CN102897314B - 用于推进器的降低的流场速度 - Google Patents

Abstract

本发明的题目是“用于推进器的降低的流场速度”。公开了降低进入螺旋桨的流场速度的系统和方法。增强空气动力学结构，以提供降低速度流场区域，并且将螺旋桨置于所述降低速度流场区域中。

Description

用于推进器的降低的流场速度

背景技术

图1是示例性推进效率图的图解，其显示数个类型的推进系统的示例性安装的推进效率与马赫数曲线102/104/106/108。一般而言，如在图1中所显示的，较慢的飞行器(范围从0.4马赫至0.6马赫)具有更有效的推进选项。没有外部管道、发动机短舱或护罩(shroud)的螺旋桨(propeller)可以是非常有效的，将接近90%的引擎马力转化为推力。如曲线104所显示的，在超过0.7马赫的飞行速度下，螺旋桨变得较不实用，因为经过旋转的螺旋桨桨叶的流动速度达到或超过1.0马赫，在那里存在增加的空气动力学阻力。高速螺旋桨有噪音、重量、复杂性和成本方面的另外的缺点。

因此，如在曲线108上所显示的，涡轮风扇发动机一般用在现代运输机上，因为它们以一般对于实际螺旋桨而言太快的0.75马赫和0.85马赫之间的飞行速度运转。与涡轮螺旋桨发动机(turboprop)相比，涡轮风扇发动机一般具有更大的寄生阻力和更小的浆盘面积(diskarea)；但是，涡轮风扇发动机(turbofan)一般仅仅将约70%的轴马力转化为推力。

燃料约占班机直接运转成本的一半，并且将来可能产生更高的燃料价格和增加的环境考虑比如碳税。随着燃料价格和飞行器制造商之间的竞争增加，迫切需要更有效的飞行器。

发明内容

本公开的实施方式一般地涉及飞行器设计。更具体而言，本公开的实施方式涉及飞行器推进系统和空气动力学表面的设计。

公开了用于降低进入螺旋桨的流场速度的系统和方法。增强空气动力学结构以提供降低速度流场偏移区域(velocity flow field deviationregion)，并且螺旋桨位于降低速度流场偏移区域内。这样，螺旋桨可以在更高的飞行器运转速度下以更高的效率运转。

在一种实施方式中，用于降低进入螺旋桨的流场速度的方法增强空气动力学结构以提供降低速度流场区域。该方法进一步将推进器(propulsor)布置在降低速度流场区域中。

在另一种实施方式中，流场速度降低系统包括空气动力学结构增强和推进器。空气动力学结构增强被适当地成形以降低空气动力学结构增强附近的流场区域中的流场速度。因此，空气动力学结构增强提供了降低的流场速度偏移区域。推进器位于降低的流场速度偏移区域中。

仍在另一种实施方式中，用于提供流场速度降低系统的方法提供空气动力学结构增强。空气动力学结构增强被适当地成形以降低空气动力学结构增强附近的流场区域中的流场速度，以提供降低速度流场区域。方法进一步提供位于降低速度流场区域中的推进器。

提供该发明内容以简单的方式介绍概念选择，其在下面详述中进一步描述。该发明内容不打算确定所要求保护主题的主要特征或必要特征，也不打算用于帮助确定所要求保护主题的范围。

附图简述

当结合下列附图考虑时，通过参考详述和权利要求可获得对本公开实施方式的更完整理解，其中在所有附图中，相同的参考数字指示相似的元件。提供该图以促进理解公开内容而不限制本公开的宽度、范围、比例或应用性。附图没有必要按照比例绘制。

