一種利用馬格納斯效應(yīng)的新型機(jī)翼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種利用馬格納斯效應(yīng)的新型機(jī)翼，包括柔性蒙皮、翼肋、梁、機(jī)翼前緣滾筒和驅(qū)動裝置；驅(qū)動裝置驅(qū)動機(jī)翼前緣滾筒轉(zhuǎn)動；翼肋前端為圓弧凹陷結(jié)構(gòu)，在圓弧凹陷面上安裝有滾動軸承，機(jī)翼前緣滾筒處于翼肋前端圓弧凹陷結(jié)構(gòu)內(nèi)，與翼肋通過滾動軸承配合；在翼肋周向邊緣還安裝有若干滾動軸承，柔性蒙皮包裹由機(jī)翼前緣滾筒、翼肋和梁組成的機(jī)翼框架，機(jī)翼前緣滾筒能夠帶動柔性蒙皮繞機(jī)翼框架滑動。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中利用圓筒形機(jī)翼產(chǎn)生馬格納斯升力時阻力大的不足，且相比于傳統(tǒng)機(jī)翼，在低速飛行時，本發(fā)明只需調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使得蒙皮的滑動速度增加，也可使機(jī)翼獲得較大升力，增加載重，并實(shí)現(xiàn)短距起降，降低跑道要求。
【專利說明】一種利用馬格納斯效應(yīng)的新型機(jī)翼
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于航空【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種利用馬格納斯效應(yīng)的新型機(jī)翼。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)翼的作用是產(chǎn)生升力，以平衡飛機(jī)在空中飛行時的自重?，F(xiàn)有機(jī)翼的表面蒙皮是固定的，在機(jī)翼形狀和迎角一定的情況下，機(jī)翼的升力完全由飛機(jī)的飛行速度決定，因此，在飛機(jī)起飛，著落和低速階段其機(jī)翼升力有限，為了增加機(jī)翼升力，通常采用的辦法是安裝增升裝置。目前常用的增升裝置有氣動力增升和動力增升。氣動力增升指的是采用襟翼等裝置來增加機(jī)翼彎度、面積和延遲氣流分離，從根本上而言只是改變了機(jī)翼外形和面積，這類增升方式存在的不足是:增升效率通常較低，機(jī)構(gòu)復(fù)雜，襟翼張開不僅會帶來較大的阻力，也會帶來較大的低頭力矩，對飛機(jī)平尾的配平能力要求較高；而動力增升方式則是讓發(fā)動機(jī)噴流或螺旋槳后的滑流流過機(jī)翼，利用偏轉(zhuǎn)后緣襟翼的方法使高速氣流向下偏折，從而增大機(jī)翼升力，其不足在于:增加的升力實(shí)質(zhì)上是發(fā)動機(jī)或螺旋槳的推力進(jìn)行轉(zhuǎn)向而得到的，這個附加升力的大小不可調(diào)節(jié)，且效果通常不明顯。
[0003]總之，現(xiàn)有機(jī)翼在外形和迎角一定的情況下升力通常由飛行速度決定，而傳統(tǒng)的增升方式存在增升效率不高，機(jī)構(gòu)復(fù)雜或者附加升力大小不可調(diào)等不足，使得實(shí)現(xiàn)飛機(jī)短距起降和低速巡航的難度較大。
[0004]經(jīng)典的馬格納斯效應(yīng)是指在粘性不可壓縮流體中運(yùn)動的旋轉(zhuǎn)圓柱受到舉力的一種現(xiàn)象。比如，足球在氣流中運(yùn)動時，若其上球面的旋轉(zhuǎn)方向與氣流同向，則會帶動上球面附近的氣流運(yùn)動，使得上球面的流速增加，產(chǎn)生低壓；反之，與氣流速度方向相反的下球面則會產(chǎn)生高壓,從而產(chǎn)生舉力。
