專利名稱：翼梢裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及飛行器，更具體地說涉及用在飛行器上的翼梢裝置。
技術(shù)背景己知在飛行器上使用諸如小翼和翼刀之類的翼梢裝置。這些裝置試圖尤其通過 減小阻力和增大升力來改進(jìn)飛行器的空氣動力學(xué)性能。升力的增大會導(dǎo)致翼根彎矩的顯著增大。機(jī)翼預(yù)計可承受的最大彎矩可能支配 機(jī)翼的必要強(qiáng)度。這又會支配機(jī)翼的重量。因此，在現(xiàn)有技術(shù)的飛行器設(shè)計中，通 過添加翼梢裝置來獲得的空氣動力學(xué)性能方面的增益趨于被應(yīng)付增大的機(jī)翼負(fù)載 所要求的飛行器結(jié)構(gòu)質(zhì)量上的增大所抵消。本發(fā)明的目的是提供一種飛行器，該飛行器能夠從至少一些與翼梢裝置相關(guān)的 改進(jìn)的空氣動力學(xué)性能中得益，而不會顯著增大機(jī)翼中的彎矩。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種飛行器，該飛行器包括機(jī)翼，該機(jī)翼包括末梢和安裝在末梢區(qū)域中的翼梢裝置，該翼梢裝置大體向下延伸且具有以大于180度的斜度傾斜的區(qū) 域，該區(qū)域設(shè)置成在飛行過程中產(chǎn)生升力。這里所述的方向/尺寸，除非另外規(guī)定， 是對于在水平飛行中巡航的加滿燃料的飛行器來說的。反角是從水平面測出的。斜 度是從垂直面測出的，正斜度是在從前面觀察左舷機(jī)翼時從上方垂直面沿順時針方 向測出的，而負(fù)斜度是在從前面觀察左舷機(jī)翼時從上方垂直面沿逆時針方向測出 的。還應(yīng)理解，升力是指沿著垂直于產(chǎn)生升力的表面的方向的力。因此，根據(jù)本發(fā) 明，以大于180度的斜度傾斜的區(qū)域設(shè)置成沿著大于90度的斜度的方向產(chǎn)生力(這 里稱為"升力")(即，具有向下的分量)。因此，本發(fā)明提供一種飛行器，該飛行器能夠從由翼梢裝置提供的阻力減小中 得益，并且不會在機(jī)翼中尤其是翼根處承受太大的彎矩增大。較佳的是，在機(jī)翼中 尤其是翼根處的彎矩在使用過程中實(shí)際上由于存在翼梢裝置而減小。在平穩(wěn)的水平飛行和產(chǎn)生例如2.5g的大升力運(yùn)行過程中，本發(fā)明都可以是有利的。本發(fā)明提供 的益處較佳地可與具有向上面向的翼梢裝置的飛行器作比較。本發(fā)明的益處例如可與具有昆屈曼(Kuchemann)翼梢裝置的飛行器或沒有翼梢裝置的飛行器作比較。應(yīng)該理解，翼梢裝置不必安裝在機(jī)翼的末梢處，而是可以例如安裝在與機(jī)翼末 梢隔開的區(qū)域中的一位置。翼梢裝置可位于的機(jī)翼區(qū)域可以是機(jī)翼的端部10% (按 面積計)。翼梢裝置可以是安裝在機(jī)翼末梢上的改型裝置，但是也可以是與機(jī)翼結(jié) 構(gòu)一體的部件。翼梢裝置可以與機(jī)翼完全合成一體。述及大于180度的斜度將被理解成是指大于180度的正角度。例如，區(qū)域可以 185度或200度的斜度傾斜。有利的是，該區(qū)域的斜度有一上限。較佳的是，該區(qū) 域以小于270度的斜度傾斜。更佳的是，該區(qū)域以小于210度的斜度傾斜。有利的是，翼梢裝置的大部分是大體向下延伸部分的形式。較佳的是，翼梢裝 置的向下延伸部分和其余部分在接頭處相遇，其中該接頭是敞開的。