专利名称：机翼可变弯度后缘翼梢的制作方法
技术领域：
本公开的实施例一般涉及飞行器机翼设计的领域，并更特别涉及用于机翼或襟翼后缘的可变弯度翼梢和致动机构。
背景技术：
现代飞行器可以操作于广泛的速度和高度，这需要飞行器升力面的空气动力学的改变和控制。通过使用常规后缘襟翼或其他技术方案，可以实现起飞和着陆的升力需求的主要变化。然而，不足以提供更精细的调整来优化巡航空气动力学或辅助优化其它飞行状态的空气动力学。当前解决方案通过少量延伸或收回后缘襟翼来修改机翼弯度，从而在飞行的巡航部分期间减少阻力。因为襟翼在起飞和着陆期间需要实现大升力变化这一需求，所以襟翼的翼弦是全部机翼翼弦的主要部分。襟翼运动受机械驱动系统控制，并且由于相对于总机翼翼弦具有相对大的襟翼弦长，因此在巡航飞行条件期间具有有限的展开能力。进一步地，基于从相对大的襟翼弦长的角位移所导致的弯度变化，该小展开仅在有限巡航条件期间有效。空气动力学效应的展向调整也受每个襟翼的翼展限制，即整个襟翼翼展向上或向下移动。与襟翼翼弦相同，由于致动控制的需求为全部机翼弯度的变化限制展向改变，因此用于实现起飞和着陆需要的巨大升力变化的襟翼的翼展是巨大的，并在使襟翼分段中是实际限制。因此希望为可变弯度后缘翼梢提供结构设计。
发明内容
在此公开的实施例提供用于改变具有后缘的飞行器机翼的弯度的设备，该后缘连接到机翼后端并包括柔性上表面和刚性下表面。至少一个滑动器连杆在后端紧固到后缘刚性下表面。设置在机翼内部、在所述后缘前方的曲拐致动机构被枢转地连接到滑动器连杆的前端。当曲拐机构被致动时，滑动器连杆沿前后方向移动，从而导致柔性上表面弯曲，从而选择性改变机翼弯度。在一个示例性实施例中，机翼后缘中集成的柔性翼梢采用机翼结构后梁。柔性上蒙皮在前边界处被附接到翼梁，并且刚性下蒙皮在刚性尾部件处互连到柔性上蒙皮。至少一个致动连杆被附接到刚性尾部件，并在刚性下蒙皮的前缘处具有铰链。至少一个定位滑动器被附接到铰链，其从中性位置可移动到第一延伸位置，从而向后推动铰链以便刚性下蒙皮向上旋转并且柔性上蒙皮以向上弯度挠曲，并且可移动到第二收回位置，从而向前推动铰链以便刚性下蒙皮向下旋转并且柔性上蒙皮以向下弯度挠曲。实施例提供用于挠曲机翼结构的集成柔性翼梢的方法，其中刚性下蒙皮的铰接前端向后或向前移动。用柔性上蒙皮提供反作用力，这在铰接前端向后运动时产生刚性下蒙皮绕铰链的向上旋转以及上蒙皮向上弯度的挠曲，并且在铰接前端向前运动时产生刚性下蒙皮绕铰链的向下旋转以及上蒙皮的向下弯度的挠曲。根据本公开的一方面，提供用于改变飞行器机翼的弯度的设备，包含:飞行器机翼；连接到机翼后端的柔性后缘，该柔性后缘包含:柔性上表面，以及；柔性下表面；具有前端和后端的至少一个滑动器连杆，其中滑动器连杆的后端紧固到柔性后缘刚性下表面；设置在机翼内部、后缘刚性下表面前方的曲拐致动机构；其中曲拐致动机构枢转地连接到滑动器连杆的前端；以及其中当曲拐机构被致动时，滑动器连杆沿前后方向移动，从而导致柔性上表面弯曲，从而选择性改变机翼弯度。有利地，曲拐机构被枢转地连接到多个滑动器连杆，该多个滑动器连杆每个都进而在后缘的选定部位处连接到后缘刚性下表面的前端。