飞机后缘襟翼
阅读说明：本技术 飞机后缘襟翼 (Aircraft trailing edge flap ) 是由 王文虎 孙一峰 宋晓 张思媛 张振 孙可心 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种既能够降低襟翼侧缘的气动噪声、又能够减小巡航阻力的飞机后缘襟翼。飞机后缘襟翼以能够展开及收起的方式设在飞机主翼的后缘部,且具备沿着主翼的翼长方向延伸的襟翼主体,其中,在襟翼主体的外侧缘部,在中段部分形成有将襟翼主体的上翼面及下翼面之间贯穿的一个或多个空气通路,空气通路向翼长方向外侧开口,并且在空气通路中填充有多孔介质,在形成有多个空气通路的情况下多个空气通路彼此不连通。(The invention provides an aircraft trailing edge flap which can reduce aerodynamic noise of a flap side edge and cruise resistance. The flap body is provided at an outer edge portion thereof with one or more air passages that penetrate between an upper wing surface and a lower wing surface of the flap body, the air passages being open to the outside in the wing length direction, and the air passages being filled with a porous medium, and the plurality of air passages being not communicated with each other when the plurality of air passages are formed.)
技术领域
本发明涉及以能够展开及收起的方式设在飞机主翼的后缘部的飞机后缘襟翼，更具体地说，涉及飞机后缘襟翼的降噪结构。
背景技术
为了在飞机起降时增加升力，飞机在主翼的后缘部设有后缘襟翼，该后缘襟翼在飞机巡航时相对于主翼收起，在起降时从主翼展开，确保飞机低速起降时升力足够大。
受适航条例限制，各型号民用飞机均面临迫切的降噪需求。其中，襟翼侧缘噪声是飞机起降阶段中的机体噪声的重要噪声源，是一类较为集中的噪声源，有机会以较小的设计代价获得显著的降噪效果，因此值得深入研究。
关于襟翼侧缘噪声，其产生原因为，在后缘襟翼从主翼展开的状态下，在襟翼的延伸方向(翼长方向)上，在外侧缘部(翼梢)的翼面附近，在襟翼的上方与下方产生压力差，从而产生从该外侧缘部的下翼面侧向上翼面侧卷起的涡流，导致产生气动噪声。由此可知，减少该涡流的产生对于襟翼侧缘噪声的降低是有效的。
对此，在专利文献1中，公开了一种降噪用后缘襟翼，通过对后缘襟翼的外侧缘部的中段结构进行裁剪而形成彼此不连通的若干部分，形成上下翼面之间的空气通路，使得襟翼侧缘噪声降低。
另外，在专利文献2中，公开了一种噪声衰减面板，可用于襟翼侧缘，襟翼侧缘的除了前后两端的绝大部分采用格子结构来取代襟翼侧缘的常规结构。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：CN101454202A
专利文献2：WO2019/072980A1
但是，在上述两个专利文献中，主要考虑了襟翼侧缘结构的降噪效果，而未考虑襟翼侧缘结构对后缘襟翼的巡航气动特性的负面影响。在专利文献1中，在巡航飞行时，其空气通路会产生显著的气流分离，导致显著高的压差阻力，另一方面，在专利文献2中，在巡航飞行时，其相连通的整块多孔介质由于粗糙表面积更大，会导致其摩擦阻力高。即，上述两个专利文献的襟翼侧缘结构都会带来额外的巡航阻力。
因此，亟需一种既能够降低襟翼侧缘的气动噪声、又能够减小巡航阻力的飞机后缘襟翼。
发明内容
本发明的目的在于提供一种飞机后缘襟翼，在襟翼主体的外侧缘部的中段部分形成有将襟翼主体的上翼面及下翼面之间贯穿的一个空气通路或彼此不连通的多个空气通路，并且在该空气通路中填充有多孔介质，由此，既能够降低襟翼侧缘的气动噪声，又能够减小巡航阻力。
本发明通过下述方案来实现上述目的。
