专利名称：一种飞机前缘缝翼剖面曲线的设计方法
技术领域：
本发明属于飞机机翼设计技术，涉及对现有飞机前缘缝翼剖面曲线 设计方法的改进。
背景技术：
在民用飞机前缘缝翼设计中，缝翼内型曲面及固定翼前缘外形定义 非常关键。目前，通常的设计方法是沿展向给出数个剖面，剖面由离散 数据点给出，用样条曲线来拟合缝翼内型和固定翼前缘外形，这种方法 定义数据繁多，定义过程中要经过多次反复，才能设计出光滑的剖面外 形，设计效率低。在进行剖面成型时，成型出的缝翼内型和固定翼外形 曲面曲率连续性不好，难以保证缝道沿展向的间隙和展向分布规律，进 而影响前缘缝翼增升效果的发挥。
发明内容
本发明的目的是提出一种釆用全参数化法设计飞机前缘缝翼剖面 曲线的方法，以提高设计效率，改进缝翼内型和固定翼外形曲面曲率的 连续性，保证缝道沿展向的间隙和展向分布规律，提高前缘缝翼的增升 效果。
本发明的技术方案是 一种飞机前缘缝翼剖面曲线的设计方法，其 特征在于，釆用直线、圆弧、二次曲线的组合来完成缝翼剖面曲线的设 计，设计的步骤如下
1、 二次曲线的定义方式；釆用曲线起点、曲线终点、曲线起点和终 点切线交点和曲线型因子的定义方法定义二次曲线；点si为二次曲线的 起点，点s2为二次曲线的终点，点s3为二次曲线起点切线和终点切线的
交点，点&为点s:和点s2连线的中点，点s5为二次曲线与线段sa的交
点，曲线型因子f = s5s4/ s3s4,式中s^为点ss和点s4连线的长度， sa为点s3和点s4连线的长度，点si、点s2和点s3组成的三角形称为二 次曲线的控制三角形；
2、 定义机翼剖面曲线；机翼剖面曲线是指在机翼三维模型上由与机 翼根剖面平行的平面和机翼曲面相交所得到的曲线，机翼剖面曲线分上、下两部分，分界点在机翼前缘点，上半部分称为上翼面曲线，下半部分
称为下翼面曲线；
3、 定义前缘缝翼剖面曲线；前缘缝翼剖面曲线由缝翼外剖面曲线、 缝翼内剖面曲线和固定翼前缘剖面曲线组成；点a为缝翼外剖面曲线和 缝翼内剖面曲线的起点，点b为缝翼外剖面曲线的终点，点d为缝翼内 剖面曲线的终点，点e为固定翼前缘剖面曲线的起点，点f为固定翼前 缘剖面曲线的终点，过机翼前缘点且与水平方向平行的直线为机翼剖面 的参考弦线，机翼前梁平面与机翼剖面的交线为垂直基准线；
4、 确定缝翼外剖面曲线和缝翼内剖面曲线的起点a的位置；做垂直
基准线的第一平行线，使其位于垂直基准线的前方，且与垂直基准线的 距离为d2, d2=6(km- 350mm，第一平行线与机翼剖面上翼面曲线的交点 为缝翼外剖面曲线和缝翼内剖面曲线的起点a;
5、 确定缝翼内剖面曲线终点d的位置；将机翼剖面的参考弦线与垂 直基准线的交点t沿机翼剖面的参考弦线向前移动do距离，得到点r, do为机翼剖面前缘点p至垂直基准线距离的2/3 ~ 3/4;过点r做机翼剖 面下翼面曲线的法线，法线与机翼剖面下翼面曲线的交点为缝翼内剖面 曲线的终点d;
6、 确定缝翼内剖面曲线；缝翼内剖面曲线由直线段ag、 二次曲线 gj和直线段jd三段组成；
6.1、 确定直线段ag;过点a做机翼剖面上翼面曲线的第一切线；过 点a向前做直线段ag，使直线段ag位于第一切线的下方且与第一切线的 夹角为al， ~15。，直线段ag的长度u40mm 150mm;
6.2、 确定直线段jd;在法线上d点上方截取直线段jd,直线段jd 的长度l2=15mm~ 350mm;
