专利名称：承受流体流的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在使用中承受流体流的结构。更具体地但非排他性地，本发明涉及尤其是飞行器的翼片装置(aerofoil device)，比如螺旋桨飞行器(比如直升机)的旋翼桨叶 (rotor blade)或者非螺旋桨飞行器的机翼。然而，本发明也涉及其它翼片装置，比如(仅仅只是例子)推进器和涡轮叶片，更 一般地，本发明涉及在使用中承受流体流以及在使用中需要改变装置的至少一部分的几何 形状以便影响流体流的任何结构。
背景技术：
例如，旋翼桨叶具有主体，主体的外表面包括上弧形表面和下弧形表面、前缘和后 缘、桨叶翼尖和翼根。具体地，桨叶的后缘可以附接有比如(仅仅只是例子)襟翼(flap) 的控制表面，控制表面的位置是可变的以影响经过该装置的流体流，从而比如在盘旋和向 前飞行之间的转换期间提高桨叶的性能。例如，襟翼可以从直升机向前飞行时通常所处的 上升位置下降到下降位置，从而提高盘旋时的性能。已知的翼片装置在翼片主体的后缘处具有副翼、配平片和襟翼，这提供了气流控 制表面以改变翼片的有效弧形。通常，这种控制表面与主翼片本体分开并且能够通过一个 或多个致动器相对于主翼片本体运动，当控制表面相对于主翼片结构运动到期望位置时， 该一个或多个致动器用来将控制表面保持在该位置。这种现有技术的翼片的例子如图2a 所示。用附图标记15表示的主翼片装置在其后缘22处具有控制表面即襟翼30，襟翼30相 对于翼片结构15的主体15a枢转，并且能够上、下运动来改变用于不同飞行状况的翼片的 有效弧形。控制表面30通过致动器进行枢转，该致动器还用来将控制表面30 (从而有效弧 形)的位置保持在所选位置上。对于翼片装置控制表面，已经提出将双稳复合材料用于该装置的外表面部分。这 种材料的几何形状可以通过某种致动器而在一个稳定几何形状和另一个稳定几何形状之 间变化。然而迄今为止，这种方案在实践过程中难以在确保双稳外表面部分材料能够提供 足够的结构刚度来抵抗由于使用中流体流过外表面部分时受到的动态流体负荷而导致的 几何形状扭曲的同时，实现双稳几何形状之间可靠的改变。
发明内容
根据本发明的第一个方面，提供在使用中承受流体流的装置，所述装置包括外表 面部分，所述外表面部分的几何形状是可变的以影响所述流体流，所述装置包括支撑所述 外表面部分的支撑结构，所述支撑结构包括多个由复合材料制成的支撑构件，所述支撑结 构的几何形状能够通过致动设备在第一稳定几何形状和第二稳定几何形状之间改变，以便 实现所述外表面部分的几何形状的变化。通过使用具有双稳几何形状的复合材料，其中该复合材料用于内支撑结构的支撑 构件而不是装置的外表面部分，本发明提供了更大的设计灵活性，确保了复合材料构件的几何形状在第一和第二稳定几何形状之间的可靠改变，因而确保了更加可靠地实现外表面 部分的几何形状的改变，同时为外表面部分提供抵抗由于使用中流体流过外表面部分时经 受的动态流体负荷所导致的几何形状扭曲所需的刚度。然而，本发明的优点在于，在无需受到当几何形状分别改变为第二或第一稳定几 何形状时来自致动设备的任何影响的情况下，所述装置的复合材料构件维持第一或第二稳定几何形状。因为本发明中用到的致动设备不需要维持装置的几何形状，所以不需要维持几何 形状的动力，并且可以设置比常规致动设备需要较少部件的更轻的设备。这与比如图2a所示的常规翼片形成对照，在常规翼片中，致动器不仅用来通过移 动控制表面而改变翼片的几何形状，还用来通过将控制表面保持在所选位置上而维持翼片 的几何形状。尽管可以使用能够改变复合材料构件几何形状的任何致动设备，比如机械致动 器、压电致动的致动器或电致动器(仅仅作为示例)，但是在各种情况下优选的是，致动设 备通过向复合材料构件的一部分施加机械力来实现第一和第二稳定几何形状之间的改变。