如同熟悉本領(lǐng) 域的技術(shù)人員將會理解的那樣，假如接頭一側(cè)上的部分到接頭另一側(cè)上的部分的角 度變化大于90度，接頭就被認(rèn)為是敞開的。敞開的接頭被認(rèn)為是尤其有利的，因 為它產(chǎn)生較小的粘性阻力。對于具有上反角的機(jī)翼的飛行器來說，本發(fā)明的第一方面是尤其有利的。有利 的是，機(jī)翼具有上反角。翼梢裝置的幾何形狀較佳地是通過以下方式來限定的把翼梢裝置看成包括近 端和遠(yuǎn)端，翼梢裝置包含一假想線，該假想線在近端開始，延伸到遠(yuǎn)端，并在所有 點(diǎn)處都通過50%局部翼弦。因此，翼梢裝置的一部分可以參考假想線穿過該部分 的那個部分來限定。例如，翼梢裝置在0%和30%假想線之間的部分將被理解成是 指翼梢裝置在近端和沿著假想線在30%的路線處相交的弦向線之間的部分。翼梢裝置的近端假如不是不言而喻的話，可以通過定位假設(shè)沒有翼梢裝置時機(jī) 翼幾何形狀偏離其應(yīng)有幾何形狀之處的機(jī)翼部分來識別。較佳的是，以大于180度的斜度傾斜的區(qū)域不位于近端附近。更佳的是，以大 于180度的斜度傾斜的區(qū)域不位于翼梢裝置在0%至10%假想線之間的部分。更佳 的是，以大于180度的斜度傾斜的區(qū)域不位于翼梢裝置在0%至30%假想線之間的 部分。以大于180度的斜度傾斜的區(qū)域可以至少部分地位于50%至100%假想線之 間。較佳的是，以大于180度的斜度傾斜的區(qū)域至少部分地位于70%至100%假想 線之間。更佳的是，以大于180度的斜度傾斜的區(qū)域位于遠(yuǎn)端附近?？梢栽O(shè)想，大體向下延伸的裝置具有改進(jìn)的巻起特征，因?yàn)橐砩覝u流中心在使 用過程中比等同的向上延伸裝置趨于更向舷外。翼梢裝置在近端處的翼弦較佳地與機(jī)翼在翼梢處的翼弦相等。翼梢裝置的翼弦 較佳地在近端和遠(yuǎn)端之間減小。有利的是，翼梢裝置具有相對較小的平均翼弦，由 此使得在飛行器過程中產(chǎn)生相對較小的摩擦阻力。較佳的是，翼梢裝置沿著翼展方向從近端延伸飛行器翼展的3%至15%之間的距離，更佳的是，延伸飛行器翼展的5至和10%之間的距離。有利的是，翼梢裝置沿著垂直方向從近端延伸飛行器翼展的3%至15%之間的 距離。更佳的是，翼梢裝置沿著垂直方向從近端延伸飛行器翼展的5%至10%之間 的距離。翼梢裝置從近端開始的垂直長度有利地與飛行器地面操作要求相符合。有利的是，翼梢裝置是犧牲部件。因此，翼梢裝置較佳地設(shè)置成可在承受超過 某個值的負(fù)載時與機(jī)翼脫開，例如在飛行器滑行過程中與外物撞擊時脫開。翼梢裝置不一定是光滑改變的形狀。翼梢裝置可以包含多個分離的元件，至少 一個元件位于以大于180度的斜度傾斜的區(qū)域中。有利的是，至少一個分離的元件 限定以大于180度的斜度傾斜的區(qū)域。有利的是，翼梢裝置的前緣是掃掠的。較佳的是，翼梢裝置的掠角等于機(jī)翼的 掠角。在傳統(tǒng)的飛行器上，當(dāng)機(jī)翼負(fù)載增大時，由于機(jī)翼的氣動彈性變形，翼梢的 扭曲趨于減小。因此，在具有相似氣動彈性機(jī)翼特性的根據(jù)本發(fā)明的飛行器上，當(dāng) 機(jī)翼負(fù)載增大時，翼梢裝置(它是向下延伸的)的有效掠角增大，從而相對于剛性 機(jī)翼來說減小了升力曲線斜率。因此，因?yàn)闄C(jī)翼可氣動彈性地變形，所以由翼梢裝 置產(chǎn)生的負(fù)載趨于減小，從而在高負(fù)載運(yùn)行過程中減小在翼梢裝置上的最大負(fù)載。 