图1是示例性推进效率图的图解。

图2是示例性飞行器生产和维修方法的流程图的图解。

图3是飞行器示例性方框图的图解。

图4是根据本公开实施方式的包括流场速度降低系统的示例性飞行器的图解。

图5是图4飞行器机翼翼面周围的示例性流场的图解，其示出根据本公开实施方式的降低速度流场区域。

图6是根据本公开实施方式的示例性流场速度降低系统的图解。

图7是根据本公开实施方式的示出流场速度降低方法的示例性流程图的图解。

图8是根据本公开实施方式的示出提供流场速度降低系统的方法的示例性流程图的图解。

图9是根据本公开实施方式的包括流场速度降低系统的飞行器的示例性翼展方向升力分布的图解。

图10是根据本公开实施方式的非后掠螺旋桨(unswept propeller)的示例性均匀速度区域的图解。

图11是根据本公开实施方式的后掠或单刃(scimitar)桨叶螺旋桨的示例性均匀速度区域的图解。

图12是根据本公开实施方式的螺旋桨附近的示例性弦长度范围的图解。

图13是根据本公开实施方式的示例性空气动力学结构增强的图解，所述结构增强为降低流场速度所添加的结构。

图14是根据本公开实施方式的示出襟翼偏转的飞行器机翼对称翼面周围的示例性流场的图解。

图15是翼面周围具有不均匀速度的示例性流场的图解。

图16是根据本公开实施方式的示例性流场的图解，其示出在机翼翼面下侧上的结构增强附近的均匀流场速度的区域。

图17是根据本公开实施方式的示例性流场的图解，其示出在机翼翼面下侧上的结构增强附近的均匀流场速度的区域。

图18是根据本公开实施方式的示例性流场的图解，其示出正迎角的均匀流场速度的区域。

图19是根据本公开实施方式的示例性流场的图解，其示出在正迎角的机翼翼面下侧上的结构增强附近的均匀流场速度的区域。

图20是根据本公开实施方式的示例性流场的图解，其示出靠近机翼翼面前沿的结构增强附近的均匀流场速度的区域。

图21是根据本公开实施方式的示出前沿速度降低的示例性流场的图解。

图22是根据本公开实施方式的示出以5度迎角的前沿速度降低的示例性流场的图解。

图23是根据本公开实施方式的示出弯曲翼面的速度降低的示例性流场的图解。

图24是根据本公开实施方式的增加的尾部弯曲的示例性速度降低的图解。

图25是根据本公开实施方式的示例性流场的图解，其示出增加的尾部弯曲和结构增强的速度降低。

图26是根据本公开实施方式的示例性流场的图解，其示出均匀速度区域中的螺旋桨布置。

图27是根据本公开实施方式的示例性流场的图解，其示出机翼-支柱(wing-strut)组合中均匀速度区域中的螺旋桨布置。

图28是根据本公开实施方式的示例性流场的图解，其示出机翼-支柱组合中均匀速度区域中的螺旋桨布置。

图29是根据本公开实施方式的示例性流场的图解，其示出机翼-支柱组合中均匀速度区域中的螺旋桨布置。

图30是根据本公开实施方式的示例性流场的图解，其示出机翼-支柱组合中均匀速度的区域。

发明详述

下列详述本质上是示例性的，并且不打算限制本公开或本公开实施方式的应用和使用。仅仅作为实例提供具体设备、技术和应用的描述。本文描述的实例的修改对于本领域普通技术人员是显而易见的，并且本文限定的一般原则可应用于其他实例和应用，而不背离本公开的精神和范围。本公开应当是与权利要求一致的范围，并不限于本文描述和显示的实例。

本文可按照功能和/或逻辑块组件和各种处理步骤描述本公开的实施方式。应当理解这种块组件可通过配置为执行具体功能的任何数量的硬件、软件和/或固件组件实现。为了简单起见，与空气动力学、交通工具结构、流体动力学和本文描述的系统(和系统的单个操作部件)的其他功能方面有关的常规技术和部件可不在本文详细描述。另外，本领域技术人员将理解本公开的实施方式可结合各种硬件和软件实践，并且本文描述的实施方式仅仅是本公开的示例实施方式。

本文在实际的非限制性应用即飞行器螺旋桨的背景下描述本公开的实施方式。但是，本公开的实施方式不限于这种飞行器螺旋桨应用，并且本文描述的技术也可用于其他应用。例如但不限于，实施方式可适用于涡轮风扇发动机、八叶螺旋桨(propfan)、无涵道风扇(unductedfan)、船螺旋桨、风力涡轮机、空气推进器供能船(air propeller poweredboat)等。

如本领域普通技术人员阅读该说明书后显而易见的，下列是本公开的实例和实施方式，并且不限于根据这些实例的操作。在不背离本公开示例性实施方式的范围的情况下，可使用其他实施方式并可作出结构改变。

更具体地参考附图，可在如图2中所显示的示例性飞行器制造和维修方法200(方法200)和如图3中所显示的飞行器300的背景下，描述本公开的实施方式。在生产前期间，方法200可包括飞行器300的规格和设计204，和材料获得206。生产期间，进行飞行器300的部件和子组件制造208(过程208)和系统整合210。此后，飞行器300可经历发照和交货212以进行使用214。当用户使用时，飞行器300可以被安排进行日常维护和保养216(其也可包括改进、重新配置、整修等)。

可以由系统整合者、第三方和/或操作者(例如用户)进行或执行方法200的每个过程。对本说明书的目的，系统整合者可以非限制性地包括诸多飞行器制造商和主要系统转包商；第三方可以非限制性地包括诸多销售商、转包商和供应商；以及操作者可以非限制性是航空公司、租赁公司、军事实体、服务组织等。

如在图2中所显示，通过方法200生产的飞行器300可以包括带有多个系统320的机体318和内部322。系统320的高水平系统的例子包括推进系统324、电力系统326、水压系统328、环境系统330和流场速度降低系统332的一个或多个。也可以包括许多其它系统。尽管显示了航空实例，但是本公开的实施方式可以应用于其它工业。

本文实施的设备和方法可以在方法200的任意一个或多个阶段期间使用。例如，相应于生产过程208的部件或子组件可以被以类似于使用飞行器300时生产的部件或子组件的方式进行构造或制造。另外，例如，通过显著加速飞行器300的组装或降低飞行器300的成本，在过程208和系统整合210的生产阶段，可以使用一种或多种设备实施方式、方法实施方式或其组合。类似地，在使用飞行器300时，设备实施方式、方法实施方式或其组合的一种或多种可以例如但不限于用于维护和保养216。

本公开的实施方式通过允许推进器以比飞行器的飞行速度更低的速度流场运转为飞行器提供增加的推进效率。通过使飞行器的机翼、机身、控制面和其他部件形成合适的形状，可为放置推进系统产生降低流场速度的包封区域。这使得飞行器比正常可能的具有更高的推进效率。对于推进系统，降低的速度也可使得不同类型的推进器，比如螺旋桨代替涡轮风扇发动机，这产生明显增加的推进效率。

图4是根据本公开实施方式的包括流场速度降低系统400(系统400)的示例性飞行器430的图解。系统400包括推进器402、包括翼面428的机翼404、机身406、下支柱408、侧支柱410和应急支柱412。

