[发明专利]具有层流控制的前缘及其制造方法

说明书

本发明涉及一种具有层流控制的前缘部段，该前缘部段包括：穿孔的外部蒙皮、穿孔的内部蒙皮、以及形成在外部蒙皮与内部蒙皮之间的多个吸入腔室。前缘部段包括沿翼展方向布置在前缘部段处的多个桁条，并且所述多个桁条与外部蒙皮一体地形成，以便将内部蒙皮连接至桁条。本发明还涉及一种用于制造结合有层流控制系统的前缘部段的方法，其中，将穿孔的内部蒙皮与具有与外部蒙皮一体地形成的多个桁条的穿孔的外部蒙皮连接，以使吸入腔室由外部蒙皮的一部分、内部蒙皮的一部分和一对桁条限定。

发明目的

本发明涉及用于飞行器升降表面——比如机翼或水平尾翼平面(HTP)——的具有混合层流控制的前缘的构型和制造方法。

本发明的目的是提供一种结合有混合层流控制(HLFC)的前缘设计，该前缘设计允许部件作为前缘的结构元件来结合以实现HLFC。

本发明的目的还在于提供一种HLFC前缘设计，在制造和使用期间均可以完全接近该HLFC前缘设计以便于维修和维护任务。

本发明的另一目的是提供一种可以用材料和生产技术的不同组合来制造的HLFC前缘，以便简化制造方法和相关的工具。

发明背景

飞行器制造商不断寻求提高飞行器性能和降低燃料消耗的方法。当改善飞行器性能时，主要因素之一是飞行器表面上的气动阻力。

在飞行期间由飞行器的暴露表面上的湍流气流引起显著量的飞行器阻力。靠近飞行器蒙皮的气流主要由于以下原因而成为湍流：

-关于较小的扰动方面，层流是不稳定的，以及

-表面缺陷会导致从层流到湍流的早期转变。

由于空气层流边界层比空气湍流边界层在飞行器表面处产生更小的摩擦，因此一种用于减小飞行器阻力的技术是在飞行器外表面上形成层流边界层并维持此层流边界层。

层流减小摩擦阻力，并且竖向尾翼(VTP)和水平尾翼(HTP)上的摩擦阻力减小将可能导致飞行器阻力减小高达2％。

形成和维持层流的当前的现有方法是：

-通过产生渐进压降(即，有利的梯度)的型面来获得自然层流(NLF)，从而实现流动加速度以及在大致最小压力点处向湍流的转变的延迟。

-层流控制(LFC)，该层流控制(LFC)依赖于使相对较少量的空气吸入通过穿孔的蒙皮来抑制边界层的不稳定性。

-混合层流控制(HLFC)，该混合层流控制(HLFC)是全LFC和NLF的组合，如图1A-图1C中所示，该混合层流控制(HLFC)依赖于：

1.施用至前缘1——翼弦(即，前翼梁的前面)的10％至20％——的吸入，以使流稳定，以及

2.准确成型的机翼或升力表面轮廓，以产生适合的压力梯度，从而维持吸入区域后部的层流。

从层流到湍流的转变由于该技术而被延迟，并且由于局部压力梯度和雷诺数的组合效应而甚至可以在弦的50％位置处的后方发生。

图2A-图2C示出了层流控制系统，该层流控制系统用以通过使空气在前缘1处流过微穿孔的蒙皮表面3而在边界层上致动。通常，微穿孔的直径在10微米至100微米的范围内。空气在蒙皮3下方被引导通过位于前缘部段(D盒)1处的一组腔室2，并且最后通过主腔室或吸入管道4排出。

由于吸入限于机翼或升力表面的前部，因此HLFC避免了与LFC相关的许多结构问题。HLFC还需要更小且更轻的吸入系统。这些优点使HLFC比全LFC更适合用于亚音速运输飞行器。HLFC技术在完全湍流模式下也具有良好的空气动力学性能，这是显著的优点。