[发明专利]机翼的流体流动控制

说明书

一种用于影响具有舷内侧根端(310a)和舷外侧末端(312a)、高压侧(306a)和低压侧(308a)以及前缘(314a)和后缘(316a)的飞机机翼(304a)的尾流的装置(318a)，装置(318a)包括：本体(320)，其适于附接在飞机机翼的末端的区域中并且具有通管(326)，通管具有位于飞机机翼的高压侧的通管的第一端处的第一开口(328)和位于飞机机翼的低压侧的通管的第二端处的第二开口(330)，通管(326)被构造成当飞机机翼暴露于流体流动时允许流体流动通过通管，从而抑制围绕机翼舷外侧最外端的流体的流动，并且将通过通管的流体流动引导到通管外部的大小基本相等的一对相反旋转流中。

技术领域

本发明涉及一种用于影响机翼上的流体流动的装置，尤其涉及影响机翼尾流的装置。

背景技术

图1以平面图的形式示出了飞机的机翼100。展示的机翼具有翼展b，机翼面积S，根弦长度C_r和末端弦长度C_t，并且机翼布置在机身(在此由中心线112表示)的两侧。在102处示出具有自由气流速度V(相对于机翼)的迎面而来的流体。机翼具有上表面104和下表面106。

当机翼经受流体流动(例如，当飞机在飞行中时)时，当机翼与流体处于适当的迎角时，机翼上表面和下表面的流体流动在上表面上产生相对低压区域，在下表面上产生相对高压区域，从而产生升力。因此，上表面可以被称为较低或低压表面，而下表面则可以被称为较高或者高压表面。

由于上表面和下表面之间的压力不平衡，在标准飞机机翼上，机翼下方(高压区域内)的自由气流在机翼的舷外侧最外端(机翼末端)四周迁移到机翼上表面的低压侧。因此，在机翼的下表面上存在着在朝向机翼末端的舷外侧方向中的翼展方向上的流动。这在图1中由箭头110表示。相反地，气流从高压迁移到低压导致机翼的上表面上的气流在朝向机身(由108指示)的舷内侧方向中具有翼展方向上的分量。因此，下表面上的流线在舷外侧方向中从机身发散，而在上表面上的流线在舷内侧方向中会聚到机身上。当这些会聚和分散的流线在机翼后缘相遇时，会产生涡流。所产生的涡流场横跨机翼后缘延伸到机翼末端。沿着机翼后缘的涡流可以被称为束缚涡流；即，根据库达·儒科夫斯基定理(Kutta Joukowskytheorem)，它们将机翼作为边界层进行循环，从而使涡流从机翼后缘流出。机翼末端涡流被称为后缘涡流，并从机翼末端向下游延伸。从两翼流出的涡流共同产生一个后缘涡流层，该涡流层被附着的涡流束缚住，并且从所述机翼末端下降。涡流层的涡流比机翼末端的涡流具有较少的能量(即，它们的中心处于相对较低的压力下)，因此被吸向或吸入机翼末端涡流中心，从而加强了所产生的尾流紊流。从机翼流出的涡流在图2中显示，图2中也示出了机翼的正视图。将从机翼末端流出的涡流表示为202，而将较低能量涡流层表示为204。

从机翼后缘和机翼末端涡流流出的涡流的作用是在机翼处和机翼后侧引起速度的向下分量。这个向下分量被称为下洗流。沿翼展的任何部分的下洗流的大小等于沿整个翼展的所有后缘涡流的作用的总和。下洗流的作用是改变机翼部分上的气流的相对方向，减小机翼的迎角。下洗流实际上将迎面而来的流动的相对方向旋转。机翼上的气流的这种旋转导致升力矢量(其通常垂直于迎面而来的流动的相对方向)的相应旋转，以在运动方向上产生阻力分量。这个分量被称为“诱导阻力”，并可表示为Di。

已经有各种各样的建议来抵抗诱导阻力。因为Di与纵横比成反比，因此在高性能的滑翔机和远程客机中，使用高纵横比(AR)机翼；不幸的是，设计具有足够结构强度的高纵横比机翼是困难的。这也降低了相关飞机的机动性，并且增加了机身重量、制造成本和剖面/寄生阻力。不仅如此，在性能/燃料节省方面上的任何空气动力学收益都非常小。