[发明专利]水陆两用飞机上的翼尖和安定翼交互

说明书

相关申请

本申请主张2009年6月10日申请的美国专利申请案第12/482,336号的优先权，该案之全文以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明的实施例通常涉及水陆两用飞机，更具体地涉及水陆两用飞机的安定翼和翼尖之间的交互。

背景技术

水陆两用飞机是可在陆地和水上运转的飞机。在陆地上时，从飞机机身延伸的起落架或类似的结构允许飞机作为传统的陆上飞机运转。在水中运转时，水陆两用飞机通常分为两类：1）浮筒式水上飞机（float-planes）和2）船体型飞机（hull-type plane）。在浮筒式水上飞机中，将一架传统飞机安装在两个外浮标上，也称为浮箱。在水中运转时，只有浮箱或外浮标停留在水内。在船体型飞机内，将实际的飞机机身设计成不需要浮标就可停靠在水内，并且相对于水上功能而言更像船一样运作。

每种水陆两用飞机都有缺陷。浮筒式水陆两用飞机的一个缺陷在于大量增加的空气动力阻力或水动力阻力。另一个缺陷在于浮标和安装结构造成重量大。所增加的阻力和重量通常造成性能降低。在船体型水陆两用飞机中，一个缺陷在于进出飞机。由于壳体坐落于水中，经常发生的从水中或从建造成接收这些类型的水上飞机的特别码头进出。因为这会严格地限制飞机的实用性，使之成为重大的缺陷。此外，由于飞机的浮力中心位于重心的正下方，船体型水陆两用飞机在水上需要浮力装置用于横向稳定性；即不稳定条件。这些附加的横向稳定装置称为安定翼，并通常安装在每个机翼之下。安定翼的存在使得船体型水陆两用飞机在水中操作时更难停靠和操作，并且在飞行时增加了阻力。船体型水陆两用飞机的另一缺陷在于飞机在水内时，船体型水陆两用飞机的驾驶员站在很小的区域内协助操纵飞机，不像浮筒式水陆两用飞机的驾驶员可站在飞机外面的浮标上。比如，在水中操作时，浮筒式飞机的飞行员通常走出飞机并站在一个浮标上，并使用桨叶将飞机开到码头。

在水中操作时，浮筒式飞机的安定翼提供补充的浮力，在滑行、降落和起飞的过程中，安定翼和壳体均受到所谓的水动力壳体阻力。安定翼和壳体的尾缘用作形成水动力前进的滑行式壳体的后边缘。相关技术领域的技术人员知晓使用滑行式壳体会更高速地减小水动力壳体阻力，因为后壳体部分不会生成负压。弯曲的后壳体用于移动型壳体以减小负压。而在滑行式壳体内，可基本消除负压。虽然滑行式壳体内的压力主要向上，以至于速度增大时，壳体升得越来越高，但是依然在后边缘处产生大部分的水动力阻力。该作用的大小取决于壳体的后部或尾部是否基本上是平的。如果壳体向上弯曲，那么产生下压区域，从而增加阻力，如果壳体向下弯曲，那么需要另外操作以汇聚水流，并且过度地搅动水也可产生阻力。

因此，在滑行式船体内，在大约直角处汇合的两个表面通常形成水动力前进。这些表面通常为几乎垂直的艉横板和壳体滑行面底部，该底部在船后部通常为水平。由于增大的气动力阻抗力，在飞机内应避免90度的角形成的竖直后表面。船内的气动力阻力可忽略，然而飞机内垂直表面产生的阻力造成气流分离，该阻力相当大。因此，必须在水中操作时最小化水动力阻力和飞行操作时最小化气动力阻力之间进行折中。

飞机停靠时，安定翼也提供横向稳定性。然而飞机转弯时，离心力会将飞机在转弯方向上偏离。如果转弯的速度和促进力很大，那么安定翼起初禁止的翻转运动可导致安定翼被浸没。如果安定翼被浸没，那么阻力明显增大飞机在相反方向的拉力，从而致使不能转弯。结果，飞机必须停止，允许安定翼重新露出，使得转弯可继续或重启。

现有技术领域中存在的挑战是具有安定翼的船体式水陆两用飞机的配置，在水中操作时，这些安定翼可进行协调转弯，而不在空中明显影响飞机的气动力性能。存在的另一难题在于配置安定翼的水陆两用飞机以中等速度转动，而不浸没这些安定翼。本发明客服了现有技术领域中的这些和其他的挑战，后文中通过实例描述本发明。

发明内容

后文中公开了横向稳定性增强的水陆两用飞机的系统，该系统包括从飞机机身横向位移的浮力系统和还具有相关联的水动力滑行面的翼尖系统。根据本发明的一个实施例，每个翼尖上的水动力滑行面防止浸没与飞机的每侧相关联的浮力结构。

本发明的浮力系统包括从机身的每一侧横向延伸以增强飞机的横向稳定性的浮力结构。为了补充这种横向稳定性，将浮力翼尖系统或结构并入每个翼尖内。每个翼尖包括静态浮力结构以及滑行面，飞机运行的过程中冲击到水时，该滑行面产生校正力（right force），该校正力防止进一步增大飞机的横向移动并防止浮力结构的浸没。