CN108657447A - 空气动力学排水装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种空气动力学排水装置。排水装置旨在防止再吸入排出流体，所述装置包括：基部，所述基部具有用于安装在空气动力学表面中的排水开口之上的接触表面；杆部，所述杆部连接到所述基部并且远离所述基部的所述接触表面延伸；以及顶部，所述顶部连接到所述杆部的端部，所述顶部具有比所述杆部的周边大的周边并且包括出口。所述顶部可包括相对于所述空气动力学表面在上游延伸的悬伸的围栏部，并且所述排水装置可以是在所述空气动力学表面中包括第一开口和第二开口的***的一部分，所述第二开口在所述第一开口的上游，其中排水装置安装在所述第一开口之上，并且所述排水装置的所述悬伸的围栏部朝向所述第二开口的上游延伸。

Description

空气动力学排水装置
技术领域
本公开涉及用于交通工具上的排水端口的排水装置或泄流器，更具体地涉及用于飞行器隔室的排水端口的排水装置。
背景技术
美国适航标准旨在维护航空运输的安全。在这些许多规定中，美国联邦法规14章25条1187款要求可积聚流体的隔室有足够的排水和通风。此外，排水必须布置成使得排放的流体不会导致额外的火灾危险。
对于飞行器上的给定隔室，简单的排水端口或孔口可充当足够的排水***。然而，一旦流体从飞行器排放，流体然后可在周围气流的影响下沿着飞行器的外蒙皮流淌，然后可被下游的第二排水端口吸入。
为了防止排出的流体被吸入，排水端口有时装配有在不干扰排水的情况下旨在防止飞行器外蒙皮上的流体进入下游端口的结构，取得了一些成功。作为排水端口的替代方案，一些隔室已装配有从飞行器表面突出超出空气动力学边界层的专用排出杆。然而，这样的排出杆相对较大并且能产生大量阻力。
就这些和其他考虑而言，提出了本文中作出的公开内容。
发明内容
本公开提供了用于安装在空气动力学表面中的开口之上的排水装置，以及包括用于安装在空气动力学表面中的开口之上的排水装置的排水***。
在一些方面中，本公开可提供一种排水装置，该排水装置包括：基部，所述基部被构造成安装在空气动力学表面中的开口之上，所述基部具有入口以及构造成安装在所述空气动力学表面上的接触表面。所述排水装置还可包括杆部，所述杆部具有连接到所述基部的近端，所述杆远离所述基部的所述接触表面延伸到所述杆的远端。所述排水装置可进一步包括顶部，所述顶部连接到所述杆部的所述远端，其中，所述顶部具有与所述入口流体连通的出口。所述顶部可进一步具有延伸超出所述杆部的周边的至少一部分的***边缘。
在一些方面中，本公开可提供一种排水***，该排水***包括：位于交通工具上的空气动力学表面，所述空气动力学表面具有上游部和下游部，当所述交通工具平移时相对于所述空气动力学表面之上的气流的方向来定义上游和下游。开口可限定在所述空气动力学表面中，并且泄流器装置可安装在所述空气动力学表面上并位于所述开口之上。所述泄流器装置可包括在上游方向上延伸的悬伸的围栏部。
在一些方面中，本公开可提供一种排水***，该排水***包括：位于交通工具上的空气动力学表面，所述空气动力学表面具有当所述交通工具平移时相对于所述空气动力学表面之上的气流来定义的上游部和下游部。所述排水***还可包括第一泄流器装置，所述第一泄流器装置安装在限定于所述空气动力学表面中的第一开口之上，所述第一泄流器装置包括盖，所述盖包括布置在所述空气动力学表面中的所述第一开口下游的出口。
公开的装置和***的所引述特征、功能及优点可在本公开的各个方面中独立地实现，或者可在其他方面中组合，其进一步细节能参考以下描述和附图看到。
附图说明
图1是说明性喷气发动机机舱的描绘。
图2是发动机机舱的示例性前隔室和后隔室的半示意性剖视图。
图3描绘了配备有四分之一球形泄流器的图2的示例性隔室。
图4是安装在代表性空气动力学表面上的根据本公开的说明性排水装置的上部和前部立体图。
图5是图4的说明性排水装置的下部和后部立体图。
