CN104973233B - 用于飞行器机翼的机翼尖端设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于飞行器机翼的机翼尖端设备，该机翼尖端设备可以包括上部小翼和下部元件。上部小翼可以从飞行器机翼向上延伸。下部元件可以从上部小翼向下延伸，并且可以在机翼下面形成闭合回路。该闭合回路可以具有中空内部。

Description

用于飞行器机翼的机翼尖端设备

技术领域

本发明一般地涉及空气动力学，并且更具体地涉及诸如用于飞行器的机翼的机翼尖端设备。

背景技术

飞行器机翼的诱导阻力可以被描述为空气动力阻力，该空气动力阻力是由于当机翼移动经过空气时机翼上方的空气的方向改变而产生的。空气的方向改变可以包括沿着机翼的下侧顺翼展方向的气流，其通常朝向机翼尖端的外侧方向。当顺翼展方向的气流到达机翼尖端时，空气向上流动在机翼尖端上方，并且结合在机翼的顶部上方移动的弦向气流。顺翼展方向的气流和弦向气流的结合导致机翼尖端漩涡的形成。

该机翼尖端漩涡由其他漩涡进给，该其他漩涡当沿着机翼的后缘向下运动时流出。机翼尖端漩涡和后缘漩涡的向下运动引起机翼升力以略向后的方向倾斜。机翼升力的略向后倾斜也可以描述为机翼的有效攻角的减小，并且可以导致飞行器的有效载荷能力的下降，和/或飞行器的续航力，和/或燃料效率的降低。

可以看到，在本领域中存在对减少由机翼产生的诱发阻力的量的机翼尖端配置的需要。

发明内容

上文提到的与诱发漩涡相关的需求由本公开具体解决，其中本公开提供了用于飞行器机翼的机翼尖端设备。该机翼尖端设备可以包括上部小翼和下部元件。上部小翼可以从飞行器机翼向上延伸。下部元件可以从上部小翼向下延伸，并且可以在机翼下面形成闭合回路。该闭合回路可以具有中空内部，以允许空气穿过闭合回路。该上部小翼和下部元件可以具有翼面横截面，以便上部小翼和下部元件可以产生空气动力升力。

还公开了为飞行器机翼的机翼配置机翼尖端设备的方法。该方法可以包括从机翼尖端向上延伸上部小翼。该方法可以额外地包括从上部小翼向下延伸下部元件。此外，该方法可以包括将下部元件形成为机翼下面的闭合回路，以便该闭合回路具有中空内部。

本发明可以涉及用于飞行器机翼的机翼尖端设备，该机翼尖端设备可以包括配置为从飞行器机翼向上延伸的上部小翼；和从上部小翼向下延伸并且配置为在机翼下面形成闭合回路的下部元件，该闭合回路具有中空内部。下部元件可以包括与机翼下表面构成闭合回路的下圆弧。下部元件可以包括安装到机翼下表面的下部回路。该上部小翼和下部元件可以形成为整体结构。下部元件可以具有与上部小翼相切的外侧部分。上部小翼和下部元件可以可拆卸地附连到机翼的机翼尖端接头处。下部元件可以具有外侧端和内侧端，该外侧端从上部小翼向下延伸，并且机翼尖端接头包括上部小翼到机翼尖端的外侧端附件和下部元件的内侧端到机翼的机翼尖端的内侧位置的内侧端附件。该机翼尖端也可以包括在上部小翼与下部元件的内侧端之间延伸的尖端扩展件；以及位于内侧端的内侧的机翼尖端接头。这些特征提高了空气动力学特性。闭合回路可以具有三角形形状、圆形形状、抛物线形状、半圆形形状或梯形形状。上部小翼可以相对于水平面大约30度到90度的范围内的二面角取向。上部小翼可以具有上部小翼根弦；下部元件可以具有外侧端，该外侧端具有外侧端翼弦，并且上部小翼根弦和外侧端翼弦中的每个可以具有不小于机翼尖端翼弦的大约50％的长度。这些元件将增强性能。上部小翼根弦和外侧端翼弦中的每个可以具有机翼尖端翼弦的长度的大约60％到100％的长度。

本发明可以涉及飞行器，其包括一对机翼，每个机翼具有机翼尖端；和安装到每一个机翼尖端的机翼尖端设备，该机翼尖端设备可以包括配置为从飞行器机翼向上延伸的上部小翼；和从上部小翼向下延伸并且配置为在机翼下面形成闭合回路的下部元件，该闭合回路具有中空内部。

本发明可以涉及为飞行器机翼的机翼配置机翼尖端设备的方法，该方法可以包括从机翼向上延伸上部小翼；从上部小翼向下延伸下部元件；使用下部元件成为闭合回路。该方法可以包括使下部元件成为安装到机翼下表面的下圆弧。这提高了空气动力学特性。该方法可以包括使下部元件成为安装到机翼下表面的下部回路。这将会提高性能。该方法可以进一步包括使上部小翼和下部元件成为整体结构。该方法还可以包括使下部元件的外侧部分与上部小翼相切。该方法还可以包括将上部小翼和下部元件可拆卸地附连到机翼的机翼尖端接头处。该方法还可以包括使用在机翼尖端上的上部小翼的外侧端；和使用在机翼的机翼尖端的内侧位置的下部元件的内侧端。该方法还可以包括使从上部小翼到下部元件的内侧端的尖端扩展件以使得尖端扩展件和下部元件共同形成闭合回路的方式延伸；和附连尖端扩展件的内侧端到机翼尖端。该方法还可以包括配置下部元件以便闭合回路具有三角形形状、圆形形状、抛物线形状、半圆形形状或梯形形状。该方法还可包括使上部小翼以相对于水平面从大约30度到90度的范围内的二面角取向。该方法还可以包括使用不小于机翼尖端翼弦的大约50％的上部小翼根弦和下部元件翼弦。

