【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种飞行器用涡流发生器，更具体地说，涉及一种可调节角度和高度的涡流发生器，该涡流发生器能够同时调节其中的涡流发生器本体与气流方向的夹角以及该涡流发生器本体伸出飞行器蒙皮的高度。
技术介绍
1、通常情况下，民用飞行器在较大迎角下，其机体表面会发生流动分离，导致升力降低、阻力增加、操纵性和稳定性降低等一系列不良结果。涡流发生器（vortex generator，简称vg）是目前抑制流动分离的最常用的手段之一，已在诸多型号的飞行器上得到应用。
2、通常情况下，涡流发生器是垂直安装在机体表面上的小型突出物，其有效部位可被视为展弦比很小的机翼，常见形状有三角形、矩形、梯形等，其所在平面与来流方向存在一定夹角。由于涡流发生器的展弦比很小，可以产生较强的翼尖涡，这种翼尖涡可促使边界层内部的低能量气流和边界层外部的高能量气流混合，进而增大边界层气流的能量。随着边界层内气流的能量增加，获得了更强的抵抗逆压梯度的能力，因此边界层的流动分离得到抑制。
3、当飞行器的飞行高度、马赫数、迎角、侧滑角等参数发生变化时，同一部位的边界层厚度以及气流方向也会随之变化，涡流发生器产生的作用也会随之变化。在这些参数中，最重要的两个参数是：（i）与气流方向的夹角ɑ（即安装角）；以及（ii）伸出机体表面的高度h。
4、若要使涡流发生器发挥效能，其需要有一定的安装角。但此安装角的存在，客观上增加了机体的迎风面积，导致小迎角下的阻力增加。具体来说，在飞行器巡航状态下，涡流发生器与当地气流的夹角为零度，且涡流发生器的底座与当
5、传统涡流发生器是针对大迎角的工况设计的，而飞行器的巡航状态均为小迎角，传统涡流发生器无法在巡航状态下发挥效果，甚至还会产生负面作用。在小迎角状态下，安装角应尽可能小，最好为零度，以此来减少涡流发生器带来的附加阻力。但是，传统的涡流发生器无法根据飞行工况调整安装角。
6、研究表明，涡流发生器对气流分离的抑制作用与其高度直接相关，涡流发生器的高度应与当地边界层厚度接近。若涡流发生器伸出机体表面的高度过低，产生的涡流较弱，流动控制作用较弱。若涡流发生器伸出机体表面的高度过高，产生的涡流位于边界层以外，无法给边界层气流注入足够的能量，也无法发挥理想的效果。飞行器在不同飞行高度、不同速度和不同的迎角下，同一部位的边界层厚度存在差异，而传统的涡流发生器完全固定在机体表面上，无法根据飞行工况调节高度。
7、以某型具有常规布局的固定翼飞行器为例，在巡航马赫数、大迎角（例如，4°）状态下，固定翼表面发生大面积流动分离。图1是示出固定翼上的涡流发生器对全机力矩特性的影响的曲线图。在该图中共绘制了三条曲线，其中实线是未安装涡流发生器的全机的力矩-迎角曲线，可以看到在迎角从1°变化到4°的过程中，力矩-迎角曲线始终下降；而在迎角从4°变化到6°的过程中，力矩-迎角曲线在达到最低点之后开始上扬。
8、此外，虚线和点划线分别是在该固定翼上安装有一系列25mm高度和10mm高度的涡流发生器后的全机力矩-迎角曲线，对比未安装涡流发生器的全机力矩-迎角曲线，可以观察到高度为25mm的涡流发生器对抑制力矩-迎角曲线上扬无明显作用，而高度为10mm的涡流发生器则作用明显。显然，这两个高度的涡流发生器在抑制气流分离方面的作用存在显著差别。经测量，在该工况下，涡流发生器安装位置的边界层厚度约为7至9mm。这进一步证明了涡流发生器高度需要与当地边界层厚度接近。
9、图2a示出了未配备涡流发生器的该型飞行器在大迎角飞行时，其固定翼表面的流线图，而图2b则示出了配备高度为10mm的涡流发生器的相同飞行器在相同飞行状态下的固定翼表面的流线图。可以看到，在图2a中的飞行器固定翼表面靠近后缘处，发生了大面积的流动分离。相比之下，在图2b中框出的涡流发生器的安装区域a的后方，流动分离情况得到了明显抑制。