进一步地，曲拐机构包含连接杆和被配置成使滑动器连杆在选择性前和后方向上移动的多个致动曲拐；其中柔性后缘的选择性改变的机翼弯度的偏转向上在总机翼翼弦的O和超过1.0%之间，并且向下在总机翼翼弦的O和超过2.5%之间；其中柔性后缘在机翼后缘上连接到襟翼，并且柔性后缘的选择性改变的机翼弯度的偏转向上在襟翼弦的O和超过6.0%之间，并且向下在襟翼弦的O和超过14%之间；其中襟翼具有在总机翼翼弦的10%和20%之间的翼弦，并且柔性后缘具有在襟翼弦的17%和33%之间的翼弦；以及，其中柔性后缘的选择性改变机翼弯度的偏转在+10°和-55°之间。根据仍另一有利实施例，提供集成在机翼后缘中的柔性翼梢，包含:机翼结构后梁；在前边界附接到翼梁的柔性上蒙皮；在刚性尾部件处互连到柔性上蒙皮的刚性下蒙皮；附接到刚性尾部件并在刚性下蒙皮的前缘处具有铰链的至少一个致动连杆；附接到铰链的至少一个定位滑动器，该滑动器从中性位置可移动到第一延伸位置，从而向后推动铰链以便刚性下蒙皮向上旋转并且柔性上蒙皮以向上弯度挠曲，以及可移动到第二收回位置，从而向前推动铰链以便刚性下蒙皮向下旋转并且柔性上蒙皮以向下弯度挠曲。有利地，在刚性尾部件处下刚性蒙皮的互连是铰接的；其中在刚性尾部件处至少一个致动连杆的互连是铰接的。柔性翼梢进一步包含:连接到至少一个定位滑动器的致动曲拐；致动曲拐的旋转将至少一个定位滑动器定位在第一延伸位置和第二收回位置之间；被枢转地附接到致动曲拐的连接杆；被枢转地附接到连接杆的延伸曲拐；以及，被枢转地附接到连接杆的收回曲拐；其中向上弯度具有向上在总机翼翼弦的O和超过1.0%之间，并且向下在总机翼翼弦的O和超过2.5%之间的偏转；其中机翼结构后梁在机翼后缘上连接到襟翼，并且向上弯度具有向上在襟翼弦的O和超过6.0%之间，并且向下在襟翼弦的O和超过14%之间的偏转；以及，其中向上和向下弯度具有在+10°和-55°之间的偏转。根据仍另一有利实施例，提供用于挠曲机翼结构的集成柔性翼梢的方法，包含:移动刚性下蒙皮的铰接前端；用柔性上蒙皮提供反作用力；在铰接前端向后运动时产生刚性下蒙皮绕铰链的向上旋转并使上蒙皮向上弯度挠曲，并在铰接前端向前运动时产生刚性下蒙皮绕铰链的向下旋转并使上蒙皮向下弯度挠曲。其中铰接前端的向后运动包含将连接到铰链的滑动器向后移动，并且其中铰接前端的向前运动包含向前移动滑动器。该方法进一步包含:采用由连接杆附接到滑动器以便旋转的致动曲拐；由延伸曲拐移置连接杆以便滑动器向后运动；以及由收回曲拐移置连接杆以便滑动器向前运动；其中产生向上旋转的步骤包含向上偏转总机翼翼弦的O和超过1%之间，并且向下偏转总机翼翼弦的O和超过2.5%之间；以及，其中机翼结构是机翼襟翼，并且产生向上旋转的步骤包含向上偏转襟翼弦的O和超过6%之间，并且产生向下旋转的步骤包含向下偏转总襟翼弦的O和超过14%之间。讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施例中独立实现，或可以在进一步详情参考下面描述和附图可见的仍其它实施例中组合。
