飞行器控制表面系统的制作方法

本公开涉及飞行器上的控制表面。本发明涉及用于飞行器结构的飞行器控制系统。更具体地但非排他地，本发明涉及用于飞行器结构的飞行器控制表面系统、用于飞行器机翼的弹出式扰流板、飞行器结构(例如机翼)、以及使可展开控制表面构件在缩回位置与展开位置之间移动的方法。

背景技术：

1、飞行器扰流板是飞行器控制表面的示例。扰流板可以布置成使得它们从飞行器机翼向上展开，以便破坏机翼上的气流并因此减小升力。这种扰流板通常定位在机翼的外侧前缘上。在机翼的翼展上可以布置有若干个扰流板。

2、扰流板可以布置成作为铰接板升高和降低，使得在收起时，扰流板的上表面形成机翼的呈现给气流的上表面的一部分。在替代性构型中，扰流板可以布置成收起在机翼内并且在需要时竖向地展开并在展开期间移动穿过机翼的上表面中的槽，使得扰流板随后伸出超过机翼的上表面。

3、扰流板可以布置成响应于从飞行员或飞行器控制系统接收到的需求信号而展开、例如以出于在阵风的情况下减小升力或减轻载荷的目的。

4、扰流板通常用于滑翔机，但是与在可能以约0.8马赫的速度行进的现代喷气式飞行器上使用扰流板相比时，结构要求非常不同。在如此高的速度下，扰流板上的载荷显著增加，从而需要扰流板具有增加的强度和刚性，使得其在使用时不会以不期望的方式变形。

5、控制表面、比如竖向展开的扰流板需要具有一定的高度，使得它们会产生它们所期望的效果。当考虑使用竖向展开的扰流板时，机翼中、特别是例如前缘(或后缘)附近缺少局部空间，对于收起控制表面而言存在障碍。

6、将扰流板竖向展开需要在机翼上需有供扰流板展开穿过的开口(例如，槽)。扰流板需要足够大以执行其功能，并且开口需要足够大以允许扰流板展开。在机翼上具有这样的开口需要机翼在开口周围的区域中被加强，这可能会增加质量。如果开口在扰流板被收起时没有以某种方式闭合，则开口的存在还会导致与机翼上的气流有关的问题。

7、已知使用数目增加的具有减小宽度的竖向展开的控制表面并且因此提供更多的开口，这些开口各自比其他情况下可能需要的开口更小，这可以有助于满足机翼表面的结构要求。英国电气堪培拉(english electric canberra)是一种在1940年代开发的具有这样的布置结构的英国喷气式中型轰炸机。该喷气式中型轰炸机使用竖向展开的长形的窄的指状构件作为空气制动器。然而，这种指状件的高度受到指状件所在区域处的机翼的深度的限制。

8、本发明试图缓解上述问题中的一个或更多个问题。替代性地或另外地，本发明寻求提供用于飞行器结构的改进的飞行器控制表面系统、用于飞行器机翼的改进的弹出式指状扰流板、改进的飞行器结构、以及使可展开控制表面构件在缩回位置与展开位置之间移动的改进的方法。

技术实现思路

1、根据第一方面，本发明提供了一种用于飞行器结构的飞行器控制表面系统。该系统包括可展开控制表面构件、以及用于使可展开控制表面构件在缩回位置与展开位置之间移动的展开机构。在缩回位置中，可展开控制表面构件的至少一部分卷曲以便于收起在飞行器结构内。在展开位置中，可展开控制表面构件的至少一部分解卷曲，使得可展开控制表面构件用作从飞行器结构的表面伸出的控制表面。

2、在实施方式中，可展开控制表面构件因此可以具有所需长度(例如高度)，以产生控制表面的期望效果且同时仍然能够收起在飞行器结构中。在实施方式中，已经发现，可展开控制表面构件可以足够刚性以承受其在使用时将暴露于的高载荷——对于大型飞行器而言可能达100n的载荷——同时在飞行器结构中也不需要将需要附加的局部结构加强的尺寸的孔口。如下面进一步详细描述的，这可以通过至少在展开时具有弯曲横截面的控制表面来实现。