推进器402(螺旋桨402)可包括，例如但不限于，螺旋桨、反时针旋转螺旋桨、反转螺旋桨、涡轮风扇发动机(例如，齿轮的或非齿轮的)、八叶螺旋桨、无涵道风扇、高速单向旋转螺旋桨、高速反时针旋转螺旋桨、高速反转螺旋桨、涵道风扇等。推进器402相对于机翼404、机身406、下支柱408、侧支柱410和应急支柱412定位，以便推进器402在具有降低速度的流场的区域(流场区域)中，比如降低速度流场区域502(图5)。而且，产生降低速度流场区域502，以便推进器402(图5中推进器运转面504)附近的流场轮廓506包括最小化的速度偏移。以这种方式，推进器402位于降低流场速度偏移区域502(图5)中。

流场指颗粒的矢量场，并且速度指颗粒、流场或飞行器的速率和方向。在该文档中，降低速度流场区域502和降低流场速度偏移区域502可替换使用。

图4中所示的实施方式显示双引擎飞机，比如具有螺旋桨(一个或多个)402的飞行器430。本领域技术人员将理解根据本公开的各种实施方式可使用许多其他的布置。可以使用，例如但不限于单引擎、驱动多推进器的引擎、四个机翼安装的引擎、各种数量的引擎、尾部安装的引擎等。

支柱408/410/412可增加流场速度的降低和/或可增加降低速度流场区域502的大小。支柱408/410/412也可给机翼404提供结构支撑，并可减少对螺旋桨402附近机翼翼面428深度的需要。这可使得机翼404的形状适于加强流场速度益处。

机翼404、机身406、下支柱408、侧支柱410和应急支柱412每个可包括结构增强，其分别可操作以影响机翼404、机身406、下支柱408、侧支柱410和应急支柱412附近的流场。结构增强可包括，例如但不限于空气动力学结构的提高的厚度、添加的结构、空气动力学结构上的凸起(bump)、提高的等高线、空气动力学结构中的缺口、空气动力学结构的延长、空气动力学结构的扩展、空气动力学结构的加宽等，其可操作以降低流场速度和/或增加流场均匀性。流场均匀性可包括，例如但不限于，具有基本上恒定速度的平行流线区域。基本上恒定速度可包括，例如但不限于，小的变化，比如方向上2度变化和0.02马赫的变化等。

仅仅在螺旋桨402的位置附近需要为螺旋桨402的下列的翼面(横截面)成形：机翼404、支柱408/410/412和其他结构。机翼404将可能返回螺旋桨402舷内和舷外更常规的形状。

在一种实施方式中，使用支柱支撑比如侧支柱410。该实施方式受益于薄的机翼部分，因为薄的机翼对于相同的升力系数它的顶面和底面二者上具有更低的速度。支柱支撑允许更薄的机翼部分而没有与悬臂机翼一样多的重量损失。因此，该实施方式使用支柱支撑翼取得更大的益处。

在一种实施方式中，使用大的机身横截面。对于使用更小机身的机身406，离地距离可限制螺旋桨大小。机身406的大的横截面大小允许增加机翼404距离地面的高度。机身406的双层或更宽机身(比如双岛(twin isle)代替单岛(single isle))将允许更容易地整合具有更大离地距离的高机翼。

本公开的实施方式，减少机翼404下方的表面摩擦阻力。该实施方式在机翼404下方产生降低速度的区域，并且因为表面摩擦阻力与速度的平方成比例，所以减小表面摩擦阻力。因此，根据本公开的实施方式，发动机短舱(未显示)、吊架比如发动机吊挂426、整流罩(未显示)等具有更小的表面摩擦阻力——如果它们位于降低速度流场区域502中。

进入螺旋桨402的桨叶414圆盘的气流的速率和方向的改变可不利地影响螺旋桨402的性能。由于该原因，螺旋桨典型地放置在具有很少流扰动的位置。例如，对于较大的飞行器在机翼前面的外部，而在较小飞行器的前端(nose)。

如果进入螺旋桨402的气流(内流)的速率和方向恒定变化，但是进入螺旋桨402的气流(内流)关于所有经过螺旋桨402纵轴418的旋转面，比如旋转面420对称，则桨叶414可被调整，以便对螺旋桨402的性能基本上没有影响。但是，速率(马赫)和方向的湍流和不均匀扰动将改变桨叶414上的载荷并降低螺旋桨402的性能。

本公开的实施方式将进入螺旋桨402的气流与具有不同飞行器迎角的螺旋桨402的纵轴418对齐。例如，螺旋桨402上方的机翼404比在机翼404前远离安装的螺旋桨(未显示)更可使进入螺旋桨402的气流变直。本公开的实施方式减少进入通过螺旋桨402的桨叶414的旋转形成的圆盘(例如，图5中推进器运转面504)的马赫数的变化，这减少了螺旋桨402的效率损失。

图5是飞行器430的机翼404的翼面428(图4)周围的示例性流场的图解，其示出根据本公开实施方式的位于机翼404的机翼翼面428下方的推进器运转面504附近的降低速度流场区域502。降低速度流场区域502可包括，例如但不限于相对于提供基本上恒定速度的自由气流416具有降低速度的空气颗粒矢量场的区域。流线可包括，例如但不限于空气颗粒路径等。自由气流416可包括，例如但不限于，远离飞行器430的未受干扰的空气等。推进器运转面504可包括，例如但不限于，推进器402在其中运转的园盘或面等。

