用于飞行器的可移动的空气动力学表面、机翼及飞行器的制作方法

1.本发明涉及一种用于飞行器的可移动的空气动力学表面，该空气动力学表面被构造成用于噪声降低，该空气动力学表面特别是高升力表面比如襟翼或缝翼、或者是控制表面比如副翼、方向舵或升降舵。本发明的其他方面涉及一种包括这样的空气动力学表面的机翼，并且涉及一种包括这样的空气动力学表面和/或这样的机翼的飞行器。


背景技术：

2.空气动力学表面包括蒙皮、加强装置和声学填充装置。蒙皮在翼展方向上从内侧端延伸至外侧端并且在翼弦方向上从前缘延伸至后缘。蒙皮包括第一蒙皮部分和第二蒙皮部分，第一蒙皮部分优选为上部蒙皮部分，第二蒙皮部分优选为下部蒙皮部分。第一蒙皮部分和第二蒙皮部分都从前缘延伸至后缘并且从相对侧一起围绕空气动力学表面的内部。
3.布置在内部的加强装置用于加强第一蒙皮部分和第二蒙皮部分，并且至少包括位于内侧端的区域中的内侧加强件和/或位于外侧端的区域中的外侧加强件。优选地，内侧加强件和外侧加强件均沿翼弦方向延伸，优选在翼弦平面中延伸。在内侧端处并且在第一蒙皮部分、第二蒙皮部分和内侧加强件之间形成有内侧腔。附加地或替代性地，在外侧端处并且在第一蒙皮部分、第二蒙皮部分和外侧加强件之间形成有外侧腔。
4.声学填充装置包括多个填充元件并且被布置或接纳在内侧腔和/或外侧腔内，以用于减少在内侧腔和/或外侧腔处产生的噪声。噪声通常由第一蒙皮部分和第二蒙皮部分的在内侧腔和/或外侧腔上游的尖锐侧边缘产生，尖锐侧边缘会导致涡流，而涡流又是不希望的宽带噪声的原因。此外，噪声由内侧腔和/或外侧腔内的共振产生，内侧腔和/或外侧腔充当可能导致不期望的音调和宽带噪声的亥姆霍兹共振器。
5.类似的空气动力学表面比如襟翼在本领域中是已知的，在本领域中已经进行了各种尝试来填充襟翼侧边缘处的腔以减少令人不快的噪声。在一种尝试中，腔已被具有光滑外表面的固体填充元件填充。这样的填充元件能够减少腔内的共振和由此产生的噪声。然而，部分宽带噪声仍然存在，因为第一蒙皮部分和第二蒙皮部分的在腔上游的尖锐侧边缘仍然存在。因此，在另一尝试中，腔已由具有多孔外表面的泡沫填充元件填充。这种填充元件还能够通过借助于填充元件的多孔边缘使尖锐的侧边缘缓和来降低宽带噪声。然而，泡沫填充元件难以以小规模或复杂形状进行生产、安装和维护，比如难以在空气动力学表面的前缘或后缘区域以小规模或复杂形状进行生产、安装和维护。


技术实现要素：

6.因此，本发明的目的是提供一种既能有效降低噪声又能进行方便且具有成本效益的处理的空气动力学表面。
7.该目的通过具有混合形式的声学填充装置来实现，该声学填充装置包括具有光滑、无孔外表面的至少一个第一类型填充元件和具有多孔外表面的至少一个第二类型填充元件。就此而言，术语“外表面”至少涉及填充元件的面向内侧腔和/或外侧腔的外侧的侧表
面，即横向于或垂直于翼展方向并且侧向背离空气动力学表面的内部的表面。术语“外表面”也可以涉及第一类型填充元件和/或第二类型填充元件的整个外表面。这种混合声学填充装置结合了两种类型的填充元件的优点，即光滑外表面和多孔外表面的优点。腔的足够大且形状简单的部分填充有第二类型填充元件，以实现音调和宽带噪声的充分降低，而腔的较小和形状更复杂的部分填充有第一类型填充元件，以允许具有成本效益的生产、安装和维护以及相关的填充元件的方便处理。这允许由于共振引起的所有噪声和由于涡流引起的大部分噪声可以被广泛地降低，同时将成本和精力保持在合理的水平下。
8.根据优选实施方式，声学填充装置包括一个或更多个另外的第一类型填充元件和/或第二类型填充元件。以这种方式，可以用不同类型的填充元件来填充腔的不同部分。
9.根据另一优选实施方式，声学填充装置以如下方式布置在内侧腔和/或外侧腔中：整个内侧腔和/或外侧腔被填充，即内侧腔和/或外侧腔的所有部分被填充。这导致共振噪声的有效降低。
