用于气动有效机翼的增升襟翼，特别是前缘襟翼

本申请要求2005年6月16日提交的德国专利申请No.10 2005 027 749.7的优先权，其公开文本通过参考在此引入。

技术领域

本发明涉及一种用于气动有效机翼的增升襟翼，特别是前缘襟翼。

背景技术

现有技术已知许多高升力部件，它们设计成用于改善气动有效机翼 的升力特性，该高升力部件用于沿机翼深度方向增加机翼翼型的曲率和 /或展度，从而增加机翼升力。

相对于流向设置在机翼翼型的前端的这种类型的高升力部件大致 分成前缘襟翼以及前缘缝翼，前缘襟翼基本上无间断地从机翼翼型前端 延续，在前缘缝翼的后缘和实际机翼的前端之间存在缝隙，通过该缝隙 将高能量空气从前缘缝翼的下侧导入实际机翼的顶部。

由于边界层分离的延迟，前缘缝翼结构在接近着陆时是有利的，但 是由于阻力增加，其对起飞是不利的，由于流经缝隙区域的气流不可避 免地产生颤动和湍流，所以所述前缘缝翼结构代表明显的噪声源。

空客A380上已经使用的已知解决方法是，提供一种基本上无任何 缝隙地从实际机翼前端延续的前缘襟翼，该前缘襟翼具有刚性翼型，并 绕设置在机翼翼型下侧的转动轴枢转，其意义在于使其在收缩位置和伸 展位置之间移动。这种设置中，襟翼的上尾缘沿同样圆形弯曲的前机翼 端部蒙皮在所述转动轴上做圆形移动，其中前缘襟翼基本上无任何缝隙 地从前机翼端部蒙皮延续。

此外，已知大量前缘襟翼，其包括具有可变曲率的柔性壳，其中转 动轴也设置在机翼翼型内。这种前缘襟翼例如记载在US 4 475 702、US 6 015 115、US 6 796 534、US 4 200 253、US 4 553 722和EP 0 302 143 中。这种具有可变曲率的前缘襟翼具有不利之处，不仅由于其设计高度 复杂，而且由于以期望的精度保持预定机翼翼型困难。进一步地，具有 可变曲率的前缘襟翼从US 4 650 140和US 4 706 913已知。

US 5 927 656描述了具有刚性翼型的前缘襟翼，该前缘襟翼通过杠 杆机构可以相对于载荷机翼的前部机翼端蒙皮进行调节，其中在襟翼和 前部机翼端蒙皮之间保持缝隙，以允许气流从机翼翼型的下侧流到其顶 部。

从EP 100 775已知一种转动轴位于机翼翼型下方的前缘襟翼，其中 在机翼的长柔性壳顶部处设置有前缘襟翼，其在机翼下侧没有被封闭。

最后，从US 5 44 847和US 5 839 699可知一种高升力设备，其中 前缘缝翼可以通过弯曲成圆形的导轨在位于机翼翼型下方的虚拟转动 轴上，即压力侧，相对于机翼结构延伸。在伸展状态，前缘缝翼和机翼 结构之间存在缝隙，该缝隙允许高能空气从机翼下侧流到其顶部。在前 缘缝翼后部产生强烈的旋涡区域，该区域产生噪声并增加阻力。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于气动有效机翼的增升襟翼，特别是前 缘襟翼，通过该增升襟翼可以很好地实现升力增加，同时保持低的噪声 产生和低的阻力增加。

