氣囊式副翼的製作方法

2023-10-06 16:06:19 1

專利名稱：氣囊式副翼的製作方法
技術領域：
本發明涉及飛行器設計領域，具體是一種氣囊式副翼。
背景技術：
在飛行過程中，飛行器的滾轉運動往往依賴於機翼上副翼的控制。副翼設計是飛 行器設計中一個十分重要的環節，關係到飛行的穩定性和機動性，這兩個方面恰好又是判 定飛機性能的重要指標。尤其是無尾式的飛翼布局飛機，為了實現縱、橫向的可控飛行，保 證飛行的穩定性和機動性，需要更多的操縱面參與飛行控制，例如美國的B2戰略轟炸機上 就有多達八對操縱面，其設計、加工和控制都十分複雜。 傳統的副翼都是通過部分翼面的相對偏轉來改變機翼上的氣流流向，以此獲得期 望的空氣動力學特性。副翼的偏轉一般由液壓系統或一定功率的舵機完成。這些系統中， 尤其是液壓機械系統，不僅重量和體積都比較大，而且不便於設計和安裝。因為副翼通常安 裝於厚度很小的機翼後緣，有時飛機設計者們不得不在翼面上鼓起一個凸包來安置副翼的 驅動系統，這顯然會影響機翼的氣動特性，從而影響操縱效率。 此外，現代作戰飛機特別強調隱身性能，而傳統副翼與機翼翼面之間不可避免地 存在間隙，當副翼打開時，副翼與翼面之間的角度更大，這就會帶來強烈的角反射問題，不 利於飛機的隱身設計。

發明內容
為克服現有技術中存在的或者設計、加工和控制都十分複雜，或者會影響機翼的 氣動特性，從而影響操縱效率，或者不利於飛機的隱身設計的不足，本發明提出了一種氣囊 式副翼。 本發明包括粘貼在兩側機翼上表面和下表面的氣囊式副翼。 氣囊式副翼是用橡膠材料製成的矩形氣囊。氣囊式副翼的一個表面為粘貼面；通 過該粘貼面將氣囊式副翼粘貼固定在機翼的上表面和下表面。 氣囊式副翼的弦向尺寸為1.5% 7%機翼尖弦長，展向尺寸為機翼展長的9% 22%。在氣囊式副翼的粘貼面中央處開有通氣孔，在通氣孔上套有空心螺栓；空心螺栓的外 圓周表面有螺紋，螺帽套裝在空心螺栓上，並將螺帽裝入蒙皮剖面上的通孔內。通氣孔與空 心螺栓的接觸面均塗有環氧樹脂膠水。蒙皮剖面上的通孔與氣囊式副翼通氣孔為同心孔。
使用環氧樹脂膠水將一對氣囊式副翼的四周粘貼固定在機翼同一展向位置處的 上表面和下表面，並使氣囊式副翼具有7% 14%的初始伸長量。氣囊式副翼的後緣距機 翼的後緣為0% 10%機翼尖弦長；氣囊式副翼的左端距後掠機翼翼尖為％ 10%機翼展 長。 空氣壓縮機位於機身內部。空氣壓縮機通過通氣管道與氣囊進氣口連接；氣囊進 氣口和氣囊出氣口上分別串接有電磁閥門。三通管的三個管頭分別與空心螺栓和兩個電磁 閥門連接。
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氣囊式副翼的充氣和放氣過程由電磁閥門控制；沒有電壓時電磁閥門處於打開狀 態。在氣囊式副翼充氣時，斷開進氣口上電磁閥門的電源使進氣口打開，接通出氣口上電磁 閥門的電源，出氣口關閉；氣囊式副翼放氣時，進氣口上的電磁閥門閉合，出氣口上的電磁 閥門打開。四個氣囊式副翼均有一對電磁閥門用於控制氣囊式副翼的充、放氣操作。
