CN114476020A - 一种机翼用增升装置及飞机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机翼用增升装置及飞机，所述机翼用增升装置包括固定翼、前缘缝翼和旋转体，其中，所述固定翼用于产生飞机飞行所用的升力；所述前缘缝翼连接所述固定翼，并相对所述固定翼能够在回收位置和展开位置之间进行运动，用于控制固定翼前缘气流分离，提高失速迎角和最大升力系数；所述旋转体连接所述前缘缝翼，并且所述旋转体能够旋转用于填充所述前缘缝翼在展开位置时形成的凹腔。该发明能降低飞机起飞或者降落阶段的前缘缝翼气动噪声，同时减小了缝翼凹腔产生的飞机压差阻力，提高了气动性能，结构简单，可行性更强。

Description

一种机翼用增升装置及飞机
技术领域
本发明涉及飞机高升力领域，尤其涉及一种具有低噪声特性的机翼用增升装置及飞机。
背景技术
大型客机的外部噪声水平是“环保性”的核心指标，也是适航取证的重要评价标准。国际民航组织的噪声适航条例规定了飞机进场和起飞的噪声控制标准。自2017年12月起，欧洲和美国已经开始实施第五阶段民机噪声适航条例，要求累计噪声裕度比第四阶段的标准进一步降低7EPNdB。这项条款适用于2017年12月31日后申请适航合格证的机型，给我国C919大型客机和CR929远程宽体客机的适航取证提出了更加严苛的要求。飞机外部噪声主要来自于发动机和飞机机体。尤其在飞机降落阶段，飞机机体噪声的量级已经超过发动机噪声的量级，成为主要飞机噪声源。而飞机的前缘缝翼噪声是飞机机体噪声的重要分量之一。
现在大型民机高升力***前缘装置通常采用缝翼的形式。传统的前缘缝翼外形与飞机固定翼前缘相匹配，以便在巡航状态下通过高升力机构将前缘缝翼收起，形成干净翼型。为此，所设计的前缘缝翼后表面通常会形成一个凹腔区。在前缘缝翼打开状态下，来流将在此凹腔区域形成一个低速回流区域。该低速回流区域主要由一个强度很强的大尺度涡组成，而且在该凹腔区域内流动结构很不稳定，导致前缘缝翼产生很强的辐射噪声。
为降低前缘缝翼气动噪声的辐射水平，研究者提出了缝翼凹腔填充技术(SlatCove Filler,SCF)，即形成填充缝翼(SCF缝翼)。然而，为保证高升力***气动性能不被削弱，固定翼前缘外形必须保持不变，但是会导致前缘缝翼后表面外形与固定翼前缘外形不匹配，致使前缘缝翼在巡航装置下无法收起。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，本发明旨在提供一种机翼用增升装置及飞机，用于解决现有技术中存在的上述问题。
本发明的上述技术目的将通过以下所述的技术方案予以实现。
一种机翼用增升装置，用于飞机，所述机翼用增升装置包括固定翼、前缘缝翼和旋转体，
其中，所述固定翼用于产生飞机飞行所用的升力；
所述前缘缝翼连接所述固定翼，并相对所述固定翼能够在回收位置和展开位置之间进行运动，用于控制固定翼前缘气流分离，提高失速迎角和最大升力系数；
所述旋转体连接所述前缘缝翼，并且所述旋转体能够旋转用于填充所述前缘缝翼在展开位置时形成的凹腔。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述前缘缝翼通过导轨连接在所述固定翼上，通过所述导轨所述前缘缝翼进行回收和展开动作。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述固定翼包括前缘上表面和前缘下表面；所述前缘缝翼包括缝翼上表面和缝翼后表面，所述缝翼上表面和缝翼后表面在所述前缘缝翼在回收位置时分别与所述固定翼前缘上表面和固定翼前缘下表面形成连续轮廓面。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，还包括作动部件，所述作动部件设置在所述缝翼后表面的内部，所述旋转体在所述作动部件的驱动下进行旋转。