图6是安装在空气动力学表面上的图4的说明性排水装置的半示意性剖视图。
图7是图6的说明性排水装置的侧视图。
图8描绘了配备有根据本公开的示例性排水装置的图2的示例性隔室。
具体实施方式
下面描述并在关联附图中说明了具有一个或多个有利特性的排水装置的各种实例。除非另有说明，否则所公开的排水装置和/或包括所公开排水装置的排水***可以但不要求包含所描述、说明和/或并入本文中的结构、部件、功能性和/或变型中的至少一个。此外，结合本教导，描述、说明和/或并入本文中的结构、部件、功能性和/或变型可以但不要求被包括在其他类似排水装置中。
各种这样的实例的以下描述在本质上仅仅是示例性的并且决不旨在限制本公开、其应用或用途。另外，如下面描述的实例所提供的优点在本质上是说明性的，并非所有实例都可提供相同的优点或相同程度的优点。
例如，所公开的排水装置可具有用于任何交通工具或者可实现高速度的运输手段的实用性，即，所公开的排水装置的空气动力学特征可证明是有利的。然而，出于提供所公开的排水装置、其装设及其应用的示例性说明的目的，本公开的排水装置可在便于从选定的飞行器隔室排水的应用背景下进行描述。
类似地，虽然商用飞行器包括可能需要足够的排水和通风的无数内部隔室和分隔空间，但是应该理解的是，这样的隔室是特别感兴趣的，即与可能排放一种或多种流体的飞行器***相邻，特别是可布置在该飞行器***下方。出于这种原因，虽然本公开的排水装置可能对于排放任何合适的飞行器隔室和/或使任何合适的飞行器隔室通风是有用的，但是本公开可聚焦于作为发动机机舱的一部分并布置在喷气发动机下方的隔室。
图1描绘了商用飞行器的喷气发动机机舱10，喷气发动机机舱10可经由支撑挂架12从飞行器机翼悬挂，并且可包括进气口14、风扇罩16、反推力罩18和排气喷嘴20。喷气发动机机舱10显然可整合许多单独的隔室，但以下讨论可聚焦于布置在喷气发动机下方的代表性的说明性机舱隔室，诸如可被包括在机舱10的下表面中，特别是位于通常围绕机舱10内的喷气发动机的反推力罩18内。这样的隔室可能倾向于积聚已泄漏或者以其他方式从喷气发动机或其他飞行器***排放的流体。
图2对应于发动机机舱10的前隔室22和后隔室24的简化半示意性剖视图。图2的视图是沿着平行于发动机机舱10的纵向轴线的平面截取的垂直横截面。发动机机舱10的隔室22和24沿着机舱10的下表面布置，例如沿着反推力罩18的下部布置，使得隔室22和24布置成与机舱10的外表面26相邻。
图2还描绘了不期望流体28积聚在前隔室22中。因为前隔室22配备有开口或排水端口30，所以不期望流体28可经由开口30流向机舱的空气动力学外表面26。
一旦排出的流体32位于暴露的空气动力学表面26上，由流体32(或条纹线)采取的路径可由表面26的斜度和纹理以及飞行器穿过大气层时产生的气流的速度和方向来确定。然而一般而言，这样的排放流体大体沿着机舱10的表面26向后吹。不幸的是，随着排放流体向后流动，流体32可能遇到可被构造成从后隔室24排出不期望流体的开口或排水端口34。
不幸的是，如果外部移动流体32遇到这样的开口，则外部气流和后隔室24的内部之间的静态或动态空气压力差可导致流体32经由开口34被吸入到后隔室24中，导致不期望流体36积聚在后隔室24中。
在某些情况下，帮助防止吸入排出流体的一些尝试包括为这样的排水端口配备泄流器，即旨在使飞行器外蒙皮上的流体转向而远离排水端口开口的结构。例如，这样的泄流器可包括安装在排水端口之上的四分之一球形壳体，泄流器的开口嘴面向主要气流的下游，或后部，如图3的横截面所示，其中四分之一球形泄流器38安装在表面26上以遮蔽开口30并且四分之一球形泄流器40安装在表面26上以遮蔽开口34。不幸的是，虽然泄流器的四分之一球的弧可延伸越过开口30和34的嘴，但是四分之一球形表面之上的高速气流可有助于产生泄流器后部的低压涡流，这样又可导致外部流体32经由开口34被吸入到隔室24中，而不管是否存在泄流器40。