10、另一方面，在干净的后掠机翼上，可以安装不同角度的涡流发生器。除涡流发生器的安装角外，安装位置、形状、大小等其它参数完全相同。以安装角为0°和25°的两个涡流发生器为例，在0.7马赫数下，分别计算0°和6°迎角下，带涡流发生器的后掠机翼气动力，如下方的表1所示，其中ma为马赫数，aoa为迎角，cl为升力系数，cd为阻力系数，l/d为升阻比。很明显，在小迎角下，0°安装角方案具有较高的升阻比；而在大迎角下，25°安装角方案具有较高的升阻比。可见，在不同的飞行状态下，最优的涡流发生器安装角是不同的。
11、
12、通过上述分析可知，对于常规设计的飞行器，小迎角下的主要升力面一般不发生流动分离，不需要涡流发生器抑制流动分离。此时，为了尽量减小涡流发生器带来的附加阻力，涡流发生器应当沿当地气流方向布置，使得涡流发生器产生的涡的强度较小。在大迎角下，主要升力面发生流动分离，则涡流发生器需要与气流方向存在足够大的安装角，以获得足够强度的涡，进而抑制流动分离。另外，在不同状态下，飞行器表面同一位置处的边界层厚度也会发生变化，为了使涡流发生器的效能最大化，可以根据当地边界层厚度动态地调整涡流发生器的高度。
13、现有技术中存在一些基于上述安装角和伸出高度等参数变化而改进涡流发生器的技术方案。
14、例如，由空中客车运作有限责任公司于2016年11月30日提交的美国专利技术专利us10,543,908b2公开了一种用于飞行器的涡流发生器装置。该专利提出一种流动控制系统，这种流动控制系统包括气流通过的飞行器表面、涡流产生元件、连接该元件的元件支撑结构和安装结构。涡流产生元件具有旋转轴，可在驱动装置的驱动下绕该轴旋转，并在保持器作用下使涡流产生元件与气流方向保持一定夹角。
15、然而，该专利技术只能调节涡流发生器与气流的安装角，并不能调节涡流发生器高度，而且这种流动控制装置还需要分别设置驱动器和保持器，零件数量较多且结构复杂，不利于降低装置的整体成本。
16、同样由空中客车运作有限责任公司于2016年9月27日提交的中国专利技术专利cn107010208b涉及用于飞行器的涡流发生器设备、气流控制系统、飞行器和控制飞行器的舵面上的气流的方法。该涡流发生器设备包括：飞行器的气动外形表面，其表面部件包含开口；涡流产生装置，可在缩回位置和伸出位置之间移动；保持装置，用于将涡流产生装置保持在缩回位置；偏置装置，用于朝向伸出位置偏置涡流产生装置；释放装置，用于从保持装置释放涡流产生装置，使得涡流产生装置可以向伸出位置移动。另外，该设备还提供了密封膜，以在涡流产生装置处于缩回位置时完本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种飞行器用涡流发生器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的涡流发生器，其特征在于，所述涡流发生器本体（2）具有从以下形状中选择的形状：梯形、矩形、三角形和部分边缘倒圆的梯形。
3.如权利要求1所述的涡流发生器，其特征在于，所述中空圆筒体具有至少一个套筒（4），所述旋转体为底座（3），所述旋转体经由驱动杆（8）连接到用于控制其转动的控制器。
4.如权利要求3所述的涡流发生器，其特征在于，所述驱动杆（8）的一端关联到控制其转动和/或上下运动的控制器，另一端直接驱动所述底座（3）或借助于联动机构驱动所述底座（3）。
5.如权利要求3所述的涡流发生器，其特征在于，所述底座（3）和所述套筒（4）之间设有具有预定斜率的螺旋式滑槽结构（10），所述底座（3）和所述套筒（4）借助于彼此在所述滑槽结构（10）内的滑动而致使所述底座（3）相对于所述套筒（4）升高或降低。
6.如权利要求5所述的涡流发生器，其特征在于，所述滑槽结构（10）包括设置在所述底座（3）的外周缘上的第一螺纹（10a）和设置在所述套筒（4）的内表面上的第二螺