已经讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施例中独立实现或者可以在其他实施例中组合实现，其进一步的细节可以参考下面的说明和附图。

附图说明

本公开的这些和其他特征将在参考附图后变得更显然，在全部附图中，相同标记指代相同的部件，并且其中：

图1是并入用于降低机翼的诱导阻力的机翼尖端设备的实施例的飞行器的主视图；

图2是具有上部小翼和下部元件的机翼尖端设备的实施例的侧视图；

图3是包括上部小翼和由下圆弧形成的下部元件的机翼尖端设备的实施例的主视图，上部小翼和下圆弧被结合到机翼尖端；

图4是沿着图3的线4获取的截面图，并且说明了上部小翼的尖端扩展的翼面截面和下圆弧的翼面截面；

图5是从机翼分离出的机翼尖端设备的实施例的分解俯视图；

图6是沿着图5的线6获取的机翼尖端设备的主视图，并且其说明了位于下圆弧的内侧端的外侧的机翼尖端接头；

图7是使用机械紧固件耦接到机翼尖端的图5的机翼尖端设备的俯视装配图；

图8是沿着图7的线8的机翼尖端设备的主视图，并且其说明了位于下圆弧的内侧端的外侧的机翼尖端接头；

图9是机翼尖端设备的实施例的分解主视图，其中机翼尖端接头位于下圆弧的内侧端的内侧；

图10是结合到机翼尖端的图9的机翼尖端设备的装配主视图；

图11是机翼尖端设备的实施例的主视图，其中下圆弧具有抛物线形状；

图12是机翼尖端设备的实施例的主视图，其中下圆弧具有半圆形形状；

图13是机翼尖端设备的实施例的主视图，其中下圆弧具有梯形形状；

图14是机翼尖端设备的主视图，其中下部元件具有连接内侧端到外侧端以形成下部回路的连接元件；

图15是说明可包含在配置飞行器的机翼的方法中的一个或多个操作的流程图。

具体实施方式

现在参考以说明本公开的各实施例为目的示出的附图，图1所示是飞行器100的主视图，其具有一对机翼200并且并入耦接到每个机翼200的机翼尖端设备300的示例。如下面更详细的描述，本文公开的机翼尖端设备300的各种实施例包括上部小翼302和下部元件398。有利地，上部小翼302和下部元件398的组合在不增加机翼200的翼展224的情况下提供了机翼后缘206(图5)的有效长度的增加。用这种方式，机翼尖端设备300允许由机翼200产生的诱导阻力的减小。

在图1中，飞行器100可以包括具有纵向轴线106的机身104，该纵向轴线可以沿着机身104在长度方向上延伸。如上所述，该飞行器100可以包括一对机翼200，机翼200可以附连到机身104。每一个机翼200可以从机身104以朝着机翼尖端216的顺翼展方向向外延伸。机翼200可以具有被定义为机翼尖端设备300的上部小翼302的尖端之间的距离的翼展224。在所示的实施例中，该机翼200可以二面角201取向，该二面角可以被定义为当机翼遭受1g静态地面加载时机翼200相对于水平面的角度。机翼200还可以向后扫掠(图7)。然而，飞行器100可以被配置为使得机翼200不扫掠，或机翼200可以向前扫掠。每一个机翼200可以包括一个或多个控制表面(未示出)，诸如前缘设备、后缘设备和/或扰流板。前缘设备(未示出)可以包括前缘板条和/或克鲁格(Krueger)襟翼或者其他前缘设备。后缘设备(未示出)可以包括后缘襟翼、襟副翼、副翼和/或其他后缘设备配置。

在图1中，飞行器100可以包括一个或多个推进单元102，该推进单元102可以被安装到机翼200或飞行器100上的其他位置。飞行器100可以包括在机身104的后部的尾翼108。该尾翼108可以包括水平尾部和垂直尾部。水平尾部可以包括一个或多个水平稳定器110。每个水平稳定器110可以包括升降舵112，其可以被枢转地耦接到水平稳定器110。垂直尾部可以包括垂直稳定器114和用于飞行器100的方向控制的方向舵116。虽然在如图1所示的管和机翼式飞行器100的背景下描述了本公开的机翼尖端设备300，但是机翼尖端设备300也可以实施为任何飞行器配置，包括但不限于：混合型机翼配置、混合机翼-机身配置和其他飞行器配置。而且，虽然在飞行器机翼200上实施的背景下描述了机翼尖端设备300，但是机翼尖端设备300也可实施在除了机翼200之外的翼面上。例如，机翼尖端设备300可以被合并在水平稳定器110的尖端上，或合并到前翼的尖端上，从而降低诱发阻力的负面影响。