该目的通过具有权利要求1的特征的增升襟翼实现。

根据本发明的增升襟翼的有利的示例性实施方式和改进在从属权 利要求中描述。

根据本发明制造的增升襟翼，特别是前缘襟翼，其用于具有给定翼 型的气动有效机翼，尤其是用于飞行器的载荷机翼(翼剖面)。该机翼 包括翼盒，其第一侧包括第一蒙皮，其相对的第二侧包括第二蒙皮，在 其面对襟翼的一端包括机翼端部蒙皮，该蒙皮至少部分沿机翼翼型的形 状从第一蒙皮延续。襟翼包括形成从机翼的第一侧到第二侧的过渡的基 本上刚性的主体、面对机翼第一侧的第一过渡区域和面对机翼第二侧的 第二过渡区域，所述襟翼能够通过连接在襟翼和翼盒之间的保持和致动 机构在第一收缩位置和第二伸展位置之间调节，其中在第一收缩位置， 所述襟翼与机翼端部蒙皮的大部分交迭，在第二伸展位置，所述襟翼与 机翼端部蒙皮的小部分交迭，其中襟翼的面对机翼第一侧的第一过渡区 域能够相对于所述机翼端部蒙皮滑动，从而在各个位置基本上无缝隙地 靠在第一蒙皮和/或从第一蒙皮延续的机翼端部蒙皮上。在本发明中， 襟翼能够在第一位置和第二位置之间定位，同时相对于翼盒保持一定角 度，并且保持机翼翼型在位于与第一蒙皮相对侧并处于机翼翼型外侧的 虚拟转动轴上同步伸展，其中襟翼的面对机翼第二侧的第二过渡区域在 每个襟翼位置相对于第二蒙皮密封从而基本上无缝隙。

根据本发明的增升襟翼使得翼型形状有可能在整体上更加连续，沿 着整个翼型具有有利的流线设计，这使得机翼翼型上的高吸力峰值减小 并且避免或延迟了翼型渗透(profile saturation)。在机翼两侧大大稳定 的翼型形状与传统襟翼相比减小了阻力和噪声。与传统襟翼相比升力有 明显增加，升力的增加源于翼型曲率的增加和由于强的福勒(Fowler) 移动所致的沿机翼深度方向的翼型展度的增加。在机翼下侧避免了旋涡 区域使气动性改善，同时降低了噪声产生和降低了阻力。在设计阶段， 可以在宽范围内以相关的关系选择角度和襟翼伸展过程中产生的福勒 路径。翼型顶部没有缝隙以及襟翼后部没有屏蔽旋涡区使得噪声和阻力 降低。

根据本发明的实施方式，襟翼能够在其上调节的虚拟转动轴的位置 能够根据襟翼位置沿给定曲线变化。

但是，根据本发明的有利实施方式，襟翼能够在其上调节的虚拟转 动轴对于所有的襟翼位置是固定的。

根据本发明的实施方式，保持和致动机构包括连接在翼盒和襟翼之 间的导杆连杆机构，所述保持和致动机构能够通过作用在所述导杆连杆 机构上的调节驱动装置驱动。

根据本发明的有利实施方式，保持和致动机构包括连接在翼盒和襟 翼之间并且基本上沿机翼深度方向延伸的导轨，所述保持和致动机构能 够通过作用在所述导轨上的调节驱动装置驱动。

根据本发明的优选实施方式，导轨形成圆弧形，虚拟转动轴作为其 中心，至少部分地沿机翼翼型的形状从第一蒙皮延续的机翼端部蒙皮也 在虚拟转动轴上圆形地弯曲，使得在调节襟翼时，襟翼的第一过渡区域 能够沿圆形弯曲的机翼端部蒙皮以圆形运动的方式移动。

根据本发明的有利实施方式，襟翼的面对机翼第二侧的第二过渡区 域形成在预应力蒙皮机翼壁板(Flügelschalenprofil)上，所述预应力蒙 皮机翼壁板从襟翼的刚性主体的壳上延续并伸展到机翼的第二蒙皮，第 二过渡区域设置成用于相对于第二蒙皮滑动，以在每个襟翼位置提供到 所述蒙皮的基本上无缝隙的过渡。

