本發(fā)明涉及一種翼梢小翼，并且涉及一種固定翼飛行器。另外，本發(fā)明還涉及一種用于控制翼梢小翼的翼型的方法。

背景技術(shù)：

1、翼梢小翼是先進(jìn)民用飛機(jī)的標(biāo)志性技術(shù)，通過阻擋機(jī)翼上、下表面壓力差在翼尖形成的擾流，翼梢小翼能夠有效削弱了翼尖渦流的強(qiáng)度，增加了機(jī)翼的有效展弦比，減小誘導(dǎo)阻力并提高升力，顯著提高了先進(jìn)民用飛機(jī)的升阻比。

2、翼梢小翼設(shè)計點一般選定為固定翼飛行器(例如飛機(jī))的巡航狀態(tài)，期望達(dá)到最佳的巡航升阻比。對于超臨界機(jī)翼，要求合理設(shè)計小翼翼型來避免表面出現(xiàn)強(qiáng)激波，往往采用前緣半徑和相對厚度較小的翼型。另一方面，在增升裝置打開的低速、高升力狀態(tài)下，翼梢小翼發(fā)生分離的迎角應(yīng)當(dāng)大于機(jī)翼主體發(fā)生分離的迎角，防止劇烈滾轉(zhuǎn)或失去縱向穩(wěn)定性等不利情況。此時，采用前緣半徑和相對厚度較大的翼型比較有利。

3、針對翼梢小翼高低速氣動設(shè)計需求的矛盾，如果采用具有可變翼型能力的翼梢小翼，在維持巡航升阻比的情況下提高小翼的低速氣動特性，充分挖掘小翼的高低速性能，能夠進(jìn)一步提高先進(jìn)民用飛機(jī)的競爭力。

4、如果使用傳統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)來驅(qū)動翼面變形，將使得變形翼面背負(fù)大量的重量代價，甚至高過翼面變形帶來的氣動收益。目前正在發(fā)展的翼梢小翼或其他翼面形狀變化的新技術(shù)主要包括形狀記憶合金等來驅(qū)動翼面變形。

5、例如，在波音公司于2012年8月16日提交申請的公開號為cn1?02951286a、題為《采用優(yōu)化智能材料的可變彎度流體動力學(xué)機(jī)身》的發(fā)明專利中，提出了多段記憶合金實現(xiàn)翼面后緣變彎度機(jī)構(gòu)。在波音公司于2012年7月11日提交申請的公開號為ca2782893a1、題為《可變曲面流體-動態(tài)體利用優(yōu)化的智能材料》的發(fā)明專利中，提出了適用于變彎度機(jī)構(gòu)的記憶合金材料設(shè)計方法。形狀記憶合金技術(shù)的主要難點為形狀記憶合金本身制備難度大，加工成本高，且需要布置額外的加熱冷卻設(shè)備實現(xiàn)不同形狀切換。

6、因此，需要對現(xiàn)有技術(shù)的驅(qū)動方式進(jìn)行改進(jìn)，以便提供一種改進(jìn)的翼梢小翼，該翼梢小翼能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的一個或多個缺點。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種翼梢小翼，該翼梢小翼能夠根據(jù)不同構(gòu)型狀態(tài)和飛行工況改變翼型特征，例如前緣半徑、厚度分布、中弧線彎度等，以主動流動控制方式實現(xiàn)兼顧高速和低速氣動性能的翼梢小翼。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出了一種翼梢小翼，該翼梢小翼可以設(shè)置在固定翼飛行器的機(jī)翼的展向外側(cè)處并且可以包括：支承結(jié)構(gòu)，支承結(jié)構(gòu)支承翼梢小翼；蒙皮，蒙皮附連到支承結(jié)構(gòu)并且包括設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)上部的上蒙皮和設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)下部的下蒙皮，其中，在上蒙皮與下蒙皮連接的位置處形成前緣蒙皮；以及壓電裝置，壓電裝置附連到上蒙皮、下蒙皮和前緣蒙皮中的至少一個的內(nèi)表面，并且壓電裝置能夠被驅(qū)動發(fā)生變形，使得蒙皮跟隨壓電裝置的變形而發(fā)生變形。

