[0001] 本发明涉及具有可移动翼梢装置的飞行器机翼。

[0002] 例如从WO2017118832中已知在飞行期间使用可移动翼梢装置。该文件教示了一种具有固定机翼的飞行器机翼，该固定机翼具有以可移动的方式安装在其梢部处的翼梢装置，其中，固定机翼具有上表面和下表面，并且翼梢装置具有上表面和下表面，并且翼梢装置能够在以下两种构型之间操作：(i)用于在飞行期间使用的飞行构型，在该构型中，翼梢装置的上表面和下表面是固定机翼的上表面和下表面的延续；以及(ii)用于在飞行期间减轻载荷的载荷减轻构型，在该构型中，翼梢装置相对于固定机翼移动，使得翼梢装置的上表面和下表面中的至少一者移动远离固定机翼的相应表面并且机翼上的载荷减轻；其中，飞行器包括限制组件，该限制组件能够在限制模式与释放模式之间操作，在该限制模式中，使用限制力将翼梢装置保持在飞行构型中，在该释放模式中，翼梢装置上的限制力被释放，使得翼梢装置能够采用载荷减轻构型。

[0003] 一旦限制组件处于释放模式，翼梢装置就可以被完全被动地致动至载荷减轻构型。翼梢装置可以在将翼梢装置朝向载荷减轻构型迫压的空气动力的作用下移动。使限制组件与该铰接式翼梢装置组合可以称为“半气动弹性”布置。

[0004] 翼梢装置可以以可旋转的方式安装在位于机翼的梢部处的铰接件上，使得其可以绕铰接件在飞行构型与载荷减轻构型之间旋转。翼梢装置也能够绕相同的铰接件移动至用于在基于地面的操作期间使用的地面构型，在该地面构型中，翼梢装置移动远离飞行构型，使得飞行器机翼的翼展减小。

[0005] 致动系统可以布置成使翼梢装置在飞行构型与地面构型之间移动。致动机构还可以布置成使翼梢装置从载荷减轻构型移回至飞行构型。

[0006] 已经发现的是，当处于载荷减轻状态时，可能需要调整翼梢装置的运动。本发明试图解决这个问题。

[0056] 图1是飞行器1的平面图。该飞行器包括中央机身3和从相应的翼根5’向外延伸的两个主机翼5。

[0057] 每个机翼5包括从根部5’延伸至梢部7’的固定机翼7。在固定机翼7的梢部7’处，机翼5还包括呈平坦翼梢延伸部的形式的可移动翼梢装置9。翼梢装置9绕铰接件11以可旋转的方式安装。该铰接件11可以定向成不平行于飞行方向线F(或者相对于飞行方向线F向外展开)。铰接件11可以替代性地平行于飞行方向线F。

[0058] 在固定飞行构型中，翼梢装置9相对于固定机翼7固定。翼梢装置9可以是固定机翼的延伸部。因此，固定机翼7的上表面7a和下表面7b可以与翼梢装置9的上表面9a和下表面9b连续(参见图3a和图2中的从最靠下位置开始的第二位置)。固定机翼7的前缘和后缘也可以与翼梢装置9的相应的前缘和后缘连续。这种布置是有益的，因为其提供了相对较大的机翼翼展，由此提供了在空气动力学方面有效的飞行器。

[0059] 然而，较大的翼展可能导致机翼5上对应的较大载荷、特别是较大的翼根弯矩，尤其在诸如阵风或极端操纵之类的高载荷事件期间。这种大的机翼根部弯矩对于相对较大的翼展机翼来说是问题。机翼5必须定尺寸成应对可能导致相对较重的机翼的这些最大载荷，这可能是不允许的。

[0060] 翼梢装置9在移动飞行构型(参见图2、图3b和图3d)中基本上自由移动的能力试图解决该问题。在该构型中，翼梢装置9在被动阻尼的情况下基本上能够绕铰接件11自由旋转，如将在下面进一步描述的。

[0061] 如图3b中以及图2中的从最靠上位置开始的第二位置所示出的，翼梢装置9能够向上旋转，使得固定机翼7与翼梢装置9之间的下表面不再彼此连续。此外，如果铰接件11相对于顺气流方向(即，与飞行方向F的线相反)成角度，则当翼梢装置9向上旋转时，翼梢装置的平均迎角减小。

