Устройство для улучшения управляемости крылатых летательных аппаратов

 

Изобретение относится к области управления летательными аппаратами с помощью аэродинамических поверхностей. Предлагаемое устройство содержит дополнительные аэродинамические поверхности (предэлероны), кинематически связанные с элеронами. Данные поверхности установлены на передней кромке крыла в областях, обслуживаемых элеронами, и выполнены в виде отклоняющихся носков крыла. Эти носки имеют, в том же положении по размаху крыла, что и элероны, площади, равные 0,3-0,5 площади элерона. Отклонение указанных предэлеронов, совместно с элеронами и в определенной зависимости от них, позволяет компенсировать аэродинамические возмущения, возникающее вследствие упругости конструкции крыльев летательного аппарата. Технический результат изобретения состоит в повышении эффективности поперечного управления летательными аппаратами при около- и сверхзвуковых скоростях полета. 2 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области аэроупругости, в частности, к области поперечной управляемости упруго-летательного аппарата.

Известен способ поперечного управления крылатых летательных аппаратов с помощью комбинации выносного и обычного элеронов. Сущность его заключается в том, что на определенной скорости полета летательного аппарата, когда эффективность обычного элерона, расположенного позади оси жесткости крыла, становится недопустимо малой из-за деформаций упругого крыла и из-за неблагоприятного влияния на эффективность элеронов сжимаемости воздуха, в работу включается выносной элерон. Выносной элерон - это несущая аэродинамическая поверхность малой площади, порядка 1/10 площади основного (обычного) элерона, она располагается на конце крыла впереди оси жесткости на выносной штанге. При отклонении выносного элерона в потоке крыло деформируется так, что с ростом скоростного напора, то есть с увеличением деформаций, эффективность поперечного управления возрастает (в отличие от работы обычного элерона), причем, возрастает настолько интенсивно, что компенсирует потерю эффективности из-за неблагоприятных деформаций крыла при отклонении обычного элерона. По располагаемой эффективности поперечного управления m_х ^δ на различных скоростях полета ни один из известных органов поперечного управления не может сравниться с комбинацией выносного и обычного элеронов. Это и позволило успешно применить выносной элерон на одном из опытных самолетов. Более подробно об этом способе см. в статье Г.А.Амирьянца "Об одном способе повышения критического скоростного напора реверса элеронов" в журнале "Техника воздушного флота" №4 за 1967 г. и, главным образом, в описании к авторскому свидетельству Я.М.Пархомовского, В.М.Фролова, Г.А.Амирьянца № 1839845, МПК B 64 C 9/12, 2006.

Однако описанный способ обладает существенным недостатком, ограничивающим его возможности: для установки на крыле компенсирующей аэродинамической поверхности выносного элерона требуется специальная выносная штанга, что конструктивно не всегда выполнимо.

Целью предлагаемого способа является расширение возможностей описанного способа.

Предлагаемый способ отличается от упомянутого тем, что позволяет устранить необходимость в выносной штанге. Способ не требует значительного выноса аэродинамической поверхности, компенсирующей недостаточную эффективность основного элерона при больших скоростях полета, используя и усиливая при этом основную идею выносных элеронов - разумную целенаправленную деформацию крыла - с помощью компенсирующей аэродинамической поверхности. В данном случае она примерно того же размаха, что и элерон, располагается впереди оси жесткости на носке крыла и условно называется предкрылком - элероном, или предэлероном.

В последующем изложении предлагаемое изобретение поясняется на чертежах.

