[发明专利]用于飞机小翼的导流栅

说明书

本文描述了一种飞机的机翼，所述机翼包括机翼前缘、机翼后缘以及由机翼上表面和机翼下表面限定的翼面。所述机翼从翼根延伸至翼尖，并且所述翼尖具有翼尖弦。小翼从所述翼尖延伸并且具有小翼前缘、小翼后缘、小翼内侧表面、小翼外侧表面、具有小翼根弦的小翼根、和小翼尖。导流栅在所述翼面上设置在所述小翼内侧并且与所述小翼重叠。所述导流栅适于延迟和/或防止在高的侧滑角下在所述小翼内侧表面上发生气流分离，从而增加横向稳定性并使高的侧滑角下的飞机行为线性化。

背景技术

飞机小翼主要用于提高机翼效率，从而减少由于机翼升力而产生的诱导阻力的量。从飞机翼尖向上和向外倾斜的飞机小翼通常还有助于正横向稳定性(即，固定翼飞机以侧滑角飞行以随着迎风时翼尖朝上而背风时翼尖朝下而滚转的行为，这使飞机滚转取向免受干扰)。

固定翼飞机很多情况下以高的迎角(即，飞机相对于迎面而来的气流的纵向姿态)和高的侧滑角(即，飞机相对于迎面而来的气流的定向取向)飞行。在着陆进场时，固定翼飞机必须以低速飞行，这需要更高的迎角以保持足够的升力以便继续飞行。随着飞机速度在即将触及跑道之前的拉平期间的降低，保持升力所需的迎角增大。类似地，在着陆进场期间，横风(即与跑道中心线成一定角度取向的风)要求飞机以侧滑角飞行，并且滚转控制输入和偏航控制输入都必须在着陆期间与跑道中心线保持对齐。当横风量值增加时，或者随着飞机速度相对于横风速度的减小，沿着跑道中心线直线飞行所需的侧滑角增大。

横向稳定性是飞机认证和飞行安全所必需的。通过倾向于在阵风或其他干扰使飞机滚转之后以及在飞机的滚转飞行控制系统(例如，副翼)在飞行期间变得无法操作(即，由于扰乱、在发动机转子爆裂事件期间被发动机碎片割伤)的情况下恢复机翼水平姿态，横向稳定性减轻了飞行员的工作负荷，飞行员仍必须能够使用替代方式来操纵飞机，诸如经由飞机的偏航飞行控制系统(例如，方向舵)并达到侧滑角来使用横向稳定性。14号美国联邦法规(通常简称为“CFR”)第23.177条对飞机的静态横向稳定性提出了要求。

在高的侧滑角和高的迎角下(即，当小翼处于高升力状态时)，小翼内侧的气流可能会与表面分离。这种分离效果降低了小翼升力，降低了横向稳定性，并导致飞机的滚转力矩行为发生变化。飞机必须满足认证要求，并降低横向稳定性。伴随的滚转力矩行为的变化也被认为是飞机的不期望的或不令人满意的横向控制特性，这可能会妨碍飞机的认证。通过向小翼添加装置以防止气流分离，可部分防止这种情况；然而，这些装置可能会引起空气动力学阻力和飞机重量的增加，这即使在不需要它们的飞行条件下(例如，在具有轻微迎角和接近零的侧滑角的类似巡航的条件下)可降低飞机的性能。这些装置还增加了飞机成本，并且它们可能被认为是美学上无吸引力的。

在正常操作期间，飞机经常飞过各种大气和气象条件。在常见的飞行海拔处(例如，比平均海平面高出45,000英尺)，环境大气温度的平均值介于海平面条件与-70℉之间。悬浮在洁净大气中的微小水滴具有以过冷状态存在而无任何晶种核的能力，这意味着这种水分可在低于典型冷冻条件的温度下作为悬浮液体存在。在其中悬浮了过冷液态水滴的低于冷冻温度的条件下进行的有意飞行被称为“在已知结冰区飞行”(通常缩写为“FIKI”)。在已知结冰区飞行期间，面向前的飞机表面在流经水时会积水，并且晶种水滴会成核。在无防冰系统的情况下，该水冻结成冰，因此积聚到飞机表面上。由于飞机表面形状和纹理的变化，机身积冰通常会降低飞机的性能、稳定性和可控性。然而，即使在已知结冰区飞行期间，先前讨论的正静态横向稳定性要求也仍然适用于飞机。

当飞机进入已知结冰区飞行条件时，在没有防冰系统的情况下，冰污染可能会积聚在面向前的表面上(包括小翼前缘)。小翼前缘上的冰积聚有助于气流在小翼上方以更低、更常见的侧滑角与表面分离。这种分离趋势会影响小翼升力，从而降低横向稳定性。防冰系统是已知的，其可加热小翼前缘以防止冰积聚，或者机械地或化学地移除或防止冰积聚。然而，这些防冰系统通常很昂贵，给飞机增加了明显的重量、成本和复杂性，需要维护，并且需要附加的飞机安全系统(例如，故障通告、引气系统的泄漏检测等)，并且可能导致将重要的飞机系统设计实施到现有飞机设计中。