图6是根据本公开实施方式的示例性速度降低系统600(系统600)的流场的图解。系统600可包括空气动力学结构602、空气动力学结构增强604、推进器606、控制结构608和控制器610。空气动力学结构602、空气动力学结构增强604、推进器606、控制结构608和控制器610可经各种结合手段612彼此结合。

空气动力学结构602可包括，例如但不限于机翼404、机身406、下支柱408、侧支柱410、应急支柱412、小翼、升降机、扰流器、舵、副翼、升降副翼等。空气动力学结构602可操作以改变第一物理性质以控制降低速度流场区域502(图5)。改变第一物理性质可包括，例如但不限于改变空气动力学结构602的形状、改变襟翼1404(图14)的位置、改变空气动力学结构602的位置等。襟翼1404可以是用于控制升起的空气动力学结构602的铰接或滑动部分。

空气动力学结构增强604可包括，例如但不限于，凹形结构比如凸起、提高的等高线、增加的厚度、缺口、加长、扩展、加宽等。空气动力学结构增强604可操作以改变第二物理性质以控制降低速度流场区域502(降低速度流场偏移区域)。改变第二物理性质可包括，例如但不限于改变空气动力学结构增强的形状、改变襟翼1404(图14)的位置、改变空气动力学结构602的位置、其组合等。

推进器606(图4中402)可包括，例如但不限于螺旋桨、涡轮风扇发动机、八叶螺旋桨、反时针旋转螺旋桨、反转螺旋桨、无涵道风扇等。

控制结构608可包括，例如但不限于襟翼(例如，襟翼1404)、副翼、扰流器、小翼、升降机、舵、副翼、升降副翼、其组合等。

控制器610可包括，例如但不限于处理器模块614、存储器模块616等。控制器610可操作以控制控制结构608以影响推进器606附近的降低速度流场区域502(图5中推进器运转面504)。

例如但不限于，推进器606的旋转面420(图4)处的桨叶速度422(图4)的有源控制、襟翼(例如，图14中的襟翼1404)的偏转、开叉的后缘(未显示)、格尼(gurney)襟翼/渐扩后缘(DTE)(未显示)或前沿设备(下垂的前沿)(未显示)，可用于控制推进器606的旋转面420处的桨叶速度422(图4)。以这种方式，对不同的飞行条件，调节桨叶速度422。例如，在起始上升期间，比在最快巡航速率下期望更高的螺旋桨圆盘速率(桨叶速度422的量)与自由气流416速率(自由气流416速度的量)的比。

处理器模块614包括处理逻辑，其配置为执行与系统600的操作相关的功能、技术和处理任务。尤其，处理逻辑配置为支持本文描述的系统600。例如，处理器模块614可引导：推进器606的旋转面420(图4)处的桨叶速度422的有源控制、襟翼1404(图14)的偏转、前沿设备边缘的偏转等，以控制推进器606的旋转面420(图4)处的桨叶速度422，以便为不同的飞行条件调节桨叶速度422。

处理器模块614可用设计为完成本文描述功能的通用处理器、内容可寻址存储器、数字信号处理器、专用集成电路、现场可编程门阵列、任何合适的可编程逻辑设备、离散门或晶体管逻辑、离散硬件部件或其任何组合执行或实现。以这种方式，处理器可作为微处理器、控制器、微控制器、状态机或类似设备实现。处理器也可作为计算设备的组合实施，例如，数字信号处理器和微处理器的组合、多个微处理器、结合数字信号处理器核心的一个或多个微处理器或任何其他这样的构造。

存储器模块616可包括具有格式化以支持系统600操作的存储器的数据储存区域。存储器模块616根据需要配置为储存、保存并提供数据，以支持系统600的功能。例如，存储器模块616可储存飞行配置数据、桨叶速度422等。

在实际的实施方式中，存储器模块616可包括，例如但不限于永久储存设备(永久半导体储存器、硬盘设备、光盘设备等)、随机存取储存设备(例如，SRAM、DRAM)或本领域已知的任何其他形式的储存介质。

存储器模块616可与处理器模块614结合并配置以储存，例如但不限于数据库等。另外，存储器模块616可表示动态更新的数据库，其包含用于更新数据库的表格等。存储器模块616也可储存计算机程序——其由处理器模块614执行、操作系统、应用程序、执行程序中使用的临时数据等。

存储器模块616可与处理器模块614结合，以便处理器模块614可从存储器模块616读取信息并向其写入信息。例如，处理器模块614可访问存储器模块616以存取飞行器速率、飞行控制面位置、迎角、马赫数、高度、桨叶速度422等。

作为一个例子，处理器模块614和存储器模块616可驻留于各自专用集成电路(ASIC)中。存储器模块616也可集成在处理器模块614中。在一种实施方式中，存储器模块616可包括高速缓冲存储器，用于在执行被处理器模块614执行的指令期间储存临时变量或其他中间信息。

各种结合手段612可包括适合系统600使用的任何结合技术。各种结合手段612可包括，例如但不限于物理连接比如；胶合、焊接等、电子耦合等。

图7是根据本公开实施方式的示出流场速度降低方法700的示例性流程图的图解。与方法700相关执行的各种任务可机械地、通过软件、硬件、固件、具有进行该过程方法的计算机可执行指令的计算机可读介质或其任何组合实施。应当理解方法700可包括任何数量的另外的或可选的任务，在图7中示出的任务不需要以图解的顺序实施，并且方法700可并入具有本文未详细描述的另外功能的更加综合的程序或方法。