在图2中，示出的是具有上部小翼302和下部元件398的机翼尖端设备300的实施例。上部小翼302可以从机翼尖端216向上延伸。上部小翼302可以具有上部小翼翼面截面318以产生积极的升力。在一些示例中，上部小翼302可以通常笔直或非弯曲的方向向上延伸。然而，上部小翼302可以具有弯曲的形状(未示出)和/或略微弓形的形状(未示出)和/或略微扭曲的形状(未示出)。上部小翼302可以二面角316(图3)向上延伸，该二面角可以被选择以提供期望的动力学性能特征。

在一个实施例中，下部元件398(图1)可以由反向的下圆弧400形成。下部元件398可以具有翼面截面以产生积极的升力。下部元件398的外侧部分406可以从上部小翼302向下延伸。下部元件398可以设置在机翼200的下面。下部元件398可以包括内侧端404和外侧端408。下圆弧400可以结合到机翼200的机翼下表面214，并且可以与机翼下表面214形成闭合回路420。闭合回路420可以具有中空的内部418，该中空的内部418沿着飞行器100的向前/向后的方向352延伸通过下部元件398。该中空的内部418可以允许气流穿过闭合回路420，以便下元件398可以产生升力。

通过配置机翼尖端设备300作为上部小翼302和下部元件398的组合，上部小翼302的长度可以相对于常规的单个上部小翼(未示出)的长度减小。上部小翼302和下圆弧400的组合可提供机翼后缘206(图5)的有效长度的期望的增大。而且，通过减小上部小翼302的长度，由于上部小翼302的空气动力负载引起的上部小翼302的根部的弯矩可以减小。在上部小翼302的根部的弯矩的减小可以降低机翼200所需要的强度和扭转硬度，这可以转化为机翼200的重量的降低。

此外，通过为机翼尖端设备300提供下部元件398，可以避免来自向下延伸的小翼(未示出)的尖端漩涡的产生。尖端漩涡的避免可以降低诱导阻力的负面影响。而且，通过为机翼尖端设备300提供下部元件398，机翼尖端设备300可以具有相对于向下延伸的小翼(未示出)减小的垂直高度428。例如，在图1中，下部元件398可以在机翼200的下面延伸相对较短的距离，当飞行器100停在机场时或在地面操作期间，该相对较短的距离可以使机翼尖端设备300与物体或地面支持车辆诸如行李卡车、皮带装载机、餐饮卡车和其他围绕飞行器100操作的地面支持设备具有提高的空隙。

图3示出了机翼尖端设备300的实施例，其包括连接到机翼200的上部小翼302和下圆弧400。机翼200可以具有机翼上表面212和机翼下表面214，并且可以在机翼尖端216处终止。如上所述，下圆弧400可以具有内侧端404和外侧端408。在一些实施例中，内侧端404可以在机翼尖端216的内侧位置结合到机翼200的下侧。外侧端408可以结合到上部小翼302，并且在一些实施例中，外侧端408可以与上部小翼302连续。在一些示例中，下圆弧400外侧端408和上部小翼302可以在机翼尖端216结合到机翼200。机翼尖端设备300可以包括过渡区段350和/或在机翼尖端216过渡到外侧端408和上部小翼302的位置处的机翼的上侧和下侧上的一个或多个圆角半径或整流罩。

在图3中，当沿着向前/向后的方向352(图2)观察时，下部元件398被示出为具有大致三角形形状450。在所示的实施例中，内侧部分402和外侧部分406可以每个均是针对下部元件398的三角形配置而大致笔直的。而且，下部元件398可以包括圆形的下部部分412。然而，如下面详细的描述，下部元件398可以被没有限制地提供各种不同的尺寸、形状和配置中的任意一个。就此而言，下部元件398可以包括一个或多个笔直区段和/或一个或多个弯曲区段，并且不限于三角形形状450。

下圆弧400可以具有弧长426，该弧长426可以被描述为下圆弧400的内侧端404和外侧端408之间的距离。更具体地，下圆弧400的弧长426可以被描述为沿着下圆弧400的外表面430测量的从外表面430与内侧端404上的机翼下表面214的交叉点到机翼下表面214与下圆弧400的外侧端408上的外表面430的交叉点的距离。上部小翼302可以具有长度330，该长度可以定义为沿着上部小翼302的外表面314测量的从机翼下表面214与上部小翼302的外表面314的交叉点到上部小翼302的尖端306的距离。在一些示例中，下圆弧400可以具有弧长426，该弧长小于上部小翼302的长度330。通过最小化下圆弧400的弧长426，下圆弧400的垂直高度428可以减小，这可以提高下圆弧400与车辆和物体的空隙，并且还可以减小由下圆弧400产生的空气动力阻力造成的下圆弧400上的结构负载。

参考图3，在一些示例中，机翼尖端设备300可以被配置为当机翼200处于来自作用于机翼200、推进单元102、燃料和由机翼200支撑的其他组件的质量的重力的向下偏转的1g地面静态载荷下时，下部元件398的外侧部分406被定位为在上部小翼302的最外侧点(例如尖端306)的内侧。在一些实施例中，机翼尖端设备300可以被配置为使得当机翼200在1g静态地面载荷下时，下部元件398的下部部分412位于机翼下表面214的下面，下部部分412与机翼下表面214的垂直距离不大于上部小翼302的垂直高度304的大约50％。如上所述，相对于由向下延伸的小翼(未示出)提供的减小的空隙量，配置机翼尖端设备300使得下部元件398在机翼200的下面向下延伸相对较短的距离可以提供下部元件398和物体或地面支持车辆之间的增大的间隙。然而，下部元件398的下部部分412可以位于机翼200下面的任何距离处。