本發明利用空氣動力學原理，在機翼後緣附近表面安裝一種充氣結構，該結構由 橡膠材料粘貼而成。橡膠材料選用彈性模量大且密封性好的材料。在需要使用副翼時，通 過充氣裝置對橡膠材料內部進行充氣加壓。在內部壓力的作用下，橡膠材料製成的氣囊體 積增大，氣囊從機翼表面上突起，改變了機翼表面形狀，從而影響其繞流流場，獲得操縱飛 機姿態和控制飛機飛行的氣動力。 本發明中，各氣囊共用一套充氣系統。當需要某種操縱力矩時，選取相應的氣囊， 充入一定容積的氣體，使其從翼面上鼓起來。通過試驗已經證明鼓起的氣囊能夠帶來流場 變化，得到所需的氣動力力矩，其操縱效果與傳統機械式操縱面相同，即氣囊式副翼可以替 代傳統的機械式副翼，並且不破壞翼面的整體結構，不存在縫隙，可以減小雷達反射信號， 有利於改善飛機的隱身性能。與傳統機械式副翼相比，本發明具有結構重量輕、翼面光滑和 加工維護方便的特點。


附圖1為氣囊式副翼在某機翼(右側)上的安裝示意圖。 附圖2為氣囊式副翼的剖面示意圖。 附圖3為機翼下表面氣囊進出口連接示意圖。 附圖4為兩段氣囊式副翼示意圖。 1.機翼 2.氣囊式副翼 3.空氣壓縮機 4.橡膠管道 5.機翼的弦向 剖面 6.氣囊式副翼的弦向剖面 7.氣囊進出口 8.空心螺栓 9.螺帽
10.氣囊粘貼面 11.蒙皮剖面 12.三通管 13.氣囊進氣口 14.氣 用電磁閥門 15.氣囊出氣口 16.機翼 17.第一段氣囊式副翼 18.第二段氣囊式副 翼
具體實施方式

實施例一 本實施例包括粘貼在兩側機翼上表面和下表面的氣囊式副翼。本實施例以飛機的 一側機翼1為例進行詳細描述。 如圖1所示。本實施例是用於某後掠式機翼的氣囊式副翼2。後掠式機翼1的剖 面5採用NACA0012翼型，根弦長為5200mm，尖弦長為1200mm，展長為15000mm，前緣後掠角 為45° ，後緣後掠角為15° 。 氣囊式副翼2是用橡膠材料製成的矩形氣囊。製作氣囊式副翼2的橡膠材料具有 密封性，剛度係數為2乂10^/1112，並能承受80%的伸長變形量以及lMPa的內壓。氣囊式副 翼2的一個表面為粘貼面10 ;通過該粘貼面將氣囊式副翼2粘貼固定在機翼1的上表面和下表面。 氣囊式副翼2的弦向尺寸為1.5%機翼尖弦長，展向尺寸為機翼展長的11%。在 氣囊式副翼2的粘貼面10中央處開有通氣孔，在通氣孔上套有空心螺栓8 ;空心螺栓8的 外圓周表面有螺紋，螺帽9套裝在空心螺栓8上，並將螺帽9裝入蒙皮剖面11上的通孔內 (如圖3所示)。通氣孔與空心螺栓8的接觸面均塗有環氧樹脂膠水。蒙皮剖面ll上的通 孔與氣囊式副翼2通氣孔為同心孔。空心螺栓8的外徑同粘貼面IO上的通氣孔的內徑，本 實施例中，空心螺栓8的外徑為30mm ;空心螺栓8的內徑為26mm，長度為78mm。螺帽9的 外徑同蒙皮剖面11上通孔的內徑，本實施例中為螺帽9的外徑為37mm，高度為7mm。
使用環氧樹脂膠水將一對氣囊式副翼2的四周粘貼固定在機翼1同一展向位置處 的上表面和下表面。環氧樹脂膠水的抗壓強度為50kg/m^，引張強度為40kg/mm2。粘貼前 先將與氣囊式副翼2連接的空心螺栓8穿過機翼上的通孔，並使氣囊式副翼2具有12%的 初始伸長量。氣囊式副翼2的後緣距後掠機翼1的後緣為0%機翼尖弦長；氣囊式副翼的 左端距後掠機翼1翼尖為2%機翼展長。使用時氣囊式副翼2內的充氣氣壓為0. 3MPa。
空氣壓縮機3位於機身內部。該空氣壓縮機3的排氣量為150L/min，輸出壓力為 0. 5MPa。分別位於兩個機翼上表面和下表面的四個氣囊式副翼2共用一個空氣壓縮機3。 將空氣壓縮機3與氣囊進氣口 13通過通氣管道4連接，連接方式採用寶塔型外錐連接。通 氣管道4採用柔性橡膠管道，其內徑為28mm，並且能夠承受1. 5MPa的內壓。