为了图解的目的，方法700的下列描述可结合图2-6参考上面提到的元件。在实际实施方式中，方法700的一部分可通过系统600的不同元件实施，比如：空气动力学结构602、空气动力学结构增强604、推进器606、控制结构608、控制器610等。应当理解方法700可包括任何数量的另外的或可选的任务，在图7中示出的任务不需要以图解的顺序实施，并且方法700可并入具有本文未详细描述的另外功能的更加综合的程序或方法。方法700可具有与在图2-6中示出的实施方式类似的功能、材料和结构。因此这里不再重复地描述共同的特征、功能和元件。

方法700可开始于增强空气动力学结构比如空气动力学结构602，以提供降低速度流场区域比如降低速度流场区域502(任务702)。

可通过将推进器比如推进器606放置在降低速度流场区域502中继续方法700(任务704)。

可通过改变空气动力学结构602以控制降低速度流场区域502(任务706)继续方法700。如上面所提到的，空气动力学结构的改变可包括，例如但不限于改变空气动力学结构602的形状、改变空气动力学结构602的位置、改变襟翼1404的位置等。

图8是根据本公开实施方式的示出提供流场速度降低系统600的方法800的示例性流程图的图解。与方法800相关执行的各种任务可机械地、通过软件、硬件、固件、具有进行该过程方法的计算机可执行指令的计算机可读介质或其任何组合实施。应当理解方法800可包括任何数量的另外的或可选的任务，在图8中显示的任务不需要以图解的顺序实施，并且方法800可并入具有本文未详细描述的另外功能的更加综合的程序或方法。

为了图解的目的，方法800的下列描述可结合图2-6参考上面提到的元件。在实际实施方式中，方法800的一部分可通过系统600的不同元件实施，比如：空气动力学结构602、空气动力学结构增强604、推进器606、控制结构608、控制器610等。应当理解方法800可包括任何数量的另外的或可选的任务，在图8中示出的任务不需要以图解的顺序实施，并且方法800可并入具有本文未详细描述的另外功能的更加综合的程序或方法。方法800可具有与在图2-6中示出的实施方式类似的功能、材料和结构。因此这里不再重复地描述共同的特征、功能和元件。

方法800可开始于提供空气动力学结构增强比如空气动力学结构增强604，其被适当成形以降低空气动力学结构增强604附近流场区域中的流场速度，以提供降低速度流场区域502(任务802)。

可通过提供推进器比如位于降低速度流场区域502中的推进器606继续方法800(任务804)。

可通过将空气动力学结构增强604结合至空气动力学结构比如空气动力学结构602继续方法800(任务806)。

可通过降低流场区域中的流场速度继续方法800(任务808)。

图9是根据本公开实施方式的包括流场速度降低系统600的飞行器902的示例性翼展方向升力分布900的图解。当翼展方向升力分布是非椭圆时或包括不连续时，诱导阻力增加。由于降低机翼404下方的速度，本公开的实施方式提供更大量的升力。因此，在推进器606附近具有更高的升力系数对增加该益处是有益的。图9显示通过使用根据本公开实施方式的系统600产生的升力分布904，和未使用系统600产生的典型升力分布906。不像典型的升力分布906，总升力分布904可显示，例如，推进器606附近机翼404上的更大量的升力。

图10是根据本公开实施方式的包括非后掠桨叶1006的非后掠桨叶螺旋桨1004的示例性均匀速度区域1002的图解。

图11是根据本公开实施方式的包括后掠桨叶1106的后掠或单刃桨叶螺旋桨1104的示例性均匀速度区域1102的图解。螺旋桨桨叶形状变化可包括后掠，将感兴趣的区域从平面改变为后掠或其他形状。后掠桨叶1106可以是有优势的，因为它使得与具有平面形状的桨叶，比如非后掠桨叶1006相比在高速下具有更高的效率和降低的噪音。

图12是根据本公开实施方式的提供空气动力学结构增强604的推进器606附近的示例性局部弦长度范围1202的图解。机翼404影响的流场的大小理论上与机翼弦1204成比例。因此，改变推进器606附近的机翼弦1202是有利的。在图12中所示出的实施方式中，螺旋桨606上方的机翼弦1202比远离螺旋桨606沿着机翼404跨度的机翼弦1202稍微长。更长的弦比如推进器606附近的机翼弦1202的优点包括，例如但不限于，结构上允许更薄的机翼部分(局部弦上的厚度)，允许推进器606比机翼404更向前，这在如果一个桨叶414非最佳地从桨毂1206中断开时可更安全，等等。

图13是根据本公开实施方式的示例性空气动力学结构增强的图解，所述结构增强为降低流场速度所添加的结构。在图13示出的实施方式中，空气动力学表面1302和1304是另外的用于调整空气流的空气动力学结构增强。以这种方式，另外的空气动力学表面1302和1304用于产生或增强用于推进器606的流场。

图14是对称翼面1402(翼面1402)周围的示例性流场1400的图解。图14中，对称翼面1402以0度迎角显示，翼面1402不产生升力，并且大部分翼面1402周围的流以近似自由气流416的速度前进。自由气流416可通过增强的结构比如襟翼1404转向以产生、调整或改变区域以提供降低速度流场。速度矢量1406显示由于襟翼1404的偏转引起的降低的流场速度。

