气囊式副翼 【技术领域】
本发明涉及飞行器设计领域，具体是一种气囊式副翼。
背景技术
在飞行过程中，飞行器的滚转运动往往依赖于机翼上副翼的控制。副翼设计是飞行器设计中一个十分重要的环节，关系到飞行的稳定性和机动性，这两个方面恰好又是判定飞机性能的重要指标。尤其是无尾式的飞翼布局飞机，为了实现纵、横向的可控飞行，保证飞行的稳定性和机动性，需要更多的操纵面参与飞行控制，例如美国的B2战略轰炸机上就有多达八对操纵面，其设计、加工和控制都十分复杂。
传统的副翼都是通过部分翼面的相对偏转来改变机翼上的气流流向，以此获得期望的空气动力学特性。副翼的偏转一般由液压系统或一定功率的舵机完成。这些系统中，尤其是液压机械系统，不仅重量和体积都比较大，而且不便于设计和安装。因为副翼通常安装于厚度很小的机翼后缘，有时飞机设计者们不得不在翼面上鼓起一个凸包来安置副翼的驱动系统，这显然会影响机翼的气动特性，从而影响操纵效率。
此外，现代作战飞机特别强调隐身性能，而传统副翼与机翼翼面之间不可避免地存在间隙，当副翼打开时，副翼与翼面之间的角度更大，这就会带来强烈的角反射问题，不利于飞机的隐身设计。
【发明内容】
为克服现有技术中存在的或者设计、加工和控制都十分复杂，或者会影响机翼的气动特性，从而影响操纵效率，或者不利于飞机的隐身设计的不足，本发明提出了一种气囊式副翼。
本发明包括粘贴在两侧机翼上表面和下表面的气囊式副翼。
气囊式副翼是用橡胶材料制成的矩形气囊。气囊式副翼的一个表面为粘贴面；通过该粘贴面将气囊式副翼粘贴固定在机翼的上表面和下表面。
气囊式副翼的弦向尺寸为1.5％～7％机翼尖弦长，展向尺寸为机翼展长的9％～22％。在气囊式副翼的粘贴面中央处开有通气孔，在通气孔上套有空心螺栓；空心螺栓的外圆周表面有螺纹，螺帽套装在空心螺栓上，并将螺帽装入蒙皮剖面上的通孔内。通气孔与空心螺栓的接触面均涂有环氧树脂胶水。蒙皮剖面上的通孔与气囊式副翼通气孔为同心孔。
使用环氧树脂胶水将一对气囊式副翼的四周粘贴固定在机翼同一展向位置处的上表面和下表面，并使气囊式副翼具有7％～14％的初始伸长量。气囊式副翼的后缘距机翼的后缘为0％～10％机翼尖弦长；气囊式副翼的左端距后掠机翼翼尖为％～10％机翼展长。
空气压缩机位于机身内部。空气压缩机通过通气管道与气囊进气口连接；气囊进气口和气囊出气口上分别串接有电磁阀门。三通管的三个管头分别与空心螺栓和两个电磁阀门连接。
气囊式副翼的充气和放气过程由电磁阀门控制；没有电压时电磁阀门处于打开状态。在气囊式副翼充气时，断开进气口上电磁阀门的电源使进气口打开，接通出气口上电磁阀门的电源，出气口关闭；气囊式副翼放气时，进气口上的电磁阀门闭合，出气口上的电磁阀门打开。四个气囊式副翼均有一对电磁阀门用于控制气囊式副翼的充、放气操作。
本发明利用空气动力学原理，在机翼后缘附近表面安装一种充气结构，该结构由橡胶材料粘贴而成。橡胶材料选用弹性模量大且密封性好的材料。在需要使用副翼时，通过充气装置对橡胶材料内部进行充气加压。在内部压力的作用下，橡胶材料制成的气囊体积增大，气囊从机翼表面上突起，改变了机翼表面形状，从而影响其绕流流场，获得操纵飞机姿态和控制飞机飞行的气动力。
本发明中，各气囊共用一套充气系统。当需要某种操纵力矩时，选取相应的气囊，充入一定容积的气体，使其从翼面上鼓起来。通过试验已经证明鼓起的气囊能够带来流场变化，得到所需的气动力力矩，其操纵效果与传统机械式操纵面相同，即气囊式副翼可以替代传统的机械式副翼，并且不破坏翼面的整体结构，不存在缝隙，可以减小雷达反射信号，有利于改善飞机的隐身性能。与传统机械式副翼相比，本发明具有结构重量轻、翼面光滑和加工维护方便的特点。