3、通過經(jīng)壓電裝置附連到蒙皮的內(nèi)表面并且使得蒙皮跟隨壓電裝置的變形而發(fā)生變形，能夠根據(jù)期望來改變翼梢小翼的翼形，從而以主動流動控制方式實現(xiàn)兼顧高低速氣動性能的翼梢小翼。這種結(jié)構(gòu)制作相對簡單，加工和安裝成本低，并且不需要布置額外的加熱或冷卻設(shè)備，降低了翼梢小翼的復(fù)雜性并提高了可靠性。

4、根據(jù)本發(fā)明的以上方面，較佳地，壓電裝置可以包括附連到上蒙皮的內(nèi)表面的上壓電片、附連到下蒙皮的內(nèi)表面的下壓電片以及附連到前緣蒙皮的內(nèi)表面的前緣壓電片。

5、這種布置允許經(jīng)由壓電片直接作用于蒙皮，并且通過布置在不同蒙皮位置的壓電片配合起作用，能夠?qū)崿F(xiàn)多種控制策略，提高了翼形控制的靈敏性和靈活性。

6、根據(jù)本發(fā)明的以上方面，較佳地，上壓電片和下壓電片能夠在電信號作用下實現(xiàn)同步運動或差動運動，以改變翼梢小翼的翼型厚度或前段彎度，而前緣壓電片能夠在電信號作用下伸長或縮短，以改變前緣蒙皮的前緣半徑。

7、這種設(shè)置能夠適應(yīng)高速巡航飛行和低速大功角飛行狀態(tài)，從而在維持巡航升阻比的情況下提高小翼的低速氣動特性。

8、根據(jù)本發(fā)明的以上方面，較佳地，在上壓電片和下壓電片的同步運動中，上壓電片和下壓電片同時伸長或縮短，以改變翼梢小翼的翼型厚度，而在上壓電片和下壓電片的差動運動中，上壓電片和下壓電片中的一個伸長或縮短，而上壓電片和下壓電片中的一個反向縮短或伸長，或者保持不變，以改變翼梢小翼的翼型前段彎度。

9、這種布置能夠選擇性地改變翼梢小翼的翼型厚度或翼梢小翼的翼型前段彎度，起到改變翼型前段彎度的效果。這樣，根據(jù)飛行器構(gòu)型和飛行工況，處于高速巡航狀態(tài)時，壓電片不工作，小翼保持初始翼型；處于大攻角狀態(tài)時，選取最優(yōu)前緣半徑、翼型厚度和前段彎度組合，向各組壓電片輸出電信號，實現(xiàn)準(zhǔn)確控制翼梢小翼翼型變化。

10、根據(jù)本發(fā)明的以上方面，較佳地，上壓電片可以粘接到上蒙皮的內(nèi)表面，下壓電片可以粘接到下蒙皮的內(nèi)表面，而前緣壓電片可以粘接到前緣蒙皮的內(nèi)表面。

11、這樣，能夠在確保壓電片與蒙皮的內(nèi)表面的連接強(qiáng)度的同時，避免破壞翼梢小翼的氣動外形。

12、根據(jù)本發(fā)明的以上方面，較佳地，壓電裝置可以包括沿著翼梢小翼的展向方向間隔開布置的多個壓電片。

13、這種布置能防止壓電片在沿弦向伸長變形時，蒙皮展向由于泊松效應(yīng)產(chǎn)生影響氣動外形的變形。

14、根據(jù)本發(fā)明的以上方面，較佳地，壓電裝置的變形可以發(fā)生在弦向方向上。這樣，當(dāng)壓電片伸長時，蒙皮與壓電片粘接一側(cè)受壓電片的作用伸長，根據(jù)彈性力學(xué)的平截面假設(shè)，蒙皮截面法向?qū)⑥D(zhuǎn)動，使得蒙皮向遠(yuǎn)離壓電片方向彎曲，而在壓電片收縮時，蒙皮將在相反的方向上彎曲，從而改變翼型厚度和前段彎度。

15、根據(jù)本發(fā)明的以上方面，較佳地，壓電裝置可以采用mfc壓電纖維復(fù)合材料制成。mfc中柔性的聚合物能夠保護(hù)陶瓷在高載荷下不被破壞，使得壓電裝置能夠承受較大載荷和高應(yīng)變。

