[发明专利]高效超音速层流机翼

说明书

技术领域

本发明总体上涉及效率高的、超音速的、层流机翼构造。本发明更具体地涉及以下构造领域中的改进：

a)翼板，

b)斜翼梢，

c)倒置圆角的翼-翼板接合点，

d)舷内前缘襟翼，

e)混合的普通-分裂式襟翼。

背景技术

授权给Richard Tracy的某些在先美国专利公开了用于高效超音速飞行的层流机翼(#5,322,242，#5,518,204，#5,897,076和#6,149,101)。近来的发展已经引起了五个领域的改进，主要使使用机翼的飞机的低速特性受益。在先的Tracy专利所述的机翼具有尖锐的、改进型双凸面的翼面，前缘后掠角小于大约30度以在超音速巡航状况下维持附着的震动，并且大约2％或更小的厚弦比(t/c)作为机翼主体上的翼展平均。机翼主体不包括舷内端附近的区域，这个区域较厚，与主流机身区域相组合件高达约4％的t/c。

超音速层流机翼具有几个带来挑战的独特特性，尤其是在低速飞行时。这些包括在亚音速飞行中几乎任何攻角下都引起分离“气泡”的尖锐前缘、由于纵横比增大带来结构重量损失的极薄翼面、以及限制“区域支配”机翼主体以最小化超音速波阻的效力的未掠过前缘。这些(以及其它特性)对于超音速层流机翼是独特的并且由这里所声明的单独或一起作用的改进显著地减轻，这些改进与这种类型的机翼相组合件。

发明内容

这些改进中的两个利用飞机设计中已经使用的结构，但是与所述超音速层流机翼相结合。这些是“翼板”和“斜”梢。另外的三个结构对于超音速层流机翼是独特的。这些是“倒置的圆角”、前缘的舷内端处的可展开襟翼、以及混合的普通-分裂式襟翼系统。所有这5个在下面描述。

翼板

翼板是机翼在机身和未掠过主机翼板的舷内端之间的高度掠过部分。翼板的前缘优选地掠过机翼的前部至与机身的交叉处，并且其后缘可以是外机翼后缘的继续，或者可在机身交叉处之后进一步掠过。前缘优选地在最大超音速巡航速度下掠过超过马赫角以具有“亚音速前缘”。这个状况确保了分开的激波并且允许翼板的前缘对于较小的超音速波阻而言是稍微钝的和拱形的，并且机翼的低速提升能力得以改进，或其具有最大“提升系数”。

翼板在本申请中除了增大最大提升之外还执行多个功能，同时有利地影响超音速巡航性能。这些功能如下：1.增大翼展，以在较小的结构重量损失之下改进提升效率，2.改进机身和机翼横截面的纵向分布，以实现较低的超音速波阻，3.在飞机前部中为燃料提供附加的容积，4.在亚音速飞行中在中等和高攻角下形成涡流，这倾向于保持附着在上舷内机翼表面上的流动以获得更好的提升和发动机进气流质量，5.有助于在机翼的舷内部分上维持层流，以及6.提供用于安装起落架的结构硬点(hard point)以及用于起落架回收的空间。

斜梢

“斜梢”是机翼高度掠过的侧缘，或翼梢，其可具有尖锐或稍微钝边，只要其在最大巡航速度下掠过超过马赫角。这种斜梢给所述类型的机翼增加了两个重要的贡献。

斜梢增加了翼展并且因而增加了纵横比，而没有常规圆形边或钝边那样引起润湿区域和结构弯曲的相关波阻。更重要地，在低速飞行中，斜梢在高至中等攻角时产生“卷起”涡流，该涡流保持附着至翼梢的上表面。附着的梢部涡流延迟了前缘分离气泡的产生和机翼外部上引起的提升损失。这又增大了机翼的最大提升并且防止或延迟与外部机翼提升损失相关的梢部涡流的舷内运动。结果是水平尾部上自攻角的较低下冲气流导数，提供更大的纵向稳定性和降低的上仰倾向。

倒置的圆角(Reversed Fillet)

大多数飞机上的机翼-翼板(或翼身)接合点受到与机翼和机身表面平滑地混合的“圆角”或凹形表面形式的具体处理。这个圆角通常与前缘和机身之间在平面图中的凹形曲线相关联。

对于层流机翼而言，避免过度边界层横流的需要在机翼前缘至翼板(或机身)接合点处非常困难，因为接合点处大的冲洗气流引起马赫波(压力扰动)以及机翼表面上局部较高的弦向压力梯度。这些作用会引起边界层横流的局部临界水平，这又能使内机翼的主要部分上的层流不稳定，导致湍流边界层和较高的表面摩擦阻力。然而，通过使前缘轮廓在翼板(或机身)接合点处为凸形以便避免翼板接合点处的局部掠过或甚至使之稍微反向，横流能降低至临界水平之下并且渐变至显著降低的湍流。

舷内前缘襟翼