[发明专利]具有最优负载的机翼末梢

说明书

本申请是2011年2月21日递交的申请号为200980132637.3、发明名称为“弯曲的机翼末梢”的发明专利申请的分案申请。

优先权：本申请要求2008年6月20日递交的题为“弯曲的机翼末梢(Curved Wing Tip)”的美国临时专利申请No.61/074,395的优先权，所述申请通过引用被整体并入本申请。

技术领域

本发明涉及一种被设计用于附接到飞行器的小翼的机翼末梢，所述小翼耦合到所述飞行器的机翼。

背景技术

由于穿过大气，所有飞行器的机翼经受阻力。所经受的阻力可以分解为三个组成部分：诱导阻力、寄生阻力以及压缩性阻力。诱导阻力取决于升力面带来的升力。寄生阻力由移动面与流体之间的接触产生，并且包括这样的因素，如物体形状、表面摩擦以及干扰因子。压缩性阻力是与较高的马赫数关联的阻力，所述压缩性阻力可以包括粘性和漩涡阻力、激波阻力以及任何归因于冲击诱导分离的阻力，所有所述阻力可以随马赫数而变化。在这些阻力中，诱导阻力已经在传统上表现出最大的使用小翼(winglet)或其他机翼末梢装置进行改进的潜力。

一般地，飞行器的机翼可以后掠以减少阻力对于高速飞机的影响。一般地，设计后掠机翼(swept wing)使飞行器的主体与机翼之间的角度是倾斜的，并且具体地，是掠向所述飞行器尾部的。机翼的前缘和后缘的后掠未必一定具有相同的角度。还可以加入机翼末梢装置以进一步减少机翼上的阻力。一个选择是提供倾斜的机翼末梢。常规地，倾斜的机翼末梢具有比所述机翼的其余部分更高的后掠程度。小翼同样是可选择的解决方案，所述解决方案相比于增加翼展具有更小的结构影响，一般地用于提高机翼的有效展弦比。小翼一般地靠近机翼末梢的垂直延伸部。机翼末梢装置可以提高在机翼末梢处产生的升力，并且减少由翼尖漩涡导致的诱导阻力，改进升阻比。

多种机翼末梢装置以及几何结构已被描述，例如，美国专利公开No.2007/0252031(题为“机翼末梢装置”，2007年11月1日公开)、美国专利公开No.2007/0114327(题为“机翼负载缓和设备及方法”，2007年5月24日公开)、美国专利No.6,722,615(题为“机翼的机翼末梢延伸部”，2004年4月20日授权)、美国专利No.6,827,314(题为“具有机翼翘曲主动控制的飞行器”，2004年12月7日授权)、美国专利No.6,886,778(题为“有效的机翼末梢装置及将这样的装置结合到现有的机翼设计中的方法”，2005年5月3日授权)、美国专利No.6,484,968(题为“具有椭圆小翼的飞行器”，2002年11月26日授权)、美国专利No.5,348,253(题为“融合式小翼”，1994年9月20日授权)，这些文献中的每个都通过引用被整体并入本申请，就像在本发明中全文阐述一样。

发明内容

在本发明中描述的实施方案可以应用于包括具有弯曲的前缘和弯曲的后缘的末梢装置的机翼，以最小化针对给定机翼形式的诱导阻力。弯曲的前缘被设计来实现这样的最优结果，例如，维持附着流，最小化流分离，以及最小化过早漩涡卷曲，而弯曲的后缘被设计来实现这样的最优结果，例如，在翼面(planform)上保持翼弦分布(chord distribution)与椭圆负载(elliptic loading)一致。前缘和后缘末梢部分的弯曲可以一般地被描述为抛物线的，并且优选为超椭圆的。有限末梢段可以具有近似于所述后缘掠角的掠角。有限部分可以用于协助稳定末梢漩涡并维持在机翼最末梢附近的漩涡位置。

气动负载对于实现最优机翼性能可能是重要的；然而，飞行中获得的在机翼末梢处的实际负载的影响常常被忽略。未能实现最优椭圆负载，尤其在靠近机翼的末梢处，可能导致过早末梢漩涡的形成及相应的诱导阻力的提高。这种特性还可以应用于平面翼，其中所述机翼末梢内侧的过早末梢漩涡卷曲时常作为凝结尾迹(condensation trail)在飞行中是可视的。

本发明提供一种连接到机翼的弯曲的机翼末梢，所述机翼具有机翼前缘和机翼后缘，所述弯曲的机翼末梢包括：前缘，所述前缘弯曲以维持附着气流并且界定从所述机翼前缘到前端点的第一抛物线；后缘，所述后缘弯曲以维持在所述机翼末梢上的椭圆负载并且界定从所述后缘到后端点的第二抛物线；以及端段，所述端段连接所述前端点和所述后端点，所述端段以端段角后掠以维持在所述后端点附近的后漩涡位置。