为了确保支撑结构为外表面部分提供足够的结构刚度以抵抗由于使用中流体流 过外表面部分时经受的动态流体负荷所导致的几何形状扭曲，所述支撑结构优选地位于所 述装置的内部，并且包括多个复合材料支撑构件。在一个例子中，所述支撑构件或各个支撑构件的复合材料为叠层复合材料，所述 叠层复合材料包括多个嵌入固化基质材料中的纤维叠层，所述纤维叠层中的至少一个包括 在基质材料固化之前被施加应力的纤维区域。所述复合材料构件或各个复合材料构件的叠 层的纤维优选地基本上在该叠层内对准，所述构件或各个构件中作为预加应力纤维的任何 纤维沿同一方向延伸，以便在内支撑结构中形成单一方向的应力场。通过形成单一方向的应力场，在从一个稳定几何形状改变为另一个稳定几何形状 的情况下，复合材料构件将会弯曲而不是翘曲(warp)，从而实现由支撑结构支撑的外表面 部分的几何形状的最大改变。从而，在具有多个复合材料构件的情况下，各个构件的几何形状可以通过致动设 备沿单一方向作用的力而改变，并且多个构件可以一起为外表面部分提供所需的刚度。复合材料的纤维可为玻璃纤维或碳纤维，或者其它甚至可能未出现的合适纤维， 同时基质材料优选地为诸如环氧树脂的不受使用中可能经受的温湿变化影响的材料。用于所述外表面部分的所述支撑结构可包括锚定部，各个复合材料构件的一个端 部保持到所述锚定部。用于所述复合材料构件或各个复合材料构件的锚定部可由装置的翼 梁中的相应凹口提供，复合材料构件的一个端部可以通过任何期望的固定方式(比如粘合 齐U)固定在相应的凹口中。在内支撑结构包括多个复合材料构件的情况下，各个构件的与由锚定部保持的所 述一个端部相对的端部以允许构件在相对端部处进行有差别的运动的方式保持在一起。因 为所述相对端部彼此之间不是刚性地(就像所述一个端部那样)固定，所以复合材料构件 将不会阻碍其它复合材料构件的几何形状的改变。在所述复合材料构件或各个复合材料构件包括均基本上与单一方向的应力场对 准的纤维的情况下，所述构件或各个构件可以从所述锚定部沿应力场的方向延伸。
特别地但非排它性地，本发明用于翼片装置，所述翼片装置包括主体以及前缘和 后缘，所述主体具有上弧形表面和下弧形表面。所述上弧形表面和下弧形表面可以至少部 分地由相应的上表面蒙皮和下表面蒙皮提供，所述上表面蒙皮和所述下表面蒙皮中的至少 一个连续地延伸超出所述主体，从而提供所述装置的所述外表面部分的至少一部分。当外表面部分由具有其中一个几何形状的内支撑结构支撑时，翼片装置的相应延 伸的上表面和/或下表面可由此具有第一有效弧形，当外表面部分由具有另一个几何形状 的内支撑结构支撑时，翼片装置的相应延伸的上表面和/或下表面可具有第二替代有效弧 形。与诸如襟翼的控制表面相对于主翼片本体进行枢转并由此作为分开的部件附接 到主体上的常规翼片装置不同，使用本发明，主体的上表面蒙皮和/或下表面蒙皮是控制 表面的整体部分。蒙皮需要具有足够的柔性，以便允许外表面部分的几何形状进行 改变。期望的是，所述上表面蒙皮和所述下表面蒙皮每个都连续地延伸超出所述主体， 从而分别提供所述装置的上外表面部分和下外表面部分，所述支撑结构至少部分地位于由 所述上表面蒙皮提供的所述上外表面部分和由所述下表面蒙皮提供的所述下外表面部分 之间。在一种方案中，由所述支撑结构支撑的所述外表面部分或各个外表面部分位于翼 片装置的后缘处。翼片装置可以是沿其翼展(span)基本上笔直地延伸的旋翼桨叶和飞行 器机翼之一，并且所述外表面部分或者所述上外表面部分和所述下外表面部分一起可提供 控制表面，所述控制表面为副翼、配平片或襟翼。从而所述外表面部分或者所述上外表面部分和所述下外表面部分一起可沿着翼 片的翼展延伸。在另一个例子中，所述翼片装置为沿其翼展包括扭转部的推进器和涡轮叶片之