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述旋转体包括上表面、下表面和后表面，所述上表面和下表面与所述旋转体所在位置处的所述缝翼上表面和缝翼后表面的弧度分别相同，所述后表面与所述缝翼后表面在所述前缘缝翼处于回收位置时形成连续型表面。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，还包括设置在所述前缘缝翼的缝翼后表面上的铰链，所述旋转体通过所述铰链与所述前缘缝翼连接。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述作动部件为弹簧机构或液压机构。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在所述旋转体的后表面和下表面的交界处连接所述铰链，且所述旋转体绕所述铰链逆时针向外旋转。
本发明还提供了一种飞机，所述飞机包括本发明所述的机翼用增升装置。
如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，在所述飞机处于起飞或者降落阶段时，前缘缝翼处于打开位置，同时旋转体向外旋转进行打开，形成对所述前缘缝翼凹腔的填充；在飞机处于巡航阶段时，所述旋转体向内回收到所述前缘缝翼内部，同时所述前缘缝翼回收到机翼固定翼的前缘。
本发明的有益技术效果
本发明实施例提供的机翼用增升装置，用于飞机，所述机翼用增升装置包括固定翼、前缘缝翼和旋转体，所述前缘缝翼连接所述固定翼，并相对所述固定翼能够在回收位置和展开位置之间进行运动；所述旋转体连接所述前缘缝翼，并且所述旋转体能够旋转用于填充所述前缘缝翼在展开位置时形成的凹腔。本发明的旋转体在收起位置与缝翼形成连续的曲面，这样在缝翼收起时能与固定翼前缘完全吻合。在飞机起飞或者降落阶段，该旋转体向内打开，填充缝翼凹腔，达到降噪效果。相比于现有技术，本发明的技术方案可行性更强。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：
图1为本发明的实施例中的机翼用增升装置结构示意图；
图2为本发明的实施例中飞机起飞或降落状态下处于开展位置的前缘缝翼结构示意图；
图3为本发明的实施例中前缘缝翼旋转体收起的结构示意图；
图4为本发明的实施例中飞机巡航阶段时的机翼示意图；
图5为30P30N基本型与本发明缝翼构型的几何对比示意图；
图6为攻角AoA＝8度时的30P30N基本型与本发明缝翼构型的速度云图分布对比示意图；
图7为攻角AoA＝8度时的30P30N基本型与本发明缝翼构型的压力云图分布对比示意图；
图8(a)、8(b)和8(c)为攻角为4度、8度和12度时的30P30N基本型与本发明缝翼构型的表面压力系数对比示意图；
图9为30P30N基本型与本发明缝翼构型的升力曲线对比示意图；
图10为30P30N基本型与本发明缝翼构型的阻力曲线对比示意图；
图11为30P30N基本型与本发明缝翼构型的辐射噪声频谱对比示意图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但本发明的实施方式不限于此。
如图1所示，本发明中机翼用增升装置，所述机翼用增升装置包括固定翼10、前缘缝翼30和旋转体20，
其中，所述固定翼10用于产生飞机飞行所用的升力；
所述前缘缝翼30连接所述固定翼10，并相对所述固定翼10能够在回收位置和展开位置之间进行运动，用于控制固定翼10的前缘气流分离，提高失速迎角和最大升力系数；
所述旋转体20连接所述前缘缝翼30，并且所述旋转体20能够旋转用于填充所述前缘缝翼30在展开位置时形成的凹腔。