6.3、 确定二次曲线gj;直线段ag的延长线与法线交于点h;以三 角形hjg为控制三角形，以fl为曲线型因子，确定二次曲线gj,fho. 2~ 0.65,直线段ag、 二次曲线gj和直线段jd构成缝翼内剖面曲线；
7、 确定固定翼前缘剖面曲线起点e;做垂直基准线的第二平行线， 使其位于垂直基准线的前方，且与垂直基准线的距离为d4, 04=10隨~ 150mm,第二平行线与机翼剖面上翼面曲线的交点为固定翼前缘剖面曲线 的起点e;8、 确定固定翼前缘剖面曲线；固定翼前缘剖面曲线由第一段二次曲
线e k 、第二段二次曲线km和圆弧线mf三段曲线连接组成；
8.1、 确定第一段二次曲线ek;过点e做机翼剖面上翼面曲线的第二 切线，将点a沿第一平行线向下移动距离d3得到点k， d3-1. 5誦 10,; 过点k向前做第一直线，使第一直线位于直线段ag的下方且与直线段ag 的夹角为a2， a2=l° ~15° ,第一直线与第二切线的交点为点n，以三 角形nke为控制三角形，以f2为曲线型因子，f2=0. 2~0. 65，确定二次 曲线ek;
8.2、 确定圆弧线mf;将法线沿机翼剖面的参考弦线向后平移距离 dl，得到第二直线，dl=20,~20(km;以rh为半径做与机翼剖面下翼面 曲线和第二直线相切的圆弧，rh-10醒 300醒，圆弧与机翼剖面下翼面 曲线的切点为点f,圆弧与直线的切点为点m,点m至点f之间的圆弧段 为固定翼前缘剖面曲线的圆弧线mf;
8.3、 确定第二段二次曲线km;第二直线与第一直线的交点为点l, 以三角形lmk为控制三角形，以f3为曲线型因子，f3=0.3~0.65,确定 二次曲线km;第一段二次曲线ek、第二段二次曲线km和圆弧线mf连接 构成固定翼前缘剖面曲线；
9、 确定缝翼外剖面曲线终点b的位置；以圆弧线mf的圆心为圆心， 做半径为rn=rh cl的圆弧，cl=4mm~20mm,圆弧与机翼剖面下翼面曲线 的前交点为缝翼外剖面曲线的终点b，机翼剖面曲线上点a至点b之间的 曲线为缝翼外剖面曲线。
本发明的优点是大大提高了设计效率，改进了缝翼内型和固定翼 外形曲面曲率的连续性，提高了缝翼剖面和曲面的设计质量，进而使缝 翼的气动效率得以充分发挥，保证了缝道沿展向的间隙和展向分布规律， 提高了前缘缝翼的增升效果。
图l是二次曲线定义示意图。
图2是缝翼剖面组成示意图。
图3是缝翼剖面曲线示意图。
图4是图3局部i的放大图。
具体实施方式
下面对本发明做进一步详细说明。参见图1~4, 一种飞机前缘缝翼 剖面曲线的设计方法，其特征在于，釆用直线、圆弧、二次曲线的组合
来完成缝翼剖面曲线的设计，设计的步骤如下
1、 二次曲线的定义方式；采用曲线起点、曲线终点、曲线起点和终 点切线交点和曲线型因子的定义方法定义二次曲线；点s,为二次曲线的 起点，点s2为二次曲线的终点，点s3为二次曲线起点切线和终点切线的 交点，点s4为点s:和点s2连线的中点，点s5为二次曲线与线段s3s4的交 点，曲线型因子f - s5s4/ s3s4,式中sa为点ss和点s,连线的长度， s^为点s3和点s4连线的长度，点s,、点s,和点s3组成的三角形称为二 次曲线的控制三角形；这种定义方式参见《飞机总体设计》，北京航空航 天大学出版社，顾诵芬，2001年9月出版，该书中给出了二次曲线的作图 方法和数学表达式。