ο根据本发明的第二个方面，提供一种操作飞行器的方法，所述飞行器包括根据本 发明第一个方面所述的装置，所述装置为沿其翼展基本上笔直地延伸的旋翼桨叶和飞行器 机翼之一，所述翼片包括主体以及前缘和后缘，所述主体具有上弧形表面和下弧形表面，其 中所述上弧形表面和下弧形表面至少部分地由相应的上表面蒙皮和下表面蒙皮提供，所述 上表面蒙皮和所述下表面蒙皮中的至少一个连续地延伸超出所述主体，从而提供所述装置 的所述外表面部分的至少一部分，所述方法包括在飞行中通过操作致动设备而将内支撑结 构的复合材料构件的几何形状从第一稳定几何形状改变为第二稳定几何形状，来实现翼片 装置的上外表面部分和下外表面部分的几何形状的改变，以便影响经过所述翼片装置的气 流，其中所述内支撑结构支撑所述上外表面部分和所述下外表面部分。在所述翼片装置为螺旋桨飞行器的旋翼桨叶的情况下，比如在盘旋和向前飞行之 间转换期间，所述上外表面部分和所述下外表面部分的几何形状的改变可实现为用于不同 的飞行状况例如一种几何形状可用于盘旋，另一种几何形状可用于向前飞行。根据本发明的第三个方面，提供一种飞行器，具有根据本发明第一个方面所述的 装置，所述装置为沿其翼展基本上笔直地延伸的旋翼桨叶和机翼之一。
现在将参考
本发明的实施例，其中图1为根据本发明的具有螺旋桨装置的螺旋桨飞行器的示例性透视图；图2a和2b分别为现有技术的螺旋桨装置和根据本发明的螺旋桨装置的示例性剖视图；图3a和3b示出了图2b所示结构的后缘处的控制表面通过具有双稳构件的内支 撑结构获得的可选位置；图4a示出了对复合材料预加应力的方法中的步骤；图4b为两个可选稳定状态中的双稳构件的侧视图；图5为与图2b类似的更详细的剖视图；图6为图5的螺旋桨的一部分的示例性平面图。
具体实施例方式参考图1，螺旋桨飞行器即直升机10包括本体12，该本体12容纳诸如发动机E的 动力源，该动力源用于使主续航旋翼系统14绕大体竖直的轴线A旋转，以便产生升力以及 按照需要使飞行器10在空中移动，或者允许飞行器10盘旋。该例子中的直升机10还包括 尾部旋翼系统T。在这个例子中，主续航旋翼系统14包括五个螺旋桨或桨叶15，图2b的剖视图中示 出了其中一个。每个旋翼桨叶15都是沿着从翼根19至桨叶翼尖20的翼展基本上笔直的 翼片装置，其中桨叶15在所述翼根19处连接至转毂18，该转毂18通过飞行器发动机E经 由传动而进行旋转。每个桨叶15都是包括前缘21和后缘22的翼片装置，当空气沿弦向在前缘21和 后缘22之间的上弧形表面24和下弧形表面25上流动时，桨叶15产生升力，这是本领域众 所周知的。常规上，这样的翼片装置15包括控制表面，该控制表面能够相对于主旋翼本体 15a运动，以便改变翼片装置15的几何形状，从而影响经过翼片装置15的气流。在图2a中 示出了这样的常规布置，其中在旋翼桨叶15的后缘22处设置有与主旋翼桨叶本体15a分 开的控制表面，该控制表面用附图标记30表示。控制表面30借助设置在主旋翼桨叶本体 15a内部的致动器能够在上升位置和下降位置之间运动，其中所述致动器例如是马达、线性 或旋转液压致动器或者甚至是压电式致动器。从而通过移动控制表面30来改变桨叶15的 几何形状或有效弧形，尽管主旋翼本体15a和控制表面30自身的实际几何形状没有改变， 而仅仅只是控制表面30与主旋翼本体15a的相对位置发生改变。这样的控制表面30能够运动而影响经过翼片装置15的气流，以便适应不同的飞 行状况，从而按照需要优化比如升力或速度。本发明特别设计成方便当直升机10在盘旋 (当控制表面30可下降以获得最大升力时)和向前飞行(当控制表面30可上升使阻力最 小时)之间转变时的过渡中改变旋翼15的几何形状。图2b中示出了根据本发明的翼片装置15。在图中可以看到，控制表面30具有第 一下降位置和第二上升位置。然而，控制表面30并不与主旋翼本体15a分开。而是控制表 面30的上、下外表面部分的几何形状在所示的下降和上升位置之间变化。
