自然層流翼尖的制作方法
【專利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]通過(guò)有效地增加機(jī)翼后緣的長(zhǎng)度，小翼提供了減小提升引起的機(jī)翼阻力的負(fù)作用的手段。后緣的長(zhǎng)度的有效增加可以分散漩渦的分布，當(dāng)機(jī)翼飛過(guò)空中時(shí)該漩渦由后緣和翼尖散布。漩渦的再分布可以減少來(lái)自提升引起的阻力/誘導(dǎo)阻力的空氣動(dòng)力損失。有利地，小翼可以提供有效的后緣長(zhǎng)度的增加，而不需要增加機(jī)翼前緣長(zhǎng)度。就此而言，通過(guò)向機(jī)翼添加小翼來(lái)取代傳統(tǒng)方式中的增加翼展，可以避免與前緣提升增強(qiáng)裝置(例如，縫翼、克魯格襟翼)的加長(zhǎng)關(guān)聯(lián)的增加的重量、成本和復(fù)雜性。
[0002]傳統(tǒng)小翼被制造為由不同材料形成的部件的混合組件。例如，傳統(tǒng)小翼可以由可以被聯(lián)接至金屬前緣和金屬后緣的復(fù)合翼梁和蒙皮板組成，并且傳統(tǒng)小翼可以包括金屬附接配件。不幸的是，小翼部件的組裝是耗時(shí)且耗力的過(guò)程，其需要大量的機(jī)械緊固件。大量的緊固件可以增加小翼的整體重量。此外，在緊固件安裝期間，可能需要專門(mén)的工具來(lái)保持部件的相對(duì)位置。
[0003]此外，安裝在小翼的外模線(OML)表面中的緊固件可以干擾流過(guò)OML表面的空氣流?？諝饬鞯臄_動(dòng)可以最小化在空氣流變?yōu)槲闪髦翱諝饬鞅痪S持在層流狀態(tài)的距離，從而導(dǎo)致空氣動(dòng)力阻力的增加。例如，在傳統(tǒng)的小翼中，空氣流為層流的距離可以被限制為大約10%的弦長(zhǎng)，其中順風(fēng)空氣流在小翼的剩余部分變?yōu)槲闪?。由于?jīng)過(guò)小翼的紊流空氣流而導(dǎo)致的空氣動(dòng)力阻力的增加可以限制飛行器燃料效率的獲益，而如果小翼弦長(zhǎng)的較長(zhǎng)部分上方的空氣流被維持在層流狀態(tài)，則該獲益將是可能的。
[0004]由此可見(jiàn)，本領(lǐng)域出現(xiàn)了對(duì)一種小翼配置的需要，該小翼配置在空氣流變?yōu)槲闪髦熬S持弦長(zhǎng)的相當(dāng)大的部分上方的空氣流在層流狀態(tài)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]以上提到的關(guān)于諸如小翼的翼尖設(shè)備的需要將由本公開(kāi)具體地解決和緩和，本公開(kāi)提供了包括由聚合物基纖維增強(qiáng)材料形成的一體的、單塊的前緣抗扭翼盒的飛行器翼尖設(shè)備。前緣抗扭翼盒可以包括蒙皮，該蒙皮可以限定連續(xù)的、不間斷的外模線表面，該外模線表面從小翼前緣向后延伸大約60 %或更多的局部弦長(zhǎng)的距離。前緣抗扭翼盒可以進(jìn)一步包括在蒙皮的相對(duì)內(nèi)部表面之間延伸并在此處整體成形的至少一個(gè)內(nèi)部部件。
[0006]在進(jìn)一步的實(shí)施例中，所公開(kāi)的是具有由聚合物基纖維增強(qiáng)材料形成的一體的、單塊的前緣抗扭翼盒的翼尖設(shè)備。前緣抗扭翼盒可以包括蒙皮，該蒙皮可以限定連續(xù)的、不間斷的外模線表面，該外模線表面可以從小翼前緣向后延伸至少60%或更多的局部弦長(zhǎng)的距離。前緣抗扭翼盒可以進(jìn)一步包括在蒙皮的相對(duì)內(nèi)部表面之間延伸并在此處整體成形的內(nèi)部部件。前緣抗扭翼盒可以包含蒙皮和內(nèi)部部件的復(fù)合鋪層的共固化組件。翼尖設(shè)備可以包括可以被聯(lián)接至抗扭翼盒后端的后緣部分。
