机翼结构专利技术综述

刘康宁

摘 要：基于CPRSABS和DWPI数据库，通过检索、统计和分析国内外的专利申请文献，梳理了机翼结构领域的技术发展状况，并对专利申请的技术特征、技术领域以及分布趋势等方面的信息进行了分析。

关键词：飞机；机翼；操纵面；稳定面

中图分类号： V224 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）29-112-2

0 引言

近年来，随着航空工业的飞速发展，飞机产业逐渐成为关系到综合国力和竞争力的战略产业，对于中国这样一个发展中的大国来说，尤其如此。机翼是各种固定翼航空器最重要的气动部件，本文综述了机翼空气动力学设计方面的发展概况，包括翼型、机翼增升装置、机翼几何形状、飞机尾翼的发展和演变，最后对机翼相关结构的技术发展前景进行了展望。

1 飞机的翼结构基本概念

飞机的翼结构主要包括机翼、稳定面和操纵面。飞机的稳定面主要包括水平尾翼、垂直尾翼、鸭翼和翼梢小翼；飞机的操纵面主要包括襟翼和副翼。

2 技术发展状况

2.1 数据源与关键词

本文选择CPRSABS中文检索数据库以及DWPI数据库，选用的通用检索词为：飞机、机翼、尾翼和襟翼，对应的英文为：airplane、wing、tailplane、flap，并进行了相应扩展。IPC分类号为：B64C3、B64C5、B64C9。通过以上检索要素所获得的专利申请经过筛选后建立专利申请数据库，作为本文所研究的对象。最后，对检索到的专利文献进行数据提取和整理，重点针对专利申请人、公开日、关键词、分类号等字段信息，进一步对提取字段的信息进行统计和分析。

2.2 对数据进行统计和分析

①专利申请总体申请量（表1）

②专利申请国别分布情况

全球专利申请量最多的3个国家分别是美国31%、中国15%和德国13%。俄罗斯专利申请占全球专利申请量的8%，在中国专利申请量却很少。在华申请专利的国外主要航空企业主要集中在美国、德国、英国和法国，这不仅反映出美国和欧洲国家在机翼结构领域具有明显的领先地位和竞争优势，而且反映了其占领中国市场的决心很大。

飞机的翼结构设计是飞机制造的关键技术之一，设计合理的翼结构可以提高飞机的安全性、经济性、环保性和舒适性。因此飞机的翼结构需要做大量细致工作。常规的翼结构包括能够产生升力的机翼，平衡和操纵姿态的尾翼，在飞机起飞和降落阶段，为飞机提供阶段性增升作用的襟翼和采用鸭翼式布局时的飞机水平前翼。

国外主要航空企业关于翼结构的在华专利申请基本上是连续性增长。关于机翼结构的专利申请最早于中国刚刚建立专利制度的1985年就已经出现，之后的20年间处于低速增长时期，自从2005年开始进入高速增长时期。

2.3 专利技术发展演进

①在飞机诞生初期，翼型是模仿鸟的翅膀弯曲形状设计的。随着人们对不同翼型机翼升阻比的研究陆续，出现了克拉克一Y翼型、层流翼型、超临界翼型和自适应翼型。对于大型民航飞机来说，能以跨音速区巡航飞行对改善经济性十分有利，超临界翼型随之诞生。

②垂直尾翼简称垂尾或立尾，由固定的垂直安定面和可动的方向舵组成，它在飞机上主要起方向安定和方向操纵的作用。尾翼水平尾翼简称平尾，是飞机纵向平衡、稳定和操纵的翼面。平尾左右对称地布置在飞机尾部，基本为水平位置。翼面前半部通常是固定的，称为水平安定面。后半部铰接在安定面的后面，可操纵上下偏转，称为升降舵。

③飞机飞行所需要的升力，源于机翼上、下表面的压力差。在飞机飞行过程中，翼梢附近机翼下表面的高压区气流会绕过翼梢流向上翼面，形成翼尖涡，并从机翼向后延伸很长一段距离。翼尖涡不仅使翼尖附近压力差降低，升力降低，而且会威胁后面飞机的飞行稳定性。翼梢小翼可以阻碍翼尖处机翼下表面的空气绕流，降低因翼尖涡造成的诱导阻力，减少绕流对升力的破坏，提高升阻比，达到增加升力的目的。

④机翼增升装置

由于速度的差别，固定面积的固定翼不能同时满足飞机起飞和巡航飞行中对升阻比的要求。为了协调飞机高、低速性能的矛盾，出现了各种机翼增升装置，也就是通常所说的襟翼。由于飞机速度的提高，要求飞机在低速时亦能产生足够的升力，于是出现了简单襟翼，简单襟翼在达到一定的偏转角时，可以产生一定的升力增加效果，一般的简单襟翼可提高升力系数30%左右。简单襟翼出现后不久，很快又出现了开裂式襟翼。开裂式襟翼在放开时，一方面可使翼型变弯.一方面开裂式襟翼和机翼后缘之间会形成低压区，两方面的效果都是增加了升力。开裂式襟翼能在一定程度上延迟气流分离。通常，开裂式襟翼可使升力系数提高75%-85%。在襟翼发展史上，有着重大革新意义的是开缝襟翼，前缘开缝襟翼是当襟翼伸出时，机翼下面压强较大的气流通过这条缝隙得到加速而流向上翼面，增加了上表面边界层内气流的速度和动能，达到降低边界层厚度、延迟气流分离、消除气流旋涡的目的。受前缘缝翼的启发又出现了后缘缝翼，当它放下时，一方面可以增大翼型的弯度，另一方面可以推迟气流分离，增大机翼失速角的动能。它的增升效果比较明显，通常达85%-95%。随着对襟翼的不断改进，陆续出现了富勒襟翼、克鲁格襟翼。（图2）

3 结语

本文对飞机的翼结构专利技术进行了统计分析和整理，重点关注了本领域的技术发展走向以及主要申请人的研发侧重等信息，通过对以上信息的分析整理，可以帮助我国的中小企业了解机翼技术在全球的技术发展方向，为企业的发展提供技术导向。

参 考 文 献

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