【附图说明】
附图1为气囊式副翼在某机翼(右侧)上的安装示意图。
附图2为气囊式副翼的剖面示意图。
附图3为机翼下表面气囊进出口连接示意图。
附图4为两段气囊式副翼示意图。
1.机翼 2.气囊式副翼 3.空气压缩机 4.橡胶管道 5.机翼的弦向剖面
6.气囊式副翼的弦向剖面 7.气囊进出口 8.空心螺栓 9.螺帽
10.气囊粘贴面 11.蒙皮剖面 12.三通管 13.气囊进气口 14.气用电磁阀门
15.气囊出气口 16.机翼 17.第一段气囊式副翼 18.第二段气囊式副翼
【具体实施方式】
实施例一
本实施例包括粘贴在两侧机翼上表面和下表面的气囊式副翼。本实施例以飞机的一侧机翼1为例进行详细描述。
如图1所示。本实施例是用于某后掠式机翼的气囊式副翼2。后掠式机翼1地剖面5采用NACA0012翼型，根弦长为5200mm，尖弦长为1200mm，展长为15000mm，前缘后掠角为45°，后缘后掠角为15°。
气囊式副翼2是用橡胶材料制成的矩形气囊。制作气囊式副翼2的橡胶材料具有密封性，刚度系数为2×105N/m2，并能承受80％的伸长变形量以及1MPa的内压。气囊式副翼2的一个表面为粘贴面10；通过该粘贴面将气囊式副翼2粘贴固定在机翼1的上表面和下表面。
气囊式副翼2的弦向尺寸为1.5％机翼尖弦长，展向尺寸为机翼展长的11％。在气囊式副翼2的粘贴面10中央处开有通气孔，在通气孔上套有空心螺栓8；空心螺栓8的外圆周表面有螺纹，螺帽9套装在空心螺栓8上，并将螺帽9装入蒙皮剖面11上的通孔内(如图3所示)。通气孔与空心螺栓8的接触面均涂有环氧树脂胶水。蒙皮剖面11上的通孔与气囊式副翼2通气孔为同心孔。空心螺栓8的外径同粘贴面10上的通气孔的内径，本实施例中，空心螺栓8的外径为30mm；空心螺栓8的内径为26mm，长度为78mm。螺帽9的外径同蒙皮剖面11上通孔的内径，本实施例中为螺帽9的外径为37mm，高度为7mm。
使用环氧树脂胶水将一对气囊式副翼2的四周粘贴固定在机翼1同一展向位置处的上表面和下表面。环氧树脂胶水的抗压强度为50kg/mm2，引张强度为40kg/mm2。粘贴前先将与气囊式副翼2连接的空心螺栓8穿过机翼上的通孔，并使气囊式副翼2具有12％的初始伸长量。气囊式副翼2的后缘距后掠机翼1的后缘为0％机翼尖弦长；气囊式副翼的左端距后掠机翼1翼尖为2％机翼展长。使用时气囊式副翼2内的充气气压为0.3MPa。
空气压缩机3位于机身内部。该空气压缩机3的排气量为150L/min，输出压力为0.5MPa。分别位于两个机翼上表面和下表面的四个气囊式副翼2共用一个空气压缩机3。将空气压缩机3与气囊进气口13通过通气管道4连接，连接方式采用宝塔型外锥连接。通气管道4采用柔性橡胶管道，其内径为28mm，并且能够承受1.5MPa的内压。
如图3所示。通气管道4与气囊进气口13之间采用宝塔型外锥连接，气囊进气口13与电磁阀门14进气口之间采用螺纹连接。三通管12的三个管头分别与空心螺栓8和两个电磁阀门14连接，均通过螺纹连接。气囊进气口13和气囊出气口15分别与电磁阀门14串接。本实施例中，气用电磁阀门14的工作压力为1MPa，内径为25mm，时滞小于1ms，且可长期通电。
四个气囊式副翼均有一对电磁阀门14用于控制气囊式副翼2的充、放气操作。气囊式副翼2的充气和放气过程由电磁阀门14控制；没有电压时电磁阀门14处于打开状态。在气囊式副翼2充气时，断开进气口13上电磁阀门14的电源使进气口13打开，接通出气口15上电磁阀门14的电源，出气口15关闭；气囊式副翼2放气时，进气口13上的电磁阀门14闭合，出气口15上的电磁阀门14打开。
实施例二
