涡流干扰装置及用于在着陆时提高飞机升力的方法与流程

1.本发明涉及飞行器领域，具体涉及一种用于在着陆时提高飞机升力的涡流干扰装置和一种用于在着陆时提高飞机升力的方法。


背景技术：

2.通常，飞机着陆时需要降低速度，这是因为在着陆时须减少飞机动能，以更好控制飞机着陆姿态或者避免撞击跑道或者其他障碍物。为了减少动能，着陆时须减少发动机油门，以使发动机动力输出变小，由此速度变慢。速度变慢可致使飞机机翼所产生的升力效率会降低。但速度变慢也会导致飞机着陆时容易出失速等问题，而控制失速须要有较大升力的维持，才能保持稳定性。
3.飞机的进场速度是考察飞机着陆性能的指标之一，如果飞机进场速度过大(》140kt)，则飞机存在降级的风险。所以在飞机设计阶段，会通过一切可行的措施，在保证安全的前提下，降低飞机进场速度。
4.为此，现有飞机在着陆构型条件下可通过打开襟-缝翼来增加升力，以期达到逐渐降低速度来进场着陆之目的。已知飞机在着陆进场时，前起落架放下，起落架的轮子所拖出的脱体涡打在机翼翼根处前缘，这会形成一股上洗气流，使得机翼上表面下游出现流动分离，这样就导致飞机升力不足，迫使飞机必须增大着陆进场速度。
5.在现有技术中，一般采用在内缝翼端头增加锯齿形状的导流片，从而破坏飞机前起落架的脱体涡，以期改善飞机着陆构型条件下的升力，减小飞机的着陆进场速度。
6.然而，上述方案主要着眼于机翼上的改型，即在气流流动的下游实施改善措施。尤其是，所涉及的相关部件都是固定的，属于被动控制方式。对于已经定型的飞机，如果要更改内缝翼结构，安装新的部件将涉及大量的图纸和工装更改，时间和周期成本显著增加。另外，对于重新设计内缝翼流片的外形和安装位置差异的敏感性还都需要通过风洞试验选型，这会导致额外的试验经费支持和较长的周期。
7.因此，在飞行器领域中，特别是对于飞机着陆时提高飞机升力始终存在能以较低的成本、特别是对现有结构较少的改型来实现的需求。


技术实现要素：

8.本发明提供一种用于飞机的涡流干扰装置，该涡流干扰装置可以包括：片状主体，该片状主体包括固定端和连接端，固定端可以用于沿飞机的飞行方向看在起落架的后方固定于其支架部，连接端可以比固定端更接近于起落架的轮子；多个细长元件，它们可以沿片状主体的宽度方向分布，其一端与连接端相连，而其相对端可以为自由端，多个细长元件可以用于在飞行中干扰在起落架处产生的涡流。
9.通过在起落架处设置上述涡流干扰装置，能以很低的成本和经风洞试验验证的可靠效果来干扰涡流、尤其是脱体涡，从而在飞机着落飞行时提高飞机升力，大幅提高飞机降落的安全性。尤其是，本发明的涡流干扰装置为一种无须对现有飞机进行结构上根本性改
型的主动控制手段，能方便地与各种飞机的起落架相结合，十分灵活，适应性极佳。
10.优选地，涡流干扰装置可以沿宽度方向布置在起落架的各航向灯之间，其中，固定端可以固定于航向灯之间的横杆上。
11.此布置可以允许涡流干扰装置容易地安装于起落架上的固定位置，并且可以在涡流干扰装置非工作时提供容纳空间。
12.有利地，细长元件的自由端可以位于轮子的上方，或者细长元件的自由端可以位于轮子的中心轴线的上方。
13.通过限制细长元件以及涡流干扰装置的长度，可以防止细长元件不期望地卷入起落架的轮子上，因为这会减少涡流干扰装置对涡流的干扰(例如，对脱体涡的打碎)效果
14.特别是，片状主体和细长元件可以包括弹性体材料，例如涡流干扰装置可以为橡皮材质。
15.弹性体材料便于涡流干扰装置在起落架上的保持，并且提供可靠的韧性，以防止在作用过程中发生涡流干扰装置的断裂等问题。
16.有利的是，细长元件可以与片状主体成一体，并且可以从片状主体的底部延伸。这种结构有利于涡流干扰装置的制造，并且确保片状主体与细长元件之间的稳定连接。
17.优选的是，多个细长元件的尺寸可以相同，其中，多个细长元件中的每个的宽度可以为1-3厘米，特别是2厘米。
18.相同尺寸的细长元件便于制造，而较细的细长元件有助于将涡流、例如在起落架的轮子处产生的脱体涡打碎成更小、更局部的不同涡，显著提高涡流干扰效果。
