[发明专利]用于与流体相互作用的装置和方法

说明书

一种流体相互作用装置100，包括翼102，所述翼具有第一构型和第二构型，所述第一构型具有第一翼型阻力系数，所述第二构型具有小于所述第一翼型阻力系数的第二翼型阻力系数。所述流体相互作用装置进一步包括具有纵向轴线的本体101，其中，所述本体联接至所述翼。所述流体相互作用装置进一步包括致动器，所述致动器构造为使所述翼从相对于所述本体在第一方向上运动时的所述第一构型改变为相对于所述本体在第二方向上运动时的所述第二构型，所述第二方向具有与所述本体的纵向轴线平行的主要分量。

背景技术

传统的固定翼飞行器无法悬停，也无法垂直起飞或降落。这种飞行器在水平飞行时的最小速度是失速速度。大的失速速度通常需要长的跑道用于起飞和降落，这明显限制了飞行器的可到达目的地的数量。大于零的失速速度也是安全关注点，因为它对飞行器的操作增加了额外的故障模式。

传统的固定翼飞行器通常还在机身的后部具有尾翼(例如，尾部组件)，其中在一些情况下，尾翼也由机身的延伸部支撑。这些特征部增加了重量并增大了浸润面积(wettedarea)。出于稳定性原因，水平安定面(horizontal stabilizer)会产生向下的力，该向下的力必须由主翼抵消，这样进一步增加了阻力。通过将控制权委托给主翼及其相对于飞行器本体的布置，可以减轻这些损失并且提高飞行器的操纵性。

直升机是目前流行的能够垂直起降(VTOL)的飞行器。前行桨叶压缩性效应和后行桨叶失速限制了传统的直升机的最大巡航速度。在巡航期间，旋翼桨叶的自由流流速的大小周期性地变化。相对于同等的固定翼而言，这增加了平均翼型阻力。由于巡航速度约束还限制了最小诱导阻力，因此相对于重量相同的同等的固定翼飞行器而言，直升机的航程减小了。旋翼桨叶的大端头速度还会引起噪声污染。传统的直升机的尾旋翼是暴露的单个故障点，其消耗了动力而不会有助于推力或升力。桨叶中所含的大量动能也是安全性。为了避免共振效应，传统的直升机的主旋翼通常在整个飞行包线内均以恒定转速操作。这样可能减小飞行包线的大小，并且对一部分飞行包线造成额外的性能损失。

为了解决直升机以及传统的固定翼飞行器的这些问题，已经提出了混合动力飞行器。这些混合动力飞行器通常以固定翼以及能够实现垂直起降操作的一组旋翼为特征。当需要较小的推力时，这些旋翼会在巡航期间收起或减慢速度。与纯巡航优化的固定翼飞行器相比，这种混合动力飞行器更重并且具有更大的翼型阻力。其他垂直起降飞行器在悬停期间消耗更多动力，这限制了续航时间。

与直升机旋翼类似，用于推力的传统的螺旋桨噪音大并且存在压缩性效应。如下所述，翼型阻力与螺旋桨桨叶的诱导阻力的比率也非必须地是大的，这也与在风力涡轮机中使用螺旋桨有关。

发明内容

通过提供一种具有变形翼(例如，其形状或体积在飞行期间改变的翼)的装置，通过本文所述的实施例解决了上述问题。在一些实施例中，通过提供在飞行期间周期性地或连续地(或几乎如此)变形的翼来改进空气动力学或流体动力学特性。

为此，根据一些实施例，提供了一种流体相互作用装置(例如，飞行器、船或风力涡轮机)。所述流体相互作用装置包括翼，所述翼具有第一构型和第二构型，所述第一构型具有第一翼型阻力系数，所述第二构型具有小于所述第一翼型阻力系数的第二翼型阻力系数。所述流体相互作用装置进一步包括具有纵向轴线的本体，其中，所述本体联接至所述翼。所述流体相互作用装置进一步包括致动器，所述致动器构造为使所述翼从相对于所述本体在第一方向上运动时的所述第一构型改变为相对于所述本体在第二方向上运动时的所述第二构型，所述第二方向具有与所述本体的纵向轴线平行的主要分量。

进一步地，根据一些实施例，提供了一种交通工具(例如，飞行器)。所述交通工具包括具有纵向轴线的本体。所述交通工具进一步包括伸缩式翼(telescopic wing)，所述伸缩式翼构造为在所述伸缩式翼相对于所述本体的周期性运动期间沿着所述伸缩式翼的翼展伸展和收缩。所述交通工具进一步支撑构件，所述支撑构件具有可旋转地联接至本体的第一端、以及可旋转地联接至所述伸缩式翼的相对的第二端。