2、 定义机翼剖面曲线；机翼剖面曲线是指在机翼三维模型上由与机 翼根剖面平行的平面和机翼曲面相交所得到的曲线，机翼剖面曲线分上、 下两部分，分界点在机翼前缘点，上半部分称为上翼面曲线，下半部分 称为下翼面曲线；
3、 定义前缘缝翼剖面曲线；前缘缝翼剖面曲线由缝翼外剖面曲线、 缝翼内剖面曲线和固定翼前缘剖面曲线组成；点a为缝翼外剖面曲线和 缝翼内剖面曲线的起点，点b为缝翼外剖面曲线的终点，点d为缝翼内 剖面曲线的终点，点e为固定翼前缘剖面曲线的起点，点f为固定翼前 缘剖面曲线的终点，过机翼前缘点且与水平方向平行的直线为机翼剖面 的参考弦线，机翼前梁平面与机翼剖面的交线为垂直基准线；
4、 确定缝翼外剖面曲线和缝翼内剖面曲线的起点a的位置；做垂直
基准线的第一平行线，使其位于垂直基准线的前方，且与垂直基准线的 距离为d2, d2-60画 350mm，第一平行线与机翼剖面上翼面曲线的交点 为缝翼外剖面曲线和缝翼内剖面曲线的起点a;
5、 确定缝翼内剖面曲线终点d的位置；将机翼剖面的参考弦线与垂 直基准线的交点t沿机翼剖面的参考弦线向前移动do距离，得到点r, do为机翼剖面前缘点p至垂直基准线距离的2/3 ~ 3/4;过点r做机翼剖 面下翼面曲线的法线，法线与机翼剖面下翼面曲线的交点为缝翼内剖面 曲线的终点d;6、 确定缝翼内剖面曲线；缝翼内剖面曲线由直线段ag、 二次曲线 gj和直线段jd三段组成；
6.1、 确定直线段ag;过点a做机翼剖面上翼面曲线的第一切线；过 点a向前做直线段ag,使直线段ag位于第一切线的下方且与第一切线的 夹角为a1， al=l。
~15。，直线段ag的长度ll=20mm~ 150mm;
6.2、 确定直线段jd;在法线上d点上方截取直线段jd,直线段jd 的长度l2=15mm~ 350mm;
6.3、 确定二次曲线gj;直线段ag的延长线与法线交于点h;以三 角形h jg为控制三角形，以fl为曲线型因子，确定二次曲线g j ， f 1=0. 2 ~ 0.65，直线段ag、 二次曲线gj和直线段jd构成缝翼内剖面曲线；
7、 确定固定翼前缘剖面曲线起点e;做垂直基准线的第二平行线， 使其位于垂直基准线的前方，且与垂直基准线的距离为d4， d4=10mm~ 150mm，第二平行线与机翼剖面上翼面曲线的交点为固定翼前缘剖面曲线 的起点e;
8、 确定固定翼前缘剖面曲线；固定翼前缘剖面曲线由第一段二次曲 线e k 、第二段二次曲线km和圆弧线mf三段曲线连接组成；
8.1、 确定第一段二次曲线ek;过点e做机翼剖面上翼面曲线的第二 切线，将点a沿第一平行线向下移动距离d3得到点k, d3=l. 5mm ~ 10mm; 过点k向前做第一直线，使第一直线位于直线段ag的下方且与直线段ag 的夹角为a2, a2-l° ~15° ，第一直线与第二切线的交点为点n,以三 角形nke为控制三角形，以f2为曲线型因子，f2=0. 2-0. 65,确定二次 曲线ek;
8.2、 确定圆弧线mf;将法线沿机翼剖面的参考弦线向后平移距离 dl,得到第二直线，dl-20隱 200,;以rh为半径做与机翼剖面下翼面 曲线和第二直线相切的圆弧，rh=10mm~ 300mm,圆弧与机翼剖面下翼面 曲线的切点为点f,圆弧与直线的切点为点m,点m至点f之间的圆弧段 为固定翼前缘剖面曲线的圆弧线mf;