7.如权利要求3所述的涡流发生器，其特征在于，所述底座（3）在其外周缘的至少一个位置处设有向外突出的至少一个第一齿部（5a），所述套筒（4）设有高度与所述第一齿部（5a）匹配的周向凹槽（6），使得所述第一齿部（5a）在所述底座（3）容置在所述套筒（4）内部时能在所述周向凹槽（6）中滑动。
8.如权利要求7所述的涡流发生器，其特征在于，所述套筒（4）为单套筒型式，所述周向凹槽（6）设置在所述套筒（4）的内表面上，所述套筒（4）的内表面还形成有两条或两条以上的轴向凹槽（7），所述轴向凹槽（7）彼此平行且其至少一部分与所述周向凹槽（6）相交并连通。
9.如权利要求8所述的涡流发生器，其特征在于，所述轴向凹槽（7）沿所述周向凹槽（6）的延伸方向均匀分布在所述套筒（4）的内表面上。
10.如权利要求7所述的涡流发生器，其特征在于，所述套筒（4）被制成为分体型式，从而在所述底座（3）的所述第一齿部（5a）嵌入到所述套筒（4）的所述周向凹槽（6）之后将所述套筒（4）安装成整体。
11.如权利要求7所述的涡流发生器，其特征在于，所述套筒（4）为双套筒型式，并且由同轴布置且彼此可动配合的外套筒（4a）和内套筒（4b）构成，所述周向凹槽（6）形成在所述外套筒（4a）和所述内套筒（4b）中的一个上，所述外套筒（4a）和所述内套筒（4b）中的另一个形成至少一条轴向凹槽（7），所述底座（3）经由第一齿部（5a）与所述内套筒（4b）滑动配合，所述内套筒（4b）在其外周缘的至少一个位置处设有向外突出的第二齿部（5b），并且经由所述第二齿部（5b）与所述外套筒（4a）滑动配合。
12.如权利要求11所述的涡流发生器，其特征在于，所述内套筒（4b）和所述外套筒（4a）被制成为分体型式，从而在所述第一齿部（5a）嵌入到所述内套筒（4b）之后将所述内套筒（4b）安装成整体，并且在所述第二齿部（5b）嵌入到所述外套筒（4a）之后将所述外套筒（4a）安装成整体。
...【技术特征摘要】
1.一种飞行器用涡流发生器，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的涡流发生器，其特征在于，所述涡流发生器本体（2）具有从以下形状中选择的形状：梯形、矩形、三角形和部分边缘倒圆的梯形。
3.如权利要求1所述的涡流发生器，其特征在于，所述中空圆筒体具有至少一个套筒（4），所述旋转体为底座（3），所述旋转体经由驱动杆（8）连接到用于控制其转动的控制器。
4.如权利要求3所述的涡流发生器，其特征在于，所述驱动杆（8）的一端关联到控制其转动和/或上下运动的控制器，另一端直接驱动所述底座（3）或借助于联动机构驱动所述底座（3）。
5.如权利要求3所述的涡流发生器，其特征在于，所述底座（3）和所述套筒（4）之间设有具有预定斜率的螺旋式滑槽结构（10），所述底座（3）和所述套筒（4）借助于彼此在所述滑槽结构（10）内的滑动而致使所述底座（3）相对于所述套筒（4）升高或降低。
6.如权利要求5所述的涡流发生器，其特征在于，所述滑槽结构（10）包括设置在所述底座（3）的外周缘上的第一螺纹（10a）和设置在所述套筒（4）的内表面上的第二螺纹（10b），所述第一螺纹（10a）与所述第二螺纹（10b）彼此啮合。
7.如权利要求3所述的涡流发生器，其特征在于，所述底座（3）在其外周缘的至少一个位置处设有向外突出的至少一个第一齿部（5a），所述套筒（4）设有高度与所述第一齿部（5a）匹配的周向凹槽（6），使得所述第一齿部（5a）在所述底座（3）容置在所述套筒（4）内部时能在所述周向凹槽（6）中滑动。
8.如权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：王文魁，李锦烨，吴泽寰，张美红，罗佳茗，黄增辉，
申请(专利权)人：中国商用飞机有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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