[0062] 如图3d中以及图2中的最靠下位置所示出的，翼梢装置9还能够向下旋转，使得固定机翼7与翼梢装置9之间的上部面不再彼此连续。

[0063] 在移动飞行构型和另一移动飞行构型中，机翼5上的由翼梢装置9产生的载荷显著减小。翼梢装置9可以在飞行期间释放至这些构型中的任一构型(下面将更详细地描述)。通过在飞行期间提供这种载荷减轻功能，机翼需要设计的最大载荷可以减小，并且因此机翼5可以制造得相对较轻。

[0064] 翼梢装置9还能够构造成地面构型，在该地面构型中，翼梢装置9进一步旋转至基本上直立的位置(在图3c中以及图2中的直立位置中示出)。翼梢装置能够在其位于地面上时移动至该构型(下面对此进行更详细的描述)。一旦旋转至这样的位置，飞行器1的翼展就足以满足机场兼容性登机口的限制。因此，飞行器1在飞行期间可以具有(超过登机口限制的)大的翼展，但是当在地面上时仍然能够符合登机口限制。

[0065] 如图3d中所示出的，铰接件11允许翼梢装置9在移动飞行构型中向上旋转及向下旋转。这种布置使得正g载荷和负g载荷两者能够得以减轻。

[0066] 图4a和图4b示出了用于使翼梢装置9绕铰接件11旋转的致动系统20的示例。致动系统20包括马达22、至少一个齿轮传动式旋转致动器24和齿轮箱26。在致动系统20包括多个齿轮传动式旋转致动器24的情况下，齿轮传动式旋转致动器24沿着铰接件11的铰接线布置。马达22可以形成结合有制动器的动力驱动单元(PDU)的一部分，或者可以如图4a和图4b中所图示的设置有单独的制动器23。齿轮传动式旋转致动器24是布置成例如以不同的角旋转速率和/或扭矩和/或方向将第一旋转运动转换成不同的第二旋转运动的旋转致动器。

[0067] 在所图示的示例中，存在沿着铰接件11的铰接线布置的三个齿轮传动式旋转致动器(GRA)“切片”24。如图4c中所图示的，三个GRA可以由经由齿轮箱26联接的共用轴26a驱动，齿轮箱26是减速齿轮箱。轴26a可以具有与铰接件11的铰接线同轴的旋转轴线。马达22(或PDU)布置在三个GRA切片的一个端部处。GRA 24各自布置在铰接件11的铰接线上。

[0068] 在图4a中以虚线示出整流罩30，该整流罩30定尺寸成容纳致动系统20。如图4c中所图示的，离合器28可以具有与GRA 24中的每个GRA 24以及可选的齿轮箱26的外径相同的外径，使得致动系统20以及因此整流罩30的前表面区域被最小化。

[0069] GRA 24各自具有联接至固定机翼7的第一转向节24a(或一对第一转向节)和联接至例如图5中所示出的翼梢装置9的第二转向节24b(或一对第二转向节)。GRA 24中的每个GRA是基本上相同的并且包括用以向经由共同轴26a施加至GRA的扭矩施加齿轮比的内部齿轮传动装置。当马达22被启用以经由齿轮箱26驱动共用驱动轴26a时，第二转向节24b相对于GRA 24的第一转向节24a旋转。这驱动翼梢装置9相对于固定机翼7绕铰接件11的铰接。旋转可以是正旋转或负旋转。

[0070] 在齿轮箱26与马达22之间设置有离合器28。以这种方式，离合器28可以设计成处理较低的扭矩，因为它布置在齿轮比通过齿轮箱26施加至来自马达22的扭矩之前。这可以减小离合器28的尺寸、重量、成本和复杂性。使离合器28接合使得马达22能够在驱动模式下将GRA 24驱动成使翼梢装置9绕铰接件11旋转。通过图6a图示了在驱动模式下操作的致动系统20的示意性表示的示例，弯曲箭头指示马达22使翼梢装置9旋转的方向(例如，向后看时的逆时针方向)。应当注意的是，马达22可以替代性地使翼梢装置9绕铰接件11沿相反(例如，顺时针)方向旋转。图6b图示了离合器28和制动器23如何构造成允许马达22驱动翼梢装置9。

