[发明专利]流动控制装置

说明书

本发明涉及一种位于结构件上的流动控制装置，使得结构件中的应变至少部分地传递至该流动控制装置。流动控制装置具有由弹性非稳定区域分开的至少两个状态或形状。流动控制装置布置成在结构件中的应变超过流动控制装置的激活阈值时从第一状态快速过渡或突跳至第二状态。在示例中，翼型上的扰流板具有其中扰流板与低压力表面基本齐平的静止位置以及其中扰流板从低压力表面突出并改变该表面上方的气流的激活位置。扰流板在翼型中的应变超过阈值时弯曲成从静止位置移动至激活位置。部署的扰流板减少了翼型上的升力，从而用于减少扰流板所附接至的翼型的升力引起的应变。

技术领域

本发明涉及布置在结构件上的流动控制装置、包括该流动控制装置的飞行器机翼或机翼梢部装置、对翼型上方的气流进行控制的方法、具有扰流板的翼型、以及用于在空气动力学表面上设置扰流板的方法。

背景技术

已知多种变型结构件或适应结构件，其响应于外部刺激而表现出大范围的形状变化，同时保持载荷承载能力。变型结构件在空气动力学中对于流动控制特别有用。特别受关注的是不需要主动控制来改变形状的变型结构件。

形状适应可以利用结构弹性非稳定性。弹性非稳定性是指结构件的刚度的暂时丧失，该刚度在不可逆的变形发生之前恢复。结构件可以被设计成从初级的或基本的稳定状态达到非稳定平衡。该结构件将从这种非稳定平衡‘突跳’至次级状态。如果后屈曲的结构件具有至少两个稳定的平衡状态，则该后屈曲的结构件是‘多稳态’的。‘双稳态’式结构件具有两个稳定平衡状态以及中间的非稳定平衡状态。该结构件将从初级稳定状态突跳至次级稳定状态，并且将保持在该次级稳定状态下，即使在外部刺激消除时也是如此。在次级稳定状态下应用外部刺激可以使形状突跳地变化回初级稳定状态。‘单稳态’式结构仍然可以表现出突跳行为，但是第二状态是平稳(或准稳定)而非稳定状态，并且因此，在消除外部刺激后，该结构将返回至初级状态。

在变型流动控制装置中，已知热载荷、电(例如压电)载荷和空气动力学压力载荷将用作外部刺激。例如，喷气发动机整流罩上的热激活流动装置可以帮助抑制声学噪声。

可以期望使飞行器部件尽可能轻以提高燃料效率和起飞性能。对于空气动力学部件比如机翼而言，通常在有限的范围内减小机翼的重量，因为机翼必须承受非常大的载荷以及例如动荡期间的突然阵风。因此，提供阵风载荷减轻可以使机翼的重量能够减小而不损害机翼的抵抗突然阵风的能力。对于使用由空气动力学压力载荷致动的变型流动控制装置实现飞行器机翼上的阵风载荷减轻，准确预测由阵风产生的局部载荷的大小可能很困难。此外，在某些操控下，空气动力学压力载荷可能类似于阵风载荷场景，因此可能会引发不希望的突跳现象。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种具有装置空气动力学表面的流动控制装置，该流动控制装置布置在具有结构件空气动力学表面的结构件上，使得结构件中的应变至少部分地传递至流动控制装置，流动控制装置具有与装置空气动力学表面的第一形状相对应的第一状态和与装置空气动力学表面的第二形状相对应的第二状态，其中，第一状态为流动控制装置的稳定状态并且第二状态是流动控制装置的平稳状态或第二稳定状态，并且流动控制装置布置成在结构件中的应变超过流动控制装置的激活阈值时从第一状态快速过渡至第二状态。

流动控制装置是控制结构件上方的空气流的方向的物件。在飞行器中，流动控制装置可以是涡流发生器、扰流板、叶片、通风口等。

此处，快速过渡是指在短时间段内从第一稳定状态到第二稳定或平稳状态的‘突跳’变化。该快速过渡是在流动控制装置的第一形状与第二形状之间通过中间非稳定平衡状态的近似阶跃变化。该时间段可以是十分之一秒或更短的数量级。

如果流动控制装置除了具有第一稳定状态之外还具有稳定的第二状态，则流动控制装置是多稳态的。在每个稳定状态下，流动控制装置可以在被加载时发生弹性变形。当载荷被移除时，流动控制装置可以弹性地恢复为第一状态或第二状态中的任一状态，流动控制装置刚从该任一状态变形。