在这种设置中，有利地，第二蒙皮的某一区域——在襟翼调节时， 襟翼的第二过渡区域能够沿该区域相对于第二蒙皮滑动——相对于虚 拟转动轴基本上沿切向延伸。

根据本发明的有利实施方式，第二过渡区域通过预应力蒙皮机翼壁 板的从襟翼的刚性主体延续的柔性区域形成。

根据本发明的有利实施方式，柔性区域设置在预应力蒙皮机翼壁板 的从襟翼的刚性主体延续的端部。

根据本发明的有利实施方式，预应力蒙皮机翼壁板包括从襟翼的刚 性主体延续的第一刚性壁板区域，还包括依次从所述第一壁板区域延续 并且形成第二过渡区域的第二柔性壁板区域。

有利地，所述第一刚性壁板区域的内侧包括基本上沿机翼深度方向 延伸的加强肋。

优选地，设置在预应力蒙皮机翼壁板的从襟翼的刚性主体延续的端 部的柔性区域设计成靠在第二蒙皮上的密封缘的形状。

根据本发明的有利实施方式，保持和致动机构包括多个圆弧形的导 轨，所述导轨设置成在包括其曲率中心的虚拟转动轴上沿翼展方向布 置。

根据本发明的有利实施方式，所述圆弧形的导轨——有多个这样的 导轨并且所述导轨设置成沿翼展方向间隔开——具有相同的曲率半径。

根据本发明的另一有利实施方式，每个圆弧形的导轨——有多个这 样的导轨并且所述导轨设置成沿翼展方向间隔开——具有沿翼展方向 变小的不同的曲率半径。

根据本发明的一个实施方式，至少部分沿机翼翼型的形状从第一蒙 皮延续的机翼端部蒙皮具有沿翼展方向恒定的曲率半径。

根据本发明的优选实施方式，至少部分沿机翼翼型的形状从第一蒙 皮延续的机翼端部蒙皮具有沿翼展方向减小的曲率半径。

优选地，导轨和机翼端部蒙皮的曲率半径沿翼展方向以相同的比率 变小。

根据该设置，优选地，襟翼的主体随着导轨和/或机翼端部蒙皮的曲 率半径的减小而沿翼展方向逐渐变细。

根据本发明的优选实施方式，在第二蒙皮上设置有凹部或凹处，以 容纳朝向第二蒙皮延伸的预应力蒙皮机翼壁板，由于所述凹部或凹处， 至少在收缩襟翼位置形成从襟翼的预应力蒙皮机翼壁板到翼盒的第二 蒙皮的基本上平滑的过渡。