19.特别是，片状主体的长度可以约为细长元件的长度的四分之一到二分之一，例如三分之一。
20.使片状主体的长度小于细长元件可以使细长元件更多地作用于干扰涡流，尤其是打碎脱体涡。片状主体的长度也不应过小，因为这部分主要用于将涡流干扰装置保持于起落架上。
21.尤其是，沿宽度方向分布可以有大于十个细长元件。
22.通过数量较多的细长元件可以实现将涡流，尤其是脱体涡打碎成较多的局部小涡流，从而提高干扰效果，实现升力的稳定提升。
23.此外，涡流干扰装置还可以包括压紧元件，用于将片状材料压紧在支架部与压紧元件之间，从而固定于支架部。借助压紧元件可以将涡流干扰装置、主要是片状可靠地固定于起落架上。
24.本发明还提供一种用于在着陆时提高飞机升力的方法，该方法可以包括：安装步骤：将如上所述的涡流干扰装置安装于飞机的起落架上，作用步骤：在着陆时放下起落架之后，使涡流干扰装置自由运动，从而干扰在起落架处产生的脱体涡。
25.通过采用本发明的涡流干扰装置能以很低的成本、但十分可靠的效果来显著提高飞机在着陆时的升力，从而提高飞机降落的安全性。尤其是，本发明的方法无须对现有飞机进行结构上根本性改型，适应性极佳。
26.优选地，该方法还可以包括从一片材料中、从该片材料沿其长度方向的预定位置起分离形成多个细长元件。
27.通过从单片材料来制成涡流干扰装置，尤其是从单片材料中分离出细长元件可以
容易地制造，成本低，且结构稳定性更好。
28.有利地，安装步骤可以包括将涡流干扰装置卷起至航向灯之间的横杆上，并通过锁定元件进行锁定；作用步骤可以包括在放下起落架之后通过解除锁定来放下并展开涡流干扰装置。
29.通过锁定元件来将涡流干扰装置锁定到位，可以避免在不需要使用涡流干扰装置时的意外脱落或与起落架本身作用的干扰(例如，防止卷入轮子中)。通过收放可以实现自由地(例如，根据飞机飞行的当前状态)实现对涡流、例如脱体涡的干扰。
附图说明
30.图1示意地示出根据本发明的一个实施例的涡流干扰装置的侧视图，其中，涡流干扰装置已安装于飞机起落架上；
31.图2示意地示出根据本发明的一个实施例的涡流干扰装置的主视图，其中，涡流干扰装置安装在两个起落架航向灯之间的横杆上；
32.图3示意地示出根据本发明的一个实施例的涡流干扰装置的俯视图，其中，涡流干扰装置间设在起落架的支架部与压紧元件之间；
33.图4a和4b分别示意地示出在飞机起落架上采用根据本发明的一个实施例的涡流干扰装置之前和之后的涡流状况对比图。
34.附图标记列表：
35.100
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起落架；
36.110
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航向灯；
37.120
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主支撑部分；
38.130
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轮子
39.132
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(轮子的)中心轴线；
40.140
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横杆；
41.150
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压紧元件；
42.160
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铆钉；
43.200
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涡流干扰装置
