[發明專利]飛機水平穩定面

有效

• 申請號: 200980154773.2
• 申請日: 2009-12-17
• 公開（公告）號: CN102282070A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 勞爾·卡洛斯·拉莫斯薩丁;米格爾·盧克布佐
• 申請（專利權）人: 空客運營有限公司
• 主分類號: B64C5/02
• 分類號: B64C5/02;B64C5/16;B64C1/26;B64C9/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 孫紀泉

技術領域

本發明涉及飛機穩定面，且特別地涉及用于飛機的水平穩定面的結構。

背景技術

飛機機翼的后掠角(sweepback)，或這些機翼沿飛行方向的傾角是以接近音速的速度飛行的飛機的設計特征，并且由空氣動力學考慮因素推動。后掠角的空氣動力學優勢在于，由空氣動力學外形上的流動的超速(該超速隨著該外形的相對厚度的增加而增加)引起的可壓縮性的不利影響與氣流速度的分量相關聯，該分量基本上垂直于飛機機翼的翼弦的25％的線。因此，對于給定的飛行速度，具有給定掃掠角(sweep?angle)的機翼將經受等于沒有后掠角但具有相對厚度等于掃掠角的余弦的空氣動力學外形的機翼的壓縮性效應的壓縮性效應。由該外形的最大厚度和其沿飛行或翼弦方向的長度之間的比率限定的更大的相對外形厚度導致機翼的結構重量較低，因為由空氣動力載荷在機翼蒙皮上引起的作用力降低。然而，在作為大型現代商用飛機的特性的高速飛行中，具有大的相對厚度的空氣動力學外形的機翼放大了空氣可壓縮性的不利影響，這可以表現為機翼上的沖擊波，伴隨著相關聯的氣動阻力和其它不利飛行現象的增加。因此，機翼的后掠角用來在它們的結構重量和接近音速的速度下可接受的飛行性能之間實現設計平衡。

為高速飛行構造的具有明顯的掃掠角的第一代飛機是1945年的Junkers?287。在該飛機的其它獨特的特性中，機翼的掃掠角是逆向的，即翼尖相對于翼根或機翼至機身的連接沿飛行方向向前移動。除很少的例外之外，如MBB/HFB?320，Grumman?X-29和Sukhoi?47(所有的都具有逆向后掠角機翼)，大多數高速飛機都構造有正向后掠角機翼。盡管逆向后掠角具有某些空氣動力學優勢，但在機翼中采用正向后掠角的根本原因在于，在飛機在飛行期間遇到垂直空氣速度干擾或陣風情況中，具有正向后掠角的機翼的彎曲變形傾向于減小機翼外形的局部迎角，這自然減輕了空氣動力載荷。在具有逆向后掠角的機翼情況中，效果相反，因為在遇到垂直陣風時，機翼的彎曲使該外形的迎角增加，這傾向于增加載荷和彎曲。這意味著具有逆向后掠角的機翼傾向于承受比正向后掠角機翼明顯高的陣風載荷，并且因此，它們較重。

與具有逆向后掠角的機翼結構相關聯的空氣動力學優勢是公知的，且記載在航空技術文獻中。這些優勢可以總結如下：

與具有正向后掠角的機翼相比，具有逆向后掠角的機翼的前緣的較小的掃掠角(二者都用于翼弦的25％的弦線的相同掃掠角)導致氣動流沿著機翼翼展方向移動的趨勢小，導致附面層的摩擦系數降低，因此，空氣動力阻力??；

在具有逆向后掠角的機翼的情況中，沿機翼翼展方向的空氣運動是從翼尖至翼根，導致可能實現比在正向后掠角機翼情況中大的空氣動力升力失速角，在正向后掠角機翼情況中，沿機翼翼展方向的橫向氣流將附面層拖向邊緣翼尖或邊緣，減少了該區域中的附面層的能量，由于邊緣翼尖或邊緣具有比翼根區域高的局部升力系數，這引起附面層分離，伴隨的是以比在逆向后掠角機翼情況中小的迎角導致升力失速；而具有逆向后掠角的水平穩定面的較大的失速角使其能夠增加用于給定面得最大空氣動力或者減小表面，因此，對于相同的最大空氣動力，減小了該機翼的空氣動力學重量和阻力，如果這是關鍵的設計因素；

機翼在空氣動力載荷下的彈性變形或氣動力彈性變形在其中所述穩定面具有正向后掠角的情況中傾向于減小所述外形的局部迎角，并且在所述穩定面具有逆向后掠角的情況中傾向于增加所述外形的局部迎角，結果是，在逆向后掠角機翼情況中，氣動升力梯度與迎角一起增加；升力梯度的這種增加使具有逆向后掠角機翼的飛機的可操縱性增加了，這在軍用戰斗機情況中會是有利的，但通常被認為是商用飛機的缺陷，因為飛機對垂直陣風的響應靈敏度與升力梯度相關聯，機翼結構的內部載荷和重量也與升力梯度一起增加，并且這是說明逆向后掠角機翼很少用在商業飛行中的事實的主要原因(然而，由與逆向后掠角面相關聯的氣動力彈性變形引起的升力梯度的上述增加在穩定面的情況中是可取的，因為它使得能夠達到用于該表面的低迎角值的穩定功能所要求的空氣動力值)。

盡管存在上述已知的空氣動力學優勢，但逆向后掠角機翼具有相關聯的結構性能復雜性，其已經限制它們在飛機設計中的用途；這些復雜性可以總結如下：

氣動力彈性變形傾向于增加結構載荷，因此，增加機翼、特別是翼翅的重量；而且，機翼的升力梯度的增加導致飛機對湍流和對垂直陣風的更加動態的響應，因此，乘客的舒適性差。然而，在具有逆向后掠角的水平穩定面的情況中，這種對湍流更大的空氣動力學響應使得穩定面在飛行期間在它遇到湍流或垂直陣風的情況中恢復飛機的位置的功能方面更加有效，因此與機翼的情況不同，這是期望的效果。