横梁的上表面固定在活动翼面的下表面，并且所述支撑横梁的长度方向的中心线位于机翼前缘35%弦长处；三个支撑杆铰链分布在支撑横梁的下表面的两端和中间位置，并嵌装在支撑横梁的下表面内；各支撑杆的一端分别与各支撑杆铰链连接；各支撑杆的另一端均通过连接套筒分别与作动器的作动杆连接；所述柔性挡板一端固定在机翼后缘上翼面的内表面上，且与所述的内表面边缘的距离为2%机翼弦长； 另一端固定在活动翼面的下表面上，且与活动翼面的下表面边缘的距离为2%机翼弦长；所述的Gurney襟翼位于机翼的后缘处；所述的Gurney襟翼的展向长度与活动翼面的展向长度相同，为87.5%;GUrney襟翼的高度为4%的机翼弦长；Gurney襟翼的展向位置与活动翼面的展向位置相同，距翼根12. 5% ；三个作动器通过同一根数据线与飞机飞行控制系统相联接。
2.如权利要求1所述一种表面能够产生驻涡的机翼，其特征在于，在活动翼面连接件的上端安装有铰链，在所述铰链的一端有与翼面连接件配合的绞接头，另一端的端面与活动翼面的下表面固接；所述的铰链位于活动翼面前缘端的边缘处。
3.如权利要求1所述一种表面能够产生驻涡的机翼，其特征在于，作动器连接件与机翼后梁固连，在作动器连接件上有与作动器连接的销子；在作动器一端端面中心有与作动器连接件上的销子配合的销孔。
全文摘要
一种表面能够产生驻涡的机翼。活动翼面是在机翼的上翼面分割而形成，并通过活动翼面连接件固定在机翼前梁上。收放机构的支撑横梁的长度与活动翼面展长相同，被固定在活动翼面的下表面。收放机构的支撑杆的两端分别与各支撑杆铰链和作动器的作动杆连接。柔性挡板的两端分别固定在机翼后缘上翼面的内表面和活动翼面的下表面上。Gurney襟翼位于机翼的后缘处。本发明在机翼后缘附近产生一个台阶，在大迎角下，机翼后缘的分离涡被控制在台阶处，且在台阶中形成驻涡，使的机翼上表面的分离区明显减小。本发明具有推迟机翼的失速迎角和减弱机翼的非定常效应的作用；所采用的Gurney襟翼具有增升作用，从而提高了飞机的着陆时的气动性能。
文档编号B64C13/24GK102390521SQ20111028490
公开日2012年3月28日 申请日期2011年9月22日 优先权日2011年9月22日
发明者叶坤, 叶正寅, 周乃桢, 岑梦希, 张伟伟, 武洁, 王晓朋 申请人:西北工业大学