如圖3所示。通氣管道4與氣囊進氣口 13之間採用寶塔型外錐連接，氣囊進氣口 13與電磁閥門14進氣口之間採用螺紋連接。三通管12的三個管頭分別與空心螺栓8和 兩個電磁閥門14連接，均通過螺紋連接。氣囊進氣口 13和氣囊出氣口 15分別與電磁閥門 14串接。本實施例中，氣用電磁閥門14的工作壓力為lMPa，內徑為25mm，時滯小於lms，且 可長期通電。 四個氣囊式副翼均有一對電磁閥門14用於控制氣囊式副翼2的充、放氣操作。氣 囊式副翼2的充氣和放氣過程由電磁閥門14控制；沒有電壓時電磁閥門14處於打開狀態。 在氣囊式副翼2充氣時，斷開進氣口 13上電磁閥門14的電源使進氣口 13打開，接通出氣 口 15上電磁閥門14的電源，出氣口 15關閉；氣囊式副翼2放氣時，進氣口 13上的電磁閥 門14閉合，出氣口 15上的電磁閥門14打開。
實施例二 本實施例包括粘貼在兩側機翼上表面和下表面的氣囊式副翼。本實施例以飛機的 一側機翼1為例進行詳細描述。 如圖1所示。本實施例是用於某後掠式機翼的氣囊式副翼2。後掠式機翼1的剖 面5採用NACA0012翼型，根弦長為5200mm，尖弦長為1200mm，展長為15000mm，前緣後掠角 為45° ，後緣後掠角為15° 。 氣囊式副翼2是用橡膠材料製成的矩形氣囊。製作氣囊式副翼2的橡膠材料具有 密封性，剛度係數為2乂10^/1112，並能承受80%的伸長變形量以及lMPa的內壓。氣囊式副 翼2的一個表面為粘貼面10 ;通過該粘貼面將氣囊式副翼2粘貼固定在機翼1的上表面和 下表面。 氣囊式副翼2的弦向尺寸為3. 5%機翼尖弦長，展向尺寸為機翼展長的17%。在 氣囊式副翼2的粘貼面10中央處開有通氣孔，在通氣孔上套有空心螺栓8 ;空心螺栓8的外圓周表面有螺紋，螺帽9套裝在空心螺栓8上，並將螺帽9裝入蒙皮剖面11上的通孔內 (如圖3所示)。通氣孔與空心螺栓8的接觸面均塗有環氧樹脂膠水。蒙皮剖面11上的通 孔與氣囊式副翼2通氣孔為同心孔。空心螺栓8的外徑同粘貼面IO上的通氣孔的內徑，本 實施例中，空心螺栓8的外徑為30mm ;空心螺栓8的內徑為26mm，長度為78mm。螺帽9的 外徑同蒙皮剖面11上通孔的內徑，本實施例中為螺帽9的外徑為37mm，高度為7mm。
使用環氧樹脂膠水將一對氣囊式副翼2的四周粘貼固定在機翼1同一展向位置處 的上表面和下表面。環氧樹脂膠水的抗壓強度為50kg/m^，引張強度為40kg/mm2。粘貼前 先將與氣囊式副翼2連接的空心螺栓8穿過機翼上的通孔，並使氣囊式副翼2具有10%的 初始伸長量。氣囊式副翼2的後緣距後掠機翼1的後緣為3%機翼尖弦長；氣囊式副翼的 左端距後掠機翼1翼尖為4%機翼展長。使用時氣囊式副翼2內的充氣氣壓為0. 3MPa。
空氣壓縮機3位於機身內部。該空氣壓縮機3的排氣量為150L/min，輸出壓力為 0. 6MPa。分別位於兩個機翼上表面和下表面的四個氣囊式副翼2共用一個空氣壓縮機3。 將空氣壓縮機3與氣囊進氣口 13通過通氣管道4連接，連接方式採用寶塔型外錐連接。通 氣管道4採用柔性橡膠管道，其內徑為28mm，並且能夠承受1. 5MPa的內壓。