這由于幾個原因而是有利的。例如，外部機(jī)翼結(jié)構(gòu)上的負(fù)載可以在高負(fù)載運(yùn)行過程 中保持在可接受的程度內(nèi)，并且由于翼梢裝置在這種運(yùn)行過程中以小于180度的斜 度傾斜所造成的潛在不利性得以減小。本發(fā)明的飛行器的氣動彈性特性還可提供其它益處。較佳的是，機(jī)翼和/或翼 梢裝置在使用過程中變形，以給飛行器提供與飛行器靜止在地面上時相比較大的翼 展，由此減小飛行器所遇到的誘導(dǎo)阻力。本發(fā)明可更廣泛地應(yīng)用于更大型的飛行器。該飛行器的尺寸較佳地等于設(shè)計成 運(yùn)送多于50名乘客的飛行器的尺寸，更佳地多于100名乘客。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種機(jī)翼，該機(jī)翼包括翼梢裝置，該機(jī)翼和翼梢 裝置根據(jù)本發(fā)明的飛行器的機(jī)翼來設(shè)置根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種翼梢裝置，該翼梢裝置根據(jù)本發(fā)明的飛行器 的翼梢裝置來設(shè)置。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，提供一套部件，這套部件包括翼梢裝置，這套部件適 于將飛行器改變成根據(jù)本發(fā)明的飛行器。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供基本根據(jù)在此所述的實(shí)施例中的任一個來設(shè)置的 翼梢裝置、機(jī)翼和/或飛行器。 .


下面將僅以舉例的方式參照示意附圖來描述本發(fā)明的各個實(shí)施例，在這些附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的飛行器的部分的主視圖； 圖2a至2d是根據(jù)第一實(shí)施例的飛行器上的翼梢裝置的視圖； 圖3是示出了與昆屈曼翼梢裝置相比的帶有各種翼梢裝置的沿機(jī)翼的彎矩變 化圖；圖4a和4b示出了在兩種飛行條件過程中的第一實(shí)施例的翼梢裝置； 圖5a至5d是根據(jù)另外實(shí)施例的翼梢裝置的視圖。
具體實(shí)施方式
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的飛行器1的一半的主視圖。飛行器包括機(jī)身 3、機(jī)翼5和翼梢裝置7，該機(jī)翼5具有七度的上反角，而該翼梢裝置7位于機(jī)翼5 的末梢。飛行器顯示成正在以巡航速度水平飛行。參見圖2a至2d，翼梢裝置7包括近端9和遠(yuǎn)端11。翼梢裝置7在近端9連接 至機(jī)翼5。在近端，該翼梢裝置與機(jī)翼5的末梢鄰接，并且機(jī)翼5和翼梢7在該位 置的相應(yīng)翼弦長是相等的。翼梢裝置7因此與機(jī)翼5合成一體。根據(jù)第一實(shí)施例，在飛行器上對翼梢裝置進(jìn)行改型，以替換先前的翼梢裝置。 翼梢裝置7和機(jī)翼5之間的連接(未示出)是這樣的假如翼梢裝置以足夠的力撞 擊外物，例如假如翼梢裝置在跑道上滑行的過程中撞擊到建筑物，則該翼梢裝置會 折斷。如同可從現(xiàn)有技術(shù)中知道的，翼梢裝置7因此是犧牲部件。當(dāng)確定了翼梢裝置的形狀之后，可設(shè)想一假想線13從近端9延伸到遠(yuǎn)端11， 該假想線11在所有點(diǎn)處都通過50%翼弦。