44.210
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片状主体；
45.212
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固定端；
46.214
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连接端；
47.220
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细长元件；
48.222
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自由端；
49.300a
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(未被打碎的)脱体涡；
50.300b
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被打碎的脱体涡；
51.400
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宽度方向；
52.500
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前方。
具体实施方式
53.下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保
护范围。
54.首先，本发明主要涉及飞行器领域，尤其是涉及在着陆时提高飞机升力的措施。尽管在本发明中主要涉及通过干扰起落架处产生的涡流来提高飞机着陆时升力，但本领域技术人员可以理解到，本发明的涡流干扰装置还可以应用于除了起落架之外的飞机上特定部位处，只要在该特定部位处存在需要干扰涡流的目标
55.其次，涉及方位的描述，例如“前方”、“后方”、“下方”、“横向”等术语都是以飞机在正常飞行时的取向为参照的。例如，“前方”是更接近于机头的方向，而“后方”是更接近于机尾的方向，“横向”是与飞机飞行方向垂直的方向或者说飞机的宽度方向。
56.最后，值得注意的是，在各实施例中给出的数值仅作为示例，而不作为对本发明范围的限制。
57.本发明提供一种涡流干扰装置200。在此，术语“涡流”是指在飞行过程中需要进行干扰的涡流，包括但不限于各种脱体涡。本发明的涡流干扰装置200也不限于用于干扰飞机(前)起落架100处的涡流。此外，术语“干扰”是指能以各种方式来减少或消除涡流的作用或者说影响，这些方式包括但不限于阻挡、阻流、打碎、打破、破坏等。
58.该涡流干扰装置200包括片状主体210和多个细长元件220。在此，术语“片状”是指主体的厚度与其它尺寸(长度、宽度)相比明显小得多，例如尺寸不在一个量级上。术语“细长”是指元件的宽度与其长度相比明显小得多，例如尺寸不在一个量级上。
59.片状主体210包括固定端212和连接端214。在此，术语“端”是指部分，而不一定是指片状主体210的末端，尽管末端或者末端部分是优选的。固定端212与连接端214是片状主体210的两个不同端(部分)，因而彼此间隔开。固定端212用于沿飞机的飞行方向看在起落架100的后方固定于其支架部，而连接端214比固定端212更接近于起落架100的轮子130。从图2可知，连接端214位于固定端212的下方(即，比固定端212更接近于多个细长元件220)。
60.在此，起落架100的支架部可以是指起落架100的除了滚动的轮子130以外的固定部分。在一些实施例中，固定端212可以固定于起落架100的航向灯110之间的横杆140上，以使得涡流干扰装置200沿宽度方向400看布置在起落架100的各航向灯110之间。然而，这并不是限制性的，比如也可以固定于起落架100上的其它固定部分，例如起落架100的主支撑部分120上。在本发明中，并不排除涡流干扰装置200借助除了该固定端212之外的部分而进行固定，固定端212只是作为一种主要的固定部位。