在图3中，在一些示例中，上部小翼302和下部元件398可以作为一件式结构一体成形。在这方面，上部小翼302和下部元件398可以被制造为整体结构，这样可以简化机翼尖端设备300的设计、制造、装配、拆卸和/或更换。在一些示例中，上部小翼302可以与下部元件398连续。更具体地，下部元件398的外侧部分406的外表面430可以与上部小翼302的外表面314(图2)相切并且连续。如上所述，虽然上部小翼302和下部元件398的外侧部分406被描述为基本上笔直，但是上部小翼302和/或下部元件398可以被提供任何形状或配置，没有限制。例如，上部小翼302和下部元件398的外侧部分406可以略向内或向外弯曲。

在一些示例中，上部小翼302可以在相对于水平面的从大约10度到90度的范围内的二面角316取向。上部小翼302的二面角316可以在上部小翼302的外表面314处测量。上部小翼302的二面角316可以是机翼200在大约1g飞行载荷下向上偏转期间的二面角。在所示的示例中，上部小翼302可以相对于水平面至少大约60度的二面角316取向并且在机翼200在大约1g飞行载荷下向上偏转期间测量。如上所述，上部小翼302的外表面314被显示为与下部元件398的外侧部分406的外表面430大致共面。然而，上部小翼302的外表面314可以与下部元件398的外侧部分406的外表面430的角度不同的二面角316取向。

图4是机翼尖端设备300的一个实施例的截面图，并且说明了机翼200的翼面截面220的示例和下部元件398的下部部分412的翼面截面414的示例。如上所述，下部元件398和上部小翼302的翼面截面318可以产生升力，该升力可以被添加到由机翼200产生的升力。在所示的实施例内，上部小翼302可以包括上部小翼前缘309，其可以前缘扫掠角310取向。在一些示例中，上部小翼前缘扫掠角310可以基本上与机翼200的前缘扫掠角204(图5)相同。然而，在其他示例中，上部小翼前缘扫掠角310可以大于机翼200的前缘扫掠角204。在一些示例中，上部小翼302的前缘扫掠角310可以在大约20-70度之间。

上部小翼后缘311可以由后缘扫掠角312形成，该后缘扫掠角312可以与机翼200的后缘扫掠角208相同或大于机翼200的后缘扫掠角208。在所示的实施例中，上部小翼302可以沿着从上部小翼根弦308向着上部小翼302的尖端306渐缩。在一些示例中，下部元件398可以包括前缘422，当下部元件398(例如下圆弧400)从如图4所示的侧面被观察时，前缘422可以沿着从下部元件398的上部部分(例如与机翼下表面212相邻)到下部部分412的方向向内成角度。类似地，下部元件398的后缘424可以如图4所示向内成角度，以便在下部部分412处的翼弦416的长度可以短于在内侧端404的翼弦405和/或在外侧端408的翼弦410。

下部部分412的翼弦416(图2)可以被描述为在下部元件398的底部处的翼面截面414的翼弦。例如，在示出了三角形形状450的下部元件398的图3中，该下部部分翼弦416可以被描述为这样的翼弦，即当沿着向前/向后方向352(图2)观察时，该翼弦位于下部元件398的弯曲部分的底部。在示出了抛物线形状452和半圆形形状454的下部元件398的图11-12中，当沿着向前/向后的方向352观察时，下部部分翼弦416可以被描述为在下部元件398的最低点的翼弦。如下所述，在示出了梯形形状456的下部元件398的图13中，当沿着向前/向后的方向352观察时，下部部分412翼弦416可以被描述为在下部元件398的下段457的中点459处的翼弦。

外侧端翼弦410可以被描述为在机翼下表面214和下部元件398的外表面430(图3)的交点的位置的下部元件398的翼弦。对于如图3所示的上部小翼302与下部元件398连续的实施例中，外侧端翼弦410的长度可以基本上与上部小翼根弦308的长度相等。然而，如下所述，外侧端弦410可以与上部小翼根弦308不同。

在图4中，机翼200可以包括前翼梁226和后翼梁228。如下面更详细的描述，上部小翼302和下部元件398也可以每个均包括内部结构，诸如前翼梁320和后翼梁324，并且该内部结构可以耦接到机翼200的前翼梁226和后翼梁228以用于载荷传输。在一些示例中，上部小翼302和下部元件398可以由整体结构形成。在这方面，上部小翼302和下部元件398可以包括内部承载结构。例如，在一些示例中，上部小翼302和下部元件398的内部结构可以由金属材料机械加工得到，诸如从一个或多个整体的铝或钛铸件或块体。可替换地，上部小翼302和下部元件398可以由纤维增强的聚合物基质材料诸如碳纤维增强的塑料作为整体结构形成。在一些示例中，内部结构诸如前翼梁320、后翼梁324、肋(未示出)、和上部小翼302和下部元件398的蒙皮可以一体成形为整体结构。有利地，通过作为整体结构成形机翼尖端设备300，机翼尖端设备300的制造、装配和安装均可以被简化。