由假想線13的百分比值所界圍的翼梢 裝置部分是由與假想線13的這些百分比值相交的弦向線所界圍的翼梢裝置部分，在近端是0%而在遠(yuǎn)端是100%。翼梢裝置包括分離的元件7a、 7b、 7c和7d。第一元件7a位于近端9和12% 假想線之間，且與機(jī)翼5大致對準(zhǔn)。翼梢裝置7在該近端連接至翼梢。第二元件 7b、第三元件7c和第四元件7d是大體向下延伸的。第二元件7b位于12%和35 %假想線之間，且以100度的斜度傾斜。進(jìn)一步沿著翼梢裝置7，第三元件7c位 于35%和80%假想線之間，且以170度的斜度傾斜。第四元件7d以185度的斜度 傾斜，且位于80%假想線和翼梢裝置7的遠(yuǎn)端之間。翼梢裝置7從近端沿著翼展方向延伸距離Dl ，該距離Dl等于飛行器翼展的5 %。翼梢裝置7沿著垂直方向延伸距離D2，該距離D2等于7X翼展。因此，翼梢 裝置的幾何形狀與飛行器地面操作規(guī)程相符合以便實(shí)現(xiàn)預(yù)期的應(yīng)用。翼梢裝置具有一翼剖面，因此每個元件都在飛行過程中產(chǎn)生升力。第四元件 7d以大于180的斜度傾斜，該第四元件7d在大于90度(在這種情況下是95度) 的斜度處產(chǎn)生升力15。以與已知的向上指向的裝置相似的方式，翼梢裝置7使在飛行過程中產(chǎn)生翼梢 渦流能被移動離開飛行器，由此減小引起的阻力。此外，翼梢裝置趨于例如通過在 整個翼梢上增大二維流動來增大在翼梢區(qū)域產(chǎn)生的升力。在己知的翼梢裝置中，由 翼梢裝置引起的升力增大會由于需要加強(qiáng)翼根而在飛行器上導(dǎo)致結(jié)構(gòu)質(zhì)量上的不 利性。然而，使用根據(jù)本發(fā)明的飛行器上的翼梢裝置7，并不會導(dǎo)致這種結(jié)構(gòu)不利 性。翼梢裝置7，尤其是第四元件7d可設(shè)置成由該翼梢裝置產(chǎn)生的升力可用來 減小機(jī)翼5中尤其是翼根5'處的彎矩，該彎矩是由機(jī)翼產(chǎn)生的升力所引起的。圖3是在與帶有昆屈曼翼梢裝置的機(jī)翼相比時沿著機(jī)翼的彎矩變化圖。該圖示 出了帶有翼刀、小翼和根據(jù)本發(fā)明的翼梢裝置(標(biāo)示為"梢尾")的機(jī)翼的數(shù)據(jù)。 應(yīng)該理解，根據(jù)本發(fā)明的飛行器上的機(jī)翼彎矩增大顯著小于帶有向上延伸的小翼或 翼刀的飛行器上的機(jī)翼彎矩增大。根據(jù)本發(fā)明，由于存在翼梢裝置而產(chǎn)生的附加升 力所引起的附加機(jī)翼彎矩幾乎被在翼梢裝置的向下延伸部分上產(chǎn)生的升力所引起 的彎矩的減小所抵消。因此，假如使用翼梢裝置7的話，就不必顯著增大翼根的結(jié) 構(gòu)質(zhì)量。還可設(shè)想，提供向下延伸的裝置就意味著，翼梢渦流巻將趨于向舷外移動，因 此可改進(jìn)翼梢渦距且進(jìn)一步減小所引起的阻力。此外，翼梢裝置7設(shè)置成當(dāng)在飛行 過程中加載時氣動彈性地變形至較大的翼展，由此再進(jìn)一步將翼梢渦流向舷外移動。參見圖4a和4b，翼梢裝置7的前緣以35度的掠角后掠。在第一實(shí)施例中， 掠角與機(jī)翼5的掠角相同。圖4a示出了在巡航條件過程中的翼梢裝置，氣流由大 的箭頭17來標(biāo)示。翼梢裝置設(shè)計成在高的機(jī)翼負(fù)載時，翼梢裝置保持在失速條 件之下。圖4b示出了在高負(fù)載條件過程中的翼梢裝置，氣流由大的箭頭17來標(biāo)示，且 翼梢裝置的巡航位置用陰影表示。