图4和图5示出了根据本公开的说明性空气动力学排水装置。图4的排水装置被描绘为与空气动力学表面26的代表性部分结合并且安装在空气动力学表面26的代表性部分上。应该理解的是，尽管图4的排水装置42被描绘为安装在空气动力学表面26的上表面上，但是本公开的排水装置可装设在具有任何取向的任何合适的空气动力学表面上，包括限定交通工具的下侧表面的空气动力学表面或者限定位于交通工具上的下侧表面的空气动力学表面，如图2、图3和图6至图8所示。
如图4所示，排水装置42可包括平面基部44，基部44被构造成安装在限定于空气动力学表面26中的开口或排水端口之上。如图5所示，基部44可进一步包括位于基部下侧上的接触表面46，接触表面46可被构造成与旨在安装于其上的空气动力学表面基本互补，例如平面的、稍微凹入、凸起或者以其他方式按照旨在匹配空气动力学表面的形状的方式弯曲。
基部44可进一步包括***凸缘48，从而提供接触表面26的附加区域。为了最小化空气流在排水装置42之上流动时的阻力，凸缘48可以是大致平坦的并且至少部分地沿周向围绕排水装置42延伸。在本公开的一个方面中，基部44的接触表面46可以是大致平坦的，并且排水装置将被构造成安装在对应大致平坦的空气动力学表面26上。
排水装置42的基部44可被构造成通过任何合适的粘附方法牢固地安装到对应的空气动力学表面26。基部44可使用粘合剂(诸如接触粘合剂、热塑性粘合剂、单组分粘合剂、多组分粘合剂、天然粘合剂或合成粘合剂，等)安装到表面26。替代地或另外地，排水装置42可经由在凸缘48的一部分和表面26的一部分两者之上施加粘合剂带而安装到表面26，从而固定排水装置42。替代地或另外地，排水装置42可通过任何合适的机械紧固件(诸如螺钉、螺栓或铆钉，等)固定到表面26。
如图4所示，排水装置42的接触表面46可限定位于基部44中的孔口或入口50，孔口或入口50可被构造成与空气动力学表面26中的开口或排水端口52对准，如图6的横截面所示。入口50可具有任何合适的形状，规定当排水装置42安装到表面26时，入口50与开口52至少部分地对准和/或重叠，足以允许流体经由入口50进入排水装置42。在本公开的一个方面中，入口50可具有长形开口，如图5中描绘的，从而当排水装置42与开口52对准并将排水装置42安装在表面26上时提供一些柔性。
排水装置42可具有前端54和尾端56，其中排水装置42被构造成安装在表面26上，前端54取向为典型气流起始的方向，而尾端56取向为远离典型气流起源的方向。也就是说，在大多数情况下并且对于大多数交通工具而言，相对于交通工具的行进方向，前端54可向前取向，而尾端56可向后取向。
排水装置42可包括从基部44向外延伸的杆部58。杆部58可具有可连接到基部44的近端60，以及可远离基部44的接触表面46延伸的远端62。也就是说，杆部58可相对于空气动力学表面26的平面向外延伸。杆部58本身可由一个或多个壁部形成或限定。杆部58可被构造成使得杆部58的远端62不会延伸超出与表面26相邻的空气动力学边界层。在所公开的排水装置的一个方面中，杆部58具有从表面26测量的高度，至少约二分之一英寸(12.7mm)。
为了有助于最小化可能在排水装置42安装在高速移动的交通工具上时产生的阻力，杆部58可被构造成最小化地扰动排水装置42周围的气流。排水装置42的空气动力学质量可增强，杆部58包括弯曲的前导面64以及由会聚的壁部68形成的后导面66。当在水平平面或者平行于表面26的平面中考虑时，杆部58的周边可类似于泪珠形状，泪珠的点向后延伸并且对应于后导面66。
杆部58的远端62可连接并支撑排水装置42的顶部70。顶部70可被构造成使得顶部70的周边大于排水装置42的杆部58的周边。在本公开的一个方面中，顶部70可包括围栏部72，围栏部72可在大致平行于表面26的平面并因此大致平行于基部44的接触表面46的平面的方向上从杆部58向外悬伸。围栏部72可从杆部58的远端62的至少大部分向外延伸，从而限定顶部70的周边。