图15是翼面1502周围具有不均匀速度的示例性流场1500的图解。图15中，对图14的翼面1402增加弯度以产生升力1504。在翼面1502下方存在大的区域1506，其中的流比自由气流416的速度慢很多。但是，包括自由气流416(例如，B点附近)的区域不适合推进器606，因为随着翼面1502下方的距离增加流逐渐加速。例如，A点1508的速度比B点1510的速度慢很多。

图16是根据本公开实施方式的示例性流场1600的图解，其示出在翼面1602下侧上的结构增强比如凸起1604附近的均匀流场速度区域1606。图16中示出的实施方式显示在其下表面上具有凸起1604的平板比如翼面1602的流场，在其下表面上具有凸起1604加速凸起1604附近的流。随着翼面1602下方距离增加，流回到自由气流416的速度。凸起1604提供了集中的加速，其与图15中显示的实施方式相比，更快地渐渐减少至自由气流416的速度。

图17是根据本公开实施方式的示例性流场1700的图解，其示出翼面1702下侧上的结构增强比如凸起1604附近的均匀流场速度区域1704。图17中示出的实施方式结合凸起1604(图16)和翼面1502(图15)。凸起1604加速更靠近翼面1702的流，其中它之前在图15中的A点1508移动太慢。结果是均匀方向和速率的减速流动的大的区域，比如区域1704。

图18是示例性流场1800的图解，其示出以正迎角飞行的翼面1402(图14)周围的均匀流场速度区域1804。现在在下表面上具有减速流动的区域1804，其集中在前沿1802附近。与图15中1500所显示的流场相似，没有可适合放置推进器606的明显均匀、减速流动的区域。

图19是根据本公开实施方式的示例性流场1900的图解，其示出在正迎角的翼面1902下侧上的结构增强比如凸起1604附近的均匀流场速度区域1904。图19中示出的实施方式显示正迎角的平翼面1902，其添加凸起1604(图16)。凸起1604允许适合放置推进器606的均匀方向和速率的更大的区域，比如区域1904。

图20是根据本公开实施方式的示例性流场2000的图解，其示出位于机翼前沿2002附近的结构增强附近的均匀流场速度区域2004。图20中示出的实施方式显示翼面1502(与图15类似)，但是在机翼前沿2002附近添加有凸起1604。与图17中示出的实施方式类似，现在具有稍微均匀的减速流动的区域，比如区域2004。

图17、19和20中示出的实施方式是使用小零件比如凸起(凸起的形状)调整减速流动的更大区域的例子。但是，在其他实施方式中，该小零件也可具有凹入的形状，如在图25中所示的。

图21是根据本公开实施方式的示出前沿速度降低的示例性流场2100的图解。图21中示出的实施方式显示0度迎角的对称翼面2102加速机翼404(图4)上方和下方的气流并且不产生总升力。具有减速流动的小区域在静点(stagnation point)2104附近。

图22是根据本公开实施方式的示出约5度迎角的前沿速度降低的示例性流场2200的图解。图22中所示出的实施方式显示翼面2102以约5度迎角飞行，产生升力。翼面2102上表面上方的气流比图14中所示出的实施方式更快，并且翼面2102下方的气流现在在下表面的大部分上为约自由气流416的速度。具有均匀速度的减速流动的小区域比如区域2202存在于翼面2102底面上的静点2104后面。该流动的更大版本对于布置推进器606是期望的。

图23是根据本公开实施方式的示出机翼404的弯曲翼面2302的速度降低的示例性流场2300的图解。图23中示出的实施方式显示产生升力的弯曲翼面2302。在弯曲翼面2302下方存在减速流动的大的区域2304，和适合放置推进器606的减速流动的小的区域2306。

图24是根据本公开实施方式的示出增加的尾部弯曲翼面2402的速度降低的示例性流场2400的图解。图24中示出的实施方式显示特定设计的增加的尾部弯曲翼面2402，以使推进器606放置在机翼404下方约50%的弦处。这通过增加尾部弯度和添加渐扩后缘明显减缓机翼后缘2408附近的增加的尾部弯曲翼面2402下表面上的流而实现。朝着该区域的更快的流产生垂直面，恒定速度产生适合放置推进器606的均匀和降低速度区域2404。同样，更靠近前沿2410，产生均匀和降低速度的第二区域2406，但是对于实际螺旋桨而言其可能太小。

图25是根据本公开实施方式的示出增加的尾部弯曲翼面2502和结构增强的速度降低的示例性流场2500的图解。图25中示出的实施方式在机翼404下表面上使用凹面形结构增强2504，仅仅前沿2506的尾部产生减速流动的大区域2508(区域2508)。区域2508的尾部，具有用于放置推进器606的第一位置2510。而且，在增加的尾部弯曲翼面2502上更尾部的第二位置2512可用于放置推进器606。

图26是根据本公开实施方式的示出均匀速度区域中螺旋桨布置的示例性流场2600的图解。之前的实施方式显示在不可压缩流场中的各种翼面。可压缩性改变减速流场的形状和大小。压缩性阻力是由达到高马赫数(高于~0.7)的桨叶损失的能量。单旋转螺旋桨具有受限的巡航速度，这是因为由于噪音和阻力的原因，桨叶414的叶片端速(tip speed)限制于1.0马赫。随着飞行器的速率更接近1.0马赫，螺旋桨的旋转速率(每分钟的转数(RPM))必定降低，其中没有旋转会允许精确在1.0马赫。减小桨叶414上的可压缩性阻力增加了长弦和后掠，其增加了桨叶414的阻力和重量。该重量可通过更小的直径降低，但是这增加了诱导损失和旋涡损失。更低的RPM也增加旋涡损失，因为更多的能量用于旋转流。使叶片、机翼和其他表面变直可用于使流变直，这恢复一些旋涡损失。相反，本公开的实施方式提供用于在降低速度流场的区域放置推进器606以降低可压缩性阻力的手段。