本实施例包括粘贴在两侧机翼上表面和下表面的气囊式副翼。本实施例以飞机的一侧机翼1为例进行详细描述。
如图1所示。本实施例是用于某后掠式机翼的气囊式副翼2。后掠式机翼1的剖面5采用NACA0012翼型，根弦长为5200mm，尖弦长为1200mm，展长为15000mm，前缘后掠角为45°，后缘后掠角为15°。
气囊式副翼2是用橡胶材料制成的矩形气囊。制作气囊式副翼2的橡胶材料具有密封性，刚度系数为2×105N/m2，并能承受80％的伸长变形量以及1MPa的内压。气囊式副翼2的一个表面为粘贴面10；通过该粘贴面将气囊式副翼2粘贴固定在机翼1的上表面和下表面。
气囊式副翼2的弦向尺寸为3.5％机翼尖弦长，展向尺寸为机翼展长的17％。在气囊式副翼2的粘贴面10中央处开有通气孔，在通气孔上套有空心螺栓8；空心螺栓8的外圆周表面有螺纹，螺帽9套装在空心螺栓8上，并将螺帽9装入蒙皮剖面11上的通孔内(如图3所示)。通气孔与空心螺栓8的接触面均涂有环氧树脂胶水。蒙皮剖面11上的通孔与气囊式副翼2通气孔为同心孔。空心螺栓8的外径同粘贴面10上的通气孔的内径，本实施例中，空心螺栓8的外径为30mm；空心螺栓8的内径为26mm，长度为78mm。螺帽9的外径同蒙皮剖面11上通孔的内径，本实施例中为螺帽9的外径为37mm，高度为7mm。
使用环氧树脂胶水将一对气囊式副翼2的四周粘贴固定在机翼1同一展向位置处的上表面和下表面。环氧树脂胶水的抗压强度为50kg/mm2，引张强度为40kg/mm2。粘贴前先将与气囊式副翼2连接的空心螺栓8穿过机翼上的通孔，并使气囊式副翼2具有10％的初始伸长量。气囊式副翼2的后缘距后掠机翼1的后缘为3％机翼尖弦长；气囊式副翼的左端距后掠机翼1翼尖为4％机翼展长。使用时气囊式副翼2内的充气气压为0.3MPa。
空气压缩机3位于机身内部。该空气压缩机3的排气量为150L/min，输出压力为0.6MPa。分别位于两个机翼上表面和下表面的四个气囊式副翼2共用一个空气压缩机3。将空气压缩机3与气囊进气口13通过通气管道4连接，连接方式采用宝塔型外锥连接。通气管道4采用柔性橡胶管道，其内径为28mm，并且能够承受1.5MPa的内压。
如图3所示。通气管道4与气囊进气口13之间采用宝塔型外锥连接，气囊进气口13与电磁阀门14进气口之间采用螺纹连接。三通管12的三个管头分别与空心螺栓8和两个电磁阀门14连接，均通过螺纹连接。气囊进气口13和气囊出气口15分别与电磁阀门14串接。本实施例中，气用电磁阀门14的工作压力为1MPa，内径为25mm，时滞小于2ms，且可长期通电。
气囊式副翼2的充气和放气过程由电磁阀门14控制；没有电压时电磁阀门14处于打开状态。在气囊式副翼2充气时，断开进气口13上电磁阀门14的电源使进气口13打开，接通出气口15上电磁阀门14的电源，出气口15关闭；气囊式副翼2放气时，进气口13上的电磁阀门14闭合，出气口15上的电磁阀门14打开。四个气囊式副翼均有一对电磁阀门14用于控制气囊式副翼2的充、放气操作。
实施例三
本实施例包括粘贴在两侧机翼上表面和下表面的气囊式副翼。本实施例以飞机的一侧机翼1为例进行详细描述。
如图1所示。本实施例是用于某后掠式机翼的气囊式副翼2。后掠式机翼1的剖面5采用NACA0012翼型，根弦长为5200mm，尖弦长为1200mm，展长为15000mm，前缘后掠角为45°，后缘后掠角为15°。
气囊式副翼2是用橡胶材料制成的矩形气囊。制作气囊式副翼2的橡胶材料具有密封性，刚度系数为2×105N/m2，并能承受80％的伸长变形量以及1MPa的内压。气囊式副翼2的一个表面为粘贴面10；通过该粘贴面将气囊式副翼2粘贴固定在机翼1的上表面和下表面。