在本公开的一个方面中，围栏部72围绕杆部58的远端62的周边的至少50％并从其延伸。在本公开的另一方面中，围栏部72可至少从杆部58的远端62的沿着排水装置42的前端54布置的此部分向外延伸。围栏部72可在上游方向上从杆部58的前导面64延伸至少约四分之一英寸(6.35mm)。在本公开的另一方面中，围栏部72围绕杆部58的远端62以及远端62的右侧和左侧中的每一侧的至少50％并且从其延伸。
如图4和图6所示，顶部70的表面74可包括出口76，出口76可与排水装置42的接触表面46中的开口52流体连通。流体连通意指在开口52和出口76之间被构造成允许流体在其间移动的任何沟道或通道。在所公开的排水装置的一个方面中，杆部58可部分地或基本中空的，并且出口76可提供通向杆部58的内部78的开口，其也与入口50连通。
表面74可至少基本对应于平面，或者可整合凹面、凸面或其他曲率程度。在表面74至少基本限定平面的情况下，该平面可平行于包含开口52的交通工具表面26的平面取向。替代地，大致平坦的表面74可稍微向前或向后倾斜，通常相对于交通工具表面26的平面小于5度。
在所公开的排水装置的一个方面中，出口76在表面74中被布置成比前端54更靠近排水装置42的尾端56。通常，因此排水装置42被构造成使得当安装在表面26上使得入口50在开口52上方时，出口76布置在开口52的下游。
图6、图7和图8半示意性地示出了排水装置42防止排出流体再吸入的能力。图6描绘了布置在表面26的下侧上的排水装置42。排水装置42以横截面示出，以显示入口50在开口52上方的对准。图6的排水装置42可附接至例如前隔室22中的开口或排水端口52。如果非期望流体积聚在前隔室22中，则流体可以遵循由图6的箭头限定的路径，离开开口52进入杆部58的内部空间78，然后离开表面74中的出口76。一旦流体离开出口76，则流体将被占优势的气流带到下游。
相比之下，图7描绘了布置在后隔室24中的开口52之上的排水装置42的侧视图。从上游隔室排出的流体可沿着表面26流动，直到流体到达排水装置42。由于杆部58的空气动力学形状，排出的流体将被杆部58周围占优势的气流带走并且离开杆部58的后导面66。围栏部72的存在特别是围栏部72围绕杆部58的远端62以及排水装置42的远端62的右侧和左侧中的任一侧的至少一部分并从其延伸，可增强围栏部72防止这样的流体到达排水装置42的外表面74的能力，因此可防止排出的流体到达出口76。因此防止再吸入排出的流体。
如图8所示，本公开的小型低阻力排水装置可安装到交通工具的空气动力学表面，诸如沿着局部流线安装，与排水端口或开口对准。然后，排水装置可防止吸入可沿着空气动力学表面流淌的流体，而不会明显改变被排水的隔室的压力。空气动力学杆部58提升平行于局部空气动力学表面的围栏部72，并且防止表面上的流体爬上并进入出口76。
实例和替代例
以下实例描述了示例性排水装置的选定方面。这些实例旨在说明并且不应该被解释为限制本公开的整个范围。每个实例均可包括一个或多个不同的公开内容和/或上下文或相关的信息、功能和/或结构。
实例1：
这部分描述本公开的泄流器或排水装置的附加方面和特征，作为一系列段落而不受限制地呈现，为了清楚和有效，一些或所有段落可字母数字地指定。按照任何合适的方式，这些段落中的每个段落均能与一个或多个其他段落组合，和/或与本申请中其他地方的公开内容组合。下面的一些段落明确地提到并进一步限制了其他段落，提供但不限于一些合适组合的实例。包括术语“基本”的每个段落均可按照除了术语“基本上”被删除之外相同的形式来提供。
A、一种排水装置，该排水装置包括：
基部，所述基部被构造成安装在空气动力学表面中的开口之上，所述基部具有入口以及构造成安装在所述空气动力学表面上的接触表面；
杆部，所述杆部具有近端和远端，所述近端连接到所述基部并且远离所述基部的所述接触表面延伸；