[0005]Jost Seifert于2012年發(fā)表了一篇關(guān)于馬格納斯效應(yīng)的綜述性文章，對馬格納斯效應(yīng)原理和各種參數(shù)對氣動力的影響進(jìn)行了詳細(xì)分析，該文的分析和結(jié)論為如何更好的利用馬格納斯效應(yīng)提供參考，詳情見Jost Seifert.A review of the Magnus effect inaeronautics.Progress in Aerospace Sciences55 (2012) 17-45。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]要解決的技術(shù)問題
[0007]為了克服現(xiàn)有機(jī)翼的升力通常由飛行速度決定，從而克服飛機(jī)短距起降和低速巡航難度較大的不足，本發(fā)明提出了一種利用馬格納斯效應(yīng)的新型機(jī)翼。
[0008]技術(shù)方案
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0010]所述一種利用馬格納斯效應(yīng)的新型機(jī)翼，包括蒙皮、翼肋、梁，梁穿過各翼肋上的管梁孔以使得翼肋位置固定；其特征在于:還包括機(jī)翼前緣滾筒和驅(qū)動裝置；所述蒙皮為柔性蒙皮；驅(qū)動裝置驅(qū)動機(jī)翼前緣滾筒轉(zhuǎn)動；翼肋前端為圓弧凹陷結(jié)構(gòu)，在圓弧凹陷面上安裝有滾動軸承，機(jī)翼前緣滾筒處于翼肋前端圓弧凹陷結(jié)構(gòu)內(nèi)，與翼肋通過滾動軸承配合；在翼肋周向邊緣還安裝有若干滾動軸承，柔性蒙皮包裹由機(jī)翼前緣滾筒、翼肋和梁組成的機(jī)翼框架，且柔性蒙皮與機(jī)翼前緣滾筒以及翼肋周向邊緣的滾動軸承緊配合，機(jī)翼前緣滾筒能夠帶動柔性蒙皮繞機(jī)翼框架滑動。
[0011]有益效果
[0012]本發(fā)明的有益效果為:首先，采用圓筒形機(jī)翼產(chǎn)生馬格納斯升力的飛行器由于高速飛行時阻力較大，所以通常飛行速度較低，而本發(fā)明機(jī)翼僅在前緣附近采用圓弧形設(shè)計(jì)，結(jié)合了傳統(tǒng)翼型的優(yōu)點(diǎn)，克服了現(xiàn)有技術(shù)中利用圓筒形機(jī)翼產(chǎn)生馬格納斯升力時阻力大的不足，能夠滿足高速飛行等需要。與傳統(tǒng)機(jī)翼相比，本方案即使在低速飛行時，只需調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，使得蒙皮的滑動速度增加，也可使機(jī)翼獲得較大升力，增加載重，并實(shí)現(xiàn)短距起降，降低跑道要求；產(chǎn)生相同升力情況下，可使得機(jī)翼面積減小。另外，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度考慮，本方案僅需機(jī)翼前緣滾筒轉(zhuǎn)動則可帶動蒙皮運(yùn)動，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速即可快速調(diào)節(jié)升力大小，機(jī)構(gòu)簡單易于實(shí)現(xiàn)，可靠性高；而沿翼肋邊緣安裝的滾動軸承不僅使得蒙皮能夠保持機(jī)翼形狀，且在運(yùn)動時與翼肋之間的摩擦力極小，可減少熱量損失。