在该设置中，优选地，凹部的深度大致对应于预应力蒙皮机翼壁板 的朝向第二蒙皮延伸的厚度。

根据本发明的有利实施方式，包含在致动机构中的导轨为齿条，所 述齿条能够通过调节驱动装置的驱动小齿轮驱动，所述驱动小齿轮与所 述齿条啮合。

优选地，导轨通过导辊引导。

根据本发明的有利实施方式，在翼盒上设置有锁定装置，通过所述 锁定装置，襟翼的朝向第二蒙皮延伸的预应力蒙皮机翼壁板在收缩襟翼 位置能够相对于翼盒锁定。

特别地，在该设置中，锁定装置由巡航辊形成。

优选地，在襟翼上横向地设置有密封装置，所述密封装置朝向外部 气动地密封襟翼。

密封装置包括能够相对于彼此滑动的横向壁板。

根据本发明的有利实施方式，襟翼的刚性主体的壳和/或预应力蒙皮 机翼壁板的朝向第二蒙皮延伸的刚性区域由碳纤维加强塑料(CFRP) 制成。

此外，根据本发明的有利实施方式，预应力蒙皮机翼壁板的朝向第 二蒙皮延伸的柔性区域由玻璃纤维加强塑料(GFRP)制成。

附图说明

以下结合附图解释本发明的示例性实施方式。

在附图中：

图1是根据本发明的示例性实施方式的具有增升襟翼的气动机翼的 部分横截面图；

图1a和1b是图1的局部放大图；

图2a和2b分别是根据示例性实施方式的具有增升襟翼的气动机翼 的仰视图和立体图，其中图1的横截面图沿图2a的A-A线所剖；

图3是根据图1的示例性实施方式的增升襟翼的立体图，其中示意 性地示出了所述襟翼的保持和致动机构；

图4是从另一个角度观察的图1的增升襟翼的立体图，其中机翼未 示出；

图5a到5e是图1的增升襟翼在收缩状态(图5a)和各种伸展状态(图 5b到5e)的横截面图。

具体实施方式

在以下附图中，相似或相同元件用相同或相似的参考标记指代。

图1表示飞行器的载荷机翼的前部区域的横截面，机翼整体上由标 号10指示，该载荷机翼上设置有形式为前缘襟翼20的增升襟翼。

机翼10包括翼盒10a，在其顶部设置有第一蒙皮(Beplankung)11， 在其底部设有第二蒙皮12。蒙皮11、12在翼盒的前端通过翼梁13彼此 隔开给定距离保持。第一蒙皮11朝向前端，即朝向面对襟翼20的端部， 以机翼翼型的形式部分继续到机翼端部蒙皮14上。

襟翼20包括主体21，其壳21a朝向前端完成了机翼翼型。主体21 的构造及其壳21a是刚性的。

在主体21的底部，壳21a通过预应力蒙皮机翼壁板22在朝向翼盒 10a的第二蒙皮12的方向上延续。所述预应力蒙皮机翼壁板22牢固地 连接到主体21的壳21a，在面对翼盒10a的第二蒙皮12的端部处设置 成能够相对于第二蒙皮12滑动。在预应力蒙皮机翼壁板22的内部，设 置有加强肋25，其大致沿机翼深度方向延伸，其稳定了预应力蒙皮机翼 壁板22并且有助于预应力蒙皮机翼壁板22保持其形状。

横向地，即在图1的视图中，在前缘襟翼20的后端设有可相互滑 动的横向壁板26、27，该横向壁板26、27朝向外部气动封闭了襟翼20。

在翼梁13的底端，在其面对襟翼20的一侧，设有沿翼展方向延伸 的加强条29，所示示例中的该加强条29——如图1a中的放大截面图所 示——具有四分之一圆弧形的横截面并且用于在翼盒10a和襟翼20之 间的过渡区域承受剪切力。

预应力蒙皮机翼壁板22包括刚性区域22a，其靠近襟翼20的主体 21并且其后部通过前面提及的加强肋25稳定，并进一步包括柔性区域 22b，其位于预应力蒙皮机翼壁板22靠在翼盒10a的第二蒙皮12之处。

如图2a和2b所示，襟翼20设置成靠近机翼10根部的前缘襟翼， 或者它沿机翼10的翼展方向的较大部分延伸。图1的横截面图沿图2a 的线A-A所剖。

图3示意性地示出了保持和致动机构，其整体上用标号23表示。 该机构用于将襟翼20保持到翼盒10a，并使襟翼20能够调节，如在第 一收缩位置和第二伸展位置之间调节，当然也能使所述襟翼20在它们 之间的任何期望位置得以调节。

该保持和致动机构23包括导轨23a，其弯曲成圆弧形，即它的曲率 是不变的，其中导轨23a的曲率中心限定了虚拟转动轴30，在襟翼20 调节期间其也能够该转动轴在圆形的轨迹上滑动。

如图1所示，在机翼前部从第一蒙皮11延续的机翼端部蒙皮14形 成绕虚拟转动轴30(在图1中由半径箭头指示)的圆形曲面，在襟翼 20调节时其沿着该转动轴30移动。这意味着，在襟翼20的调节运动过 程中，具有第一过渡区域20a——其通过襟翼20的面对第一蒙皮11的 端部限定，即通过襟翼20的位于图中上端的端部限定——的襟翼20基 本上始终没有缝隙地靠在机翼端部蒙皮14上。第二过渡区域20b通过 预应力蒙皮机翼壁板22的后部限定，即，处于第二柔性壁板区域22b 的端部，在该过渡区域，襟翼20在机翼10的底部形成到第二蒙皮12 的轮廓的过渡。