在一些示例中，上部小翼302的根弦308的长度和/或在下部元件398的外侧端408(图3)处的翼弦410的长度可以与机翼尖端翼弦218的长度大致相等。然而，机翼尖端设备300可以配置成使得上部小翼302根弦308和/或外侧端翼弦410具有与机翼尖端翼弦218不同的长度。如图7所示，机翼200可以是渐缩的。在机翼尖端接头356的位置，上部小翼302可以被配置为形成如图7所示的机翼200的连续的渐缩。在这方面，上部小翼302的根弦308的长度和/或外侧端翼弦400的长度可以略短于机翼尖端翼弦218的长度。在一些示例中(未示出)，上部小翼302的根弦308和外侧端翼弦410可以每个均具有机翼尖端翼弦218长度的大约60％到100％的长度。在一些实施例中，上部小翼302的根弦308和/或外侧端翼弦410可以每个均具有不小于机翼尖端翼弦218的大约50％的长度。在一些实施例中，外侧端翼弦410可以短于上部小翼根弦308。可替换地，外侧端翼弦410可以长于上部小翼根弦308。

在一些示例中，下部元件398可以配置成使得在下部部分412(图2)处的翼面截面414(图2)的翼弦416(图2)可以小于在内侧端404处的翼弦405和/或在下部元件398(图2)的外侧端408(图2)处的翼弦410。在这方面，下部元件398可以配置为使得翼面截面的翼弦长度沿着从内侧端404和外侧端408向着下部部分412的方向逐渐减小。在一些示例中，内侧端404的翼弦405可以与在内侧端404结合到机翼200的位置处的翼弦相等。然而，内侧端404的翼弦405可以短于在内侧端404被结合到机翼200的位置处的机翼200的翼弦。

图5-6示出了从机翼200分离出的机翼尖端设备300的实施例。机翼尖端设备300可以在机翼尖端接头356处被结合到机翼尖端。在所示的示例中，机翼尖端设备300可以配置为使得上部小翼302和下圆弧400在机翼尖端接头356处使用机械紧固件362可拆卸地附连到机翼200。如上所述，机翼200可以包括内部载荷承载结构，诸如前翼梁226、后翼梁228、纵梁和/或内部肋。机翼尖端设备300还可以包括内部结构，诸如用于支撑上部小翼302和下圆弧400的前翼梁320、后翼梁324和/或中间翼梁322。机翼尖端设备300可以通过将上部小翼302的外侧端附件360和外侧端408耦接到机翼尖端216并且通过将下圆弧400的内侧端附件358耦接到机翼200的下侧而结合到机翼200。例如，内侧端附件358可以在增强倍增器368和/或内部肋处被耦接到机翼200，该内部肋可以包括在机翼200的内部结构中。附连的内侧端404也可以耦接到机翼200结构，例如前翼梁226、后翼梁228和/或其他结构。机翼尖端接头356包括内侧端附件358和外侧端附件360与机翼200的耦接点。

图7-8示出了使用机械紧固件362诸如拉伸螺栓和/或抗剪螺栓使机翼尖端设备300与机翼200结构的附连。在一些示例中，机翼200可以包括一个或多个可拆卸的接入面板(未示出)，其可以从机翼200的下侧移除，以允许接入机翼200的内部。用这种方式，机械紧固件362可以从机翼内部安装以作为将机翼尖端设备300的外侧端附件360耦接到机翼尖端216的装置。例如，一个或多个拉伸紧固件可以延伸通过机翼尖端216的端肋230，并且可以螺纹地接合到圆柱螺母(未示出)或其他带螺纹的构件(未示出)，这些构件可以包含在机翼尖端设备300的端肋364中。为了将内侧端附件358耦接到机翼200，一个或多个机械紧固件362可以从机翼200的外部延伸通过内侧端附件358。机械紧固件362可以延伸到增强倍增器368中或其他机翼结构中，诸如前翼梁226、后翼梁228和/或一个或多个翼肋。如可理解的，机翼尖端设备300可以使用各种不同的附件机构的任何一种耦接到机翼200，并且不限于使用机械紧固件362。例如，在一些实施例中，在使用纤维增强的聚合物基质材料诸如石墨/环氧树脂的复合材料制造过程中，内侧端附件358和外侧端附件360可以粘合到机翼200，或者两者被共同结合或共同固化，以便将机翼尖端设备300耦接到机翼200。

图9-10示出了具有尖端扩展件354的机翼尖端设备300的实施例。尖端扩展件354可以与下圆弧400一体形成，并且可以在下圆弧400的内侧端404和外侧端408之间延伸。尖端扩展件354可以提供额外的升力，该额外的升力与由上部小翼302和下部元件398提供的额外的升力组合。由尖端扩展件354、上部小翼302和/或下部元件398提供的额外的升力可以导致飞行器有效负载能力的提高和/或飞行器100的续航力和/或燃料效率的提高。此外，如上所述，通过给机翼尖端设备300提供下部元件398，可以避免来自向下延伸的小翼(未示出)的尖端漩涡的产生，这可以减小诱发阻力的幅度，并且由此使得进一步提高飞行器100的有效负载、续航力和/或燃料效率。而且，通过为机翼尖端设备300提供在内侧端404和外侧端408处都附连到机翼的下部元件398，下部元件398可以具有比向下延伸的小翼(未示出)提高的结构稳定性，并且因此可以比可以被支撑在单端上并且从机翼尖端向外悬臂式延伸的向下延伸的小翼(未示出)的重量更轻。