3、在展开位置中，可展开控制表面的未卷曲部分可以沿着直线延伸。未卷曲部分在面对一个方向(例如，在使用时空气相对于展开的控制表面流动的方向)上的气流时可以比面对相反方向上的气流具有更大的抗弯性。

4、控制表面可以是扰流板。优选地，控制表面是指状扰流板、即该控制表面的长度大于该控制表面的宽度。控制表面在展开时可以沿平行于其长度的方向展开。供控制表面从其伸出的飞行器结构优选地为飞行器的机翼(或飞行器的尾部)。伸出超过飞行器结构的表面的扰流板的长度(扰流板的高度)可以在50mm与250mm之间(可能地60mm至200mm)。控制表面可以由金属、可能地钢形成。金属可以是铝或铝合金。

5、优选地，可展开控制表面构件在其处于缩回位置时完全收起在飞行器结构内。当可展开控制表面构件处于缩回位置时，该可展开控制表面构件的远端端部可以与飞行器结构的上表面共面。因此，在实施方式中，构件的远端端部可以与飞行器机翼的供该构件展开穿过的上表面齐平，因此使在其他情况下将敞开的开口封闭。

6、当展开机构被启用时，可展开控制表面构件可以从飞行器结构中的孔、槽或孔口伸出。当可展开控制表面构件处于展开位置时，该可展开控制表面构件可以具有第一长度(该第一长度是沿着控制表面构件的直的部分从控制表面构件的位于飞行器结构外部的远端端部到直的部分的可以部分地位于飞行器结构的表面内的相反端部测量的距离)，该第一长度可以大于飞行器结构内的可用空间的局部深度。展开的控制表面构件伸出超过飞行器结构的表面的距离可以大于飞行器结构内的可用空间的局部深度(或者比可用空间的局部深度大75％)。该局部深度在飞行器结构的某些区域中、特别是在飞行器机翼的前缘和后缘中是特别有限的。飞行器结构内的可用空间的局部深度可以在30mm与200mm之间。

7、可展开控制表面构件可以被认为具有长度和宽度，该可展开控制表面构件的宽度横向于该可展开控制表面构件的长度，长度优选地大于宽度。优选地，当可展开控制表面构件处于展开位置时，伸出超过飞行器结构的表面的构件的长度大于该构件的宽度。可展开控制表面构件的总长度可以在60mm与200mm之间。可展开控制表面构件的宽度可以在15mm与75mm之间。可展开控制表面构件的总长度与该可展开控制表面构件的宽度的比率可以在2与5之间。位于飞行器表面上方的可展开控制表面构件的高度与该可展开控制表面构件的宽度的比率可以在1.5与3之间。

8、优选地，当可展开控制表面构件展开时，该可展开控制表面构件的表面区域的形状总体上呈矩形(可选地具有圆化端部或者以其他方式具有不是完全直的端部)，矩形的长边在沿与飞行器结构的表面垂直的方向远离飞行器结构延伸的方向上。可展开控制表面构件的形状使得可展开控制表面构件能够将升力破坏扰乱到所需的程度，但是不需要飞行器结构的附加局部加强，因为飞行器结构中的供可展开控制表面构件伸出穿过的孔或孔口的宽度可以足够窄/小。