10.根据另一优选实施方式，声学填充装置以如下方式布置在内侧腔和/或外侧腔中：第一类型填充元件和第二类型填充元件的外表面、特别是面向内侧腔和/或外侧腔的外侧的侧表面在同一平面中延伸，该平面优选地是第一蒙皮部分和第二蒙皮部分的侧边缘中的至少一些侧边缘在其中延伸并且优选地横向于或垂直于翼展方向延伸的同一平面。以这种方式，内侧腔和/或外侧腔优选地被填充元件完全且连续地填充，所述填充元件优选地与侧边缘一起形成了连续且光滑的共同侧表面。这进一步提高了降噪效果。
11.根据另一优选实施方式，在内侧端处和/或在外侧端处、即在侧边缘处，第一蒙皮部分和/或第二蒙皮部分在第二类型填充元件的区域中具有至少一个切口、即凹口，优选地在内侧腔和/或外侧腔的中央区域中具有至少一个切口。即，第一蒙皮部分和/或第二蒙皮部分的侧边缘不在与第二类型填充元件的多孔外表面相同的平面内延伸，而是替代地在翼展方向上相对于第二类型填充元件的多孔外表面凹入或缩进。以这种方式，在切口的区域中不存在尖锐的侧边缘，而是存在第二类型填充元件的多孔侧边缘，这大大减少了涡流并因此减少了宽带噪声。切口优选地具有在空气动力学表面的最大轮廓厚度的50％与100％之间、优选地在70％与95％之间、最优选地大约90％之间的深度、即翼展延伸部分。切口可以不沿着第二类型填充元件的整个翼弦延伸部分延伸，使得在第二类型填充元件的两个翼弦端处存在非切口区域，以更好地保持第二类型填充元件。切口可以具有沿翼弦方向延伸并与侧表面平行间隔开的边缘。
12.根据另一优选实施方式，第一类型填充元件由无孔固体材料形成，优选地完全由无孔固体材料形成，该无孔固体材料优选为轻质且耐腐蚀的，比如塑料，或者为优选为铝、钛的金属，或为聚合树脂，该无孔固体材料可能有或可能没有中空内部。这涉及一种非常简单和有效的设计。第一类型填充元件和/或第二类型填充元件可以通过粘合剂和/或通过诸如螺栓之类的机械保持件固定在内侧腔和/或外侧腔中。
13.根据另一优选实施方式，第二类型填充元件由多孔材料形成，优选地完全由多孔材料形成，多孔材料优选地为泡沫。这涉及一种非常简单和有效的设计。
14.特别地，优选的是，多孔材料是声学降噪泡沫、比如金属泡沫或塑料泡沫。这种材料允许有效地降低噪声。
15.根据一个优选实施方式，内侧腔和/或外侧腔被分成多个腔部分，所述多个腔部分
通过一个或更多个腔壁彼此隔开。这样的腔壁被提供以用于例如进行加固或作为用于接纳导辊的导轨，导轨比如为襟翼的所谓的鱼嘴。
16.特别地，优选地，每个腔部分填充有至少一个第一类型填充元件和/或第二类型填充元件。因此，没有腔部分保持未被填充，这提高了降噪效果。
17.另外优选的是，至少一个腔填充有至少一个第一类型填充元件和至少一个第二类型填充元件这两者。因此，两种不同类型的填充元件被布置在一个共同的腔部分中，这可能是需要的，例如靠近边缘或拐角。
18.根据优选实施方式，至少一个、优选为两个第一类型填充元件在腔中被布置在前缘的区域中。至少一个第二类型填充元件在腔中被布置在中央区域中。至少一个第一类型填充元件在腔中被布置在后缘的区域中。以这种方式，前缘和后缘处的小且复杂的形状被更方便的第一类型填充元件填充，而中央区域可以被更复杂的多孔第二类型填充元件填充。这涉及非常简单的设计和有效的降噪。
19.优选的是，腔包括位于前缘的区域中的至少一个前腔部分和位于后缘的区域中并且优选也位于中央区域中的后腔部分。优选地，两个前腔部分布置在前缘的区域中、优选地在用于接纳导辊的导轨的相反侧，导轨比如为襟翼的所谓的鱼嘴。至少一个前腔部分、优选地两个前腔部分中的每一个前腔部分填充有至少一个第一类型填充元件。后腔部分填充有布置在后缘的区域中并且优选地具有楔形形状的至少一个第一类型填充元件、以及布置在设置于后缘的区域中的至少一个第一类型填充元件的上游的至少一个第二类型填充元件。以这种方式，第二类型填充元件布置在布置于前缘和后缘处的至少两个第一类型填充元件之间。这涉及非常简单的设计和有效的降噪。