压缩性效果影响翼面产生的速度和压力。图26中示出的实施方式显示翼面2602，其已经使用卡门-钱学森(Kàrmàn-Tsien)转换以接近可压缩性的效果。理论构造显示为引擎2604和推进器606的实施例整合，以便推进器606位于降低流场速度区域2606中。

图27是根据本公开实施方式的示例性流场2700的图解，其示出机翼-支柱组合中均匀速度区域中螺旋桨606布置。图27中示出的实施方式显示使用支柱408以控制在机翼404下方缓慢流动的区域。支柱408翼面2702产生负升力，其减缓支柱408上方的流动。支柱408比仅仅单个机翼404允许更大的减速。桨叶414在支柱408下方延伸，或终止在支柱408上方某处。

图28是根据本公开实施方式的示例性流场2800的图解，其示出机翼-支柱组合中均匀速度区域中螺旋桨606布置。在该实施方式中，螺旋桨606的桨叶414终止在支柱408的上方。

图29是根据本公开实施方式的示例性流场2900的图解，其示出机翼-支柱组合中均匀速度区域中螺旋桨606布置。图29与图18中显示的实施方式类似，但是支柱2902用于支撑发动机吊挂426(图4)并且从推进器606反旋涡冲刷。不像图20中所示出的实施方式，支柱2904对流场影响较少。旋涡损失是由于使流围绕螺旋桨606的轴418(图4)旋转而不是直接加速向下流而损失的能量。

图30是根据本公开实施方式的示例性流场3000的图解，其示出机翼-支柱组合中均匀速度的区域。之前的实施方式不包括从推进器606产生的流动加速的作用，该作用也可影响空气动力学结构602(机翼、支柱、机身、发动机短舱、吊架等)的总体形状。图30中示出的实施方式显示包括机翼翼面3002和支柱翼面3004的结构，该结构也包括由推进器606产生的流动加速的作用。由于桨叶414的大尺寸，由推进器606产生的流动加速的影响非常小。

上面的实施方式图解了一些空气动力学变量，其可被应用以实现降低速度流场的大区域。本领域技术人员将理解类似形状的其他飞机部件可用于加强或微调该作用。例如但不限于，形成机身、起落架吊舱(landing gear pod)、发动机短舱、外部燃料罐、其组合等的形状，也可应用于放大机翼404的基础作用。

以这种方式，本公开的实施方式为放置在降低速度流场区域中并在降低速度流场区域中运转的推进器606的效率改善，提供降低速度流场区域。

在该文档中，术语“计算机程序产品”、“计算机可读介质”、“计算机可读储存介质”等一般可用于指介质，比如，例如存储器、储存设备或储存装置。这些和其他形式的计算机可读介质可参与储存为处理器模块614使用的一条或多条指令，以使处理器模块614执行具体的操作。这种指令，一般称为“计算机程序代码”或“程序代码”(其可以以计算机程序或其他组的形式分组)，当被执行时，能够利用系统700安排的方法。

上面的描述参考被“连接”或“结合”在一起的元件或节点或特征。如本文所使用，除非另外明确指出，“连接”指一个元件/节点/特征直接接合于(或直接相通)其他元件/节点/特征，并不必是机械地。同样，除非另外明确指出，“结合”指一个元件/节点/特征直接或间接接合于(或直接或间接相通)其他元件/节点/特征，并不必是机械地。因此，虽然图2-30描绘了元件的示例性布置，但是另外的介入元件、设备、零件或部件也在本公开的实施方式中存在。

在该文档中使用的术语和短语，或其变型，除非另外明确指出，应当理解为开放式的而非限制性的。如前述实例：术语“包括”应当理解为意思是“包括，但不限于”等；术语“实例”用于提供所讨论项目的示例性例子，并不是其穷尽的或限制性的举例；并且形容词比如“常规的”“传统的”“正常的”“标准的”“已知的”和类似意思的术语不应当理解为将所描述的项目限制于给定时间段或限制在给定时间内可获得的项目，而是应当理解为包括可在现在或将来的任何时间可获得的或已知的常规的、传统的、正常的或标准的技术。

同样地，用连词“和”连接在一起的一组项目不应当理解为要求那些项目的每一个和任个存在于该分组中，而是应当理解为“和/或”，除非另外明确指出。类似地，用连词“或”连接在一起的一组项目不应当理解为要求组内相互排他，而是应当理解为“和/或”，除非另外明确指出。此外，虽然本公开的项目、元件或部件可以以单数描述或要求保护，但是复数考虑落在其范围内，除非明确指出限制于单数。范围词和短语比如在一些例子中的“一个或多个”、“至少”、“但不限于”或其他类似短语的存在不应当理解为指在可能缺少这种范围短语的例子中期望或要求更窄的情况。