9、优选地，展开机构包括轴，可展开控制表面构件安装在该轴上并且例如至少在处于缩回位置时至少部分地围绕该轴卷曲。

10、轴可以连接至驱动轴旋转的马达。因此，马达可以驱动可展开控制表面构件在该可展开控制表面构件的缩回位置与展开位置之间运动。

11、当可展开控制表面构件处于缩回位置时，卷曲的可展开控制表面构件的至少一部分的内表面抵靠轴的外表面。

12、轴可以具有圆形横截面。轴可以具有沿着轴的轴线变化的横截面。例如，轴可以具有供可展开控制表面构件围绕进行卷曲的圆化成形部(例如，球形部分)。该圆化成形部可以具有圆形横截面，该圆形横截面随着沿着轴的轴线的距离的增加而增加到最大值并随后减小。例如，圆化成形部可以呈球形部分的形式，该球形部分可以是大致球形的，球形部分的直径大于轴的横截面的直径。圆化成形部可以具有曲率半径沿着可展开控制表面构件的宽度可变的外表面。当可展开控制表面构件处于缩回位置时，可展开控制表面构件的横截面可以弯曲，使得横截面的曲率与圆化成形部的曲率相匹配。当展开时，可展开控制表面构件的横截面也可以是弯曲的(下面进一步讨论)。处于缩回位置时的可展开控制表面构件的横截面的曲率可以与展开时的可展开控制表面构件的横截面的曲率大致相同。轴上的圆化成形部(例如，球形部段)在与轴的轴线的半径平行的方向上的最大半径可以在15mm与90mm之间，并且轴的半径可以在10mm与50mm之间。

13、优选地，当可展开控制表面构件处于缩回位置时，卷曲的可展开控制表面构件的至少一部分的内表面抵靠轴的外表面。优选地，当可展开控制表面构件处于缩回位置时，卷曲的可展开控制表面构件的至少一部分的内表面抵靠轴的圆化成形部的外表面。

14、优选地，卷曲的可展开控制表面构件的至少一部分的内表面与轴的外表面之间的接触是接触区域，使得：在轴的横截面上，内表面与外表面接触了轴的周长或球形部分的周长的弧。可展开控制表面构件处于展开位置时的、优选地在90度与180度之间的接触弧可以小于可展开控制表面构件处于缩回位置时的优选地为至少180度的接触弧。

15、优选地，可展开控制表面构件包括位于该可展开控制表面构件的远端端部处的第一位置以及进一步沿着可展开控制表面构件的长度的第二位置，使得：当可展开控制表面构件处于展开位置时，该第二位置靠近飞行器结构的表面；其中，当可展开控制表面构件处于展开位置时，可展开控制表面构件在其第一位置与第二位置之间是直的；并且其中，第一位置与第二位置之间的距离在可展开控制表面构件处于展开位置时比在可展开控制表面构件处于缩回位置时大。在实施方式中，这可以具有可展开控制表面构件在至少一个方向上占据的空间包络减小的优点。

16、当可展开控制表面构件处于展开位置时，可展开控制表面构件的远端端部处的第一位置可以是距离飞行器结构最远的端部。可展开控制表面构件的第二位置可以与飞行器结构的上表面成直线，可展开控制表面构件在该可展开控制表面构件处于展开位置时从飞行器结构的上表面伸出。替代性地或另外地，当展开时，第二位置可以位于可展开控制表面构件的直的部分的端部处，第二位置位于直的部分的与远端端部相反的端部处。第一位置与第二位置之间的距离可以为至少90mm。

17、优选地，可展开控制表面构件还包括位于第一位置与第二位置之间的第三位置；其中，第一位置与第三位置之间的距离以及第三位置与第二位置之间的距离两者在可展开控制表面构件处于展开位置时比在可展开控制表面构件处于缩回位置时大。

18、优选地，当可展开控制表面构件处于展开位置时，可展开控制表面构件在其第一位置、第二位置和第三位置中的全部位置彼此之间都是直的。

19、优选地，展开机构被构造成使可展开控制表面构件移动至位于缩回位置与展开位置之间的位置。

20、这可以通过与轴连接的马达来实现，轴能够在沿着其旋转的任何点处停止。这允许伸出超过飞行器结构的表面的可展开控制表面构件的长度是可变的。

21、优选地，当可展开控制表面构件处于展开位置时，可展开控制表面构件的横截面是弯曲的。可展开控制表面构件的横截面可以弯曲成使得横截面的曲面具有凹形表面，该凹形表面在其用作控制表面时呈现给气流。