在图5中可以看到翼片装置15的更多细节。通过上表面蒙皮24a提供翼片装置15的上弧形表面24，在这个例子中，该上表面蒙皮24a从翼片装置15的前缘21处或邻近 该前缘21处连续地延伸至后缘22并超出，以提供控制表面30的上外表面部分24b。通过 下表面蒙皮25a提供翼片装置15的下弧形表面25，在这个例子中，该下表面蒙皮25a也从 翼片装置15的前缘21处或邻近该前缘21处连续地延伸至后缘22并超出，以提供控制表 面30的下外表面部分25b。当然，为了使得控制表面30能在其上升位置和下降位置之间运动，上外表面部分 24b和下外表面部分25b需要在弦向上沿着后缘22或者沿着覆盖相邻主结构15b的上蒙皮 24和下蒙皮25而与相邻的控制表面分开，如图6中S处所示。在上外表面部分24b和下外表面部分25b之间具有内支撑结构31，该内支撑结构 31支撑控制表面30的上外表面部分24b和下外表面部分25b并且实现上外表面部分24b 和下外表面部分25b在控制表面30的上升位置和下降位置之间的几何形状变化。还参考图3a和3b，可以看到，在控制表面30内部，内支撑结构31包括多个支撑 构件32。这些支撑构件32每个都由智能响应复合材料制成，在这个例子中，内支撑结构31 包括至少六个这样的支撑构件32，每个支撑构件32都从一个端部延伸至用32b表示的相对 端部，其中支撑构件32均在所述一个端部处固定到支撑结构31的锚定部，该锚定部是由主 旋翼本体15a的翼梁33中的相应凹口 33a提供的。翼梁33优选地在桨叶15的整个翼展 长度上延伸，但是也可以根据需要仅仅位于控制表面30处。支撑构件32的一个端部可以通过任何期望的固定装置保持在翼梁33的相应的凹 口 33a中，或者如本例子所示，所述一个端部可以用比如合适的粘合剂粘接在凹口 33a中。在这个例子中，控制表面30包括后缘构件34，该后缘构件34以下述方式接收各个 支撑构件32与翼梁33相对的端部32b。支撑构件32的双稳复合材料自然地且固有地采用两种双稳状态之一，这些状态 中的一个如图3a所示，另一个如图3b所示。这样的复合材料自身是公知的。在本例子中，构件32由粘接在一起的多个叠层(参见图4a)35a、35b、35C、35d构 成。每一层35a、35b、35c、35d都包括嵌入固化基质材料中的纤维(通常为玻璃纤维或碳纤 维)，所述固化基质材料在本例子中为环氧树脂，但是也可以是其它在使用时不受温湿变化 影响的合适的可固化材料。可以看到，各个层35a、35b、35c、35d中的纤维在该层内沿单一方向延伸。在该例 子中，中间两层35b、35c中的纤维与外侧两层35a、35d中的纤维大体垂直地延伸。此外，夕卜 侧两层35a、35d的区域(在图4a为示意性而示出的例子中，是相对的边缘区域Rl和R2) 中的纤维被预加应力，也就是这些区域Rl和R2中的纤维在嵌入固化基质材料中之前沿纵 向被施加应力。通过对外层35a和35d中沿同一方向延伸的纤维预加应力，这种制造方法在材料 中建立了单一方向的应力场。一旦基质材料固化而释放应力时，这种单一方向的应力场导 致复合材料构件32采用比如图4b中实线所示的弧形构造。然而，通过向构件32施加致动 (机械)力以使得该构件弯曲，复合材料构件32的构造可以改变为图4b中虚线所示的弧形 构造。单一方向的应力场确保了构件32按照需要沿其长度进行弯曲，而不是以比如扭转的方式翘曲。