图1A是其上可以采用在此公开实施例的示例性飞行器的等距视图；图1B是飞行器机翼的顶视图，其示出为机翼后缘翼梢偏转系统的应用示例性区域；图2A是在未偏转位置中机翼后缘翼梢偏转系统的实施例的侧剖面示意图；图2B是示出向上偏转的图2A的实施例的侧剖面示意图；图2C是示出向下偏转的图2A的实施例的侧剖面示意图；图2D是具有未偏转、向上和向下偏转重叠的图2的实施例的侧剖面示意图；图3是机翼后缘翼梢偏转系统的机械特征的等距视图；图4A是图3的机翼后缘翼梢偏转系统实施例的后等距视图，其具有中性偏转且仅不出柔性上蒙皮的一部分；图4B是图3的机翼后缘翼梢偏转系统实施例的后等距视图，其具有中性偏转且柔性上蒙皮被移除并示出下蒙皮和致动连杆；图4C是图3的机翼后缘翼梢偏转系统实施例的后等距视图，其具有中性偏转，为了上蒙皮和致动连杆的相对定位的可视化而示出柔性上蒙皮的小展向条/沿翼展方向的条(spanwise strip)；图5A是图3的机翼后缘翼梢偏转系统实施例的后等距视图，其具有向上偏转，仅不出柔性上蒙皮的一部分；图5B是图3的机翼后缘翼梢偏转系统实施例的后等距视图，其具有向上偏转，柔性上蒙皮被移除，示出下蒙皮和致动连杆；图5C是图3的机翼后缘翼梢偏转系统实施例的后等距视图，其具有向上偏转，为上蒙皮和致动连杆的相对定位的可视化而示出柔性上蒙皮的小展向条；图6是图5A-5C的机翼后缘翼梢偏转系统的侧剖面图，示出从中性的相对向上偏转；图7A是图3的机翼后缘翼梢偏转系统实施例的后等距视图，其具有向下偏转，仅不出柔性上蒙皮的一部分；图7B是图3的机翼后缘翼梢偏转系统实施例的后等距视图，其具有向下偏转，柔性上蒙皮被移除，示出下蒙皮和致动连杆；图7C是图3的机翼后缘翼梢偏转系统实施例的后等距视图，其具有向下偏转，为上蒙皮和致动连杆的相对定位的可视化示出柔性上蒙皮的小展向条；图8是图7A-7C的机翼后缘翼梢偏转系统的侧剖面图，示出从中性的相对向下偏转；图9是其中为清晰而移除上蒙皮和支撑翼梁的致动系统元件的顶视图；图10是示出向上偏转的位移的用于图3实施例的示例性致动系统的顶视图11是示出向下偏转的位移的用于图3实施例的示例性致动系统的顶视图；以及图12是描述用于机翼后缘翼梢偏转系统控制的操作步骤的流程图。
具体实施例方式在此公开的实施例提供一种结构，其中机翼后缘可以致动从而将翼梢向上或向下移动，以便使机翼弯度变化。该后缘翼梢可以在机翼的固定后部上，或在襟翼或副翼的后部上。对于示例性实施例，翼梢的挠曲部分的上表面包括柔性蒙皮，而挠曲部分的下表面是具有相关联的致动连杆的基本刚性蒙皮。对于在示例性实施例中的致动，当下致动连杆被向后推动时，柔性翼梢向上旋转从而在机翼上施加向上弯度。当下致动连杆被向前推动时，柔性翼梢向下旋转从而在机翼上施加向下弯度。如在图1A中示出，对于具有机身102和机翼104的飞行器100且机翼104具有后缘10，柔性翼梢12可以被结合在机翼后缘的各部分或区域中，如在图1B中详细表示。展向襟翼的每段或其它长度或区域22、24、26、28和30，可以包括柔性翼梢12作为单独区域。每个区域可以然后在任何位置被单独地控制以便具有襟翼段的翼梢向上或向下偏转。尽管在此示例性实施例被描述为与襟翼段关联，不过柔性翼梢也可以被结合在副翼34或固定机翼段36上。图2A-2D为机翼后缘10和集成柔性翼梢12示出示例性实施例，表明从图2A中的中性位置的运动。柔性上蒙皮14和刚性下蒙皮18形成柔性翼梢。可以向前和向后移动而致动柔性翼梢的向前致动铰链20，如随后更详细描述，为下蒙皮18提供旋转轴线。