8.3、 确定第二段二次曲线km;第二直线与第一直线的交点为点l， 以三角形lmk为控制三角形，以f3为曲线型因子，h=0.3~0.65，确定 二次曲线km;第一段二次曲线ek、第二段二次曲线km和圆弧线mf连接 构成固定翼前缘剖面曲线；9、确定缝翼外剖面曲线终点b的位置；以圆弧线mf的圆心为圆心， 做半径为rn=rh cl的圆弧，cl-4隱 20mm,圆弧与机翼剖面下翼面曲线 的前交点为缝翼外剖面曲线的终点b,机翼剖面曲线上点a至点b之间的 曲线为缝翼外剖面曲线。
实施例，本发明应用于国内研制的某民机型号的机翼前缘缝翼剖面 曲线设计中，其中典型剖面曲线设计过程如下
1、 确定缝翼外剖面曲线和缝翼内剖面曲线的起点a的位置；做垂直 基准线的第一平行线，使其位于垂直基准线的前方，且与垂直基准线的 距离为d2， d2=80mm,第一平行线与机翼剖面上翼面曲线的交点为缝翼外 剖面曲线和缝翼内剖面曲线的起点a;
2、 确定缝翼内剖面曲线终点d的位置；将机翼剖面的参考弦线与垂 直基准线的交点t沿机翼剖面的参考弦线向前移动do距离，得到点r, d0=284mm;过点r做机翼剖面下翼面曲线的法线，法线与机翼剖面下翼 面曲线的交点为缝翼内剖面曲线的终点d;
3、 确定缝翼内剖面曲线；缝翼内剖面曲线由直线段ag、 二次曲线 gj和直线段jd三段组成；
3.1、 确定直线段ag;过点a做机翼剖面上翼面曲线的第一切线；过 点a向前做直线段ag，使直线段ag位于第一切线的下方且与第一切线的 夹角为al， al=6. 654° ，直线段ag的长度ll-40mm;
3.2、 确定直线段jd;在法线上d点上方截取直线段jd,直线段jd 的长度l2-20mm;
3.3、 确定二次曲线gj;直线段ag的延长线与法线交于点h;以三 角形hjg为控制三角形，以fl为曲线型因子，确定二次曲线gj, fl=0.5， 直线段ag、 二次曲线gj和直线段jd构成缝翼内剖面曲线；
4、 确定固定翼前缘剖面曲线起点e;做垂直基准线的第二平行线， 使其位于垂直基准线的前方，且与垂直基准线的距离为d4， d4=40mm,第 二平行线与机翼剖面上翼面曲线的交点为固定翼前缘剖面曲线的起点e;
5、 确定固定翼前缘剖面曲线；固定翼前缘剖面曲线由第一段二次曲 线ek、第二段二次曲线km和圆弧线mf三段曲线连接组成；
5.1、确定第一段二次曲线ek;过点e做机翼剖面上翼面曲线的第二 切线，将点a沿第一平行线向下移动距离d3得到点k， d3=1.5mm;过点k向前做第一直线，使第一直线位于直线段ag的下方且与直线段ag的夹 角为a2, a2=3。，第一直线与第二切线的交点为点n，以三角形nke为 控制三角形，以f2为曲线型因子，f2=0.4142,确定二次曲线ek;
5.2、 确定圆弧线mf;将法线沿机翼剖面的参考弦线向后平移距离 dl,得到第二直线，dl=20mm;以rh为半径做与机翼剖面下翼面曲线和 第二直线相切的圆弧，rh=27.6mm，圆弧与机翼剖面下翼面曲线的切点为 点f，圆弧与直线的切点为点m,点m至点f之间的圆弧段为固定翼前缘 剖面曲线的圆弧线mf;
5.3、 确定第二段二次曲线km;第二直线与第一直线的交点为点l, 以三角形lmk为控制三角形，以n为曲线型因子，f3=0.5，确定二次曲 线km;第一段二次曲线ek、第二段二次曲线km和圆弧线mf连接构成固 定翼前缘剖面曲线；
