[发明专利]一种利用马格纳斯效应的新型机翼

说明书

技术领域

本发明属于航空技术领域，具体为一种利用马格纳斯效应的新型机翼。

背景技术

机翼的作用是产生升力，以平衡飞机在空中飞行时的自重。现有机翼的表面蒙皮是固定的，在机翼形状和迎角一定的情况下，机翼的升力完全由飞机的飞行速度决定，因此，在飞机起飞，着落和低速阶段其机翼升力有限，为了增加机翼升力，通常采用的办法是安装增升装置。目前常用的增升装置有气动力增升和动力增升。气动力增升指的是采用襟翼等装置来增加机翼弯度、面积和延迟气流分离，从根本上而言只是改变了机翼外形和面积，这类增升方式存在的不足是：增升效率通常较低，机构复杂，襟翼张开不仅会带来较大的阻力，也会带来较大的低头力矩，对飞机平尾的配平能力要求较高；而动力增升方式则是让发动机喷流或螺旋桨后的滑流流过机翼，利用偏转后缘襟翼的方法使高速气流向下偏折，从而增大机翼升力，其不足在于：增加的升力实质上是发动机或螺旋桨的推力进行转向而得到的，这个附加升力的大小不可调节，且效果通常不明显。

总之，现有机翼在外形和迎角一定的情况下升力通常由飞行速度决定，而传统的增升方式存在增升效率不高，机构复杂或者附加升力大小不可调等不足，使得实现飞机短距起降和低速巡航的难度较大。

经典的马格纳斯效应是指在粘性不可压缩流体中运动的旋转圆柱受到举力的一种现象。比如，足球在气流中运动时，若其上球面的旋转方向与气流同向，则会带动上球面附近的气流运动，使得上球面的流速增加，产生低压；反之，与气流速度方向相反的下球面则会产生高压，从而产生举力。

Jost Seifert于2012年发表了一篇关于马格纳斯效应的综述性文章，对马格纳斯效应原理和各种参数对气动力的影响进行了详细分析，该文的分析和结论为如何更好的利用马格纳斯效应提供参考，详情见Jost Seifert.A review of the Magnus effect in aeronautics.Progress in Aerospace Sciences55(2012)17-45。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服现有机翼的升力通常由飞行速度决定，从而克服飞机短距起降和低速巡航难度较大的不足，本发明提出了一种利用马格纳斯效应的新型机翼。

技术方案

本发明的技术方案为：

所述一种利用马格纳斯效应的新型机翼，包括蒙皮、翼肋、梁，梁穿过各翼肋上的管梁孔以使得翼肋位置固定；其特征在于：还包括机翼前缘滚筒和驱动装置；所述蒙皮为柔性蒙皮；驱动装置驱动机翼前缘滚筒转动；翼肋前端为圆弧凹陷结构，在圆弧凹陷面上安装有滚动轴承，机翼前缘滚筒处于翼肋前端圆弧凹陷结构内，与翼肋通过滚动轴承配合；在翼肋周向边缘还安装有若干滚动轴承，柔性蒙皮包裹由机翼前缘滚筒、翼肋和梁组成的机翼框架，且柔性蒙皮与机翼前缘滚筒以及翼肋周向边缘的滚动轴承紧配合，机翼前缘滚筒能够带动柔性蒙皮绕机翼框架滑动。

有益效果

本发明的有益效果为：首先，采用圆筒形机翼产生马格纳斯升力的飞行器由于高速飞行时阻力较大，所以通常飞行速度较低，而本发明机翼仅在前缘附近采用圆弧形设计，结合了传统翼型的优点，克服了现有技术中利用圆筒形机翼产生马格纳斯升力时阻力大的不足，能够满足高速飞行等需要。与传统机翼相比，本方案即使在低速飞行时，只需调节电机转速，使得蒙皮的滑动速度增加，也可使机翼获得较大升力，增加载重，并实现短距起降，降低跑道要求；产生相同升力情况下，可使得机翼面积减小。另外，从结构设计角度考虑，本方案仅需机翼前缘滚筒转动则可带动蒙皮运动，改变电机转速即可快速调节升力大小，机构简单易于实现，可靠性高；而沿翼肋边缘安装的滚动轴承不仅使得蒙皮能够保持机翼形状，且在运动时与翼肋之间的摩擦力极小，可减少热量损失。

附图说明

图1：机翼的结构示意图；

图2：机翼内部结构示意图

图3：机翼剖面图

图4：安装滚动轴承的翼肋俯视图

图5：安装滚动轴承的翼肋沿弦向剖视图

图6：安装滚动轴承的翼肋正视图

图7：滚动轴承与翼肋安装剖面示意图

图8：机翼前缘滚筒结构示意图

图9：驱动装置部分结构示意图

图10：大齿轮结构正视图

图11：大齿轮剖面示意图