61.多个细长元件220沿片状主体210的宽度方向分布，其沿长度的一端与连接端214相连，而另一相对端为自由端222。在此，术语“相连”可以包括以各种已知的连接方式相连或者由于二者成一体而相连。“沿宽度方向分布”则是指多个细长元件220沿宽度方向彼此相邻，且(每个)细长元件220的宽度方向与片状主体210的宽度方向是相同或基本相同的。在一些实施例中，多个细长元件220中的至少一些沿宽度方向彼此间隔开。在另一些实施例中，多个细长元件220中的至少一些沿宽度方向彼此邻抵(即，并不间隔开)。此外，术语“自由端222”是指其运动不受其它部件的限制，例如可以在飞行中飘动。
62.本发明的涡流干扰装置200用于在(着陆)飞行中干扰在(前)起落架100处产生的涡流、例如脱体涡。在工作时，涡流干扰装置200、尤其是其多个细长元件220随风摆动，每一个细长元件220(例如呈条状带形势)的摆动频率均不相同，这些细长元件220将原有(前)起落架100的轮子130处产生的脱体涡(其具有固定频率和周期)破坏，“打碎”成不同的、更小
的涡，在流动中其能量迅速消散。
63.如由图4a-4b最清楚所示，在不使用本发明的涡流干扰装置200时，在起落架100的轮子130后方(沿飞行方向看)形成脱体涡，而在使用本发明的涡流干扰装置200时，涡流干扰装置200的多个细长元件220在涡流场中可以“打碎”至少部分的脱体涡，使其变成更小、更局部的涡(图4b中示出被打碎的脱体涡300b)，从而减少因涡流而导致的对飞机着落时升力的影响，即提升飞机着陆升力。
64.在图2中所示的实施例中，前起落架100包括两个航向灯110，它们沿飞机的宽度方向400彼此间隔开。在航向灯110之间设置有一根横杆140或称横梁。如前所述，优选地将涡流干扰装置200固定到该横杆140上。如图3中所示，可以利用压紧元件150将涡流干扰装置200、主要是片状材料压紧在支架部与压紧元件150之间，从而使涡流干扰装置200固定于支架部、例如航向灯110之间的横杆140上。换言之，起落架100的航向灯110及其横杆140位于涡流干扰装置200的前方500，而涡流干扰装置200位于压紧元件150的前方500。
65.如前所述，细长元件220可以与片状主体210成一体，其中，每个细长元件220从片状主体210的地步延伸出。在一些实施例中，可以通过由一片材料来形成片状主体210和多个细长元件220，其中，多个细长元件220可以从该片材料的沿长度方向的预定位置起分离出多个细长元件220。预定位置例如可以是该片材料沿长度方向从上至下的四分之一到二分之一、特别是三分之一的位置。分离例如可以通过切割、裁剪、各种冷、热加工来形成。在分离出多个细长元件220之后，还可以对该片材料进行其它处理，例如进一步裁剪出合适的细长元件220的宽度和/或长度，而不限于该片材料本身的尺寸，在此不再赘述。
66.在本发明中，片状主体210的长度可以约为细长元件220的长度的四分之一到二分之一。基本上，片状主体210的长度总是小于多个细长元件220的长度，这是一方面因为可以使具有自由端222的多个细长元件220在轮子130后方更有效地干扰涡流，另一方面片状主体210的长度是为了确保与起落架100的固定连接以及减少因多个细长元件220之间的缠绕而导致影响涡流干扰装置200作用的发挥。
67.多个细长元件220的尺寸(宽度、长度等)可以是相同的，但也可以是不同的。相同的细长元件220方便制造形成(例如，由一片材料裁剪出)，而不同的细长元件220则可以满足沿宽度方向上的不同局部涡流干扰效果，例如位于两侧的细长元件220的长度更短，以防止被起落架100的轮子130所缠绕住。在一些实施例中，多个细长元件220中的每个的宽度为1-3厘米，优选为2厘米。
68.可以理解到，在本发明中，“多个”细长元件220的数目应能确保至少部分地干扰起落架100后方的涡流。在优选的实施例中，沿涡流干扰装置200的宽度方向可以分布有大于十个、例如十五个、二十个细长元件220。