六个支撑构件32中每个都在控制表面30的上外表面部分24b和下外表面部分 25b之间布置成一个在另一个顶部上，使得构件32从翼梁33或该构件一个端部所锚定到的 其它锚定部延伸至相对端部32b而到达后缘构件34，其中构件32各自的单一应力场对准， 即预加应力的纤维的方向对准。由翼片装置15的上表面蒙皮24和下表面蒙皮25提供的上外表面部分24b和下 外表面部分25b的端部部分以及复合材料构件32的相对端部32b由后缘构件34的通道接 收。后缘构件34可以例如通过粘合剂紧固到上外表面部分24b和下外表面部分25b中每 个的端部部分。各个复合材料构件32的相对端部32b可以在由后缘构件34接收处保持到 彼此，或者可以通过限制在上外表面部分24b和下外表面部分25b之间而被简单地保持住。 如果复合材料构件32的相对端部32b彼此保持住，那么因为构件32在双稳构造之间即在 图3a和图3b的稳定几何形状之间改变几何形状，所以必须允许构件32的相对端部32b之 间沿其延伸方向进行有差别的运动或滑动。这可以通过使用允许这种差别运动的弹性粘合剂或某种其它保持装置来实现。应当理解，在复合材料构件32改变其几何形状的情况下，这将实现上外表面部分 24b和下外表面部分25b中每个的几何形状的改变，从而改变翼片装置15的有效弧形。控制表面30需要通过致动设备在其双稳几何形状之间运动，也就是复合材料构 件32需要在双稳几何形状之间运动，但是因为复合材料构件32的第一和第二几何形状是 稳定的，也就是材料在一个几何形状和另一个几何形状之间弯曲并且维持该几何形状直到 被迫使沿相反的方向弯曲为止，所以不需要致动设备将控制表面30保持在其上升位置或 下降位置。因为控制表面30并没有与主结构19分开，而当复合材料构件32在其双稳状态之 间弯曲时控制表面30需要在其上升位置和下降位置之间运动，所以至少在控制表面30邻 近翼片装置15的主体15a的区域，即附图标记45表示的区域中，上表面蒙皮24和下表面 蒙皮25需要适应几何形状的变化，从而区域45中的上表面蒙皮24和下表面蒙皮25需要 构造成允许控制表面30在其上、下位置之间运动。在另一个例子中，上外表面部分24b和下外表面部分25b中一个或另一个的材料 可以是与支持构件32相似的具有双稳特性的复合材料，但是，是控制表面30内部设置的构 件32的支持结构提供了用于改变上外表面部分24b和下外表面部分25b几何形状的可靠 性并且向上外表面部分24b和下外表面部分25b提供了抵抗使用中控制表面30经受动态 流体负荷时的几何变形所需的刚度。现在将参考图5说明可设置成改变控制表面30几何形状的合适致动设备的例子。翼片装置15 (在这个例子中为直升机旋翼桨叶15)的主体15a包括在前缘21和后缘22之间的大部分体积范围上的内蜂巢结构。在另一种翼片装置中，比如在飞行器的固 定机翼中，机翼可以容纳储油罐和/或其它设备。即使在旋翼装置15的情况下，也期望旋翼装置15在大约25%的弦长位置处平衡。 因此，将要说明的且用50表示的致动设备或者至少该致动设备50中包含大部分重量的部 件朝向旋翼装置15的前缘21容纳在沿弦向远离控制表面30的合适中空部51中，其所处 位置不会破坏旋翼15的平衡。