在如图2B中示出的向上挠曲条件下，向上偏转的柔性翼梢(指定为12’)和翼梢的柔性上蒙皮14锚定在前缘16处向上挠曲，并且下蒙皮18保持从致动铰链延伸的刚性形状(处于向后位置，指定为20’)。在图2C中示出的柔性翼梢的向下挠曲条件(指定为12”)下，柔性蒙皮14从前缘16向下挠曲，并且下蒙皮18保持从致动铰链的刚性形状(处于向前位置，指定20”)。如在图2A-2C和图3中示出，机翼或襟翼段的后缘10由后梁40或机翼或襟翼中的类似结构元件支撑。柔性上蒙皮14附接在翼梁40上前缘16处。上蒙皮可以包括多个铰接板或鳞片15从而实现希望的柔性，或可以由平滑连续的柔性复合膜构成。刚性尾部件42提供与前边界相反的上蒙皮的末端附接。下蒙皮18也在后终端处附接到刚性尾部件42。对于示出的实施例，铰链44被包括在刚性尾部件42和下蒙皮之间的接口处，以便减轻柔性上蒙皮14和刚性下蒙皮18之间尾部件上的应力，从而允许尾部件符合由柔性上蒙皮14导致的形状。在刚性下蒙皮18的内表面中结合或安装在该内表面上的致动连杆46在致动铰链20和刚性尾部件之间延伸，以便挠曲翼梢，如随后更详细描述。间隙密封件48，例如柔性叶片密封件或其它装置在翼梢挠曲期间作为用于致动铰链20的各种延伸/收回位置的空气动力学密封件，在致动铰链和翼梁40的底表面50之间延伸。图4A-4C从后视角示出图3的实施例，其中图4A示出具有柔性上蒙皮14 一部分的柔性翼梢12。图4B示出柔性翼梢12，其中上蒙皮移除从而清晰示出下蒙皮18和附接到刚性尾部件42的致动连杆46。图4C示出柔性翼梢12，其中示出上蒙皮14的非常小的条带从而表明柔性上蒙皮和致动连杆46之间的关系。相似地，图5A-5C提供其中翼梢处于向上偏转位置的相同视图，图6提供翼梢的未偏转位置12和指定为12’的翼梢向上偏转位置的侧视图重叠。图7A-7C提供其中翼梢处于向下偏转位置的与图4A-4C相同的视图，图8提供翼梢的未偏转位置12和指定为12”的翼梢向下偏转位置的侧视图重叠。柔性上蒙皮14的弧的长度是固定的，不过相对于如在图2D中示出的正常位置在变化半径的正和负弧范围是柔性的。对于示例性实施例，柔性翼梢12具有总机翼翼弦的近似6.5%的弦长。如关于图1B公开的典型襟翼区，提供具有在总机翼翼弦的近似10%和20%之间弦长的襟翼。柔性翼梢在被结合作为机翼襟翼的一部分时构成襟翼翼弦的近似17%和33%。柔性翼梢翼弦对向的角度/对角可以从近似+10° (向上偏转17)到-55° (向下偏转19)变化，从而导致在总机翼翼弦的近似1.2%的翼梢处的向上偏转23和在总机翼翼弦的近似2.8%的向下偏转24。关于襟翼，向上偏转是襟翼翼弦的近似6.3%，并且向下偏转是襟翼翼弦的近似14.2%。对于示范实施例，这提供了在总机翼翼弦的O和超过1.0%之间的以及在襟翼弦的O和超过6%之间的向上偏转范围，以及在总机翼翼弦的O和超过2.5%之间以及在襟翼弦的O和超过14%之间的向下偏转范围。为示出实施例呈现的值仅是例子，并且可以为个别飞行器上的空气动力学和结构需求按需要改变。如在上蒙皮14和翼梁40被移除的图9中最优所见，定位滑动器52附接到致动连杆46中的每个，从而将致动铰链20向后或向背部延伸(到位置20’)，以便向上挠曲翼梢，如在图5A-5C和图6中示出，以及将致动铰链20向前收回(到位置20”)，以便向下挠曲翼梢，如在图7A-7C和图8中示出。