69.优选地，本发明的涡流干扰装置200包括弹性体材料。例如，涡流干扰装置200可以由橡皮条构成。优选地，片状主体210和多个细长元件220可以由同一个橡皮片来制成，其中，多个细长元件220可以视为多根橡皮条或称条状皮带。涡流干扰装置200的材料的弹性或硬度可以根据飞行试验来确定，以确保最佳的涡流干扰效果。优选地，弹性体材料的重量一般较轻，质地柔软。
70.根据本发明，涡流干扰装置200的自由末端、即多个细长元件220的自由端222在非飞行情况下涡流干扰装置200完全松弛展开(自然垂落)时可以位于起落架100的轮子130的
上方，或者位于起落架100的轮子130的中心轴线132的上方，或者位于该中心轴线132(轮子130的圆心)处(参见图1)，以防止其被轮子130卷入其中。可以理解到，在飞行过程中，多个细长元件220的自由端222可以位于不同的高度处，这是一种相对随机的过程(尽管也可以通过设计各个细长元件220的尺寸，例如长度来在一定程度上予以控制)，主要取决于多个细长元件220在涡中的流动条件，这会倾向于使得被打碎的涡彼此不同。
71.在一个实例中，涡流干扰装置200的上端固定在前起落架100的航向灯110横梁上，下摆均匀、等间距地剪成多个细长元件220(多根条状丝带)，下摆的末端大致与起落架100的轮子130的圆心平齐。压紧元件150可以通过诸如铆钉160之类的紧固件而直接固定到支架部、例如航向灯110的横杆140上，如图3中所示。
72.根据本发明的用于在着陆时提高飞机升力的方法可以包括在飞行之前的安装步骤和在实际飞行中、即着陆时的作用步骤。此外，该方法还可以包括在安装步骤之前的生产步骤或者说形成步骤(例如，如前所述从一片材料中、从沿长度放下的预定位置起分离出、例如裁剪出多个细长元件220)。
73.安装步骤包括将涡流干扰装置200安装于飞机的起落架100上，主要是支架部上，例如航向灯110之间的横杆140上。优选地，为了便于安装，在安装时可以将涡流干扰装置200卷到支架部上、例如横杆140上，以降低涡流干扰装置200、特别是多个细长元件220与起落架100的轮子130或其它部位的不必要的接触、干扰、甚至缠绕。在将涡流干扰装置200卷起来之后，可以通过锁定元件(例如，电子锁)进行锁定，以防止意外展开或脱开，从而提高安全性。
74.作用步骤包括在着陆时放下起落架100之后，使涡流干扰装置200自由运动，从而干扰(例如，打破)在起落架100处产生的脱体涡。具体作用步骤的执行时机可以由飞机驾驶员来选择或者预先设定在控制程序中自动进行。例如，作用步骤可以包括在放下起落架100之后通过解除锁定(释放锁定元件)来放下并展开所述涡流干扰装置200。在此，“放下”和“展开”是指使涡流干扰装置200不再卷绕在支架部上、例如航向灯110的横杆140上的程度的动作。在此，术语“自由运动”是指涡流干扰装置200的自由端222可以随风飘动，而不是指涡流干扰装置200是完全不受约束地运动的(由于其固定安装于起落架100的支架部、例如航向灯110的横杆140上)。
75.在本发明中，为了提高飞机着陆时的升力从而加大着陆安全性，采用的手段主要聚焦于干扰着陆时起落架100处形成的涡流、主要是脱体涡。这种方法与现有技术中提高飞机着陆时的升力的方法相比，是一种主动控制方式，且已通过风洞试验验证，能以很低的成本来获得令人满意的干扰涡流效果。尤其是，本发明的方法和装置无须对现有飞机进行重新设计或更改任何结构，可以适用于目前已有的任何机型，布置起来灵活方便，且适应性极佳，这大幅降低了成本，减少了改善着陆时飞机升力所耗费的人力、物力。
76.尽管在各附图中参照了在飞机起落架处设置的涡流干扰装置和通过安装涡流干扰装置来提高飞机着陆时升力的方法来描述了本发明的各种实施例，但应当理解到，本发明的范围内的实施例可应用至具有相似结构和/或功能的其它飞机上需要干扰涡流的应用场合中。
