用于机翼减阻的主动控制方法及装置制造方法
【专利摘要】一种航空航天【技术领域】的用于机翼减阻的主动控制方法及装置，通过在机翼的后缘位置预先均匀布置若干压电装置，当飞机起飞或者低速飞行时，控制压电装置凹进使得对应的机翼位置形成凹坑，从而推迟边界层的分离，减小压差阻力；当飞机高速飞行时，控制压电装置凸起使得对应位置形成鼓包，从而减小阻力；或者，控制压电装置使之处于周期震荡工作模态，使得机翼的尾流区形成周期性的漩涡结构以控制流动分离。本发明使得飞机在不同飞行状态下主动切换相应的减阻模式，提高飞行效率。
【专利说明】用于机翼减阻的主动控制方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种航空航天【技术领域】的方法及装置，具体是一种用于机翼减阻的主动控制方法及装置。
【背景技术】
[0002]减阻是飞行器设计永恒的主题，近些年减阻技术发展迅速，减阻方法多种多样，然而在飞机的起飞、降落和巡航等各种不同阶段，各种减阻方法的减阻效果却有所不同。比如凹坑减阻在低速阶段效果比较好，而鼓包在跨音速阶段的减阻效果比较明显，在低速条件下反而会增加阻力。这些减阻方式都是被动的，事先设定好，无法更改，没有反馈，不能实现自动控制。
[0003]经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102595758A，
【公开日】2012-07-18，记载了一种介质阻挡放电等离子体尾缘射流装置及方法，涉及流动控制技术，该装置由多组等离子体激励器、绝缘介质和高压电源组成，用于改善圆柱绕流尾迹区流动，在圆柱背风面适当位置施加一定强度的等离子体激励，通过加速附面层内低速流体的运动，在圆柱尾缘死水区形成射流，可以添平尾迹低速区，进而达到改善尾迹区流场、减小尾迹损失和气动噪声的效果，可用于飞机起落架的减阻和降噪。但该现有技术与本发明相比的缺陷及不足在于:首先，该技术只有一种工作模态，仅在下降时用于起落架减阻降噪，而本发明可作用于飞机的各种飞行状态，用于机翼的减阻；其次，虽然该技术所能达到的效果与本发明周期震荡工作模态相同，都能达到减阻降噪的效果，但是他们的形成机理却是不同的，该技术的本质是所用的等离子体激励器通入高压高频电后在裸露电极下游产生了诱导速度，该诱导速度加速了附面层流体的运动，而本发明的本质是由于压电装置的周期震荡在尾流区形成周期性的旋涡结构从而控制了流动分离，技术路线不同。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于机翼减阻的主动控制方法及装置，使得飞机在不同飞行状态下主动切换相应的减阻模式，提高飞行效率。
[0005]本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明提供一种用于机翼减阻的主动控制方法，通过在机翼的后缘位置预先均匀布置若干压电装置，当飞机起飞或者低速飞行时，控制压电装置凹进使得对应的机翼位置形成凹坑，从而推迟边界层的分离，减小压差阻力；当飞机高速飞行时，控制压电装置凸起使得对应位置形成鼓包，从而减小阻力；或者，控制压电装置使之处于周期震荡工作模态，使得机翼的尾流区形成周期性的漩涡结构以控制流动分离。
[0007]所述的飞机起飞的判断条件是:从起飞线开始滑跑到离开地面，爬升至安全高度为止，低速飞行的判断条件是:飞行速度在500公里/小时以下。
[0008]所述的控制压电装置凹进的具体方法是:压电装置内部设置由电机控制的偏心轮，产生压电效应的压电材料位于偏心轮的上方，当偏心轮向下转，压电材料随之下降，机翼表面即形成凹坑。
[0009]所述的压电装置凹进具体是指:凹进l_3mm。
[0010]所述的飞机高速飞行的判断条件是:飞行速度达到900公里/小时以上。
[0011]所述的控制压电装置凸起的具体方法是:压电装置内部设置由电机控制的偏心轮，产生压电效应的压电材料位于偏心轮的上方，当偏心轮向上转，压电材料随之上升，机翼表面即形成凸起。
[0012]所述的压电装置凸起具体是指:凸起l_3mm。
[0013]所述的周期震荡工作模态具体是指:压电装置处于反复的凸起和凹进状态。
[0014]周期震荡工作模态反复的凸起和凹进的频率为500Hz。
[0015]本发明提供一种用于机翼减阻的压电装置，其内置于机翼上，包括:产生压电效应的压电材料、基体、偏心轮和拉力弹簧，其中:压电材料位于基体的上方且与基体相固定，拉力弹簧的一端与基体的底部相连，另一端固定于机翼，偏心轮由电机控制转动且位于基体的下方，偏心轮相上转动时，压电材料凸起，偏心轮向下转动时，压电材料凹进机翼表面。
[0016]所述的压电装置的边缘距离机翼边缘5_20mm。
[0017]本发明能充分利用平面、凹坑、鼓包等各种几何形状的优点以及周期震荡这种新型工作模式来提高机翼的流动品质，同时避开他们的缺点，从而达到减阻的目的。当飞机在起飞或者低速飞行时，压电材料凹进，形成凹坑，飞行时凹坑附近产生了小漩涡，小漩涡产生的吸力对机翼表面的流动气体有吸附作用，从而推迟了边界层的分离，减小了压差阻力；在高速飞行阶段，压电材料凸起，形成鼓包来减阻，在特殊情况下也可以增阻来达到刹车减速等特殊目的。另外，切换到周期震荡工作模态，可以在装置的尾流区形成周期性的漩涡结构，达到更好的控制流动分离的效果。如此，原来的被动流动控制方式变成主动控制，这样就能应对各种不同的飞行状态从而达到主动控制的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为实施例1的布置图；
[0019]图2为实施例2的布置图；
[0020]图3为实施例3的布置图；
[0021]图4为实施例4的结构图。
【具体实施方式】