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1::機(jī)翼的結(jié)構(gòu)不意圖；[0014]圖2 ；:機(jī) 翼內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖[0015]圖3 ；:機(jī)翼剖面圖[0016]圖4 ；:安裝滾動軸承的翼肋俯視圖[0017]圖5 ；:安裝滾動軸承的翼肋沿弦向剖視圖[0018]圖6 ；:安裝滾動軸承的翼肋正視圖[0019]圖7 ；:滾動軸承與翼肋安裝剖面示意圖[0020]圖8 ；:機(jī)翼前緣滾筒結(jié)構(gòu)示意圖[0021]圖9 ；:驅(qū)動裝置部分結(jié)構(gòu)示意圖[0022]圖10:大齒輪結(jié)構(gòu)正視圖[0023]圖11:大齒輪剖面示意圖
[0024]其中:1.電機(jī)；2.小齒輪；3.大齒輪；4、大齒輪凸筒；5、大齒輪通孔；6.滾筒緊釘螺釘；7.大齒輪凸筒螺釘孔；8.機(jī)翼前緣滾筒；9.滾筒軸；10.滾筒減輕孔；11.滾筒軸螺紋孔；13.翼肋；14.前梁安裝孔；15.后梁安裝孔；16.滾動軸承；17.軸承擋片；18.螺母；19.前梁；20.后梁；21.蒙皮；22.圓弧凹陷結(jié)構(gòu)；23.螺栓
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面結(jié)合具體實(shí)施例描述本發(fā)明:
[0026]本實(shí)施例中的利用馬格納斯效應(yīng)的新型機(jī)翼，包括蒙皮21、翼肋13、梁、機(jī)翼前緣滾筒8和驅(qū)動裝置。
[0027]參照附圖1、附圖2和附圖5，機(jī)翼采用的是矩形翼面，在機(jī)翼表面有沿機(jī)翼外形張緊的蒙皮21，蒙皮采用柔性材料。機(jī)翼弦長為22cm，展長為60cm，機(jī)翼內(nèi)沿展向均布6個相互平行的翼肋13，并在翼肋上距前緣點(diǎn)8cm和18cm處分別有貫通的前梁安裝孔14和后梁安裝孔15，其孔徑分別為Icm和0.8cm ;前梁19和后梁20為空心碳纖維管，孔徑與前梁安裝孔14和后梁安裝孔15相同，一端穿過各翼肋13的梁安裝孔，并與翼肋13粘接固定，而靠近電機(jī)I的另一端則與外部機(jī)身等部件粘接，以實(shí)現(xiàn)機(jī)翼的定位。
[0028]參照附圖3、附圖4、附圖5和附圖6，翼肋13在靠近機(jī)翼前緣位置處開有圓弧凹陷結(jié)構(gòu)22，并在距此圓弧凹陷結(jié)構(gòu)22的2mm處分布安裝了 3個滾動軸承。滾動軸承一側(cè)超出圓弧凹陷結(jié)構(gòu)22，并與機(jī)翼前緣滾筒8的表面相切，使得機(jī)翼滾筒8在轉(zhuǎn)動時既能與其弦向后部的翼肋13緊密配合，又能通過滾動摩擦來減小摩擦損失。在沿翼肋13的上下側(cè)距離上下邊緣2mm處各自均布4個滾動軸承，在后緣處也安裝有一個滾動軸承。這些沿翼肋13周向邊緣安裝的滾動軸承不僅可以使得蒙皮運(yùn)動時保持機(jī)翼外形，又可以使得摩擦損失極小，且能有效的將蒙皮所受的氣動載荷傳遞到翼肋13上。
[0029]參照附圖6和附圖7，滾動軸承在每個翼肋13的兩側(cè)對稱安裝，其內(nèi)徑為2mm，外徑為6mm。翼肋13在滾動軸承的每個安裝處均開有直徑為2mm的螺栓孔，且在這些螺栓孔表面粘接有中間開孔的碳纖維復(fù)合材料制成的軸承擋片17。以擋住滾動軸承的內(nèi)圈而使其外圈可以自由轉(zhuǎn)動。安裝時，螺栓23穿過翼肋13 —側(cè)的滾動軸承和軸承擋片17，從另一側(cè)的滾動軸承伸出，再用螺母18擰緊，則可使得滾動軸承得以限位且外圈能自由轉(zhuǎn)動。