如圖4b所示，由于機(jī)翼的氣動彈性變形，翼梢 裝置的掠角隨著負(fù)載的增大而有效地增大。因此，由翼梢裝置所產(chǎn)生的升力隨著負(fù) 載的增大而減小。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的翼梢裝置設(shè)計原則，翼梢裝置在巡航時負(fù)載相對較小。然而，因?yàn)?翼梢裝置上的負(fù)載趨于在高負(fù)載運(yùn)行(如上所述)過程中隨著機(jī)翼的氣動彈性變形 而減小，所以巡航時的負(fù)載可以設(shè)計成稍高于標(biāo)準(zhǔn)翼梢裝置上的負(fù)載。這可通過在 機(jī)翼上提供接近理想橢圓的空氣動力學(xué)負(fù)載分布，并且通過將翼梢渦流中心進(jìn)一步 向舷外移動，而減小巡航阻力。如同熟悉的技術(shù)人員將會意識到的，這尤其是向下 延伸裝置的特征。翼梢裝置的翼弦沿著假想線13不斷縮短。具有相對較短的翼弦可減小由翼梢 裝置7引起的摩擦阻力。圖5a至5d示出了根據(jù)本發(fā)明的另外實(shí)施例的四種翼梢裝置。參見圖5a，翼 梢裝置207只包括兩個相等長度的元件的207a和207b。第一元件207a以140度 的斜度傾斜，而第二元件207b以190度的斜度傾斜。參見圖5b，翼梢裝置307并不包括分離的元件，而相反地是光滑曲線形。遠(yuǎn) 端311和85%假想線(未示出)之間的區(qū)域以大于185度的斜度傾斜。參見圖5c，翼梢裝置407包括兩個元件407a和407b。第一元件407a顯著短 于第二元件407b。第一元件407a以100度的斜度傾斜，而第二元件407b以190 度的斜度傾斜。參見圖5d，翼梢裝置507包括兩個元件507a和507b。第一元件507a顯著長 于第二元件507b。第一元件507a以160度的斜度傾斜，而第二元件507b以200 度的斜度傾斜。應(yīng)該理解，在所有以上實(shí)施例中，翼梢裝置接近近端的部分并不包括以大于 180度的斜度傾斜的區(qū)域。機(jī)翼和翼梢裝置之間的接頭因此是敞開的。敞開的接頭 是尤其有利的，因?yàn)樗陲w行過程中產(chǎn)生特別小的粘性阻力。盡管已經(jīng)參照具體實(shí)施例來描述了本發(fā)明，但是熟悉本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會意識到，本發(fā)明適于有許多在這里沒有特別示出的不同變型。在前面的描述中，提 及的整體或元件具有已知的、顯而易見的或可預(yù)料到的等同物，這些等同物包含在 這里就如同已經(jīng)單獨(dú)闡述過一樣。應(yīng)該參照權(quán)利要求書來確定本發(fā)明的真實(shí)范圍， 而本發(fā)明的真實(shí)范圍應(yīng)被理解成包含任何這些等同物。讀者還會意識到，描述成較 佳的、有利的、方便的等的本發(fā)明的整體或特征是可任選的，并不限制獨(dú)立權(quán)利要 求的范圍。
權(quán)利要求
1.一種飛行器，所述飛行器包括機(jī)翼，所述機(jī)翼包括末梢和安裝在所述末梢區(qū)域中的翼梢裝置，所述翼梢裝置大體向下延伸且具有以大于180度的斜度傾斜的區(qū)域，所述區(qū)域設(shè)置成在飛行過程中產(chǎn)生升力。
2. 如權(quán)利要求1所述的飛行器，其特征在于，所述機(jī)翼具有上反角。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的飛行器，其特征在于，以大于180度的斜度傾斜 的所述區(qū)域是以小于270度的斜度傾斜的。