6、确定缝翼外剖面曲线终点b的位置；以圆弧线mf的圆心为圆心， 做半径为rn=rh cl的圆弧，cl=4mm， rn=31. 6mm,圆弧与机翼剖面下翼 面曲线的前交点为缝翼外剖面曲线的终点b，机翼剖面曲线上点a至点b 之间的曲线为缝翼外剖面曲线。
权利要求
1、一种飞机前缘缝翼剖面曲线的设计方法，其特征在于，采用直线、圆弧、二次曲线的组合来完成缝翼剖面曲线的设计，设计的步骤如下1.1、二次曲线的定义方式；采用曲线起点、曲线终点、曲线起点和终点切线交点和曲线型因子的定义方法定义二次曲线；点s1为二次曲线的起点，点s2为二次曲线的终点，点s3为二次曲线起点切线和终点切线的交点，点s4为点s1和点s2连线的中点，点s5为二次曲线与线段s3s4的交点，曲线型因子f＝s5s4/s3s4，式中s5s4为点s5和点s4连线的长度，s3s4为点s3和点s4连线的长度，点s1、点s2和点s3组成的三角形称为二次曲线的控制三角形；1.2、定义机翼剖面曲线；机翼剖面曲线是指在机翼三维模型上由与机翼根剖面平行的平面和机翼曲面相交所得到的曲线，机翼剖面曲线分上、下两部分，分界点在机翼前缘点，上半部分称为上翼面曲线，下半部分称为下翼面曲线；1.3、定义前缘缝翼剖面曲线；前缘缝翼剖面曲线由缝翼外剖面曲线[1]、缝翼内剖面曲线[2]和固定翼前缘剖面曲线[3]组成；点a为缝翼外剖面曲线[1]和缝翼内剖面曲线[2]的起点，点b为缝翼外剖面曲线[1]的终点，点d为缝翼内剖面曲线[2]的终点，点e为固定翼前缘剖面曲线[3]的起点，点f为固定翼前缘剖面曲线[3]的终点，过机翼前缘点且与水平方向平行的直线为机翼剖面的参考弦线[4]，机翼前梁平面与机翼剖面的交线为垂直基准线[5]；1.4、确定缝翼外剖面曲线[1]和缝翼内剖面曲线[2]的起点a的位置；做垂直基准线[5]的第一平行线[9]，使其位于垂直基准线[5]的前方，且与垂直基准线[5]的距离为d2，d2＝60mm～350mm，第一平行线[9]与机翼剖面上翼面曲线的交点为缝翼外剖面曲线[1]和缝翼内剖面曲线[2]的起点a；1.5、确定缝翼内剖面曲线[2]终点d的位置；将机翼剖面的参考弦线[4]与垂直基准线[5]的交点t沿机翼剖面的参考弦线[4]向前移动d0距离，得到点r，d0为机翼剖面前缘点p至垂直基准线[5]距离的2/3～3/4；过点r做机翼剖面下翼面曲线的法线[7]，法线[7]与机翼剖面下翼面曲线的交点为缝翼内剖面曲线[2]的终点d；1.6、确定缝翼内剖面曲线[2]；缝翼内剖面曲线[2]由直线段ag[10]、二次曲线gj[11]和直线段jd[12]三段组成；1.6.1、确定直线段ag[10]；过点a做机翼剖面上翼面曲线的第一切线[6]；过点a向前做直线段ag[10]，使直线段ag[10]位于第一切线[6]的下方且与第一切线[6]的夹角为a1，a1＝1°～15°，直线段ag[10]的长度l1＝20mm～150mm；1.6.2、确定直线段jd[12]；在法线[7]上d点上方截取直线段jd[12]，直线段jd[12]的长度l2＝15mm～350mm；1.6.3、确定二次曲线gj[11]；直线段ag[10]的延长线与法线[7]交于点h；以三角形hjg为控制三角形，以f1为曲线型因子，确定二次曲线gj[11]，f1＝0.2～0.65，直线段ag[10