顶部，所述顶部连接到所述杆部的所述远端，其中，所述顶部具有与所述入口流体连通的出口以及延伸超出所述杆部的周边的至少一部分的***边缘。
A1、根据段落A所述的排水装置，其中，所述顶部具有前端和尾端，所述前端包括从所述杆部悬伸出的围栏部。
A2、根据段落A1所述的排水装置，其中，所述围栏部围绕所述杆部的所述周边的至少50％。
A3、根据段落A1所述的排水装置，其中，所述出口比所述前端更靠近所述尾端。
A4、根据段落A所述的排水装置，其中，所述出口位于与包含所述空气动力学表面中的所述开口的平面平行的平面中。
A5、根据段落A所述的排水装置，其中，所述杆部具有由会聚的壁部形成的后导面。
A6、根据段落A所述的排水装置，其中，所述杆部和所述顶部均具有前导曲率，所述杆部的所述前导曲率的半径小于所述顶部的所述前导曲率的半径。
A7、根据段落A所述的排水装置，其中，所述基部被构造成安装在所述空气动力学表面上，使得所述出口位于所述开口的下游。
A8、根据段落A所述的排水装置，其中，所述空气动力学表面位于交通工具上。
B、一种排水***，该排水***包括：
位于交通工具上的空气动力学表面，所述空气动力学表面具有当所述交通工具平移时相对于所述空气动力学表面之上的气流的上游部和下游部，并且具有限定在所述空气动力学表面中的开口；以及
泄流器装置，所述泄流器装置安装在所述空气动力学表面上并位于所述开口之上，所述泄流器装置具有在相对于所述空气动力学表面的上游方向上延伸的悬伸的围栏部。
B1、根据段落B所述的排水***，其中，所述泄流器装置具有杆部，所述杆部具有远端并且远离所述空气动力学表面延伸，所述围栏部从所述杆部的所述远端的周边的至少50％延伸。
B2、根据段落B所述的排水***，其中，所述泄流器装置具有远离所述空气动力学表面的顶部，所述顶部具有位于所述开口下游的出口。
B3、根据段落B2所述的排水***，其中，所述出口和所述开口处于大致平行的平面中。
B4、根据段落B1所述的排水***，其中，所述杆部的高度至少约为1/2英寸。
B5、根据段落B所述的排水***，其中，所述围栏部在上游方向上延伸至少约1/4英寸。
C、一种排水***，该排水***包括：
位于交通工具上的空气动力学表面，所述空气动力学表面具有当所述交通工具平移时相对于所述空气动力学表面之上的气流的上游部和下游部，并且具有限定在所述空气动力学表面中的第一开口；以及
第一泄流器装置，所述第一泄流器装置安装在所述空气动力学表面上并位于所述开口之上，所述第一泄流器装置包括盖，所述盖具有位于所述第一开口下游的出口。
C1、根据段落C所述的排水***，其中，所述出口和所述开口基本上被包含在平行的平面中。
C2、根据段落C所述的排水***，其中，所述排水***进一步包括限定在所述空气动力学表面中的第二开口，所述第二开口位于所述第一开口的上游；并且
所述第一泄流器包括顶部，所述顶部具有朝向所述第二开口在上游延伸的悬伸的围栏部。
C3、根据段落C2所述的排水***，其中，所述排水***进一步包括：
第二泄流器装置，所述第二泄流器装置安装在所述第二开口之上并且包括顶部，所述顶部具有在上游延伸的悬伸的围栏部。
C4、根据段落C3所述的排水***，其中，所述泄流器装置中的每者均具有出口，所述出口限定在所述顶部中，位于相应开口的下游。
优点、特征、益处
本文中描述的泄流器和排水装置的不同实例提供了优于之前泄流器的几个优点。更具体地，前述排水装置允许快速且容易地安装到期望的空气动力学表面上，成本低，并且基本上防止再吸入排出的流体。另外，排水装置的空气动力学轮廓使由于因突出的排水装置导致的额外阻力而对燃料经济性的影响最小化。
结论