对于示例性实施例，定位滑动器52的运动由曲拐机构导致。延伸曲拐54和收回曲拐56由连接杆58互连。致动曲拐60从连接杆58枢转地延伸到每个定位滑动器52。在图9中，示出定位滑动器52和关联致动连杆46将刚性尾部件42和致动铰链20互连。在某些应用中，单个致动连杆可以是足够的，在另一些应用中，如关于图1B先前描述，沿机翼区22、24、26、28和30存在隔开的多个定位滑动器和致动连杆以用来确保柔性翼梢中的准确无粘连运动。另外，尽管示例性实施例示出曲拐致动系统，但定位滑动器可以由旋转致动器操作，或可以被结合在线性致动器中以便致动连杆在替代性实施例中移动。如在图10中示出，通过施加如由箭头62指示的力使延伸曲拐54旋转在由箭头64指示的第一方向上拉动连接杆，由此导致致动曲拐60绕枢轴点66旋转，导致附接的定位滑动器52向后移动，如由箭头67示出。由于由上蒙皮施加的力，由于其固定长度，因此向后移置致动铰链20的定位滑动器52的向后运动导致向后促进致动连杆46在互连刚性尾部件42上绕致动铰链20向上旋转。集成柔性翼梢12的净向上挠曲在图5A-5C和图6中示出。相似地，如在图11中示出，通过施加如由箭头68指示的力使收回曲拐56旋转从而在由箭头70指示的第二方向上拉动连接杆，导致致动曲拐60绕枢轴点66旋转，向前拉动附接的定位滑动器52，如由箭头71示出。向前移置致动铰链的定位滑动器52的向前运动导致向前促进致动连杆46绕致动铰链20向下旋转。由于上蒙皮14的固定长度引起的阻力，因此刚性翼梢绕铰链44附加地向下旋转，如在图7A-7C和图8中示出。如在图12中示出，用于机翼结构的集成柔性翼梢的挠曲通过移动固定下蒙皮的铰接前端的步骤1202来实现。在步骤1204由柔性上蒙皮提供反作用力，在铰接前端的向后运动时其产生刚性下蒙皮绕铰链的向上旋转的步骤1206以及向上弯度地挠曲上蒙皮的步骤1208，或在铰接前端的向前运动时产生刚性下蒙皮绕铰链向下旋转的步骤1210以及向下弯度地挠曲上蒙皮的步骤1212。铰接前端的向后运动可以通过将连接到铰链的滑动器向后移动的步骤1205来实现，并且铰接前端的向前运动可以通过将滑动器向前移动的步骤1209来实现。移动滑动器可以用曲拐系统实现，该曲拐系统采用由连接杆附接到滑动器以便旋转的致动曲拐，该连接杆可以由延伸曲拐或收回曲拐移置。现在按专利法需要详细描述了本公开的各种实施例，本领域技术人员认识到对在此公开具体实施例的修改和置换。这样的修改在如由下面权利要求定义的本公开的保护范围和意图内。
权利要求
1.一种用于改变飞行器机翼弯度的设备，包含: 飞行器机翼； 柔性后缘，所述柔性后缘连接到所述机翼的后端，所述柔性后缘包含: 柔性上表面，以及； 刚性下表面； 至少一个滑动器连杆，所述滑动器连杆具有前端和后端，所述滑动器连杆的后端紧固到所述柔性后缘刚性下表面； 曲拐致动机构，所述曲拐致动机构被设置在所述机翼内部、在所述后缘刚性下表面前方； 其中所述曲拐致动机构枢转地连接到所述滑动器连杆的前端；以及其中当所述曲拐机构被致动时，所述滑动器连杆在前后方向上移动，从而导致所述柔性上表面弯曲，从而选择性改变所述机翼弯度。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述曲拐机构枢转地连接到多个滑动器连杆，所述多个滑动器连杆中的每个都进而在所述后缘的选定部位处连接到所述后缘刚性下表面的前端。