[0071] 使离合器28断开接合使得GRA 24能够基本上自由地旋转，由此允许翼梢装置9在处于扑翼操作模式时相对于固定机翼7绕铰接件11(由于致动系统而具有被动阻尼)基本上自由地旋转。一旦制动器23和离合器28被释放，翼梢装置9就可以在扑翼模式下完全被动地致动。例如，翼梢装置可以在空气动力和/或重力的作用下移动。制动或释放翼梢装置的选择可以被称为“半气动弹性”布置。通过图7a图示了在扑翼模式下操作的致动系统20的示意性表示，弯曲箭头指示翼梢装置9的可允许旋转。图7b图示了离合器28和制动器23如何构造成允许翼梢装置9绕铰接件11自由旋转。

[0072] 当离合器28断开接合时，齿轮箱26能够反向驱动，使得齿轮箱26能够通过翼梢装置9绕铰接件11旋转的运动来操作。这可以将机械阻尼引入到系统中，可选地，其中，齿轮箱26具有最大阻尼值，该最大阻尼值允许翼梢装置9在扑翼模式下操作时绕铰接件11旋转的振荡扑翼运动。齿轮箱26的最大阻尼值可以是大约500Nm/rad/s。一旦断开接合，离合器28的旋转部分可以被限制成具有不大于大约30,000rpm、优选地小于25,000rpm的速度。

[0073] 在扑翼模式下操作致动系统20需要适当考虑颤振模式。以一定的飞行器速度、比如机翼5的颤振速度飞行可能导致颤振不稳定性，这可能损坏机翼5。通过使用如上所述的齿轮箱26将被动阻尼引入致动系统20，增加了固定机翼/翼梢装置的颤振裕度。

[0074] 翼梢装置相对于固定机翼绕铰接件的运动的这种被动阻尼可以增加固定机翼/翼梢装置的颤振裕度并且在翼梢装置由于离合器的断开接合而被释放时降低翼梢装置的阵风响应。当减速齿轮箱设置在离合器与齿轮传动式旋转致动器之间时，仍然可以实现良好的载荷减轻，这增加了颤振裕度以避免潜在的颤振问题。被动阻尼可以具有增加翼梢装置在扑翼模式下被释放时的颤振稳定性的效果并且还降低了扑翼模式下的扑翼频率。这可以对与铰接件相关联的若干类型的颤振具有有益的影响。例如，i)扑翼模式和第一机翼弯曲模式的联接，以及ii)扑翼模式(或在翼梢装置被制动的情况下的外机翼弯曲模式)和外机翼扭转/前后模式的较高频率的联接，这对固定机翼7与翼梢装置9之间的角度敏感。因此，被动阻尼可以允许铰接线的展开角度的增加而不损害i)类型颤振的减轻，这又可以减小滑行角度(当翼梢装置9在扑翼模式下操作时固定机翼7与翼梢装置9之间的静态平衡角度)。减小翼梢装置9的滑行角度可以增加ii)类型颤振的稳定性。通过向铰接件11添加阻尼来增加折叠式翼梢装置9的颤振裕度也可以影响其他飞行器可移动件、比如飞行器副翼的颤振响应。当以较低的飞行器速度释放时，绕铰接件的增加的阻尼还可以减小翼梢装置的扑翼振荡的振幅，这可以避免需要止动件(或减小止动件的尺寸并且因此减小其重量)来防止折叠式翼梢装置的过度旋转(例如，在大约正或负90度处停止)。

[0075] 替代性地，离合器28可以构造成在飞行期间断开接合。换句话说，翼梢装置9可以在扑翼模式下以不发生颤振不稳定性的飞行器速度操作。

[0076] 离合器28在飞行期间可能由于许多原因而断开接合。允许翼梢装置9基本上自由地旋转可以用于减轻由于外力而作用在机翼5上的载荷。由此，机翼5需要被设计用于的最大载荷可以被减小，并且因此机翼5可以制造得相对较轻。替代性地，翼梢装置9可以允许自由地旋转，使得机翼5的翼展有效地减小。例如在不需要高升力水平的相对低速或低高度飞行期间，或者在需要相对高的侧倾速率时，减小机翼5的翼展可能是有益的。