本发明的第1方案提供了一种飞机后缘襟翼，其以能够展开及收起的方式设在飞机的主翼的后缘部，且具备沿着上述主翼的翼长方向延伸的襟翼主体，在上述飞机后缘襟翼中，在上述襟翼主体的外侧缘部，在中段部分形成有将襟翼主体的上翼面及下翼面之间贯穿的一个空气通路或多个空气通路，上述空气通路向翼长方向外侧开口，并且在上述空气通路中填充有多孔介质，在形成有多个空气通路的情况下上述多个空气通路彼此不连通。
在本发明的第2方案中，在第1方案所述的飞机后缘襟翼中，也可以是，上述一个空气通路或多个空气通路相对于上述襟翼主体的上述上翼面及下翼面倾斜形成，使得在上述飞机后缘襟翼相对于上述主翼展开时，每个上述空气通路的方向与外部气流方向一致。
在本发明的第3方案中，在第1或第2方案所述的飞机后缘襟翼中，也可以是，在将上述襟翼主体的翼弦方向尺寸设为尺寸L的情况下，上述一个空气通路或多个空气通路的各自的翼长方向尺寸为上述尺寸L的50％以下，各自在上翼面或下翼面的翼弦方向尺寸为上述尺寸L的20％以下，上述多个空气通路在上翼面或下翼面的翼弦方向的合计尺寸为上述尺寸L的50％以下。
在本发明的第4方案中，在第3方案所述的飞机后缘襟翼中，也可以是，上述多个空气通路在上述襟翼主体的翼弦方向上，以不同宽度形成。
在本发明的第5方案中，在第3方案所述的飞机后缘襟翼中，也可以是，上述多个空气通路在上述襟翼主体的翼弦方向上，以相同宽度形成。
在本发明的第6方案中，在第4或第5方案所述的飞机后缘襟翼中，也可以是，上述多个空气通路在上述襟翼主体的翼长方向上，以不同长度形成。
在本发明的第7方案中，在第4或第5方案所述的飞机后缘襟翼中，也可以是，上述多个空气通路在上述襟翼主体的翼长方向上，以相同长度形成。
在本发明的第8方案中，在第3方案所述的飞机后缘襟翼中，也可以是，上述多孔介质的孔隙率为10％至90％。
发明效果
根据本发明，在襟翼主体的外侧缘部，在中段部分形成有将襟翼主体的上翼面及下翼面之间贯穿的一个空气通路或彼此不连通的多个空气通路，每个空气通路向翼长方向外侧开口，并且在空气通路中填充有多孔介质。由此，在飞机起降时后缘襟翼展开的状态下，利用空气通路中所填充的多孔介质的射流效应将襟翼侧缘分离涡流破碎为更微观流体结构，从而降低了襟翼侧缘涡流带来的气动噪声；而且，在飞机巡航时后缘襟翼收起的状态下，利用多孔介质的填充效应，避免未被收进主翼的上下翼面间的空气通路导致的分离流动，从而减小了巡航飞行的空气阻力。
附图说明
图1是表示飞机机翼的结构的示意图。
图2是表示本发明的飞机后缘襟翼的襟翼主体的图，示出了俯视图及从外侧缘部侧观察到的侧视图。
图3是表示本发明的襟翼主体相对于主翼展开的状态的示意图。
图4是表示本发明的襟翼主体相对于主翼收起的状态的示意图。
附图标记说明
1：机身，2：主翼，3：后缘襟翼，4：喷气发动机，5：前缘缝翼；11：襟翼主体，11a：前缘部，11b：外侧缘部，S：空气通路，13：多孔介质，14：上后缘壁板，15：下后缘壁板，16：主翼后梁，P：主翼后缘空腔。
具体实施方式
以下，结合说明书附图，进一步对本发明的具体实施方式进行详细描述。以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制。另外，在附图中，存在便于说明而尺寸不一致、或仅图示主要结构的情况。
此外，在以下的说明中，将飞机的机头设为前、机尾设为后、机翼与机身接合的方向设为内、机翼伸出(翼梢)的方向设为外进行说明。
首先，说明飞机机翼的结构。图1是表示飞机机翼的结构的示意图。由于飞机两侧机翼的结构相同，所以在此仅图示右侧机翼进行说明。如图1所示，与机身1接合的机翼主要包括：从机身1向外侧延伸的主翼2、设于主翼2的后缘部的后缘襟翼3、架设于主翼2之下的喷气发动机4、设于主翼2的前缘部的前缘缝翼5。
而且，后缘襟翼3具有与翼弦方向相比在翼长方向上长的形状，在俯视下呈长方形。
在飞机起飞或着陆时，使后缘襟翼3相对于主翼2展开，从而在起飞时和降落时保持低速下的足够升力。在后缘襟翼3相对于主翼2展开的状态下，在后缘襟翼3的翼长方向的外侧缘部即襟翼翼梢的上翼面和下翼面之间产生压力差，从而引发外侧缘部的下翼面侧向上翼面侧卷起的涡流，导致产生气动噪声。
对此，在本实施方式的后缘襟翼3中，谋求降低外侧缘部处的上翼面与下翼面之间的压力差，以实现降噪效果。以下，说明本实施方式的后缘襟翼的结构。图2是表示本发明的后缘襟翼的襟翼主体的图，示出了俯视图及从外侧缘部侧观察到的侧视图。