[0030]參照附圖8，機(jī)翼前緣滾筒8直徑為4cm，采用碳纖維復(fù)合材料制造，在距其中心軸線IOmm圓周線上均布有6個貫穿的直徑為6mm的滾筒減輕孔9。在機(jī)翼前緣滾筒8的一側(cè)有軸向凸出的滾筒軸9，滾筒軸9的直徑與大齒輪通孔5的孔徑相同，長度為4cm，且在其軸向中部位置沿徑向貫穿有一個與大齒輪凸筒螺釘孔7孔徑相同的滾筒軸螺紋孔11。安裝時通過滾筒緊釘螺釘6將滾筒軸9與大齒輪凸筒4釘緊，實(shí)現(xiàn)滾筒軸9的軸向定位且使其跟隨大齒輪3—起轉(zhuǎn)動。
[0031]參照附圖1和附圖9，電機(jī)I的最大轉(zhuǎn)速為20000轉(zhuǎn)/每分鐘，固定在外部設(shè)備上以實(shí)現(xiàn)定位，其功率輸出端與小齒輪2配合套緊。小齒輪2采用塑性材料制造，與同樣采用塑性材料制造的大齒輪3形成齒輪嚙合，構(gòu)成齒輪減速組，減速比為6。
[0032]參照附圖9、附圖10和附圖11，大齒輪3的外徑為3cm，大齒輪3中心開貫穿有直徑為Icm的的大齒輪通孔5，且沿軸向有一個凸出的大齒輪凸筒4。在大齒輪凸筒中部沿徑向開有一個貫穿的直徑為3_的大齒輪凸筒螺釘孔7。
[0033]參照附圖1、附圖3和附圖9，機(jī)翼利用馬格納斯效應(yīng)的工作原理如下:機(jī)翼前飛時，電機(jī)I順時針轉(zhuǎn)動，經(jīng)過減速齒輪組的減速后，驅(qū)動機(jī)翼前緣滾筒8進(jìn)行逆時針轉(zhuǎn)動，此時被張緊的蒙皮21在機(jī)翼前緣滾筒8的摩擦力帶動下開始運(yùn)動。根據(jù)馬格納斯效應(yīng)原理:在上翼面，由于蒙皮21的運(yùn)動方向與來流方向相同，使得上翼面附近的流速增加，產(chǎn)生壓力更低的低壓區(qū)；在下翼面，其運(yùn)動方向與來流方向相反，產(chǎn)生壓力更高的高壓區(qū)，由此增大了機(jī)翼上下表面的壓力差，使得升力增大，從而提高飛機(jī)的載重量；在提供相同升力的情況下，機(jī)翼面積可大幅度減小降低全機(jī)尺寸。通過調(diào)節(jié)電機(jī)I的轉(zhuǎn)速，可使得蒙皮21的運(yùn)動速度變化，從而使得上下翼面的壓力差改變，調(diào)節(jié)升力大小。
【權(quán)利要求】
1.一種利用馬格納斯效應(yīng)的新型機(jī)翼，包括蒙皮、翼肋、梁，梁穿過各翼肋上的管梁孔以使得翼肋位置固定；其特征在于:還包括機(jī)翼前緣滾筒和驅(qū)動裝置；所述蒙皮為柔性蒙皮；驅(qū)動裝置驅(qū)動機(jī)翼前緣滾筒轉(zhuǎn)動；翼肋前端為圓弧凹陷結(jié)構(gòu)，在圓弧凹陷面上安裝有滾動軸承，機(jī)翼前緣滾筒處于翼肋前端圓弧凹陷結(jié)構(gòu)內(nèi)，與翼肋通過滾動軸承配合；在翼肋周向邊緣還安裝有若干滾動軸承，柔性蒙皮包裹由機(jī)翼前緣滾筒、翼肋和梁組成的機(jī)翼框架，且柔性蒙皮與機(jī)翼前緣滾筒以及翼肋周向邊緣的滾動軸承緊配合，機(jī)翼前緣滾筒能夠帶動柔性蒙皮繞機(jī)翼框架滑動。
【文檔編號】B64C3/00GK103434637SQ201310374467
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月25日
【發(fā)明者】唐繼偉, 胡峪, 宋筆鋒 申請人:西北工業(yè)大學(xué)