20.根据优选实施方式，空气动力学表面形成为高升力襟翼、即后缘襟翼，该后缘襟翼可移动地安装至用于飞行器机翼的后缘。替代性地，空气动力学表面可以形成为另一高升力表面比如缝翼、或者形成为控制表面比如副翼、方向舵或升降舵。降低源自襟翼侧边缘的噪声大大地降低了飞行器的起飞和进场着陆期间的整体噪声。
21.本发明的另一方面涉及一种用于飞行器的机翼，该机翼包括根据前述实施方式中的任一者的空气动力学表面。替代性地，空气动力学表面可以是竖向尾翼或水平尾翼的一部分。以上关于空气动力学表面所描述的特征和效果也适用于机翼。
22.本发明的另一方面涉及一种飞行器，其包括根据前述实施方式中的任一者的空气动力学表面、和/或包括根据前述实施方式中的任一者的机翼。以上关于与空气动力学表面和机翼所描述的特征和效果也共同地适用于飞行器。
附图说明
23.在下文中，通过附图更详细地描述本发明的优选实施方式。在附图中示出了：
24.图1是根据本发明实施方式的飞行器的立体图，
25.图2是图1中所示出的飞行器的呈高升力襟翼的形式的空气动力学表面的立体图，该空气动力学表面具有未填充的腔，
26.图3是与图2中所示出的高升力襟翼类似的高升力襟翼的横截面图，该高升力襟翼具有填充有根据本发明的混合声学填充装置的腔，
27.图4是从图3的高升力襟翼上方观察的立体图，其示出了第一蒙皮部分中的切口，
以及
28.图5是从图3的高升力襟翼下方观察的立体图，其示出了第二蒙皮部分中的切口。
具体实施方式
29.在图1中，图示了根据本发明的飞行器1。飞行器1具有机身3、机翼5、竖向尾翼7和水平尾翼9。每个机翼5包括主翼11和至少一个可移动的空气动力学表面13，该空气动力学表面13以高升力襟翼14的形式安装到主翼5的后缘且能够在缩回位置与伸展位置之间移动。
30.如图2所示，空气动力学表面13包括蒙皮17、加强装置19和声学填充装置21。蒙皮17在翼展方向20上从内侧端23延伸至外侧端25并在翼弦方向26上从前缘27延伸至后缘28。蒙皮17包括上部第一蒙皮部分29和下部第二蒙皮部分31。第一蒙皮部分29和第二蒙皮部分31两者都从前缘27延伸至后缘28并且从相对的上侧和下侧一起围绕空气动力学表面13的内部33。
31.加强装置19布置在内部33中以用于对第一蒙皮部分29和第二蒙皮部分31进行加强并且包括位于内侧端23的区域中的内侧加强件39和位于外侧端25的区域中的外侧加强件(未示出)。内侧加强件39和外侧加强件都在翼弦方向26上延伸。然而，附图中仅示出了内侧端23，因此在下文中仅参考内侧端23来描述本发明，但是外侧端25可以以与内侧端23相同的方式形成。在内侧端23处并且在第一蒙皮部分29、第二蒙皮部分31和内侧加强件39之间形成有内侧腔41。
32.声学填充装置21包括多个填充元件43，并且声学填充装置21布置在内侧腔41内以用于减少在内侧腔41处产生的噪声。噪声通常由第一蒙皮部分29和第二蒙皮部分31的在内侧腔41上游的尖锐侧边缘45产生，尖锐侧边缘45会引起涡流，而涡流又是不期望的宽带噪声的原因。此外，噪声是由内侧腔41内的共振产生的，内侧腔41充当可能导致不期望的音调和宽带噪声的亥姆霍兹共振器。
33.如图3所示，声学填充装置21具有混合形式，其包括具有无孔、光滑外表面47的三个第一类型填充元件43’和具有多孔外表面51的一个第二类型填充元件43”。