致动装置50可包括动力单元52和一对牵拉元件，该动力单元52例如是电动马达、液压或气动流体马达或致动器、或者压电装置(仅仅作为示例)，在本例子中，所述一对 牵拉元件连接柔性缆线54、55。柔性缆线54、55每个都在一端连接到动力单元52，使得任一 个缆线54、55可以被动力单元52的合适操纵选择性地牵拉。在另一个例子中，牵拉元件可 以是刚性的或半刚性的元件，或者可以沿其长度部分刚性而部分柔性。在为刚性的情况下， 可以通过推动而不是牵拉来施加将构件32从一个稳定状态改变至另一个稳定状态所需的 力。其中一个缆线54(上缆线)经由第一致动路径向翼片装置15的后缘22延伸，然后 上缆线54在控制表面30的上外表面部分24b的紧下方被弓I导。类似地，另一个缆线55 (下 缆线)经由第二致动路径向翼片装置15的后缘22延伸，然后下缆线55在控制表面30的 下外表面部分25b的紧上方被引导。缆线54、55中每个都连接至后缘构件34，如C所示。应当理解，当操作动力单元52以牵拉上缆线54时，将会向各个复合材料构件32 施加机械力，而获得图3a中所示的控制表面30处于上升状况的稳定几何形状。通过操作 动力单元52以牵拉下缆线55，将会向各个复合材料构件32施加机械力，而获得图3b中所 示的控制表面30处于下降状况的另一个稳定几何形状。当然，当利用动力单元52牵拉任 一个缆线54、55时，需要允许另一个缆线55、54运动，从而不会阻碍支撑构件32的几何形 状的改变。致动设备50可由控制器进行操作，该控制器可以自动地响应直升机12的操作状 况和/或飞行员/操作者的控制来操作该致动设备50，从而通过使支撑构件32在其第一和 第二稳定几何形状之间运动来实现控制表面30在上升位置和下降位置之间的位置改变。在不脱离本发明的范围的情况下可以做出许多修改。例如，图3a、3b和图5中所 示的内支撑结构31的构造仅仅是说明性和示例性的。可以设置实现控制表面30的上外表 面部分24b和下外表面部分25b的几何形状改变所需的任意数量的支撑构件32，这些支撑 构件的长度和构造可以与所示和所述的构件32不同。此外，可以选择任意合适数量的构件 32，以便获得上外表面部分24b和下外表面部分25b在经受动态流体负荷时抵抗几何形状 扭曲所需的刚度，否则该动态流体负荷会导致支撑构件32的几何形状产生非控制器或飞 行员控制的不期望的改变。从图6中可以看到，控制表面30沿着桨叶15的部分翼展延伸。在控制表面30的 翼展范围较长的情况下，致动设备50可以具有多于一个的上缆线54和下缆线55或者具有 沿着翼展的其它牵拉构件，从而沿着控制表面30的整个长度向支撑结构施加为实现控制 表面30的上外表面部分24b和下外表面部分25b的几何形状改变所需的力。在控制表面30的翼展范围较小而使得控制表面为比如图6中所示的调整片的情 况下，可以沿翼展长度使用多个这样的能够独立致动的调整片，每个调整片具有根据本发 明的可变的几何形状。本发明已经具体说明了改变在直升机旋翼桨叶15的后缘22处的控制表面30的 上外表面部分24b和下外表面部分25b的几何形状，但是从本说明书的介绍中应当理解，本 发明具有更宽泛的应用，包括应用于翼片15的前缘21处的控制表面，以及通常应用于诸如 固定机翼的非旋转机翼飞行器的翼片机翼。飞行器可以由飞行员操作或者可以是无人驾驶飞行器。翼片不必是机翼15，而可以是直升机的尾部旋翼系统T的旋翼桨叶15，或者可以 是任何其它的翼片或其它在使用中流体所流过的装置，比如推进器或涡轮叶片。代替提供后缘构件34或者附加的是，在需要时翼片外表面蒙皮24、25可以绕支撑 结构31延伸，或者复合材料支撑构件32的相对端部32b可以不被任何蒙皮或后缘构件34 在翼片15的后缘22处包围。对于另一例子，本发明可以用来改变进气部或排气部的表面部分的构造，或者用 来改变气流罩的表面部分的构造。本发明可以用于比如卡车牵引单元的车辆整流装置，以 利用具有一个或多个复合材料构件的支撑结构来改变整流装置的外表面部分的几何形状， 该复合材料构件的几何形状可以在双稳态之间改变，用于根据牵引单元是否在牵引拖车而 进行性能优化。从而，尽管在所述的例子中本发明是应用于具有上外表面部分24b和下外表面部 分25b两者的控制表面30，但是本发明也可以应用于仅仅具有单个外表面部分的装置。本发明不仅可应用于比如图1所示的单个主续航旋翼直升机，还可应用于串联式 续航旋翼直升机。前述说明书、下述权利要求或者附图中公开的，以其特定形式或用于执行所公开 功能的装置的形式表达的特征，或者用于获得所公开结果的合适方法或过程，可以单独地 或以这些特征的任意组合用于实现本发明的各种不同形式。