77.前面的描述已经给出了许多特征和优点，包括各种替代的实施方式，以及装置和方法的结构和功能的细节。本文的意图是示例性的，并不是穷尽性的或限制性的。
78.对于本领域的技术人员来说显然可对由所附权利要求所表达的术语的宽泛上位含义所指示的全部范围内做出各种改型，尤其是在结构、材料、元素、部件、形状、尺寸和部件的布置方面，包括这些方面在此处所描述的原理范围内的结合。在这些各种改型未偏离所附权利要求的精神和范围的程度内，意味着它们也包含于此。

技术特征：
1.一种用于飞机的涡流干扰装置，其特征在于，所述涡流干扰装置包括：片状主体，所述片状主体包括固定端和连接端，所述固定端用于沿所述飞机的飞行方向看在起落架的后方固定于其支架部，所述连接端比所述固定端更接近于所述起落架的轮子；多个细长元件，所述多个细长元件沿所述片状主体的宽度方向分布，其一端与所述连接端相连，而其相对端为自由端，所述多个细长元件用于在飞行中干扰在所述起落架处产生的涡流。2.如权利要求1所述的涡流干扰装置，其特征在于，所述涡流干扰装置沿所述宽度方向布置在所述起落架的各航向灯之间，其中，所述固定端固定于所述航向灯之间的横杆上。3.如权利要求1所述的涡流干扰装置，其特征在于，所述细长元件的所述自由端位于所述起落架的轮子的上方，或者所述细长元件的所述自由端位于所述轮子的中心轴线的上方。4.如权利要求1所述的涡流干扰装置，其特征在于，所述片状主体和所述细长元件包括弹性体材料。5.如权利要求1所述的涡流干扰装置，其特征在于，所述细长元件与所述片状主体成一体，并且从所述片状主体的底部延伸。6.如权利要求1所述的涡流干扰装置，其特征在于，所述多个细长元件的尺寸相同，其中，所述多个细长元件中的每个的宽度为1-3厘米。7.如权利要求1所述的涡流干扰装置，其特征在于，所述片状主体的长度约为所述细长元件的长度的四分之一到二分之一。8.如权利要求1所述的涡流干扰装置，其特征在于，沿所述宽度方向分布有大于十个细长元件。9.如权利要求1所述的涡流干扰装置，其特征在于，还包括压紧元件，用于将所述片状主体压紧在所述支架部与所述压紧元件之间，从而固定于所述支架部。10.一种用于在着陆时提高飞机升力的方法，其特征在于，所述方法包括：安装步骤：将如权利要求1-9中任一项所述的涡流干扰装置安装于飞机的起落架上，作用步骤：在着陆时放下起落架之后，使所述涡流干扰装置自由运动，从而干扰在所述起落架处产生的脱体涡。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，还包括从一片材料中、从所述一片材料沿其长度方向的预定位置起分离形成所述多个细长元件。12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述安装步骤包括将所述涡流干扰装置卷起至所述起落架的航向灯之间的横杆上，并通过锁定元件进行锁定；所述作用步骤包括在放下起落架之后通过解除锁定来放下并展开所述涡流干扰装置。

技术总结
本发明提供一种用于飞机的涡流干扰装置，该涡流干扰装置可以包括：片状主体，该片状主体包括固定端和连接端，固定端可以用于沿飞机的飞行方向看在起落架的后方固定于其支架部，连接端可以比固定端更接近于起落架的轮子；多个细长元件，它们可以沿片状主体的宽度方向分布，其一端与连接端相连，而其相对端可以为自由端，多个细长元件可以用于在飞行中干扰在起落架处产生的涡流。通过在起落架处设置上述涡流干扰装置，能以很低的成本和经风洞试验验证的可靠效果来干扰涡流，从而在飞机着落飞行时提高飞机升力，大幅提高飞机降落的安全性。本发明还涉及一种用于在着陆时提高飞机升力的方法。方法。方法。


技术研发人员：颜巍 韩志熔 李海星 徐辉雯
受保护的技术使用者：中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院
技术研发日：2023.03.03
技术公布日：2023/5/23