[0022]下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
[0023]如图1所示，本实施例是用于机翼减阻的主动控制方法，通过在机翼I的后缘位置预先均匀布置若干压电装置2 ;然后，当飞机起飞或者低速飞行时，控制压电装置2凹进使得对应的机翼I位置形成凹坑，从而推迟边界层的分离，减小压差阻力。
[0024]压电装置2均匀分布在机翼的后缘部位，排成一列，如有需要也可分布两列甚至更多，如果机翼带有襟翼或者副翼，也可分布其上；压电装置2边缘距离机翼边缘5-20mm。[0025]所述的飞机起飞的判断条件是:从起飞线开始滑跑到离开地面，爬升至安全高度为止，在我国为25M，低速飞行的判断条件是:飞行速度在500公里/小时以下。
[0026]所述的控制压电装置2凹进的具体方法是:电机控制压电装置2内部的偏心轮3转到位置1，压电材料4随其下方的基体5被拉回，于是在机翼表面形成一个凹坑。
[0027]所述的压电装置2凹进具体是指:凹进l_3mm，该参数根据需要由压电材料4属性决定。
实施例2
[0028]如图2所示，当飞机高速飞行时，控制压电装置2凸起使得对应位置形成鼓包，从而减小阻力。
[0029]所述的飞机高速飞行的判断条件是:飞行速度达到900公里/小时以上。
[0030]所述的控制压电装置2凸起的具体方法是:电机控制压电装置2内部的偏心轮3转到位置2，压电材料4随基体5被偏心轮3顶起凸出。
[0031]所述的压电装置2凸起具体是指:凸起l_3mm，该参数根据需要由压电材料4属性决定。
实施例3
[0032]如图3所示，控制压电装置2使之处于周期震荡工作模态，使得机翼I的尾流区形成周期性的漩涡结构以控制流动分离。
[0033]所述的周期震荡工作模态具体是指:压电装置2上的压电材料4处于反复的凸起和凹进状态，频率500Hz。
实施例4
[0034]如图4所示，本实施例为用于前述实施例的压电装置2，包括:压电材料4、基体5、连接到电机上的偏心轮3、拉力弹黄6。压电材料4贴附在基体5上，随基体5被拉力弹簧拉住，四周被机翼包裹，下面被偏心轮3顶住，偏心轮3的位置由电机来控制。平时偏心轮3停留在位置3，需要凹进时，电机控制偏心轮3转到位置1，压电材料4随基体5被拉回，于是在机翼表面形成一个凹坑；需要凸起时，偏心轮3转到位置2，压电材料4随基体5被偏心轮3顶起凸出，在周期振荡时，偏心轮3仍回到位置I，此时压电材料4随基体5归位，机翼表面平整，压电材料4通电压，由于压电效应，电能转化为机械能，压电材料4会反复凸起凹进，进入周期震荡状态。
[0035]所述的各个压电装置2的边缘距离机翼边缘5_20mm。
[0036]本实施例的压电装置2为圆柱体，直径5_50mm，其具体尺寸根据机翼的尺寸不同而有所不同。
【权利要求】
1.一种用于机翼减阻的主动控制方法，其特征在于，通过在机翼的后缘位置预先均匀布置若干压电装置，当飞机起飞或者低速飞行时，控制压电装置凹进使得对应的机翼位置形成凹坑，从而推迟边界层的分离，减小压差阻力；当飞机高速飞行时，控制压电装置凸起使得对应位置形成鼓包，从而减小阻力；或者，控制压电装置使之处于周期震荡工作模态，使得机翼的尾流区形成周期性的漩涡结构以控制流动分离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的飞机起飞的判断条件为:从起飞线开始滑跑到离开地面，爬升至安全高度为止，低速飞行的判断条件为:飞行速度在500公里/小时以下。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征是，所述的控制压电装置凹进的方法为:压电装置内部设置由电机控制的偏心轮，产生压电效应的压电材料位于偏心轮的上方，当偏心轮向下转，压电材料随之下降，机翼表面即形成凹坑。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的压电装置凹进是指:凹进l_3mm。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的飞机高速飞行的判断条件为:飞行速度达到900公里/小时以上。
6.根据权利要求1、2或5所述的方法，其特征是，所述的控制压电装置凸起的方法为:压电装置内部设置由电机控制的偏心轮，产生压电效应的压电材料位于偏心轮的上方，当偏心轮向上转，压电材料随之上升，机翼表面即形成凸起。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征是，所述的压电装置凸起是指:凸起1-3_。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的周期震荡工作模态是指:压电装置处于反复的凸起和凹进状态。
9.一种用于上述任一项权利要求所述的减阻方法的压电装置，其特征在于，其内置于机翼上，包括:产生压电效应的压电材料、基体、偏心轮和拉力弹簧，其中:压电材料位于基体的上方且与基体相固定，拉力弹簧的一端与基体的底部相连，另一端固定于机翼，偏心轮由电机控制转动且位于基体的下方，偏心轮相上转动时，压电材料凸起，偏心轮向下转动时，压电材料凹进机翼表面。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征是，所述的压电装置的边缘距离机翼边缘5-20mmo
【文档编号】B64C23/06GK103482055SQ201310428966
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】李伟鹏, 张屹, 李斌, 王建航, 赵彬彬 申请人:上海交通大学