[发明专利]升力增加系统以及关联的方法

说明书

技术领域

本发明涉及飞行器机翼，更具体地说，涉及通过控制飞行器机翼上的边 界层流增加多元件飞行器机翼升力的升力增加系统。

背景技术

目前飞行器存在许多问题，本发明着眼于解决这些问题。所述问题中的 某一些在以下段落中述及。起飞和着陆性能是运输飞行器的两个基本设计目 标。任何飞行器设计受限于最大起飞重量，该重量与跑道长度有关。对于给 定的跑道长度来说，较高的升力水平允许增大最大起飞重量。同样，对于给 定重量来说，较高的升力允许降低失速速度(stall speed)并缩短滑行距离。 从操作的角度来看，高升力能力能进入更多的机场。无论要求净载重量更大 还是滑行距离更短，优良的高升力能力都是飞行器制造商追求的关键目标。

对于给定飞行器重量来说，通过增加机翼面积或增大最大升力系数 (C_Lmax)，可以降低失速速度。增加机翼面积不理想，因为导致巡航阻力更 大。因此，更希望增大C_Lmax。

有效的高升力系统为军用和商用飞行器两者提供了重要的性能优势。在 军用飞行器领域，要求能在偏远简陋的地方着陆的能力，以使具有短途滑行 能力的军事运输能有效扩展军事力量的全球可及性。针对商用运输来说，高 升力系统关键是经济影响。例如，增大C_Lmax导致对于固定进场速度增大了 净载重能力，起飞L/D增大将增加净载重量或增大航程，且在迎角不变情况 下增大升力系数将降低进场高度(approach attitude)并导致起落架缩短，即 减小飞行器重量。

由高升力能力改善带来的经济优势的另一方面涉及环境规定。越来越多 的国家强调机场环境中的严格噪音极限，导致飞行器操作小时受限。而且， 不在允许噪音极限内操作的飞行器将受到经济制裁或者甚至禁止进出特定 机场。例如，为了符合环境规定，一些飞行器被迫降低净载重量，以及在初 始爬升过程中减小起飞和离地(lift-off)速度。但是，如果搭载的乘客较少， 则飞行器运营就不再具有经济可行性。因此，巨大的利益驱动着研制起飞和 着陆性能改善的飞行器。

空气动力学设计尤其对于起飞和着陆条件是一种挑战，此时流体流被粘 滞效应所左右。由于增大了改善效率的潜在可能性，所以非常希望能有在这 些高升力条件下改变粘性流结构的技术。这些年来，已经为广泛的空气动力 学应用场合研制了各种气流控制策略，诸如改变机翼上的气流或者延迟边界 层分离的各种主动或被动系统、促动器和机构。例如，授予Somers的美国 专利No.6,905,092公开了一种层流翼型(airfoil)，其包括前后翼型元件以及 位于其间的狭槽区域。所述前后翼型元件在基本上整个前翼型元件上引发层 流，并在狭槽区域引发层流。

目前的飞行器通过采用仅在起飞和着陆过程中展开的系统实现高升力 水平。这些系统通常包括可动前缘缝翼和一个或多个尾缘襟翼。展开后，机 翼变形成多元件结构，有效增大弯曲度和弦长并导致升力增加。多元件高升 力系统上的气流高度相互作用。例如，尾缘襟翼受到主机翼上升力所产生的 滑流的强烈影响。

这种多元件系统所产生的最大升力受到强反压力梯度所导致的粘滞效 应的制约。所实现的最大升力水平可能受限于缝翼和主机翼前缘附近边界层 分离，以及受限于主机翼尾缘或襟翼上边界层增厚或分离。升力可能还受限 于主机翼尾缘或襟翼上边界层增厚或分离。此外，来自缝翼或主机翼的粘性 尾流喷发在其经过襟翼导致的高压力梯度时，可能限制最大升力水平。在这 种情况下，每个高升力部件上的边界层可能连接，但是粘性尾流的迅速传播 限制了所能实现的最大升力。

因此，提供一种能通过控制多元件飞行器机翼上的边界层流而解决这些 问题的系统，对于改善多元件机翼空气动力学性能来说，是具有优势的。而 且，提供一种能适应广泛的迎角和飞行条件的系统，是具有优势的。

发明内容

通过提供一种增加多元件飞行器机翼升力的系统，本发明的实施例解决 了上述问题，并实现了其他方案。所述系统采用多个端口和流体设备来调节 飞行器机翼上的流体流。因此，所述端口和流体设备可以位于多元件飞行器 机翼上的各种位置来控制机翼上的边界层流并减小粘滞效应。计算结果已经 示出促动特定位置上的多个端口导致C_L增大，以及更为流线型的气流。如 果促动飞行器机翼具体元件上关键位置的端口，则在所述迎角范围内获得接 近无粘性的升力水平。