如圖3所示。通氣管道4與氣囊進氣口 13之間採用寶塔型外錐連接，氣囊進氣口 13與電磁閥門14進氣口之間採用螺紋連接。三通管12的三個管頭分別與空心螺栓8和 兩個電磁閥門14連接，均通過螺紋連接。氣囊進氣口 13和氣囊出氣口 15分別與電磁閥門 14串接。本實施例中，氣用電磁閥門14的工作壓力為lMPa，內徑為25mm，時滯小於2ms，且 可長期通電。 氣囊式副翼2的充氣和放氣過程由電磁閥門14控制；沒有電壓時電磁閥門14處 於打開狀態。在氣囊式副翼2充氣時，斷開進氣口 13上電磁閥門14的電源使進氣口 13打 開，接通出氣口 15上電磁閥門14的電源，出氣口 15關閉；氣囊式副翼2放氣時，進氣口 13 上的電磁閥門14閉合，出氣口 15上的電磁閥門14打開。四個氣囊式副翼均有一對電磁閥 門14用於控制氣囊式副翼2的充、放氣操作。
實施例三 本實施例包括粘貼在兩側機翼上表面和下表面的氣囊式副翼。本實施例以飛機的 一側機翼1為例進行詳細描述。 如圖1所示。本實施例是用於某後掠式機翼的氣囊式副翼2。後掠式機翼1的剖 面5採用NACA0012翼型，根弦長為5200mm，尖弦長為1200mm，展長為15000mm，前緣後掠角 為45° ，後緣後掠角為15° 。 氣囊式副翼2是用橡膠材料製成的矩形氣囊。製作氣囊式副翼2的橡膠材料具有 密封性，剛度係數為2乂10^/1112，並能承受80%的伸長變形量以及lMPa的內壓。氣囊式副 翼2的一個表面為粘貼面10 ;通過該粘貼面將氣囊式副翼2粘貼固定在機翼1的上表面和 下表面。 氣囊式副翼2的弦向尺寸為7%機翼尖弦長，展向尺寸為機翼展長的22%。在氣 囊式副翼2的粘貼面10中央處開有通氣孔，在通氣孔上套有空心螺栓8 ;空心螺栓8的外圓 周表面有螺紋，螺帽9套裝在空心螺栓8上，並將螺帽9裝入蒙皮剖面11上的通孔內(如 圖3所示)。通氣孔與空心螺栓8的接觸面均塗有環氧樹脂膠水。蒙皮剖面11上的通孔與 氣囊式副翼2通氣孔為同心孔。空心螺栓8的外徑同粘貼面IO上的通氣孔的內徑，本實施例中，空心螺栓8的外徑為30mm ;空心螺栓8的內徑為26mm，長度為78mm。螺帽9的外徑 同蒙皮剖面11上通孔的內徑，本實施例中為螺帽9的外徑為37mm，高度為7mm。
使用環氧樹脂膠水將一對氣囊式副翼2的四周粘貼固定在機翼1同一展向位置處 的上表面和下表面。環氧樹脂膠水的抗壓強度為50kg/m^，引張強度為40kg/mm2。粘貼前 先將與氣囊式副翼2連接的空心螺栓8穿過機翼上的通孔，並使氣囊式副翼2具有7%的初 始伸長量。氣囊式副翼2的後緣距後掠機翼1的後緣為10%機翼尖弦長；氣囊式副翼的左 端距後掠機翼1的翼尖為10%機翼展長。使用時氣囊式副翼2內的充氣氣壓為0. 3MPa。
空氣壓縮機3位於機身內部。該空氣壓縮機3的排氣量為150L/min，輸出壓力為 0. 7MPa。分別位於兩個機翼上表面和下表面的四個氣囊式副翼2共用一個空氣壓縮機3。 將空氣壓縮機3與氣囊進氣口 13通過通氣管道4連接，連接方式採用寶塔型外錐連接。通 氣管道4採用柔性橡膠管道，其內徑為28mm，並且能夠承受1. 5MPa的內壓。