22、在实施方式中，可展开控制表面构件在处于展开位置时具有所需的硬度，使得当该可展开控制表面构件的凹形表面呈现给气流时，可展开控制表面不会因气流的载荷而弯折。凹形表面有助于提供必要的刚度。

23、优选地，横截面的曲面具有最小的曲率半径，并且展开机构具有卷曲半径。卷曲半径可以大于横截面的最小曲率半径。

24、横截面的曲率可以沿着可展开控制表面构件的宽度是可变的。横截面的最小曲率半径可以是沿着可展开控制表面构件的宽度的中心点处的曲率半径。可展开控制表面构件的最小曲率半径可以在15mm与45mm之间。卷曲半径可以在30mm与60mm之间。优选地，卷曲半径比可展开控制表面构件的曲率半径大1.5倍。

25、优选地，可展开控制表面构件具有厚度，可展开控制表面构件的厚度在0.1mm与2mm之间。优选地，曲率半径比厚度大5倍至15倍。

26、优选地，上述轴的圆化成形部具有外表面，该外表面的曲率半径在沿着可展开控制表面构件的宽度的点处大致等于可展开控制表面构件的曲率半径，使得当可展开控制表面构件处于缩回位置时，可展开控制表面构件的内表面抵靠轴的球形部段的外表面。

27、圆化成形部在其中心点处的(从轴的中心轴线到圆化成形部的外表面测量的)半径可以大致等于卷曲半径。

28、优选地，飞行器控制表面系统还包括至少一个其他可展开控制表面构件，使得飞行器控制表面系统包括构造成沿着飞行器结构分布的多个可展开控制表面构件。相邻的可展开控制表面构件之间的间隙可以大于控制表面构件中的一个控制表面构件的宽度的一半。可以具有两个或更多个间隔开的由可展开控制表面构件构成的组，每个组具有三个或更多个可展开控制表面构件，各组彼此之间的间距大于组中的相邻的控制表面构件之间的间距。可以具有两个或更多个间隔开的由可展开控制表面构件构成的排，这些排例如在翼展方向和/或在翼弦方向上间隔开。可以具有在翼展方向上间隔开的多于五个的可展开控制表面构件。

29、优选地，可展开控制表面构件中的一个可展开控制表面构件的宽度等于或小于该可展开控制表面构件与相邻的可展开控制表面构件之间的距离。

30、因此，在实施方式中，这更容易确保飞行器结构保持其结构刚度，因为在供相邻的可展开控制表面构件伸出穿过的每个孔口/孔之间能够设置有结实的材料或蒙皮。

31、优选地，单个驱动力源构造成用于驱动展开机构以使可展开控制表面构件中的两个或更多个可展开控制表面构件移动。

32、可展开控制表面构件可以安装在单个轴上。可展开控制表面构件可以在轴上安装成使得可展开控制表面构件响应于单个驱动力源而在不同时间处展开。例如，这可以通过改变每个可展开控制表面构件的时钟角度来实现，即可展开控制表面构件可以围绕轴以不同的有效相位角卷绕。替代性地或另外地，这可以通过沿着其长度具有可变直径的轴来实现。

33、飞行器控制表面系统还可以包括飞行器结构中的供可展开控制表面构件伸出穿过的开口、特别是槽。优选地，槽的形状与可展开控制表面构件的横截面的形状大致相同，即该槽具有弯曲轮廓。槽的尺寸(宽度、长度和厚度)可以比可展开控制表面构件的等效尺寸大0.1mm至2mm，使得构件在该构件移动至其展开位置时可以穿过槽。同样弯曲的槽为可展开控制表面构件提供了所需的刚度，使得可展开控制表面构件在其处于使用的情况下暴露于气流时不会弯折。