34.声学填充装置21在内侧腔41中布置成使得整个内侧腔41被填充，即内侧腔41的所有部分都被填充。声学填充装置21在内侧腔41中布置成使得第一类型填充元件43’的光滑外表面47、特别是面向内侧腔41的外侧的侧表面53在与第一蒙皮部分29和第二蒙皮部分31的侧边缘45相同的平面中延伸。以这种方式，内侧腔41被填充元件43完全且连续地填充，填充元件43与侧边缘45一起在第一类型填充元件43’的区域中形成连续且光滑的共同侧表面53。然而，在第二类型填充元件43”的区域中并且在第一蒙皮部分29和第二蒙皮部分31中设置有切口55，这将在下面更详细地描述。
35.第一类型填充元件43’完全由无孔的固体材料形成，在本实施方式中为铝，其具有中空的内侧。第二类型填充元件43”完全由呈声学降噪泡沫形式的多孔材料形成，在本实施方式中为金属泡沫。第一类型填充元件43’和第二类型填充元件43”都通过螺栓60固定在内侧腔41中。
36.内侧腔41被分成多个腔部分59，所述多个腔部分59被几个腔壁61相互隔开。每个腔部分59填充有至少一个第一类型填充元件43’或第二类型填充元件43”。一个腔部分59填
充有一个第一类型填充元件43’和一个第二类型填充元件43”这两者。
37.如图3所示，内侧腔41包括位于前缘27的区域中的两个前腔部分65，它们布置在襟翼14的所谓的鱼嘴63的相反两侧，鱼嘴63指的是用于接纳基于主翼的导辊的导轨，以用于在伸展或缩回运动期间导引空气动力学表面13。内侧腔41还包括在后缘28的区域以及中央区域69中延伸的后腔部分67。两个前腔部分65中的每一个前腔部分都填充有一个第一类型填充元件43’。后腔部分67填充有布置在后缘28的区域中并具有楔形形状的一个第一类型填充元件43’、以及布置在后缘28和相关的第一类型填充元件43’上游的一个第二类型填充元件43”。以这种方式，第二类型填充元件43”在中央区域69中布置在设置于前缘27和后缘28处的至少两个第一类型填充元件43’之间。
38.如图4和图5所示，在第一蒙皮部分29和第二蒙皮部分31中并且在第二类型填充元件43”的区域中形成有切口55，即，在内侧腔41的后腔部分67的中央区域69中的区域中形成有切口55。具体而言，第一蒙皮部分29的侧边缘45在第二类型填充元件43”的区域中具有切口55，如图4所示，并且第二蒙皮部分31的侧边缘45在第二类型填充元件43”的区域中具有切口55，如图5所示。这意味着，第一蒙皮部分29和第二蒙皮部分31的侧边缘45不在与第二类型填充元件43”的多孔外表面51相同且因此与侧表面53的相同的平面中延伸，而是替代地相对于第二类型填充元件43”的多孔外表面51在翼展方向20上凹入，使得在切口55的区域中不存在尖锐的侧边缘45，而是存在第二类型填充元件43”的多孔侧边缘，这大大地减少了涡流且从而减少了宽带噪声。切口具有空气动力学表面13的最大轮廓厚度的大约90％的深度、即翼展延伸部分。在本实施方式中，切口55不沿着第二类型填充元件43”的整个翼弦延伸部分延伸，使得在第二类型填充元件43”的两个翼弦端处具有非切口区域71，以更好地保持第二类型填充元件43”。在本实施方式中，切口55具有沿翼弦方向26延伸并与侧表面53平行间隔开的边缘。
39.尽管附图中未示出，但是空气动力学表面13的外侧端25可以以与内侧端23相同的方式形成并且包括外侧腔(未示出)，该外侧腔与内侧腔41类似地形成并填充有如上关于内侧腔41所描述的声学填充装置21。
40.包括混合声学填充装置21的这种空气动力学表面13结合了第一类型填充元件43’和第二类型填充元件43”的优点，即光滑外表面47和多孔外表面51的优点。内侧腔41的足够大且形状简单的部分填充有第二类型填充元件43”以实现音调和宽带噪声的充分降低，而腔41的较小和形状更复杂的部分填充有第一类型填充元件43’以允许成本有效的生产、安装和维护以及相关的填充元件43的方便处理。这允许由于共振引起的所有噪声和由于涡流引起的大部分噪声可以被广泛地降低，同时将成本和精力保持在合理的水平下。