在导轨23a面对虚拟转动轴30的一侧，即图3中导轨23a的底部， 所述导轨23a包括齿设置，转动驱动器(图中本身未示出)的驱动小齿 轮23c的齿设置与该导轨的齿设置啮合。这样，导轨23a形成齿条，它 与驱动小齿轮23c相互作用，使得襟翼20能够通过驱动该驱动小齿轮 23c的转动驱动器调节。在所示的示例性实施方式中，为了解释仅示意 性地示出，导轨23a牢固地保持到翼盒10a，而驱动小齿轮23c及其转 动驱动器(未示出)设置在襟翼20的内部并能够与所述襟翼20一起移 动。当然，相反地，也可能提供一种设置，其中导轨23a牢固地连接到 襟翼20并与所述襟翼20一起移动，而驱动小齿轮23c及其转动驱动器 设置在翼盒10a内。

襟翼20设置成相对于导轨23a静止，并通过致动机构23保持从而 能够相对于机翼10a移动。保持和致动机构23的正确功能通过导辊23b、 驱动小齿轮23c和通过转动驱动器(未示出)来保证，在图3所示的示 例性实施方式中，它们都设置在前翼梁13内以保持静止。

图5a到5e表示翼盒10a的前部区域和前缘襟翼20的横截视图，其 与图1所示内容类似。

图5a表示根据图1的襟翼20的完全收缩的第一位置，在该位置， 襟翼20大部分覆盖机翼端部蒙皮14，从而完成了机翼前缘的机翼翼型， 并形成机翼10的巡航配置。

图5e表示襟翼20的完全伸展的第二位置，在该位置，襟翼20仅与 机翼端部蒙皮14的一小部分交迭，并且该位置表示机翼10的起飞和/ 或着陆配置，在该配置中实现了最大升力。襟翼调节在某种意义上讲是 一种Fowler运动，在该运动中，翼型曲率的增加同时与机翼深度方向 的翼型展度相关。

图5b到5d表示三个位置。

通过比较图5a到5e明显看出，在襟翼20伸展过程中，面对第一蒙 皮11的第一过渡区域20a在虚拟转动轴30(与图1比较)上沿圆形路 径移动，第二过渡区域20b——其位于预应力蒙皮机翼壁板的端部并在 襟翼20的伸展移动过程中面对第二蒙皮12——在机翼深度方向上向前 沿第二蒙皮12拖动。在该过程中，预应力蒙皮机翼壁板20的第二过渡 区域20b始终保持大致无缝隙地紧靠第二蒙皮12。这样在每个位置， 即在图5a所示的第一收缩位置、图5e所示的第二伸展位置、如图5b 到5d所示在它们之间的任何中间位置，襟翼20大致无缝隙地始终保持 紧靠第一蒙皮11和/或靠在机翼端部蒙皮14或第二蒙皮12上。

如图4的立体图所示，如上所述，预应力蒙皮机翼壁板22——其从 襟翼20的主体21沿翼盒10a的第二蒙皮12的方向延续——一方面通 过位置更加靠近主体21的第一刚性壁板区域22a另一方面通过位置远 离主体21的第二柔性壁板区域22b形成。所述柔性壁板区域22b形成 柔性密封缘，它设置成靠在翼盒10a的第二蒙皮12上。

如果预应力蒙皮机翼壁板22由纤维加强塑料材料制成，则第一刚 性壁板区域22a优选地由碳纤维加强塑料(CFRP)制成，而形成密封 缘的第二柔性壁板区域22b可由玻璃纤维加强塑料(GFRP)制成。襟 翼20的壳21a——该壳21a形成机翼前缘——也可以用刚性方式由碳纤 维加强塑料(CFRP)制成。优选地，为了达到增加强度的目的，壳21a 和第一刚性壁板区域22a为整体设计，即由整块制成。壁板区域22a和 22b可通过铆接或螺纹连接或某些其它合适方式互连。