]、二次曲线gj[11]和直线段jd[12]构成缝翼内剖面曲线[2]；1.7、确定固定翼前缘剖面曲线[3]起点e；做垂直基准线[5]的第二平行线[20]，使其位于垂直基准线[5]的前方，且与垂直基准线[5]的距离为d4，d4＝10mm～150mm，第二平行线[20]与机翼剖面上翼面曲线的交点为固定翼前缘剖面曲线[3]的起点e；1.8、确定固定翼前缘剖面曲线[3]；固定翼前缘剖面曲线[3]由第一段二次曲线ek[13]、第二段二次曲线km[14]和圆弧线mf[15]三段曲线连接组成；1.8.1、确定第一段二次曲线ek[13]；过点e做机翼剖面上翼面曲线的第二切线[18]，将点a沿第一平行线[9]向下移动距离d3得到点k，d3＝1.5mm～10mm；过点k向前做第一直线[16]，使第一直线[16]位于直线段ag[10]的下方且与直线段ag[10]的夹角为a2，a2＝1°～15°，第一直线[16]与第二切线[18]的交点为点n，以三角形nke为控制三角形，以f2为曲线型因子，f2＝0.2～0.65，确定二次曲线ek[13]；1.8.2、确定圆弧线mf[15]；将法线[7]沿机翼剖面的参考弦线[4]向后平移距离d1，得到第二直线[17]，d1＝20mm～200mm；以rh为半径做与机翼剖面下翼面曲线和第二直线[17]相切的圆弧，rh＝10mm～300mm，圆弧与机翼剖面下翼面曲线的切点为点f，圆弧与直线[17]的切点为点m，点m至点f之间的圆弧段为固定翼前缘剖面曲线[3]的圆弧线mf[15]；1.8.3、确定第二段二次曲线km[14]；第二直线[17]与第一直线[16]的交点为点l，以三角形lmk为控制三角形，以f3为曲线型因子，f3＝0.3～0.65，确定二次曲线km[14]；第一段二次曲线ek[13]、第二段二次曲线km[14]和圆弧线mf[15]连接构成固定翼前缘剖面曲线[3]；1.9、确定缝翼外剖面曲线[1]终点b的位置；以圆弧线mf[15]的圆心为圆心，做半径为rn＝rh c1的圆弧[19]，c1＝4mm～20mm，圆弧[19]与机翼剖面下翼面曲线的前交点为缝翼外剖面曲线[1]的终点b，机翼剖面曲线上点a至点b之间的曲线为缝翼外剖面曲线[1]。
全文摘要
本发明属于飞机机翼设计技术，涉及对现有飞机前缘缝翼剖面曲线设计方法的改进。其特征在于，采用直线、圆弧、二次曲线的组合来完成缝翼剖面曲线的设计，设计的步骤如下二次曲线的定义方式；定义机翼剖面曲线；定义前缘缝翼剖面曲线；确定缝翼外剖面曲线[1]和缝翼内剖面曲线[2]的起点a的位置；确定缝翼内剖面曲线[2]终点d的位置；确定缝翼内剖面曲线[2]；确定固定翼前缘剖面曲线[3]起点e；确定固定翼前缘剖面曲线[3]；确定缝翼外剖面曲线[1]终点b的位置。本发明大大提高了设计效率，改进了缝翼内型和固定翼外形曲面曲率的连续性，提高了缝翼剖面和曲面的设计质量，进而使缝翼的气动效率得以充分发挥，保证了缝道沿展向的间隙和展向分布规律，提高了前缘缝翼的增升效果。
文档编号b64f5/00gk101599105sq20091014386
公开日2009年12月9日 申请日期2009年6月1日 优先权日2009年6月1日
发明者乔朝俊, 段卓毅, 勇 王 申请人:中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所