在图9-10所示的示例中，机翼尖端接头356可以位于下部元件398的内侧端404的内侧。在一些实施例中，尖端扩展件354可以如图所示地与上部小翼302和下圆弧400一体形成。然而，在其他实施例中，尖端扩展件354可以作为分离的组件(未示出)，该分离的组件可以与上部小翼302和下圆弧400装配。例如，分离的尖端扩展件(未示出)可以被提供使得这种尖端扩展件的外侧端被附连(例如，机械紧固、粘合等)到上部小翼302，并且这种尖端扩展件的内侧端可以被耦接到机翼尖端216。下圆弧400的内侧端404可以被附连(例如，机械紧固、粘合等)到尖端扩展件354的下侧。

对于包括尖端扩展件354的机翼尖端设备300的实施例，下圆弧400与尖端扩展件354的机翼下表面214构成闭合回路420。尖端扩展件354的尺寸可以被设置并且配置为机翼200的扩展件。在这方面，尖端扩展件354的翼弦可以沿顺翼展方向以类似于机翼200的渐缩的方式渐缩。另外，尖端扩展件354可以具有与机翼200相同的二面角210和相同的前缘和后缘后掠角204、208。然而，可以预期的是，尖端扩展件354的几何构型可以被提供为与机翼200的几何构型不同和/或与机翼200的几何构型不连续。在这方面，尖端扩展件354的几何构型不限于与机翼200的几何构型连续。

图10是结合到机翼尖端216的图9的机翼尖端设备300的装配的主视图。在所示的实施例中，机翼尖端216可以包括端肋230。类似地，尖端扩展件354可以包括端肋366，端肋可以配置为与机翼尖端216的端肋230接合。在类似于上述关于图5-8中所示的机翼尖端设备300的方式中，机械紧固件362可以从机翼内部安装以耦接机翼尖端216的端肋230到尖端扩展件354的端肋。然而，在本文公开的任何一个实施例中，其他机构可以被实施为耦接机翼尖端设备300到机翼尖端216。例如，机翼尖端设备300可以粘合到机翼尖端216，或者机械特征件可被包括以便连接机翼尖端设备300到机翼尖端216。在一些示例中，机翼尖端设备300可以与机翼200一体形成，使得不需要机翼尖端接头。

图11是机翼尖端设备300的实施例的主视图，其中下圆弧400具有抛物线形状452。如上所述，下部元件398可以各种不同的尺寸、形状和配置中的任何一种形成。例如，下部元件398可以形成为具有半径相似的弯曲区段(未示出)。弯曲区段还可以具有不同的曲率半径，和/或持续变化的半径(未示出)，并且不限于形成为具有相同的曲率半径。

图12是机翼尖端设备300的实施例的主视图，其中下圆弧400具有半圆形形状454。虽然图11-13所示的实施例说明了如上面关于图5-8所述的位于本公开的任何一个实施例中的下圆弧400的内侧端404的外侧的机翼尖端接头356，但是机翼尖端设备300可以包括一体形成的尖端扩展件354，并且机翼尖端设备300可以图9-10所示和上述的方式耦接到机翼尖端216。

图13是机翼尖端设备300的实施例的主视图，其中下圆弧400具有梯形形状456。下部部分412可以包括如上所述的下段457。在所示的实施例中，下段457可以平行于机翼200取向。然而，在其他实施例中，下段457可以不平行于机翼200取向。例如，下段457可以水平取向。如可理解的，下圆弧400可以被提供为多种不同的尺寸和形状中的任何一种。下圆弧400可以包括笔直区段、弯曲区段或其任何组合。

图14是机翼尖端设备300的实施例的分解主视图，其中下部元件398由安装到机翼下表面214的下部回路419构成。下部回路419可以包括连接元件421，该连接元件421在下部元件398的内侧端404和外侧端408之间延伸。连接元件421可以被安装到机翼下表面214。横截面形状可以被成形为与机翼下表面214的翼面形状互补。在一些示例中，连接元件421可以具有相当薄的横截面剖面，以最小化或避免在机翼下表面214的所需的外模线形状(未示出)上的连接元件421的厚度的突出，并且由此保护机翼下表面214的空气动力学形状。下部回路419可以类似于如图5-8所示的安装下圆弧400到机翼200的方式安装到机翼200。例如，在外侧端408，机械紧固件(未示出)可以延伸通过机翼尖端216的端肋230，并且进入到机翼尖端设备的端肋364中。在内侧端404处，机械紧固件(未示出)可以延伸到增强倍增器368中。虽然没有示出，但是额外的紧固件可以延伸通过连接段421，并且延伸通过机翼下表面214进入到诸如纵梁或翼梁(未示出)的内部机翼结构中。

如上所述，本文公开的机翼尖端设备300的各种示例通过有效增加机翼200的后缘206的长度而提供了减小诱导阻力的消极影响的手段。后缘206的长度的有效增加可以分散漩涡的分布，并且由此减少来自诱导阻力的空气动力学损耗，并且可以提高飞行器100的性能。此外，通过将上部小翼302和下部元件398的组合增加到机翼200中而不是通过延伸机翼尖端的常规方法增加机翼跨度，可以避免与前缘升力增强设备(例如，缝翼、克鲁格襟翼)的延长相关的重量、成本和复杂度的增加。