[0077] 当制动器23(可选地是PDU的制动器23)被接合并且离合器28也被接合时，致动系统20在制动模式下操作，在该制动模式下，制动器23用于防止翼梢装置9相对于固定机翼7绕铰接件11的旋转。制动操作模式可以对应于翼梢装置9绕铰接件11的零角位置或非零角位置。在该零位置，翼梢装置9的上表面9a和下表面9b与固定机翼7的上表面7a和下表面7b形成基本上为零的角度，使得机翼5的整体翼展最大，或者替代性地，在非零位置，翼梢装置9的上表面9a和下表面9b与固定机翼7的上表面7a和下表面7b形成非零角度。通过图8a图示了在制动模式下操作的致动系统20的示意性表示。图8b图示了离合器和制动器如何构造成防止翼梢装置9绕铰接件11旋转。

[0078] 致动系统20还能够在目标模式下操作，在该目标模式下，离合器28被接合并且制动器23被断开接合，使得马达22可以驱动翼梢装置9绕铰接件11的旋转。马达22可以构造成主动地将翼梢装置9相对于固定机翼7的零角度或非零角度位置作为目标，使得翼梢装置9的上表面9a和下表面9b与固定机翼7的上表面7a和下表面7b形成零角度或非零角度。翼梢装置9的角度位置可以使用闭环控制系统反馈回至马达22，使得马达22被驱动成改变翼梢装置9的角度位置以匹配目标位置。例如，当用以实现翼梢装置的相同角度位置的制动模式可以在相同的飞行器操作条件下或者在离合器处于失效安全模式的情况下以其他方式经受颤振问题时，该“目标”操作模式可能是有用的。通过图9a图示了在目标模式下操作的致动系统20的示意图，虚线指示翼梢装置9的非零目标位置，并且弯曲箭头指示其中马达22驱动翼梢装置9以实现目标位置的方向。图9b图示了离合器和制动器如何构造成允许马达22驱动翼梢装置9。

[0079] 致动系统20在飞行期间能够以上述操作模式的任何组合操作并且可以在操作模式之间改变。

[0080] 图10a示出了(能够与先前公开中的任何公开组合的)另一实施方式，其中，致动器机构20包括第二齿轮箱27，第二齿轮箱27布置在离合器28与马达22之间。提供齿轮箱26和第二齿轮箱27允许来自马达22的扭矩以两个阶段增加，首先在扭矩通过离合器28传递之前通过第二齿轮箱27增加，再通过齿轮箱26增加。因此，可以使齿轮箱26和第二齿轮箱27中的每一者的传动比以及因此尺寸小于如图4a和图4b中所示出的使用的单个齿轮箱26。这可以有利于减小致动系统20的整体尺寸并且因此有利于减小绕制动系统20布置的任何整流罩30的尺寸。此外，这可以允许基于铰接接合件在被反向驱动时的期望阻尼特性来选择齿轮箱26的减速比，同时仍然使用第二齿轮箱27提供足够的扭矩来驱动翼梢装置9。图10b以框图更一般地示出了这种布置。

[0081] 致动系统20可以替代性地配置为如图11a和图11b中所图示的，其中，马达22布置在齿轮传动式旋转致动器24的与离合器28和齿轮箱26相反的侧。这种布置可以将离合器28和齿轮箱26定位在机翼5的前缘的前方，如图11a中所示出的，这对于例如用于将部件封装在整流罩30内是有益的。尽管示出为包括第二齿轮箱27，但是该构型也可以应用于仅包括单个齿轮箱26的致动机构。在图11c中以分解图示出了如此配置的致动系统20的示例。在该示例中，连接至第二齿轮箱27的驱动轴27a将扭矩传递至离合器28，但是不作用于齿轮传动式旋转致动器24。一旦接合，离合器28就将扭矩传递至齿轮箱26，齿轮箱26又例如使用如图4c中所图示的共用轴26a驱动齿轮传动式旋转致动器24。

[0082] 在词语“或”出现时，这将被解释为意指“和/或”，使得所指的项目不一定是相互排斥的，并且可以以任何适当的组合使用。

[0083] 尽管上面已经参照一个或更多个优选实施方式描述了本发明，但将理解的是可以在不脱离如所附权利要求限定的本发明的范围的情况下作出各种改变或变型。