后缘襟翼3具有沿着主翼2的翼长方向延伸的襟翼主体11。如图2所示，在本实施方式的襟翼主体11的外侧缘部11b，在中段部分形成有将襟翼主体11的上翼面及下翼面之间贯穿的两个空气通路S，并且，两个空气通路S彼此不连通，向翼长方向外侧开口。在该空气通路S中填充有多孔介质13。在图2的俯视图中，实线矩形表示空气通路S在上翼面的开口的轮廓线，虚线矩形表示空气通路S的被遮挡部分的轮廓线。
而且，优选的是，空气通路S相对于襟翼主体11的上翼面及下翼面倾斜形成，使得如后所述，在后缘襟翼3相对于主翼2展开时，空气通路S的方向与外部气流方向一致。
另外，参照后述的图3，主翼2的后缘部包括上后缘壁板14、下后缘壁板15和主翼后梁16，其中，上后缘壁板14及下后缘壁板15分别从主翼后梁16的上下两端向后方延伸出，且上后缘壁板14的延伸长度大于下后缘壁板15的延伸长度，由上后缘壁板14、下后缘壁板15和主翼后梁16形成向后开放的主翼后缘空腔P。
以下，说明根据本实施方式的飞机后缘襟翼得到的效果。图3及图4分别是本发明的襟翼主体相对于主翼展开、收起的状态的示意图。
在飞机起降时襟翼主体11相对于主翼2展开的状态下，如图3所示，填充有多孔介质13的空气通路S与外部气流方向一致，通过多孔介质13产生的射流效应，将襟翼侧缘分离涡流破碎为更微观流体结构，从而降低了襟翼侧缘涡流带来的气动噪声。
另外，在飞机巡航时襟翼主体11相对于主翼2收起的状态下，如图4所示，襟翼主体11的前缘部11a处的上翼面及下翼面分别与主翼2的上后缘壁板14以及下后缘壁板15相贴合，前缘部11a包裹在由上后缘壁板14、下后缘壁板15和主翼后梁16形成的主翼后缘空腔P的内部，但贯穿上下翼面的空气通路S依然暴露在外部气流中。如果空气通路S中无多孔介质13，则上下翼面的压力差会导致巡航机翼后缘出现流动分离，产生不必要的压差阻力。对此，在本实施方式中，在空气通路S中填充有多孔介质13，利用多孔介质13的填充效应，能够尽可能消除流动分离，从而降低巡航状态的压差阻力。
此外，图2中示出了两个空气通路S在襟翼主体11的翼弦方向上以不同宽度形成的情况，但也可以使两个空气通路在襟翼主体11的翼弦方向上以相同宽度形成。
另外，图2中示出了两个空气通路S在襟翼主体11的翼长方向上以相同长度形成的情况，但也可以使两个空气通路在所述襟翼主体11的翼长方向上以不同长度形成。
在实施方式中，上述降噪效果及巡航阻力减小效果主要由空气通路S的开口面积、数量、多孔介质的孔隙率决定。因此，能够对空气通路S的尺寸进行各种设定。优选的是，在将襟翼主体11的翼弦方向尺寸设为尺寸L的情况下，各个空气通路S的翼长方向尺寸为尺寸L的50％以下，在上翼面或下翼面的翼弦方向尺寸为尺寸L的20％以下，另外，将空气通路S在上翼面或下翼面的翼弦方向的合计尺寸设为尺寸L的50％以下。例如，能够将空气通路S的翼长方向尺寸设为尺寸L的50％，将两个空气通路在上翼面或下翼面的翼弦方向尺寸均设为尺寸L的15％，或者，将空气通路S的翼长方向尺寸设为尺寸L的37.5％，将两个空气通路在上翼面或下翼面的翼弦方向尺寸分别设为尺寸L的15％和10％。另外，在图2中示出了形成有两个空气通路S的情况，但并不限定于此，也可以仅形成一个空气通路，还可以形成三个以上的空气通路。在形成三个以上的空气通路的情况下，空气通路彼此的间距既可以相同也可以不同。
另外，多孔介质可以根据设计需要，选用金属泡沫材料、非金属聚合物材料以及其他成熟工业材料。多孔介质的孔隙率由设计需要决定，在此，为了实现降噪与减阻之间的权衡，可选的多孔介质的孔隙率为10％至90％，例如为了增强降噪效果将孔隙率设为80％，或者，为了增强减阻效果将孔隙率设为20％。多孔介质可以是均匀的，也可以通过优化计算采用非均匀设计。本发明所述的多孔介质可以采用传统工艺制造，也可以采用如3D打印等新工艺制造。
综上，如果总体设计偏重降噪效果，则可以采用孔隙率较高材料及/或增加空气通路S的数量/总面积；如果总体设计偏重减阻效果，则采用孔隙率较低材料及/或减小空气通路S的数量/总面积。
此外，对于本发明的多孔介质与后缘襟翼的其他结构的连接，可以根据多孔介质的材料特性等采用各类的传统连接工艺，例如螺栓连接、焊接、熔接、粘接等。
以上，仅仅是对本发明的优选实施方式进行了详细说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施方式做出各种各样的变更和补充或采用类似的方式替代。本发明的技术范围应由权利要求书来确定，而且还应包括与权利要求书的记载内容相等同的含义及其范围内的所有变更。
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