而且，通过将机翼尖端设备300提供为上部小翼302和下部元件398的组合，上部小翼302的长度可以减小，这可以减小在上部小翼302上的空气动力载荷的幅度，并且由此可以允许机翼弯曲度的减小，诸如在高升力情况下。机翼弯曲度的减小可以降低机翼200的强度和/或硬度需求，这由此可以允许机翼200的结构重量的下降。此外，由于下部元件398的添加引起的上部小翼302的长度的减小可以降低上部小翼302的重心326，并且由此缩短了从上部小翼302的重心326到机翼200的扭转轴线222(图7)的距离328(图7)，这可以提高机翼200的震动性能。更进一步，通过由下部元件398的添加引起的上部小翼302的长度的减小，上部小翼302的惯性作用可被降低，这可以允许压舱物(未示出)的减少，否则为了震动控制的目的可能需要将所述压舱物增加到机翼尖端216的前缘。

图15是说明一个或多个操作的流程图，该操作可以包括在配置飞行器100的机翼200的方法500中。该方法500可以包括制造和/或装配飞行器机翼200以包括如上所述的机翼尖端设备300。在一些示例中，机翼尖端设备300可以与机翼200分离地制造。在其他示例中，机翼200和机翼尖端设备300可以在制造机翼200期间被共同制造。配置飞行器机翼200的方法500还可以包括将机翼尖端设备300改装到可以预先制造并投入使用的传统的飞行器100的机翼200。

方法500可以包括步骤502，其可以包括从机翼200向上延伸上部小翼302。例如，该方法可以包括制造上部小翼302，并且装配上部小翼302到机翼尖端216。上部小翼302可以是大致笔直的，如图1-13所示。然而，上部小翼302可以在内侧或外侧方向上稍微成弓形和/或上部小翼302可以是稍微扭曲的。如图3所示，该方法可以包括使上部小翼302以在相对于水平面大约从30度到90度的范围内的二面角316取向。在一些示例中，如上所述，上部小翼302可以相对于水平面的至少60度的二面角316取向。然而，上部小翼302可以在任何角度处取向，而没有限制。

方法500的步骤504可以包括将下部元件398从如图3所述的从上部小翼302向下延伸。如上所述，下部元件398可以形成为下圆弧400，该下圆弧400可以被说明为逆向圆弧。下部元件398可以具有翼面横截面，以便下部元件398可以产生有利的升力。下部元件398可以包括内侧部分402、外侧部分406和下部部分412。内侧部分402可以包括内侧端404。外侧部分406可以包括外侧端408。机翼尖端设备300可以配置为使得当装配到机翼200中时，下部元件398位于机翼200的下面。

方法500的步骤506可以包括将下部元件形成为下圆弧400，以便当下部元件附连到机翼时，与机翼200(图8)的下表面214或与尖端扩展件354(图9)的下表面形成闭合回路420。如上所述，当沿着向前/向后的方向352(图2)观察时，闭合回路420可以具有中空内部418，以允许气流穿过闭合回路420，以便下部元件398可以产生空气动力升力。在一些示例中，该方法可以包括将上部小翼302和下部元件398形成为如图6所示的整体结构。例如，上部小翼302和下部元件398可以一体地形成为一件式结构。然而，在其他示例中，上部小翼302和下部元件398可以形成为分离的结构，该分离的结构可以被装配或附连到机翼200。该方法还可以包括配置下部元件398，以便当从向前/向后的方向352观察时，闭合回路420具有期望的几何形状。例如，该方法可以包括形成三角形形状450、圆形形状、抛物线形状452、半圆形形状454、梯形形状456或各种其他形状中的任意一种形状的闭合回路420。

在一些示例中，该方法可以包括将上部小翼302和下部元件398可拆卸地附连到如图5-10所示的机翼200的机翼尖端接头356处。例如，在图5-8所示的实施例中，该方法可以包括将上部小翼302和下圆弧400的外侧端408附连到机翼尖端216，并且将下圆弧400的内侧端404附连到机翼200的下侧的机翼尖端216的内侧位置。在一些示例中，下圆弧400的内侧端404可以耦接到机翼200内部结构，诸如耦接到前翼梁226、后翼梁228和/或内部肋和机翼主要结构的纵梁。如上所述，机械紧固件362可以用于将上部小翼302和下圆弧400耦接到机翼200。

在其他示例中，该方法可以包括制造带有尖端扩展件354的小翼设备，该尖端扩展件354如图9-10所示从上部小翼302延伸到下圆弧400的内侧端404。尖端扩展件354可以与上部小翼302和下圆弧400一体形成。在这方面，尖端扩展件354和下圆弧400可以共同地形成闭合回路420。对于这样的配置，结合机翼尖端设备300到机翼200的方法可以包括附连尖端扩展件354的内侧端404到机翼尖端216。尖端扩展件354可以装备有翼面截面，该翼面截面可以如上所述地与机翼翼面截面基本相同或可以与该机翼翼面截面连续。

该方法可以进一步包括将下部元件398配置为具有下部部分412。如图3所示，下部部分412可以设置在机翼下表面214下面，并且与机翼下表面214的垂直距离为当机翼200处于向下偏转的地面静态负载下时不大于上部小翼302的垂直高度304的大约50％。用这种方式，相对于提供有向下延伸的小翼(未示出)的减小的间隙量，当飞行器100在地面上时，该机翼尖端设备300的下部元件398可以提供与车辆或物体的增加的间隙。在一些示例中，该方法可以包括将下部元件398形成为下圆弧400，该下圆弧400具有的弧长426(图3)小于上部小翼302的长度330。弧长426可以被描述为在下圆弧400的内侧端404和外侧端408之间的沿着外表面430的距离。