图1和图4所示的横向壁板26、27——该横向壁板26、27可相互 滑动——通过长度可变的连接元件连接到翼盒10a。

如图1所示，第二蒙皮12的某区域——沿着该区域，第二过渡区 域20b，在示例性实施方式中示出为设计成柔性密封缘的第二壁板区域 22b，在襟翼调节过程中能够相对于第二蒙皮12滑动——基本上相对于 虚拟转动轴30切向对齐。这意味着前面提到的第二过渡区域20b沿着 第二蒙皮12的拖动运动在该位置只需要第二壁板区域22b较小地变形。

当从翼展方向观察时，所示实施方式的保持和致动机构23包括多 个圆弧形的导轨23a，它们在该方向上相互隔开，如图3所示。这些导 轨23a的曲率中心设置在虚拟转动轴30上，即导轨23a的移动，进而 襟翼20的移动也在沿翼展方向延伸的虚拟转动轴30上，图1仅示出了 虚拟转动轴30的一个点。

这些圆弧形的导轨23a——其沿机翼10的翼展方向设置成彼此隔开 ——可以具有相同的曲率半径，或者他们可以具有通常沿翼展方向减小 的不同的曲率半径。

机翼端部蒙皮14——其从第一蒙皮11沿机翼翼型的形状向前延续 ——典型地具有沿翼展方向减小的曲率半径，其与襟翼20的主体21沿 翼展方向逐渐变细的方向相关。这种结构中，导轨23a和机翼端部蒙皮 14的曲率半径典型地以相同比率减小。

如图1所示，特别是图1b所示的局部放大图，在第二蒙皮12上设 置有凹部24，其设计成容纳预应力蒙皮机翼壁板22的朝向所述第二蒙 皮12延伸的端部，该凹部24至少在收缩襟翼位置产生从襟翼20的预 应力蒙皮机翼壁板22到翼盒10a的第二蒙皮12的大致平滑，即无台阶 的过渡。该凹部24的深度大致对应于预应力蒙皮机翼壁板22的厚度。

为了在襟翼收缩时，即当襟翼20处于图1和5a所示的巡航位置时， 使襟翼20的预应力蒙皮机翼壁板22相对于翼盒10a锁定，在预应力蒙 皮机翼壁板22的内侧，靠近翼盒10a的翼梁13，可设置本身已知的形 式为巡航辊的锁定装置，但该锁定装置在图1中没有专门表示出来。

襟翼20一方面在第一过渡区域20a到第一蒙皮11或从所述第一蒙 皮11延续的机翼端部蒙皮14另一方面在第二过渡区域20b到第二蒙皮 12的基本无缝隙的过渡产生了完全整体的机翼翼型，其基本上没有任何 间断，并且涉及气动有利的流线设计，升力增加非常明显，而阻力和噪 声产生则很小。这种设置特别有利之处在于它提供了形状整体上基本连 续的整体机翼翼型，该形状在机翼底部没有任何旋涡区域，也没有别的 产生旋涡的屏蔽下风区。

应当注意，术语“包括”并不排除其它元件和步骤，“一”或“一 种”不排除多个。结合不同实施方式描述的元件也可以结合起来。也应 当注意，权利要求中的参考标记不应认作对权利要求范围的限制。

附图标记列表：

10机翼

10a翼盒

11第一蒙皮

12第二蒙皮

13翼梁

14机翼端部蒙皮

20襟翼

20a第一过渡区域

20b第二过渡区域

21主体

21a壳

22预应力蒙皮机翼壁板

22a第一壁板区域(刚性)

22b第二壁板区域(柔性)

23保持和致动机构

23a导轨

23b导辊

23c驱动小齿轮

24凹部

25肋

26横向壁板

27横向壁板

28连接元件

29加强条

30虚拟转动轴