[發明專利]具有凹陷表面的小翼和相關系統及方法

有效

• 申請號: 200980109250.6
• 申請日: 2009-03-20
• 公開（公告）號: CN102089207A
• 公開（公告）日: 2011-06-08
• 發明（設計）人: A·P·馬拉喬伍斯基;S·R·錢尼;N·K·艾伯納;S·T·勒杜
• 申請（專利權）人: 波音公司
• 主分類號: B64C23/06
• 分類號: B64C23/06;B64C5/08
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 趙蓉民;張全信

技術領域

本公開一般地涉及具有凹陷表面的小翼以及相關的系統和方法。

背景技術

NASA的Richard?Whitcomb等在20世紀70年代研究了使用小翼來減小在飛機機翼上的誘導阻力(induced?drag)的想法。從那以后，該想法的多種變化都被授予了專利權(例如參見授權給Ishimitsu的美國專利號4,205,810和授權給Goldhammer等人的美國專利號5,275,358)。另外，目前多種翼尖裝置變化在使用中。這些裝置包括以各種角度向上或向下傾斜的水平翼展延伸部分和后掠翼展延伸部分。這些裝置可以在全新飛機的最初設計階段期間被添加到新機翼，或它們可以作為改型或在衍生模型的開發期間被添加到現有機翼。

可以使用經典的“Trefftz飛機理論”以合理的精確度來計算機翼或機翼/小翼組合的誘導阻力。根據這個理論，飛機機翼的誘導阻力只取決于如從機翼前面或后面直接看到的“升力系統(lifting?system)”(即機翼加上翼尖裝置)的后緣跡線和“翼展負荷(spanload)”。翼展負荷是垂直于機翼后緣跡線的空氣動力負荷的分布。空氣動力學家通常將這種空氣動力負荷分布稱為“升力(lift)”，即使當后緣跡線從水平傾斜時負荷不是豎直的。將小翼或其它翼尖裝置添加到機翼改變后緣跡線(即“Trefftz-飛機幾何形狀”)和翼展負荷。因此，添加該裝置還改變機翼上的誘導阻力。

對于給定的Trefftz-飛機幾何形狀和給定的總體豎直升力，通常具有給出最低可能的誘導阻力的一個翼展負荷。這是“理想的翼展負荷”，并且由理想的翼展負荷產生的誘導阻力是“理想的誘導阻力”。對于Trefftz-飛機幾何形狀是水平線的平坦機翼，理想的翼展負荷是橢圓的。在Trefftz-飛機中，沒有小翼的傳統飛機機翼足夠接近平坦，以致其理想翼展負荷非常接近橢圓。對于具有豎直或接近豎直的小翼(即非平面升力系統)的傳統飛機機翼，理想翼展負荷一般不是橢圓的，但是從傳統機翼理論中可以容易地計算出理想翼展負荷。

傳統飛機機翼一般不被設計為理想的或橢圓的翼展負荷。代替地，它們被設計為減小機翼上結構彎曲負荷的折中的“三角形”翼展負荷。該設計以稍微增加的誘導阻力換取了機體重量的減小。折中的程度從一個飛機樣式到另一個飛機樣式變化非常大。為了制造該三角形翼展負荷，翼尖典型地被扭曲以產生“外洗(機翼負扭轉，washout)”。外洗指的是在外側方向上扭曲以使后緣相對于前沿緣向上移動的機翼。以這種方式外洗翼尖降低了翼尖對翼根的攻角，因此減小了朝向翼尖的升力分布。

設計新機翼并開發用于新機翼的相關工具是昂貴的任務。因此，一些飛機制造商開發至少部分基于最初設計的衍生機翼設計。盡管這些設計可以比開發更便宜，但它們通常至少包括一些性能折中。因此，仍然存在對改進的、有成本效益的機翼開發過程的需要。

發明內容

一般而言，本公開涉及具有凹陷表面的小翼及相關的系統和方法。依照特定實施方式的系統包括具有內側部分和外側部分的機翼以及在外側部分連接到機翼的小翼。小翼具有至少部分面向內側的第一表面和至少部分面向外側的第二表面，第一表面包括凹陷區域。該凹陷區域可以相對于第一表面的相鄰區域是凹入的，并且相鄰區域可以包括在弦向方向上位于該凹陷區域兩側上的區域，以及沿著小翼的展向軸線遠離機翼定位的區域。

本公開的其它方面涉及用于設計飛機系統的方法。一種這樣的方法包括提供對包括從機翼內側區域到外側區域的翼剖面的機翼的設計。該方法進一步包括設計同機翼一起使用的小翼，而不改變機翼翼剖面的大體形狀。該小翼具有通常面向內側的第一表面和通常面向外側遠離第一表面的第二表面。設計小翼至少包括通過在小翼的第一表面內設計凹入的凹陷來減小在機翼與小翼的連接區域處的氣流的性能沖擊。

附圖說明

圖1為依照本公開的實施方式配置的具有機翼和翼尖裝置的飛機的部分示意性等軸測圖。

圖2為依照本公開的特定實施方式的外側機翼部分和具有凹陷區域的小翼的部分示意性等軸測圖。

圖3為圖2所示的機翼和小翼的一部分的后視圖(向前看)。

圖4為圖2所示的機翼和小翼的一部分的正視圖(向后看)，表明了特定小翼剖面。

圖5A-5F在圖4中所表明的小翼剖面的無量綱化的橫截面圖。

圖6為圖5A-5F所示的小翼剖面的復合，為了闡明的目的縱坐標被擴大了。

圖7為圖5A-5F所示的小翼上彎線的組合，為了示出的目的縱坐標被擴大了。

圖8為示出根據本公開的特定實施方式的方法的流程圖。

具體實施方式