[0007]所公開(kāi)的還有維持翼尖設(shè)備上的層流的方法。該方法可以包括使空氣流流過(guò)飛行器的翼尖設(shè)備的一體的、單塊的前緣抗扭翼盒的OML表面。前緣抗扭翼盒可以由聚合物基纖維增強(qiáng)材料形成并可以包括在蒙皮的相對(duì)內(nèi)部表面之間延伸的至少一個(gè)內(nèi)部部件。該方法可以進(jìn)一步包括維持從小翼前緣向后至所述翼尖設(shè)備的至少大約60%的局部弦長(zhǎng)的距離的空氣流處于層流狀態(tài)。
[0008]已討論的這些特征、功能和優(yōu)點(diǎn)可在本公開(kāi)的各種實(shí)施例中被獨(dú)立實(shí)現(xiàn)或者在又一些實(shí)施例中被組合。參考下面的【具體實(shí)施方式】和附圖可了解實(shí)施例的進(jìn)一步的細(xì)節(jié)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]本公開(kāi)的上述這些和其他特征參考附圖將更加顯而易見(jiàn)，所有圖中，相同序號(hào)表示相同零件，并且其中:
[0010]圖1是具有小翼的飛行器的透視圖；
[0011]圖2是具有由復(fù)合材料形成的一體的、單塊的前緣抗扭翼盒的小翼的側(cè)視圖；
[0012]圖3是圖2所示的小翼的前視圖；
[0013]圖4是包括前緣抗扭翼盒和被附接至前緣抗扭翼盒的分開(kāi)的后緣部分的小翼的分解側(cè)視圖；
[0014]圖5是蒙皮和內(nèi)部翼梁的復(fù)合鋪層的組件的截面?zhèn)纫晥D，該組件可以被共固化為一體的、單塊的前緣抗扭翼盒；
[0015]圖6是沿圖2的線6截取的一體的、單塊的前緣抗扭翼盒的截面?zhèn)纫晥D，并圖示說(shuō)明了聯(lián)接至前緣抗扭翼盒的后端的后緣部分；以及
[0016]圖7是圖示說(shuō)明可以被包括在維持流過(guò)翼尖設(shè)備的層流的方法中的一個(gè)或更多個(gè)操作的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]現(xiàn)在參閱附圖，其中這些展示是為了說(shuō)明本公開(kāi)的優(yōu)選的且不同的實(shí)施例，圖1示出的是具有從飛行器100的機(jī)頭延伸至飛行器100的尾部的機(jī)身102的飛行器100的透視圖。尾部可以包括用于飛行器100的直接控制的一個(gè)或更多個(gè)尾翼表面。飛行器100還可以包括一對(duì)機(jī)翼106和可以被安裝至機(jī)翼106的一對(duì)推進(jìn)單元104。飛行器100可以包括被配置為翼尖設(shè)備107的一個(gè)或更多個(gè)空氣動(dòng)力結(jié)構(gòu)152，且空氣動(dòng)力結(jié)構(gòu)152可以由復(fù)合材料制成。在一種實(shí)施例中，翼尖設(shè)備107可以包含安裝在機(jī)翼106的尖端的小翼108。