3.根据任何前述权利要求所述的设备，其中所述曲拐机构包含连接杆和经配置使所述滑动器连杆沿选择性向前和向后方向移动的多个致动曲拐。
4.根据任何前述 权利要求所述的设备，其中所述柔性后缘的选择性改变的机翼弯度的偏转向上在总机翼翼弦的O和超过1.0%之间，并且向下在总机翼翼弦的O和超过2.5%之间。
5.根据任何前述权利要求所述的设备，其中所述柔性后缘在所述机翼的后缘上连接到襟翼，并且所述柔性后缘的选择性改变的机翼弯度的偏转向上在襟翼弦的O和超过6.0%之间，并且向下在襟翼弦的O和超过14%之间。
6.根据权利要求5所述的设备，其中所述襟翼具有在总机翼翼弦的10%和20%之间的翼弦，并且所述柔性后缘具有在襟翼翼弦的17%和33%之间的翼弦。
7.根据任何前述权利要求所述的设备，其中所述柔性后缘的选择性改变的机翼弯度的偏转在+10°和-55°之间。
8.一种用于挠曲机翼结构的集成柔性翼梢的方法，包含: 移动刚性下蒙皮的铰接前端； 由柔性上蒙皮提供反作用力；在所述铰接前端向后运动时产生所述刚性下蒙皮绕所述铰链的向上旋转并使所述上蒙皮向上弯度挠曲； 在所述铰接前端向前运动时产生所述刚性下蒙皮绕所述铰链的向下旋转并使所述上蒙皮向下弯度挠曲。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述铰接前端的向后运动包含将连接到所述铰链的滑动器向后移动，并且其中所述铰接前端的向前运动包含向前移动所述滑动器。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包含: 采用由连接杆附接到所述滑动器以便旋转的致动曲拐； 由所述延伸曲拐移置所述连接杆以便所述滑动器向后运动；以及 由收回曲拐移置所述连接杆以便所述滑动器向前运动。
11.根据权利要求8-10的任何一个所述的方法，其中产生向上旋转的步骤包含向上偏转总机翼翼弦的O和超过1.0%之间，并且产生向下旋转的步骤包含向下偏转总机翼翼弦的O和超过2.5%之间。
12.根据权利要求8-11的任何一个所述的方法，其中所述机翼结构是机翼襟翼，并且产生向上旋转的步骤包含向上偏转襟翼翼弦的O和超过6.0%之间，并且产生向下旋转的步骤包含向下偏转总襟翼翼弦 的O和超过14%之间。
全文摘要
本发明涉及一种用于被集成在机翼后缘中的柔性翼梢，其采用机翼结构后梁。柔性上蒙皮在前边界附接到翼梁，并且刚性下蒙皮在刚性尾部件互连到柔性上蒙皮。至少一个致动连杆附接到刚性尾部件，并在刚性下蒙皮的前缘具有铰链。至少一个定位滑动器附接到铰链，其可从中性位置移动到第一延伸位置，向后推动铰链以便刚性下蒙皮向上旋转和柔性上蒙皮以向上弯度挠曲，以及移动到第二收回位置，向前推动铰链以便刚性下蒙皮向下旋转和柔性上蒙皮以向下弯度挠曲。
文档编号B64C3/44GK103158861SQ201210528899
公开日2013年6月19日 申请日期2012年12月10日 优先权日2011年12月12日
发明者G·M·圣蒂尼 申请人:波音公司