4. 如任一前述權(quán)利要求所述的飛行器，其特征在于，所述翼梢裝置包括近端 和遠(yuǎn)端，所述翼梢裝置包含一假想線，該假想線在所述近端開始、延伸到所述遠(yuǎn)端， 并且在所有點(diǎn)處都通過50%的局部翼弦，其中，以大于180度的斜度傾斜的所述 區(qū)域不在所述近端附近。
5. 如權(quán)利要求4所述的飛行器，其特征在于，以大于180度的斜度傾斜的所 述區(qū)域不在所述翼梢裝置的介于所述近端和30%假想線之間的部分中。
6. 如任一前述權(quán)利要求所述的飛行器，其特征在于，所述翼梢裝置包括近端 和遠(yuǎn)端，所述翼梢裝置包括一假想線，該假想線在所述近端開始、延伸到所述遠(yuǎn)端， 并且在所有點(diǎn)處都通過50%的局部翼弦，其中，以大于180度的斜度傾斜的所述 區(qū)域至少部分地位于50%假想線和所述遠(yuǎn)端之間。
7. 如權(quán)利要求6所述的飛行器，其特征在于，以大于180度的斜度傾斜的所 述區(qū)域位于所述遠(yuǎn)端附近。
8. 如任一前述權(quán)利要求所述的飛行器，其特征在于，所述翼梢裝置包括近端 和遠(yuǎn)端，其中，所述翼梢裝置從所述近端沿著翼展方向延伸所述飛行器翼展的3% 至15%之間的距離。
9. 如任一前述權(quán)利要求所述的飛行器，其特征在于，所述翼梢裝置包括近端 和遠(yuǎn)端，其中，所述翼梢裝置從所述近端沿著垂直方向延伸所述飛行器翼展的3% 至15%之間的距離。
10. 如任一前述權(quán)利要求所述的飛行器，其特征在于，所述翼梢裝置包括多個 分離的元件，至少一個元件位于以大于180度的斜度傾斜的所述區(qū)域中。
11. 如任一前述權(quán)利要求所述的飛行器，其特征在于，所述翼梢裝置的前緣是 掃掠的。
12. 如任一前述權(quán)利要求所述的飛行器，其特征在于，所述機(jī)翼和/或翼梢裝置 設(shè)置成在使用過程中變形，以給所述飛行器提供與所述飛行器靜止時相比較大的翼 展。
13. —種機(jī)翼，該機(jī)翼包括翼梢裝置，所述機(jī)翼和翼梢裝置根據(jù)如前述權(quán)利要 求中任一項(xiàng)所述的飛行器的所述機(jī)翼來設(shè)置。
14. 一種翼梢裝置，該翼梢裝置根據(jù)如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的飛行器的所述翼梢裝置來設(shè)置。
15. —套部件，所述一套部件包括翼梢裝置，各所述部件適于將飛行器改變成 如權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的飛行器。
全文摘要
一種飛行器(1)包括具有上反角的機(jī)翼(5)，該機(jī)翼包括末梢和安裝在末梢區(qū)域中的翼梢裝置(7)。該翼梢裝置大體向下延伸且具有以大于180度的斜度傾斜的區(qū)域(7d)。該區(qū)域(7d)設(shè)置成在飛行過程中產(chǎn)生升力。以大于180度的斜度傾斜的區(qū)域(7d)可位于翼梢裝置(7)的遠(yuǎn)端(11)。翼梢可以是掃掠的，并且可以在飛行過程中氣動彈性地變形。
文檔編號B64C23/06GK101263052SQ200680033114
公開日2008年9月10日 申請日期2006年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月14日
發(fā)明者A·曼 申請人:空中客車英國有限公司