通过维持下圆弧400的弧长426小于上部小翼302的长度330，下圆弧400可以具有减小的锋面和浸水表面积的量，并且可以由此产生减小的寄生阻力和诱导阻力的量。然而，下圆弧400可以具有弧长426，该弧长可以等于或大于上部小翼302的长度330。在一些示例中，该方法可以包括配置下圆弧400，使得外侧部分406位于上部小翼302的尖端306的内侧。在这方面，当飞行器100在接近候机楼的大门处停泊时，上部小翼302的尺寸可以设置并且配置为适配在预定的门跨度极限内。如本领域所知，门跨度极限可以由管理机构(例如，联邦航空管理局)预定义以作为可以安全地适配在机场候机楼的大门位置的几何构型约束内的最大的机翼跨度。

方法500可以额外地包括将上部小翼302根弦308和外侧端翼弦410形成为不小于机翼尖端翼弦218的大约50％。例如，图5说明了外侧端翼弦410大体上等于上部小翼302根弦308。在一些示例中，上部小翼302根弦308和外侧端翼弦410可以每个均具有机翼尖端翼弦218的长度的大约60％到100％的长度。该方法还可以包括控制上部小翼302和下圆弧400的侧面轮廓形状。例如，该方法可以包括以在大约20度至70度之间的前缘扫掠角310形成上部小翼302。在图7所示的实施例中，上部小翼302可以具有扫掠角310，其可以大于机翼前缘扫掠角204。然而，上部小翼302可以具有任意扫掠角310，包括向前的扫掠角，并且不限于大体上与机翼前缘202的扫掠角204相同的扫掠角310。

在一些示例中，下部元件可以形成为下部回路，该下部回路具有在下部元件398的内侧端404和外侧端408之间延伸的连接元件。在一些示例中，连接元件421可以附连到机翼下表面214，诸如通过使用机械紧固件和/或通过将连接元件粘接到机翼下表面。内侧端404和外侧端408可以如图15所示地机械紧固和/或粘接到机翼。

本公开的额外的修改和改进对于本领域的技术人员是明显的。因此，本文描述和说明的零件的特定组合仅意图表示本公开的特定实施例，并不意图作为对本公开的精神和范围内的可替换的实施例或设备的限制。

Claims (15)

1.一种用于飞行器机翼的机翼尖端设备，其包括：

配置为从飞行器机翼向上延伸的上部小翼，所述上部小翼在被配置为所述上部小翼的自由端的尖端处终止；和

下部元件，其从所述上部小翼向下延伸并且配置为在所述机翼下面形成闭合回路，所述闭合回路具有中空内部，所述下部元件的内侧端被结合到所述机翼的机翼下表面或结合到所述上部小翼的尖端延伸部。

2.根据权利要求1所述的机翼尖端设备，其中：

所述下部元件包括与机翼下表面形成所述闭合回路的下圆弧。

3.根据权利要求1所述的机翼尖端设备，其中：

所述下部元件包括安装到机翼下表面的下部回路。

4.根据权利要求1所述的机翼尖端设备，其中：

所述上部小翼和所述下部元件形成为整体结构。

5.根据权利要求1所述的机翼尖端设备，其中：

所述下部元件具有与所述上部小翼相切的外侧部分。

6.根据权利要求1所述的机翼尖端设备，其中：

所述上部小翼和所述下部元件可拆卸地附连到所述机翼的机翼尖端接头处。

7.根据权利要求6所述的机翼尖端设备，其中：

所述下部元件具有外侧端和内侧端，所述外侧端从所述上部小翼向下延伸；和

所述机翼尖端接头包括将所述上部小翼耦接到所述机翼尖端的外侧端附件，以及将所述下部元件的所述内侧端耦接到所述机翼的机翼尖端的内侧位置的内侧端附件。

8.根据权利要求6所述的机翼尖端设备，其进一步包括：

在所述上部小翼和所述下部元件的内侧端之间延伸的尖端扩展件；和

位于所述内侧端的内侧的所述机翼尖端接头。

9.一种为飞行器机翼的机翼配置机翼尖端设备的方法，该方法包括：

从机翼向上延伸上部小翼，所述上部小翼在被配置为所述上部小翼的自由端的尖端处终止；

从所述上部小翼向下延伸下部元件，所述下部元件的内侧端被结合到所述机翼的机翼下表面或结合到所述上部小翼的尖端延伸部；和

将所述下部元件形成为闭合回路。

10.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：

使所述上部小翼和所述下部元件形成为整体结构。

11.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：

形成与所述上部小翼相切的所述下部元件的外侧部分。

12.根据权利要求9所述的方法，其进一步包括：

可拆卸地将所述上部小翼和所述下部元件附连到机翼的机翼尖端接头处。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：

将所述上部小翼的外侧端附连到所述机翼尖端；和

将所述下部元件的内侧端附连到所述机翼的机翼尖端的内侧位置。

14.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：

包括从所述上部小翼到所述下部元件的内侧端的尖端扩展件以使得所述尖端扩展件和所述下部元件共同构成所述闭合回路的方式延伸；和

将所述尖端扩展件的内侧端附连到所述机翼尖端。

15.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：

配置所述下部元件使得所述闭合回路具有三角形形状、圆形形状、抛物线形状、半圆形形状或梯形形状。