气囊式副翼2的弦向尺寸为7％机翼尖弦长，展向尺寸为机翼展长的22％。在气囊式副翼2的粘贴面10中央处开有通气孔，在通气孔上套有空心螺栓8；空心螺栓8的外圆周表面有螺纹，螺帽9套装在空心螺栓8上，并将螺帽9装入蒙皮剖面11上的通孔内(如图3所示)。通气孔与空心螺栓8的接触面均涂有环氧树脂胶水。蒙皮剖面11上的通孔与气囊式副翼2通气孔为同心孔。空心螺栓8的外径同粘贴面10上的通气孔的内径，本实施例中，空心螺栓8的外径为30mm；空心螺栓8的内径为26mm，长度为78mm。螺帽9的外径同蒙皮剖面11上通孔的内径，本实施例中为螺帽9的外径为37mm，高度为7mm。
使用环氧树脂胶水将一对气囊式副翼2的四周粘贴固定在机翼1同一展向位置处的上表面和下表面。环氧树脂胶水的抗压强度为50kg/mm2，引张强度为40kg/mm2。粘贴前先将与气囊式副翼2连接的空心螺栓8穿过机翼上的通孔，并使气囊式副翼2具有7％的初始伸长量。气囊式副翼2的后缘距后掠机翼1的后缘为10％机翼尖弦长；气囊式副翼的左端距后掠机翼1的翼尖为10％机翼展长。使用时气囊式副翼2内的充气气压为0.3MPa。
空气压缩机3位于机身内部。该空气压缩机3的排气量为150L/min，输出压力为0.7MPa。分别位于两个机翼上表面和下表面的四个气囊式副翼2共用一个空气压缩机3。将空气压缩机3与气囊进气口13通过通气管道4连接，连接方式采用宝塔型外锥连接。通气管道4采用柔性橡胶管道，其内径为28mm，并且能够承受1.5MPa的内压。
如图3所示。通气管道4与气囊进气口13之间采用宝塔型外锥连接，气囊进气口13与电磁阀门14进气口之间采用螺纹连接。三通管12的三个管头分别与空心螺栓8和两个电磁阀门14连接，均通过螺纹连接。气囊进气口13和气囊出气口15分别与电磁阀门14串接。本实施例中，气用电磁阀门14的工作压力为1MPa，内径为25mm，时滞小于2ms，且可长期通电。
气囊式副翼2的充气和放气过程由电磁阀门14控制；没有电压时电磁阀门14处于打开状态。在气囊式副翼2充气时，断开进气口13上电磁阀门14的电源使进气口13打开，接通出气口15上电磁阀门14的电源，出气口15关闭；气囊式副翼2放气时，进气口13上的电磁阀门14闭合，出气口15上的电磁阀门14打开。四个气囊式副翼均有一对电磁阀门14用于控制气囊式副翼2的充、放气操作。
实施例四
本实施例是用于某后掠式机翼的两段气囊式副翼，是在两侧机翼的上表面和下表面分别对称的粘贴有两段气囊式副翼。其中每个气囊式副翼由两个气囊组成，气囊间无间隙。本实施例以飞机的右侧机翼16(见图4)为例进行详细描述。
图4中，后掠式机翼16的剖面5采用NACA64A010翼型，根弦长为3200mm，尖弦长为800mm，展长为7000mm，前缘后掠角为60°，后缘后掠角为12°。
第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18是用橡胶材料制成的矩形气囊。制作第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18的橡胶材料具有密封性，刚度系数为1.5×105N/m5，并能承受70％的伸长变形量以及1MPa的内压。第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18的一个表面为粘贴面10；通过该粘贴面将第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18粘贴固定在机翼16的上表面和下表面。