本发明中的旋转体采用可旋转体20来实现。
优选地，本发明的实施例中所述的前缘缝翼30具有前缘上表面31、后表面35、下弧面33、第一下表面37和第二下表面39。缝翼前缘30下尖端处设置有可旋转体20。所述的可旋转体20具有三个表面：上表面25、下表面21和后表面23。所述前缘缝翼30的下弧面33和所述旋转体20的下表面21相切，所述旋转体20回收到所述前缘缝翼30的凹腔里，所述凹腔由所述前缘缝翼30的下弧面33、第一下表面37和第二下表面39组成，该凹腔用于***述旋转体20。所述旋转体的后表面23与所述前缘缝翼30的后表面35形成连续轮廓面。所述前缘缝翼30的第二下表面39和所述旋转体的20的上表面21之间有很小的空间，并不完全重合，主要是为增加所述旋转体20的可靠性。
优选地，所述旋转体20的下弧面21和后表面23与所述旋转体所在位置处的所述缝翼上表面31和缝翼后表面35的弧度分别相同。所述旋转体20的后表面23是所述前缘缝翼后表面35的一部分，所述旋转体的下弧面21与所述前缘缝翼上表面31是相切的。
优选地，固定翼10包括前缘上表面11和前缘下表面13，前缘上表面11和下表面13处有不同的流体流过，流过速度也不同，因此产生不同的压力，前缘上表面11和前缘下表面13之间的压差就是飞机飞行所需的升力。前缘缝翼30相对于固定翼10有两个不同位置，分别是回收位置和展开位置。前缘缝翼30通过导轨(图未示)可操作地连接至固定翼10，飞机起飞或者降落时，前缘缝翼30向前展开，与固定翼10形成一个缝道，该缝道中会形成高速气流，抑制固定翼10前缘的流动分离，提高失速迎角和最大升力系数；当飞机巡航时，前缘缝翼30回收到固定翼10，前缘缝翼30的后表面35与固定翼10的前缘上表面11和前缘下表面13完整吻合，形成干净的机翼，前缘缝翼30的回收与展开通过导轨实现。
前缘缝翼30的缝翼上表面31和缝翼后表面35设置成在回收位置时分别与固定翼前缘上表面11和前缘下表面13形成连续轮廓曲面。
优选地，所述的可旋转元件20通过铰链61固定在所述前缘缝翼30的后表面35上面。在所述可旋转元件20的后表面25和下表面23的交界处设置所述铰链61，且所述可旋转元件20绕所述铰链61向外旋转。该连接是可活动的，并不是固定的。可旋转元件20向内旋转至缝翼后表面35从而构型凹腔填充缝翼。在所述前缘缝翼30的后表面35的内部设置有作动部件，所述可旋转元件20在所述作动部件的驱动下进行旋转。其中，作动部件包括弹簧机构或者液压机构。
具体地，如图2-图3所示，当飞机在起飞或降落状态时，前缘缝翼30下尖端处的可旋转元件20可借助弹簧机构或者液压机构等作动部件(图未示)自动向外旋转至展开位置，以形成完整的凹腔填充外形，满足凹腔填充前缘缝翼外形轮廓，达到降低噪声减小阻力的目的；如图4所示，当飞机处于巡航状态时，前缘缝翼31由展开位置移动到回收位置，前缘缝翼30下尖端处的可旋转元件20通过作动机构自动向内旋转回收到前缘缝翼30内部，同时前缘缝翼30回收到机翼主翼10的前缘，前缘缝翼30的后表面35和可旋转元件20的后表面25形成连续曲面，该连续曲面与机翼主翼前缘表面11实现无缝吻合，轮廓形成完整的高速巡航机翼。可旋转元件20的回收和展开用的作动部件跟随前缘缝翼30一起运动。
为了验证本发明缝翼构型(即机翼用增升装置)的技术效果，本发明以30P30N型为基本构型，与本发明提出的机翼用增升装置相对比。图5给出了30P30N基本型和本发明缝翼构型的几何对比图。可以看出：在缝翼凹腔，两种构型具有非常不同的几何构型，相比于30P30N基本型，本发明的缝翼构型的凹腔更具有流线型。因此从空气动力学的角度表明本发明的缝翼构型能降低气动阻力及其产生的气动噪声。