权利要求
一种在使用中承受流体流的装置(15)，所述装置(15)包括外表面部分(24b、25b)，所述外表面部分的几何形状是可变的以影响所述流体流，所述装置(15)包括支撑所述外表面部分的支撑结构(31)，所述支撑结构(31)位于所述装置(15)的内部并且包括多个由复合材料制成的支撑构件(32)，所述支撑结构(31)的几何形状能够通过致动设备(50)在第一稳定几何形状和第二稳定几何形状之间改变，以便实现所述外表面部分(24b、25b)的几何形状的变化，所述支撑构件(32)为所述外表面部分(24b、25b)提供结构刚度。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述结构(31)的复合材料在无需当几何 形状分别改变为第二稳定几何形状或第一稳定几何形状时来自所述致动设备(50)的任何 影响的情况下，维持第一稳定几何形状或第二稳定几何形状。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述致动设备(50)通过向复合材料 构件的一部分施加机械力来实现所述第一稳定几何形状和所述第二稳定几何形状之间的 改变。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个支撑构件(32)的复合材料为叠层复 合材料，所述叠层复合材料包括多个嵌入固化基质材料中的纤维叠层(35a-35d)，所述纤维 叠层(35a-35d)中的至少一个包括在基质材料固化之前被施加应力的纤维(35b、35d)区域 (礼、R2),每个由复合材料制成的支撑构件(32)的叠层的纤维基本上在该叠层内对准，所述 构件(32)或每个构件(32)中作为预加应力纤维的任何纤维(35b、35d)沿同一方向延伸并 且在内支撑结构中形成单一方向的应力场。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述纤维为玻璃纤维或碳纤维，所述基质材料为 诸如环氧树脂的不受温湿变化影响的材料。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个支撑构件(32)的复合材料为叠层复 合材料，所述叠层复合材料包括多个嵌入固化基质材料中的纤维叠层(35a-35d)，所述纤维 叠层(35a-35d)中的至少一个包括在基质材料固化之前被施加应力的纤维(35b、35d)区域 (礼、R2),每个由复合材料制成的支撑构件(32)的叠层的纤维基本上在该叠层内对准，所述 构件(32)或每个构件(32)中作为预加应力纤维的任何纤维(35b、35d)沿同一方向延伸 并且在内支撑结构中形成单一方向的应力场，并且所述外表面部分(24b、25b)的支撑结构 (31)包括锚定部(33a)，每个复合材料构件(32)的一个端部保持到所述锚定部，每个支撑 构件的相对端部以允许构件(32)在相对端部处进行有差别的运动的方式保持在一起。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，每个支撑构件(32)从所述锚定部(33a) 沿单一方向的应力场的方向延伸。