[发明专利]一种具有层流流动控制和分离控制的机翼结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种运输机的机翼结构，更特别地说，是指一种具有层流流动控制和分离控制的机翼结构。本发明设计的机翼通过减小机翼上翼面的摩擦阻力和抑制边界层分离，能够节省燃油量，降低运输机的运行成本。

背景技术

当气流绕过机翼后，由于气流粘性的作用，在其翼面(上翼面、下翼面)存在一个很薄的剪切层，被称作边界层。边界层有层流和湍流两种流态，转捩是边界层中的流态由层流过渡为湍流的过程(参见图1B所示)。图中，机翼上翼面2从前缘点A至第二转捩起点O为层流区，第二转捩起点O至第二转捩终点P为过渡区，第二转捩终点P至后缘点E为湍流区。在层流区内产生了两个边界层分布(一是无吸气区的起始发展阶段薄边界层的速度分布211，二是无吸气区的充分发展后的厚边界层的速度分布212)；在湍流区内产生了两个边界层分布(一是无吹气区上游的边界层速度分布214，二是无吹气作用下的边界层速度分布215)。转捩是一个十分复杂的流动变化过程，工程上常把转捩过程简化为一个突变现象。影响转捩的主要因素是雷诺数，若边界层当地雷诺数达到某一临界值时，即发生转捩。转捩还受其他许多因素影响，如外流的原始湍流度、逆压梯度、流过曲面时离心力的作用、物面粗糙度、噪声以及流体与物体间的热交换等。

相对于湍流边界层，层流边界层具有较低的摩擦阻力。目前，国外对大型运输机阻力问题十分重视，美国已经将降低摩擦阻力列为大型运输机设计四项先进技术中的一项。欧洲减阻网也将层流流动控制技术列为重点研究领域之一。对于一个亚音速运输机，表面摩擦阻力占总阻力的50％左右，且在同一雷诺数下，层流摩阻比湍流摩阻小80～90％。因此，减小摩擦阻力最有效的方法就是阻止边界层流动从层流较早地转变为湍流，尽可能扩大机翼上翼面的层流流动区域。层流流动控制实质上就是通过采取控制措施，使失稳的边界层变得稳定，延迟边界层流动从层流到湍流的转捩，从而减小摩擦阻力。

另外，由于气流粘性的作用以及边界层内存在的流向逆压梯度，使边界层内的流体会逐渐减速，最后整个边界层内的流体的动能都被粘性应力给耗散掉，流体不能再朝下游流动了，然而上游的还未减速的边界层还在源源不断地追赶上来，边界层内的流体因为无法继续贴着上翼面流动而离开了上翼面，流动出现了分离。由于分离后背风面压强低于机翼前部的压强，故存在压差阻力，且分离区越大，压差阻力越大，甚至在严重的分离情况下，会使升力急剧下降，出现失速现象。因此，采用有效的方法，避免边界层的分离是非常必要的。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有层流流动控制和分离控制的机翼结构，该机翼结构能耗小、效率高，一方面通过在机翼1的上翼面2上设置多个A微孔21、B微孔22，且A微孔21、B微孔22通过气流通道4形成气流通路；另一方面在机翼1的内部设置多段结构的气流通道4，并在气流通道4内安装多个吸气泵3来产生吹气量；本发明设计的机翼结构能够实现机翼1的上翼面2前缘吸气、后缘吹气，进而对边界层流动进行干扰控制；这样不仅能够推迟边界层转捩，减小摩擦阻力；而且能控制边界层分离，改善机翼失速特性。

本发明是一种具有层流流动控制和分离控制的机翼结构，该机翼结构是在机翼1的上翼面2的纵向中心线的前端采用激光钻洞技术钻有多个A微孔21，所述A微孔21按行列整齐排列形成吸气区；在机翼1的上翼面2的纵向中心线的后端采用激光钻洞技术钻有多个B微孔22，所述B微孔22按行列整齐排列形成吹气区；吸气区与吹气区的联通通道称作气流通道4，即气流通道4的入口与吸气区导通，气流通道4的出口与吹气区导通。气流通道4设置在机翼1内，所述气流通道4由前气流道41、中间气流道43、后气流道42构成，中间气流道43设置在前气流道41、后气流道42之间，呈椭圆形，且中间气流道43内安装有吸气泵3；前气流道41与后气流道42设计成喇叭形，且相对放置。

所述前气流道41将由吸气区流入的流体在喇叭尾部(前气流道41的喇叭尾部)逐渐变窄，造成通道内的流体逐渐加速，从而使吸气泵入口处压强减小，这样使上翼面2的边界层底层的低速气流更易被吸入气流通道4内。

所述后气流道42是将从中间气流道43流出的流体首先在喇叭尾部(后气流道42的喇叭尾部)逐渐变窄，然后在喇叭口逐渐变宽，使得通道内的流体流速减小而压力增大，这样使从吸气区吸入的气流更易被吹气区排放到主流中。