[发明专利]主动地使空气动力学轮廓变形的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于主动地使空气动力学轮廓变形的方法。该方法例如被应用到(特别是亚音速)飞行中的飞机的机翼的翼剖面的变形中。

背景技术

技术问题

在航空设计领域中，正在关心的是改善飞机的空气动力学和飞机的飞行范围的程度。改善飞机的空气动力，并且特别是飞机的机翼的空气动力，使得可以改善飞机的升力，从而限制其能量消耗。飞机的飞行范围特别是由飞机的飞行力学所限定的。飞行力学可以是通过飞机的飞行质量(特别是，根据轨迹和姿态)的研究来确定的。飞行力学特别地考虑飞机的几何结构、其空气动力、其重量、其重心及其发动机的位置，和例如飞机的反馈控制系统与飞行控制的动态数据。空气动力学和飞行力学的研究也被称为航空力学。

通常，由于机翼的一部分上表面上的空气紊流的发生，机翼的升力是递降的。转换点可以被限定在机翼上的空气细流的层流和这些空气细流的紊流之间。因此，转换点是空气细流与机翼的分离点。分离点的位置特别是与机翼的轮廓有关并且与机翼相对于空气细流的倾角有关。机翼的大部分上表面上的紊流效应特别地引起了升力的损失并且增大了机翼的阻力，这导致飞机过多消耗燃料。

飞机设计师并且特别是飞机翼剖面的设计师探求的目标是对于飞机的大部分飞行范围使机翼上的紊流效应最小。可以通过使从机翼前边缘来的空气细流的不连续性的间隔最大化从而实现紊流效应的减小。

现有技术的说明

通常，在被构造之前，每个机翼轮廓是模拟实验和风洞试验的主体以检查其空气动力学特性是否如期望的那样。按这样的方式来限定所述机翼的轮廓，即，确保对于不同的飞行阶段有最小阻力的机翼的升力最大，不同的飞行阶段是：

·巡航飞行；

·低速飞行；

·起飞；

·降落。

还根据机型和其预期用途来确定机翼轮廓。

适当确定的机翼轮廓代表特别对于每个飞行阶段的不同应力之间的折衷方案。因此，取决于所选择的折衷方案，在一些飞行阶段该轮廓展现出层流效应。一旦已经确定了机翼轮廓，则不能再修正它们。

一种解决方案可以是修正机翼上表面的曲率以在不同的飞行阶段吸收紊流：

·通过将机翼上的空气细流的层流和机翼上的空气细流的紊流之间的转换点与前边缘隔开；

·通过将空气细流保持成平坦地靠着机翼的上表面。

可以通过来自致动器的应力使机翼上表面的外部结构变形来实现机翼的上表面曲率的修正。现有技术的一种解决方案包括：

·使用基于光纤的传感器来测量转换点的位置，然后

·借助于压电致动器来修正上表面的外部结构。

该方案具有许多缺点。其缺点包括压电致动器的性能在低温度下，特别是在零度以下极大地降低的事实。然而，在飞行期间，飞机的机翼经受可能降至负五十度的温度。因此，这样的方案不能在温度低于零度的海拔高度处飞行的飞机上实施。压电致动器还对响应时间比有很差的工作密度(working density)。工作密度表示根据致动器的延伸以及表面的特性使表面变形的致动器的能力。因此，需要大量的致动器来使机翼表面变形。一方面，压电致动器是昂贵的，而另一方面，增多机翼上的致动器的数量增加了所述机翼的重量，从而增大了飞机的能量消耗。

还可以通过Joule效应来实现使外部结构的变形。这样的外部结构可以由称为形状记忆材料的复合材料制造，该复合材料能够在有电流的情况下变形，并且在已经停止电刺激之后恢复其初始形状。例如，可以使用在两个镍钛诺层之间插入一层玻璃加强纤维。然后，可以使用镍铬合金的电缆网来在该复合材料内输送电流。该技术具有实施起来昂贵的缺点，并且其需要很高的电功率，以便使复合材料变形。此外，该材料需要大数量的循环以返回其初始形状。

为了保持空气细流平坦地靠着机翼的上表面，另一种现有的解决方案提出了使用产生能够与机翼上表面上的气流相互作用的空气压力的孔口。实际上，该方法对机翼的航空动力学提供了很小的修正。实践中，所使用的孔口具有毫米级的小截面，这意味着它们会轻易地被灰尘阻塞。清理它们也是很难的。此外，执行该解决方案需要机翼内部的毛细管系的复杂系统，另外增加了其重量从而使使用变得复杂。

发明内容

本发明的一个目的特别是减轻上述缺点。为此，本发明的主题是一种用于通过反馈控制主动地使空气动力学轮廓变形的方法。所述空气动力学轮廓特别地包括弹性材料。所述弹性材料可以被应用到空气动力学轮廓的表面的一部分。所述弹性材料特别地与流体流接触。通过放置成与弹性材料接触的一个或多个形状记忆致动器来使所述弹性材料变形。可以通过连接到传感器上的计算机来控制所述致动器。