34、根据本发明的第二方面，还提供了一种用于飞行器机翼的弹出式指状扰流板，该扰流板具有长度、宽度和厚度并且能够在展开构型与收起构型之间移动。扰流板可以在沿着其长度的方向上展开。扰流板在如此展开时具有横向于其长度的横截面，该横截面具有凹形表面，该凹形表面具有赋予扰流板刚度以抵抗绕其宽度上的轴线弯折的曲率。扰流板在收起时至少一部分具有这样的横截面，该横截面横向于扰流板的宽度并且具有凸形轮廓，该凸形轮廓具有允许扰流板紧凑地收起在机翼中(例如处于卷起构型，例如在收起时围绕用于容纳扰流板的轴的至少一部分)的曲率。应当理解，此处在扰流板展开时与扰流板收起时提及到的凸形轮廓和凹形表面是指扰流板在两个不同方向上的曲面。

35、扰流板在收起时可以具有横向于其长度的横截面，该横截面与扰流板展开时相比具有曲率更大的轮廓。替代性地，扰流板在收起时可以具有与横向于长度的横截面，该横截面具有曲率与扰流板展开时的曲率大致相同的轮廓。

36、根据本发明的第三方面，还提供了一种飞行器结构，该飞行器结构包括如本文所述或所要求保护的飞行器控制表面系统。

37、根据本发明的第四方面，还提供了一种呈飞行器机翼的至少一部分的形式的飞行器结构，其中，机翼包括如本文所述或所要求保护的飞行器控制表面系统。可以具有多个这样的可展开控制表面构件，所述多个可展开控制表面构件沿着飞行器结构分布成例如使得每个可展开控制表面构件之间的空间大于所述多个可展开控制表面构件中的一个可展开控制表面的宽度。

38、根据本发明的第五方面，还提供了一种飞行器结构，该飞行器结构包括如本文所述或所要求保护的弹出式指状扰流板。

39、根据本发明的第六方面，还提供了一种飞行器，该飞行器包括如本文所述或所要求保护的飞行器结构。

40、根据本发明的第七方面，还提供了一种使可展开控制表面构件经由飞行器结构中的开口在缩回位置与展开位置之间移动的方法。可展开控制表面构件可以是如本文所述或所要求保护的可展开控制表面构件。在这种方法中，可展开控制表面构件在处于其展开位置时从开口伸出，使得可展开控制表面构件的远端端部被呈现给飞行器结构局部的气流。可以具有沿着可展开控制表面构件的直的部分从远端端部沿着可展开控制表面构件的长度到直的部分的相反端部测量的限定的第一距离。在这种方法中，可能的情况是，可展开控制表面构件在其缩回位置中被储存成使得可展开控制表面构件被容纳在飞行器结构的内部容积内。该内部容积可以具有小于第一距离的最大深度尺寸，使得例如当控制表面构件被储存在其缩回位置中时可以有效地利用空间。

41、优选地，可展开控制表面构件的横截面是弯曲的并且将凹形表面呈现给局部气流，使得可展开控制表面构件在其处于展开位置时是刚性的。

42、优选地，该方法包括下述步骤：在可展开控制表面构件处于展开位置时，使供可展开控制表面构件围绕进行卷曲的轴旋转，使得可展开控制表面构件被容纳在飞行器结构的内部容积内。

43、优选地，多个可展开控制表面构件围绕轴卷曲，使得使轴旋转的步骤使所述多个可展开控制表面构件中的至少一个可展开控制表面构件在与所述多个可展开控制表面构件中的另一个可展开控制表面构件不同的时间处移动至展开位置。

44、飞行器优选地为载客飞行器。载客飞行器优选地包括乘客舱，该乘客舱包括用于容纳多个乘客的多行且多列的座椅单元。飞行器可以具有至少20个乘客、更优选地至少50个乘客、并且更优选地多于50个乘客的容量。飞行器可以是商用飞行器、例如商用载客飞行器、例如单过道飞行器或双过道飞行器。

45、当然将会理解的是，关于本发明的一个方面描述的特征可以被并入到本发明的其他方面中。例如，本发明的方法可以结合参照本发明的设备描述的特征中的任何特征，并且本发明的设备可以结合参照本发明的方法描述的特征中的任何特征。