16、根據(jù)本發(fā)明的以上方面，為了實現(xiàn)所期望的氣動性能，較佳地，壓電裝置在變形時引起的蒙皮局部變形量可以不小于5mm。

17、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出了一種固定翼飛行器，該固定翼飛行器的機(jī)翼可以設(shè)置有根據(jù)以上方面所述的翼梢小翼。

18、根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提出了一種用于控制翼梢小翼的翼型的方法，包括：提供根據(jù)以上方面所述的翼梢小翼；在固定翼飛行器的高速巡航狀態(tài)下，壓電裝置不工作，翼梢小翼保持初始翼型；在固定翼飛行器的低速高升力狀態(tài)下，壓電裝置工作，并且使得前緣蒙皮的半徑增大，并且在上蒙皮與下蒙皮之間的相對厚度增大，翼型前段彎度增大。

19、由此，通過本發(fā)明的翼梢小翼能夠滿足使用要求，克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點并且實現(xiàn)了預(yù)定的目的。

技術(shù)特征：

1.一種翼梢小翼(100)，所述翼梢小翼設(shè)置在機(jī)翼(200)的展向外側(cè)處并且包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的翼梢小翼(100)，其特征在于，所述壓電裝置(30)包括附連到所述上蒙皮(21)的內(nèi)表面的上壓電片(31)、附連到所述下蒙皮(22)的內(nèi)表面的下壓電片(32)以及附連到所述前緣蒙皮(23)的內(nèi)表面的前緣壓電片(33)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的翼梢小翼(100)，其特征在于，所述上壓電片(31)和所述下壓電片(32)能夠在電信號作用下實現(xiàn)同步運動或差動運動，以改變所述翼梢小翼(100)的翼型厚度或前段彎度，而所述前緣壓電片(33)能夠在電信號作用下伸長或縮短，以改變所述前緣蒙皮(23)的前緣半徑。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的翼梢小翼(100)，其特征在于，在所述上壓電片(31)和所述下壓電片(32)的所述同步運動中，所述上壓電片(31)和所述下壓電片(32)同時伸長或縮短，以改變所述翼梢小翼(100)的翼型厚度，

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的翼梢小翼(100)，其特征在于，所述上壓電片(31)粘接到所述上蒙皮(21)的內(nèi)表面，所述下壓電片(32)粘接到所述下蒙皮(22)的內(nèi)表面，而所述前緣壓電片(33)粘接到所述前緣蒙皮(23)的內(nèi)表面。

6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的翼梢小翼(100)，其特征在于，所述壓電裝置(30)包括沿著所述翼梢小翼(100)的展向方向(s)間隔開布置的多個壓電片。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的翼梢小翼(100)，其特征在于，所述壓電裝置(30)的變形發(fā)生在弦向方向(c)上。

8.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的翼梢小翼(100)，其特征在于，所述壓電裝置(30)采用mfc壓電纖維復(fù)合材料制成。

9.一種固定翼飛行器(1000)，所述固定翼飛行器的機(jī)翼(200)設(shè)置有根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的翼梢小翼(100)。

10.一種用于控制翼梢小翼(100)的翼型的方法，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種翼梢小翼，該翼梢小翼設(shè)置在固定翼飛行器的機(jī)翼的展向外側(cè)處并且包括：支承結(jié)構(gòu)，支承結(jié)構(gòu)支承翼梢小翼；蒙皮，蒙皮附連到支承結(jié)構(gòu)并且包括設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)上部的上蒙皮和設(shè)置在支承結(jié)構(gòu)下部的下蒙皮，其中，在上蒙皮與下蒙皮連接的位置處形成前緣蒙皮；以及壓電裝置，壓電裝置附連到上蒙皮、下蒙皮和前緣蒙皮中的至少一個的內(nèi)表面，并且壓電裝置能夠被驅(qū)動發(fā)生變形，使得蒙皮跟隨壓電裝置的變形而發(fā)生變形。這種布置能夠根據(jù)期望來改變翼梢小翼的翼形，從而以主動流動控制方式實現(xiàn)兼顧高低速氣動性能的翼梢小翼。另外，本發(fā)明還涉及一種固定翼飛行器以及用于控制翼梢小翼的翼型的方法。

技術(shù)研發(fā)人員：孫宇辰,馬振海,毛昆,馬涂亮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國商用飛機(jī)有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/26