[0018]有利地，本文公開(kāi)的翼尖設(shè)備107包括一體的、單塊的、整體成形的復(fù)合前緣抗扭翼盒172，該前緣抗扭翼盒172具有光滑的、連續(xù)的、不間斷的外模線(OML)表面122，該OML表面122從小翼前緣114延伸到前緣抗扭翼盒172的后端174(圖2)。一體的前緣抗扭翼盒172的連續(xù)的、不間斷的OML表面122被配置成使得OML表面122上方的空氣流146被維持在層流狀態(tài)143，并距小翼前緣114至少大約60%的局部弦138長(zhǎng)(圖6)的距離。在本公開(kāi)中，局部弦被限定為在前緣上的最前點(diǎn)至尾翼截面的后緣上的最后點(diǎn)之間延伸的線，該尾翼截面由大體平行于飛行器的前進(jìn)方向取向的平面限定。盡管這里公開(kāi)的翼尖設(shè)備107和前緣抗扭翼盒172在小翼108的背景下被描述，翼尖設(shè)備107可以不受限制地以任意尺寸、形狀和配置被提供。例如，翼尖設(shè)備107可以被配置為傾斜翼尖(未示出)、具有上和下小翼的拆分小翼(未示出)或其他翼尖設(shè)備配置。
[0019]參閱圖2，其示出的是小翼108的實(shí)施例的側(cè)視圖。小翼108可以包括可以被聯(lián)接至飛行器100的機(jī)翼106的小翼根112。小翼108可以進(jìn)一步包括小翼尖110、小翼前緣114和小翼后緣116。前緣抗扭翼盒172可以從小翼前緣114延伸到抗扭翼盒后端174。小翼后緣116可以由單獨(dú)附接的后緣部分180限定。在一種實(shí)施例中，小翼后緣部分180可以與小翼108分別形成并可以被附接至抗扭翼盒后端174，諸如通過(guò)以下所述的機(jī)械緊固和/或粘合劑粘結(jié)。
[0020]在圖2中，一體的復(fù)合前緣抗扭翼盒172可以具有大致中空的配置，其中三維幾何機(jī)構(gòu)126由復(fù)合蒙皮160和由復(fù)合材料形成的一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)部部件158組成。內(nèi)部部件158可以包含在復(fù)合蒙皮160的內(nèi)表面120之間延伸的復(fù)合加強(qiáng)筋162或復(fù)合翼梁164，用于增加小翼108的抗彎剛度和強(qiáng)度。然而，可以預(yù)期，后緣部分180和前緣抗扭翼盒172可以被整體成形為一體的、單塊的復(fù)合結(jié)構(gòu)，這樣小翼108包含從小翼前緣114至小翼后緣116的單個(gè)的、整體的結(jié)構(gòu)。盡管未示出從小翼前緣114至小翼后緣116的一體結(jié)構(gòu)，這種布置可以導(dǎo)致小翼108具有基本連續(xù)的、不間斷的外模線(OML)表面122，這可以導(dǎo)致層流143沿從小翼前緣114至小翼后緣116的距離的大部分。例如，從小翼前緣114至小翼后緣116的不間斷的外模線(OML)表面122可以在距小翼前緣114比大約80%的局部弦138長(zhǎng)(圖6)大的距離上方產(chǎn)生層流143。
[0021]可以使用工具系統(tǒng)(未示出)形成一體的、單塊的前緣抗扭翼盒172，該工具系統(tǒng)包含外模線(OML)工具和一個(gè)或更多個(gè)內(nèi)模線(ML)工具或設(shè)置在OML工具內(nèi)的心軸。IML工具或心軸可以由一系列材料組成，該一系列材料包括但不限于:由薄膜或模塑真空屏障材料覆蓋的剛性復(fù)合心軸和/或可膨脹心軸，當(dāng)暴露于熱時(shí)可膨脹心軸膨脹，從而引起可膨脹心軸產(chǎn)生內(nèi)部壓縮力，該壓縮力用于聚合物基纖維增強(qiáng)材料157的固結(jié)。IML工具或心軸還可以由具有與被形成的復(fù)合物體150的復(fù)合材料相匹配的熱膨脹率的剛性的、可溶的心軸或可移動(dòng)的剛性工具形成。例如，ML工具可以產(chǎn)生蒙皮160對(duì)OML工具表面(未示出)的內(nèi)部壓縮力，同時(shí)產(chǎn)生