为了对两种构型(基本型和本发明缝翼构型)的缝翼气动性能进行对比，本发明对两种构型进行计算流体力学数值仿真模拟。
由于在所有攻角下，速度云图和压力云图分布类似，因此本发明只给出来流攻角为8度时的结果。图6和图7是攻角为8度时，两种构型在缝翼附近的速度分布云图和压力分布云图的对比。从图6可以看出，本发明缝翼构型在缝翼凹腔中的流动分离区域更小，而且固定翼和前缘缝翼之间的缝道中的流动速度更大，因此本发明缝翼构型抑制流体分离的能力更强。从图7可以看出，本发明缝翼构型凹腔中的压力较大，因此前缘缝翼的压差阻力更小。
图8(a)、图8(b)和图8(c)对比了两种构型在三个不同攻角时(包括4度攻角、8度攻角和12度攻角)的表面压力系数曲线。可以看出：在这三个不同攻角下，本发明缝翼构型在固定翼吸力面上的压力更小，这主要是由于本发明缝翼构型在吸力面上的流动速度更大造成的，因此产生的升力更大。
图9和图10分别对比了两种缝翼构型的升力系数和阻力系数。可以明显看出：相比于基本型前缘缝翼，新型前缘缝翼构型具有更高的升力系数和更小的阻力系数，因此本发明缝翼构型的升阻比更大，气动性能更好。图11对比了两种缝翼构型的远场噪声频谱曲线，可以看出本发明缝翼构型能整体降低缝翼噪声大约3dB。
上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本发明所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求书的保护范围内。

Claims (10)

1.一种机翼用增升装置，其特征在于，所述机翼用增升装置包括固定翼、前缘缝翼和旋转体，
其中，所述固定翼用于产生飞机飞行所用的升力；
所述前缘缝翼连接所述固定翼，并相对所述固定翼能够在回收位置和展开位置之间进行运动，用于控制所述固定翼的前缘气流分离；
所述旋转体连接所述前缘缝翼，并且所述旋转体能够旋转用于填充所述前缘缝翼在展开位置时形成的凹腔。
2.根据权利要求1的机翼用增升装置，其特征在于，所述前缘缝翼通过导轨连接在所述固定翼上，通过所述导轨进行回收和展开动作。
3.根据权利要求1的机翼用增升装置，其特征在于，所述固定翼包括前缘上表面和前缘下表面；所述前缘缝翼包括缝翼上表面和缝翼后表面，所述缝翼上表面和缝翼后表面在所述前缘缝翼在回收位置时分别与所述固定翼前缘上表面和所述固定翼前缘下表面形成连续轮廓面。
4.根据权利要求3的机翼用增升装置，其特征在于，还包括作动部件，所述作动部件设置在所述缝翼后表面的内部，所述旋转体在所述作动部件的驱动下进行旋转。
5.根据权利要求3的机翼用增升装置，其特征在于，所述旋转体包括上表面、下表面和后表面，所述上表面和下表面与所述旋转体所在位置处的所述缝翼上表面和缝翼后表面的弧度分别相同，所述后表面与所述缝翼后表面在所述前缘缝翼处于回收位置时形成连续型表面。
6.根据权利要求5的机翼用增升装置，其特征在于，还包括设置在所述前缘缝翼的缝翼后表面上的铰链，所述旋转体通过所述铰链与所述前缘缝翼连接。
7.根据权利要求4的机翼用增升装置，其特征在于，所述作动部件为弹簧机构或液压机构。
8.根据权利要求6的机翼用增升装置，其特征在于，在所述旋转体的后表面和所述缝翼下表面的交界处连接所述铰链，且所述旋转体绕所述铰链向外旋转。
9.一种飞机，其特征在于，所述飞机包括权利要求1-8任一项所述的机翼用增升装置。
10.根据权利要求9所述的飞机，其特征在于，在所述飞机处于起飞或者降落阶段时，前缘缝翼处于打开位置，同时旋转体向外旋转进行打开，形成对所述前缘缝翼凹腔的填充；在飞机处于巡航阶段时，所述旋转体向内回收到所述前缘缝翼内部，同时所述前缘缝翼回收到所述飞机的机翼主翼的前缘。
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