上面阐述的公开可涵盖了具有独立实用性的多个不同的公开内容。虽然这些公开内容均以优选形式公开，但是本文中公开并说明的其具体实例不应被认为是限制性的，因为许多变型是可能的。本公开的主题包括本文中公开的各种要素、特征、功能和/或特性的所有新颖的和非显而易见的组合和子组合。随附权利要求书特别指出被认为新颖的和非显而易见的某些组合和子组合。可在要求本申请或相关申请的优先权的申请中主张按照特征、功能、要素和/或特性的其他组合和子组合体现的发明。这样的权利要求书无论是针对不同的公开内容还是针对相同的公开内容，还是与原始权利要求书的范围相比更宽、更窄、相同或不同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (15)

1.一种排水装置(42)，该排水装置(42)包括：
基部(44)，所述基部被构造成安装在空气动力学表面(26)中的开口之上，所述基部具有入口(50)以及被构造成安装在所述空气动力学表面上的接触表面(46)；
杆部(58)，所述杆部具有近端(60)和远端(62)，所述近端连接到所述基部并且远离所述基部的所述接触表面延伸；
顶部(70)，所述顶部连接到所述杆部的所述远端，其中，所述顶部具有与所述入口流体连通的出口(76)以及延伸超出所述杆部的周边的至少一部分的***边缘(48)。
2.根据权利要求1所述的排水装置(42)，其中，所述顶部(70)具有前端(54)和尾端(56)，所述前端包括从所述杆部(58)悬伸出的围栏部(72)。
3.根据权利要求2所述的排水装置(42)，其中，所述围栏部(72)从所述杆部(58)的所述周边的至少50％延伸。
4.根据权利要求2所述的排水装置(42)，其中，所述出口(76)比所述前端(54)更靠近所述尾端(56)。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的排水装置(42)，其中，所述出口(76)位于与包含所述空气动力学表面中的所述开口的平面平行的平面中。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的排水装置(42)，其中，所述杆部(58)具有由会聚的壁部(64)形成的后导面(66)。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的排水装置(42)，其中，所述杆部(58)和所述顶部(70)均具有前导曲率，所述杆部的所述前导曲率的半径小于所述顶部的所述前导曲率的半径。
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的排水装置(42)，其中，所述基部(44)被构造成安装在所述空气动力学表面上，使得所述出口(76)位于所述开口的下游。
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的排水装置(42)，其中，所述空气动力学表面位于交通工具上。
10.一种排水***，该排水***包括：
位于交通工具上的空气动力学表面，所述空气动力学表面具有当所述交通工具平移时相对于所述空气动力学表面之上的气流的上游部和下游部，并且具有限定在所述空气动力学表面中的开口；以及
泄流器装置，所述泄流器装置安装在所述空气动力学表面上并位于所述开口之上，所述泄流器装置具有在相对于所述空气动力学表面的上游方向上延伸的悬伸的围栏部(72)。
11.根据权利要求10所述的排水***，其中，所述泄流器装置具有杆部(58)，所述杆部具有远端(62)并且远离所述空气动力学表面延伸，并且所述围栏部(72)从所述杆部的所述远端的周边的至少50％延伸。
12.根据权利要求10所述的排水***，其中，所述泄流器装置具有远离所述空气动力学表面的顶部(70)，所述顶部具有位于所述开口的下游的出口(76)。
13.根据权利要求12所述的排水***，其中，所述出口(76)和所述开口处于大致平行的平面中。
14.根据权利要求11所述的排水***，其中，所述杆部(58)的高度至少约为1/2英寸。
15.根据权利要求10至14中的任一项所述的排水***，其中，所述围栏部(72)在上游方向上延伸至少约1/4英寸。
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