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置(15)为翼片装置，所述翼片装置 包括主体(15a)以及前缘(21)和后缘(22)，所述主体(15a)具有上弧形表面(24)和下弧 形表面(25)，所述上弧形表面(24)和下弧形表面(25)至少部分地由相应的上表面蒙皮和 下表面蒙皮提供，所述上表面蒙皮(24)和所述下表面蒙皮(25)中的至少一个连续地延伸 超出所述主体(15a)，以提供所述装置(15)的所述外表面部分(24b、25b)的至少一部分。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述上表面蒙皮(24)和所述下表面蒙皮 (25)每个都连续地延伸超出所述主体(15a)，以分别提供所述装置(15)的上外表面部分 (24b)和下外表面部分(25b)，所述支撑结构(31)至少部分地位于由所述上表面蒙皮提供 的所述上外表面部分(24b)和由所述下表面蒙皮提供的所述下外表面部分(25b)之间。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，由所述支撑结构(31)支撑的所述 外表面部分(24b、25b)或每个外表面部分(24b、25b)位于所述翼片装置(15)的后缘(22) 处。
11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置为沿其翼展基本上笔直地延伸 的旋翼桨叶(15)和飞行器机翼之一，所述外表面部分或者所述上外表面部分和所述下外 表面部分一起提供控制表面，所述控制表面为沿着翼片的翼展的一部分延伸的副翼、配平 片或襟翼。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置为沿其翼展包括扭转部的推进 器和涡轮叶片之一。
13.一种操作飞行器(10)的方法，所述飞行器(10)包括根据权利要求11所述的翼片 装置(15)，所述方法包括在飞行中通过操作致动设备(50)而将内支撑结构(31)的由复合 材料制成的支撑构件(32)的几何形状从第一稳定几何形状改变为第二稳定几何形状，来 实现翼片装置(15)的上外表面部分(24b)和下外表面部分(25b)的几何形状的改变，以 便影响经过所述翼片装置(15)的气流，其中所述内支撑结构(31)支撑所述上外表面部分 (24b)和所述下外表面部分(25b)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述翼片装置为螺旋桨飞行器(10)的 旋翼桨叶(15)，所述上外表面部分(24b)和所述下外表面部分(25b)的几何形状的改变实 现为使得一种几何形状用于盘旋，另一种几何形状用于向前飞行。
15.一种飞行器(10)，具有根据权利要求1至12中任一个所述的装置(15)，所述装置 (15)为沿其翼展基本上笔直地延伸的旋翼桨叶和机翼之一。
全文摘要
本发明涉及一种在使用中承受流体流的诸如翼片的装置(15)，其包括外表面部分(24b、25b)，所述外表面部分的几何形状是可变的以影响流体流，该装置(15)包括支撑外表面部分(24b、25b)的支撑结构(31)，该支撑结构(31)位于装置(15)的内部并且包括多个由复合材料制成的支撑构件(32)，该支撑结构(31)的几何形状能够通过致动设备(50)在第一稳定几何形状和第二稳定几何形状之间改变，以实现外表面部分(24b、25b)的几何形状的变化，支撑构件(32)为外表面部分(24b、25b)提供结构刚度。
文档编号B64C27/467GK101811574SQ20101011480
公开日2010年8月25日 申请日期2010年2月20日 优先权日2009年2月20日
发明者K·波特, P·韦弗, S·戴恩斯 申请人:西部直升机有限公司