第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18的弦向尺寸均为4％机翼尖弦长，展向尺寸均为机翼展长的9％。在第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18的粘贴面10中央处开有通气孔，在通气孔上套有空心螺栓8；空心螺栓8的外圆周表面有螺纹，螺帽9套装在空心螺栓8上，并将螺帽9装入蒙皮剖面11上的通孔内(如图3所示)。通气孔与空心螺栓8的接触面均涂有环氧树脂胶水。蒙皮剖面11上的两个通孔分别与对应的第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18的通气孔为同心孔。空心螺栓8的外径同粘贴面10上的通气孔的内径，本实施例中，空心螺栓8的外径为25mm；空心螺栓8的内径为21mm，长度为60mm。螺帽9的外径同蒙皮剖面11上通孔的内径，本实施例中为螺帽9的外径为32mm，高度为7mm。
使用环氧树脂胶水将两对第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18的四周粘贴固定在机翼16同一展向位置处的上表面和下表面。环氧树脂胶水的抗压强度为50kg/mm2，引张强度为40kg/mm2。粘贴前先将与第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18连接的空心螺栓8穿过机翼上的通孔，并使第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18具有7％的初始伸长量。第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18的后缘距后掠机翼16的后缘为5％机翼尖弦长；气囊式副翼18的右端到后掠机翼16翼尖的距离为7％机翼展长。使用时第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18内的充气气压为0.35MPa。
空气压缩机3位于机身内部。该空气压缩机3的排气量为150L/min，输出压力为0.7MPa。分别位于两个机翼上表面和下表面的八个第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18共用一个空气压缩机3。将空气压缩机3与气囊进气口13通过通气管道4连接，连接方式采用宝塔型外锥连接。通气管道4采用柔性橡胶管道，其内径为28mm，并且能够承受1.5MPa的内压。
如图3所示。通气管道4与气囊进气口13之间采用宝塔型外锥连接，气囊进气口13与电磁阀门14进气口之间采用螺纹连接。三通管12的三个管头分别与空心螺栓8和两个电磁阀门14连接，均通过螺纹连接。气囊进气口13和气囊出气口15分别与电磁阀门14串接。本实施例中，气用电磁阀门14的工作压力为0.8MPa，内径为20mm，时滞小于1ms，且可长期通电。
第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18的充、放气过程均由电磁阀门14控制，没有电压时电磁阀门14处于打开状态。在第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18充气时，断开进气口13上电磁阀门14的电源使进气口13打开，接通出气口15上电磁阀门14的电源，出气口15关闭；第一段气囊式副翼17和第二段气囊式副翼18放气时，进气口13上的电磁阀门14闭合，出气口15上的电磁阀门14打开。每个气囊均有一对电磁阀门14用于控制气囊的充、放气操作。