如本文所使用，除非另外明确指出，“可操作的”指能够被使用、适合或容易使用或服务、可用于具体的目的，和能够执行本文所述的叙述的或期望的功能。就系统和设备而言，术语“可操作的”指系统和/或设备是完全功能的并且是校准的，当启动时包括执行所述功能的元件并符合可应用的操作要求。就系统和电路而言，术语“可操作的”指系统和/或电路是完全功能的并且是校准的，当启动时包括执行所述功能的逻辑并符合可应用的操作要求。

Claims (15)

1.降低进入推进器的流场速度的方法，所述方法包括：

增强推进器附近的空气动力学结构以提供降低速度流场区域，其中增强的最大厚度位于远离所述空气动力学结构的局部机翼后缘，所述降低速度流场区域包括在流场速度下的均匀速度，其低于所述空气动力学结构的空气速度，其中所述空气动力学结构包括升力面或控制面；

将推进器置于所述降低速度流场区域中并且完全被其包围，其中由所述推进器的桨叶的旋转形成的推进器操作面在所述降低速度流场区域中操作，其中马赫数的变化低于所述降低速度流场外部；和

将进入所述推进器的所述降低速度流场区域的气流以所述空气动力学结构的不同迎角与所述推进器的纵轴对齐。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述空气动力学结构包括选自下列的至少一个：机翼、机身、支柱、小翼、升降机、舵、副翼和升降副翼。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述推进器包括选自下列的至少一个：螺旋桨、涡轮风扇发动机、八叶螺旋桨和无涵道风扇。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步改变所述空气动力学结构以控制所述降低速度流场区域，其中所述空气动力学结构包括选自下列的至少一个：改变所述空气动力学结构的形状，改变襟翼的位置和改变所述空气动力学结构的位置。

5.流场速度降低系统，其包括：

空气动力学结构增强，其包括位于远离空气动力学结构的局部机翼后缘的最大厚度，其接近推进器并且被适当成形，以降低所述空气动力学结构增强附近的流场区域中的流场速度至低于所述空气动力学结构的空气速度，以便提供包括在流场速度下的均匀速度的降低流场速度偏移区域，其中所述空气动力学结构增强使升力面或控制面增强；和

所述推进器，其位于所述降低流场速度偏移区域中并且完全被其包围，其中由所述推进器的桨叶的旋转形成的推进器操作面在所述降低速度流场区域中操作，其中马赫数的变化低于所述降低流场速度偏移区域外部，其中所述空气动力学结构增强将进入所述推进器的所述降低速度流场区域的气流以所述空气动力学结构的不同迎角与所述推进器的纵轴对齐。

6.根据权利要求5所述的流场速度降低系统，其中所述推进器包括选自下列的至少一个：螺旋桨、涡轮风扇发动机、八叶螺旋桨和无涵道风扇。

7.根据权利要求5所述的流场速度降低系统，进一步包括与所述空气动力学结构增强结合的空气动力学结构，其中所述空气动力学结构增强包括选自下列的至少一个：所述空气动力学结构增加的厚度、添加的结构、所述空气动力学结构上的凸起、提高的等高线、所述空气动力学结构中的缺口、所述空气动力学结构的延长、所述空气动力学结构的扩展和所述空气动力学结构的加宽。

8.根据权利要求7所述的流场速度降低系统，其中所述空气动力学结构包括选自下列的至少一个：机翼、机身、支柱、小翼、升降机、舵、副翼和升降副翼。

9.根据权利要求7所述的流场速度降低系统，其中所述空气动力学结构是可操作的，以改变第一物理性质，以控制所述降低流场速度偏移区域，其中所述第一物理性质包括选自下列的至少一个：改变所述空气动力学结构的形状、改变襟翼的位置和改变所述空气动力学结构的位置。

10.根据权利要求5所述的流场速度降低系统，其中所述空气动力学结构增强是可操作的，以改变第二物理性质，以控制所述降低流场速度偏移区域，其中所述第二物理性质包括选自下列的至少一个：改变所述空气动力学结构的形状、改变襟翼的位置和改变所述空气动力学结构的位置。

11.提供流场速度降低系统的方法，其包括：

提供空气动力学结构增强，其包括位于远离空气动力学结构的局部机翼后缘的最大厚度，其接近推进器并且被适当成形，以降低所述空气动力学结构增强附近的流场区域中的流场速度至低于所述空气动力学结构的空气速度，以提供包括在流场速度下的均匀速度的降低速度流场区域，其中所述空气动力学结构增强使升力面或控制面增强；

提供置于所述降低速度流场区域中并且完全被其包围的推进器，其中由所述推进器的桨叶的旋转形成的推进器操作面在所述降低速度流场区域中操作，其中马赫数的变化低于所述降低速度流场区域外部；和

将进入所述推进器的所述降低速度流场区域的气流以所述空气动力学结构的不同迎角与所述推进器的纵轴对齐。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述推进器包括选自下列的至少一个：螺旋桨、涡轮风扇发动机、八叶螺旋桨和无涵道风扇。

13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括将所述空气动力学结构增强结合至空气动力学结构。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述空气动力学结构包括选自下列的至少一个：机翼、机身、支柱、小翼、升降机、舵、副翼和升降副翼。

15.根据权利要求13所述的方法，其中所述空气动力学结构增强包括选自下列的至少一个：所述空气动力学结构增加的厚度、添加的结构、所述空气动力学结构上的凸起、提高的等高线、所述空气动力学结构中的缺口、所述空气动力学结构的延长、所述空气动力学结构的扩展和所述空气动力学结构的加宽。