На фиг.1 показана схема испытанной в трубе упругой модели консоли крыла и схематично представлено положение равнодействующей аэродинамических сил, в произвольном сечении а-а, действующих на крыло в предположении его абсолютной жесткости Y_ж и "добавки" аэродинамических сил Y_упр, обусловленные деформациями упругого крыла при отклонении отдельно элерона (2) компенсирующей поверхности - предэлерона (3) или при их совместном отклонении (на один и тот же угол). На той же фиг.1 схематически показаны соответствующие картины деформаций срединной линии дужки крыла в рассматриваемом сечении крыла. Показанное примерное распределение сил и деформаций следует как из расчетов, так и из экспериментов в аэродинамических трубах на упругих моделях. Нетрудно видеть, что при отклонении обычного элерона (2) в потоке упругое крыло (1) деформируется таким образом (показано пунктиром), что возникающие на деформированном крыле силы Y_упр уменьшают момент крена m_х. Прямо противоположная картина имеет место в случае отклонения компенсирующей аэродинамической поверхности - предэлерона (3), выполненного, к примеру, в виде отклоняющегося (вверх и вниз) носка крыла. Деформации крыла при отклонении предэлерона таковы, что возникающие на деформированном крыле аэродинамические силы Y_упр с ростом скоростного напора, то есть с ростом деформаций, увеличивают момент крена m_х.

Учитывая это и принимая во внимание хорошие характеристики обычных элеронов при малых и дозвуковых скоростях потока, следует считать целесообразным не отказываться от обычных элеронов вообще, как это сделано в ряде конструкций летательных аппаратов, а найти разумное сочетание обычного элерона с компенсирующей аэродинамической поверхностью - предэлероном. При совместном отклонении элерона и предэлерона деформации крыла могут быть таковы (фиг.1), что практически не сказывается упругость конструкции (то есть Yупр≃0). Более того, как и в случае выносного элерона, благодаря упругости конструкции можно добиться даже совпадения знака сил Y_упр и Y_ж.

В качестве иллюстрации сказанного на фиг.2 приведены результаты испытаний в аэродинамической трубе Т-109 упругоподобной модели крыла с элероном и предэлероном при их совместной и самостоятельной работе. Как видно, эффективность обычного элерона m^δ _х заметно падает с ростом скоростного напора q и числа М потока, а эффективность отклоняющегося носка предэлерона, будучи недостаточна при малых скоростных напорах, с ростом скоростного напора постоянно растет. При совместной работе элерона с предэлероном представляется возможность устранить их взаимные недостатки и использовать известные достоинства и благодаря этому обеспечить во всем необходимом диапазоне скоростей полета, от взлетных до максимальных, высокую эффективность поперечного управления.

Здесь мы не останавливаемся на конкретных особенностях кинематической связи элерона и предэлерона, поскольку она совершенно аналогична примененной, к примеру, на упоминавшемся опытном самолете с выносным элероном. Что касается опасности срыва потока с предэлерона на больших скоростях полета, то следует заметить, что углы отклонения предэлерона при этом не должны быть велики (δ=5÷7°). В то же время даже при отклонении предэлерона на 15°, имевшем место при испытаниях упругой модели в аэродинамической трубе Т-109 ЦАГИ в диапазоне чисел М=0,5÷1,2 (q=2000÷5000 кг/м²), срыва потока не наблюдалось.

Итак, предлагаемый способ состоит в том, что для создания момента крена одновременно с отклонением обычного элерона отклоняют аэродинамическую компенсирующую поверхность - предэлерон, установленный впереди оси жесткости на носке крыла и кинематически связанный с обычным элероном. При отклонении элерона вниз носок предэлерона отклоняют вверх, а при отклонении элерона вверх - носок предэлерона - вниз.

Формула изобретения

Устройство для улучшения управляемости крылатых летательных аппаратов, включающее дополнительные аэродинамические поверхности, кинематически связанные с элеронами, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности поперечного управления летательными аппаратами при около- и сверхзвуковых скоростях полета, в нем дополнительные аэродинамические поверхности установлены на передней кромке крыла в областях, обслуживаемых элеронами, и выполнены в виде отклоняющихся носков крыла, имеющих при том же, что и элерон, положении по размаху площади, равные 0,3÷0,5 площади элерона.

РИСУНКИ