如圖3所示。通氣管道4與氣囊進氣口 13之間採用寶塔型外錐連接，氣囊進氣口 13與電磁閥門14進氣口之間採用螺紋連接。三通管12的三個管頭分別與空心螺栓8和 兩個電磁閥門14連接，均通過螺紋連接。氣囊進氣口 13和氣囊出氣口 15分別與電磁閥門 14串接。本實施例中，氣用電磁閥門14的工作壓力為lMPa，內徑為25mm，時滯小於2ms，且 可長期通電。 氣囊式副翼2的充氣和放氣過程由電磁閥門14控制；沒有電壓時電磁閥門14處 於打開狀態。在氣囊式副翼2充氣時，斷開進氣口 13上電磁閥門14的電源使進氣口 13打 開，接通出氣口 15上電磁閥門14的電源，出氣口 15關閉；氣囊式副翼2放氣時，進氣口 13 上的電磁閥門14閉合，出氣口 15上的電磁閥門14打開。四個氣囊式副翼均有一對電磁閥 門14用於控制氣囊式副翼2的充、放氣操作。
實施例四 本實施例是用於某後掠式機翼的兩段氣囊式副翼，是在兩側機翼的上表面和下表 面分別對稱的粘貼有兩段氣囊式副翼。其中每個氣囊式副翼由兩個氣囊組成，氣囊間無間 隙。本實施例以飛機的右側機翼16(見圖4)為例進行詳細描述。 圖4中，後掠式機翼16的剖面5採用NACA64A010翼型，根弦長為3200mm，尖弦長 為800mm，展長為7000mm，前緣後掠角為6(r ，後緣後掠角為12。。 第一段氣囊式副翼17和第二段氣囊式副翼18是用橡膠材料製成的矩形氣囊。 製作第一段氣囊式副翼17和第二段氣囊式副翼18的橡膠材料具有密封性，剛度係數為 1.5X10SN/mS，並能承受70X的伸長變形量以及lMPa的內壓。第一段氣囊式副翼17和第 二段氣囊式副翼18的一個表面為粘貼面10 ;通過該粘貼面將第一段氣囊式副翼17和第二 段氣囊式副翼18粘貼固定在機翼16的上表面和下表面。 第一段氣囊式副翼17和第二段氣囊式副翼18的弦向尺寸均為4%機翼尖弦長，展 向尺寸均為機翼展長的9%。在第一段氣囊式副翼17和第二段氣囊式副翼18的粘貼面10 中央處開有通氣孔，在通氣孔上套有空心螺栓8 ;空心螺栓8的外圓周表面有螺紋，螺帽9 套裝在空心螺栓8上，並將螺帽9裝入蒙皮剖面11上的通孔內(如圖3所示)。通氣孔與 空心螺栓8的接觸面均塗有環氧樹脂膠水。蒙皮剖面11上的兩個通孔分別與對應的第一 段氣囊式副翼17和第二段氣囊式副翼18的通氣孔為同心孔。空心螺栓8的外徑同粘貼面 10上的通氣孔的內徑，本實施例中，空心螺栓8的外徑為25mm ;空心螺栓8的內徑為21mm，
7長度為60mm。螺帽9的外徑同蒙皮剖面11上通孔的內徑，本實施例中為螺帽9的外徑為 32線高度為7mm。 使用環氧樹脂膠水將兩對第一段氣囊式副翼17和第二段氣囊式副翼18的四周粘 貼固定在機翼16同一展向位置處的上表面和下表面。環氧樹脂膠水的抗壓強度為50kg/ mm2，引張強度為40kg/mm2。粘貼前先將與第一段氣囊式副翼17和第二段氣囊式副翼18連 接的空心螺栓8穿過機翼上的通孔，並使第一段氣囊式副翼17和第二段氣囊式副翼18具 有7%的初始伸長量。第一段氣囊式副翼17和第二段氣囊式副翼18的後緣距後掠機翼16 的後緣為5%機翼尖弦長；氣囊式副翼18的右端到後掠機翼16翼尖的距離為7%機翼展 長。使用時第一段氣囊式副翼17和第二段氣囊式副翼18內的充氣氣壓為0. 35MPa。
空氣壓縮機3位於機身內部。該空氣壓縮機3的排氣量為150L/min，輸出壓力為
0. 7MPa。分別位於兩個機翼上表面和下表面的八個第一段氣囊式副翼17和第二段氣囊式 副翼18共用一個空氣壓縮機3。將空氣壓縮機3與氣囊進氣口 13通過通氣管道4連接，連 接方式採用寶塔型外錐連接。通氣管道4採用柔性橡膠管道，其內徑為28mm，並且能夠承受
1. 5MPa的內壓。 如圖3所示。通氣管道4與氣囊進氣口 13之間採用寶塔型外錐連接，氣囊進氣口 13與電磁閥門14進氣口之間採用螺紋連接。三通管12的三個管頭分別與空心螺栓8和 兩個電磁閥門14連接，均通過螺紋連接。氣囊進氣口 13和氣囊出氣口 15分別與電磁閥門 14串接。本實施例中，氣用電磁閥門14的工作壓力為0. 8MPa，內徑為20mm，時滯小於lms， 且可長期通電。 第一段氣囊式副翼17和第二段氣囊式副翼18的充、放氣過程均由電磁閥門14控 制，沒有電壓時電磁閥門14處於打開狀態。在第一段氣囊式副翼17和第二段氣囊式副翼 18充氣時，斷開進氣口 13上電磁閥門14的電源使進氣口 13打開，接通出氣口 15上電磁閥 門14的電源，出氣口 15關閉；第一段氣囊式副翼17和第二段氣囊式副翼18放氣時，進氣 口 13上的電磁閥門14閉合，出氣口 15上的電磁閥門14打開。每個氣囊均有一對電磁閥 門14用於控制氣囊的充、放氣操作。
權利要求
一種氣囊式副翼，其特徵在於，在兩側機翼的上表面和下表面粘貼有氣囊式副翼；氣囊式副翼(2)是用橡膠材料製成的矩形氣囊；氣囊式副翼(2)的一個表面為粘貼面(10)；氣囊式副翼(2)的弦向尺寸為1.5％～7％機翼弦長，展向尺寸為機翼展長的9％～22％；氣囊式副翼2的後緣距後掠機翼1的後緣為0％～10％機翼尖弦長；氣囊式副翼的左端距機翼1翼尖為2％～10％機翼展長；空氣壓縮機3位於機身內部，分別與位於兩個機翼上表面和下表面的氣囊式副翼(2)連接。
2. 如權利要求l所述一種氣囊式副翼，其特徵在於，在氣囊式副翼(2)的粘貼面(10)的中央處開有通氣孔，在通氣孔上套有空心螺栓(8);蒙皮剖面(11)上的通孔與氣囊式副翼(2)通氣孔為同心孔。
3. 如權利要求l所述一種氣囊式副翼，其特徵在於，空氣壓縮機(3)與氣囊進氣口(13)通過通氣管道(4)連接；氣囊進氣口 (13)與電磁閥門(14)進氣口連接；三通管(12)的三個管頭分別與空心螺栓(8)和兩個電磁閥門(14)連接；氣囊進氣口 (13)和氣囊出氣口 (15)分別與電磁閥門(14)串接。
4. 如權利要求2所述一種氣囊式副翼，其特徵在於，空心螺栓(8)的外圓周表面有螺紋；螺帽(9)套裝在空心螺栓(8)上，將螺帽(9)裝入蒙皮剖面(11)上的通孔內，並使氣囊式副翼(2)具有7% 14%的初始伸長量。
5. 如權利要求1所述一種氣囊式副翼，其特徵在於，所述的氣囊式副翼在一側機翼上為一個或者多個。
全文摘要
一種氣囊式副翼，其特徵在於，在兩側機翼上表面和下表面粘貼有氣囊式副翼；將橡膠材料製成的矩形氣囊式副翼(2)粘貼固定在機翼(1)的下表面；氣囊式副翼(2)的弦向尺寸為1.5％～7％機翼弦長，展向尺寸為機翼展長的9％～22％；氣囊式副翼(2)的後緣距機翼(1)的後緣為0％～10％機翼尖弦長；空氣壓縮機3位於機身內部，分別與位於兩個機翼上表面和下表面的氣囊式副翼(2)連接。充氣後的氣囊從機翼上、下表面突起，改變了機翼表面形狀，從而影響其繞流流場，明顯地改變機翼(1)的氣動特性，獲得操縱飛機姿態和控制飛機飛行的氣動力。本發明具有結構重量輕、翼面光滑且加工維護方便的特點。
文檔編號B64C3/38GK101723085SQ20091025446
公開日2010年6月9日 申請日期2009年12月23日 優先權日2009年12月23日
發明者葉正寅, 武潔, 蔣躍文 申請人:西北工業大學