Концевой генератор вихря для аэродинамической несущей поверхности

 

Изобретение относится к авиации, к устройствам для изменения аэродинамических характеристик с помощью вихрей, и может быть использовано в конструкции несущих поверхностей для повышения их аэродинамического качества. Концевой генератор вихря для аэродинамической несущей поверхности содержит гондолу с высоким соотношением площадей проходного сечения и миделя. Гондола снабжена выходным устройством с диффузором, соплом и закручивающим устройством. Поверхность диффузора выполнена с направляющими элементами. Направляющие элементы установлены по окружности выходной части диффузора и отклоняют воздушный поток в тангенциальном направлении. Такой концевой генератор вихря не требует для работы дополнительного источника сжатого воздуха, так как работает от набегающего потока и имеет при этом минимальное собственное аэродинамическое сопротивление. 2 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к авиации, более конкретно к устройствам для изменения аэродинамических характеристик с помощью вихрей, и может быть использовано в конструкции несущих поверхностей для повышения их аэродинамического качества.

Известен генератор вихря, установленный на законцовке несущей поверхности, выполненный в виде гондолы с входным устройством, соплом и закручивающим устройством, содержащим радиальные лопасти, установленные на оси внутри гондолы (см. патент РФ N 2072946, B 64 C 23/06, 1997 г.), такой генератор обладает большим собственным аэродинамическим сопротивлением, и в силу этого не может обеспечить заметного улучшения аэродинамических характеристик несущей поверхности.

Известен генератор вихря для аэродинамической несущей поверхности, включающий гондолу с высоким соотношением площадей проходного сечения и миделя, снабженную профилированным входным устройством с диффузором, соплом и закручивающим устройством. При этом, поверхность диффузора выполнена с уступом по отношению к поверхности сопла, а закручивающее устройство выполнено в виде тангенциального сопла, связанного с источником сжатого воздуха (см. патент РФ N 2086475, B 64 C 23/06). Недостатком такого генератора вихря является то, что для его работы требуется дополнительный источник сжатого воздуха, в отсутствии которого не происходит улучшения характеристик несущей поверхности.

Задачей изобретения является создание такого генератора вихря для несущей аэродинамической поверхности, который не требовал бы для своей работы дополнительного источника сжатого воздуха, работал от набегающего потока и имел бы при этом минимальное собственное аэродинамическое сопротивление.

Согласно изобретению поставленная задача достигается за счет того, что в генераторе вихря для аэродинамической несущей поверхности, содержащем гондолу с высоким соотношением площадей проходного сечения и миделя, снабженную входным устройством с диффузором, соплом и закручивающим устройством, поверхность диффузора выполнена с направляющими элементами, установленными по окружности его выходной части и отклоняющими поток в тангенциальном направлении.

Кроме того, целесообразно выходную часть диффузора выполнить с уступом по отношению к поверхности сопла и связать ее с соплом конической переходной поверхностью с установленными на ней направляющими лопатками.

Более того, направляющие лопатки должны быть выполнены по своей высоте в пределах поверхности выходной части диффузора.

Выполненный в соответствии с изобретением генератор вихря действует от набегающего потока, имеет низкое собственное аэродинамическое сопротивление, создавая при этом вихрь достаточно большой интенсивности.

Предлагаемый генератор вихря обладает автономностью, большей эффективностью воздействия на концевой вихрь, что приводит к большему увеличению аэродинамических характеристик несущих поверхностей и к более значительному ослаблению концевого вихря. Таким образом повышается эффективность генератора вихря.

Изобретение поясняется чертежами, на которых: фиг. 1 показывает генератор вихря согласно изобретению с частичным разрезом по оси симметрии; фиг. 2 показывает узел 1 фиг. 1.

В соответствии с изобретением концевой генератор вихря для аэродинамической несущей поверхности выполняется в виде пустотелой гондолы с предпочтительно круговым сечением внутренней поверхности, имеющей высокое соотношение площади проходного сечения (минимального по площади поперечного сечения внутренней поверхности гондолы) к площади ее миделя (площади наибольшего поперечного сечения гондолы при виде спереди). Для обеспечения максимального расхода набегающего воздуха через гондолу при движении ее вместе с несущей аэродинамической поверхностью это соотношение должно быть выбрано максимально возможным.

Гондола содержит входное устройство и сопло. При этом, как правило, входное устройство имеет воздухозаборник, предназначенный для обеспечения входа воздуха с минимальными гидравлическими потерями, и диффузор, служащий для выравнивания потока по сечению и восстановления давления.

Диффузор своей выходной частью сообщен с соплом, предназначенным для формирования выходящего из гондолы потока с требуемыми характеристиками.

Геометрия внешней и внутренней поверхностей гондолы выбирается на основе известных положений аэродинамики, в частности положений, служащих для выбора геометрии воздухозаборников и сопел воздухореактивных двигателей.

Гондола снабжена закручивающим устройством, выполненным в виде направляющих элементов, установленных по всей окружности поверхности выходной части диффузора и предназначенных для отклонения воздушного потока. Направляющие элементы могут быть выполнены в виде прямолинейных или криволинейных стенок, ребер, лопаток и т.д.

Направляющие элементы, выполненные, например, в виде лопаток, установлены под углом к продольной оси гондолы и обеспечивают отклонение воздушного потока у поверхности диффузора в тангенциальном направлении, что приводит к закрутке проходящего через гондолу двигателя воздуха и созданию на выходе из сопла вращающегося потока (вихря). Гондола может быть цельной или разъемной, выполнена из металла либо из композиционных материалов и снабжена крепежными элементами для крепления ее к законцовке несущей аэродинамической поверхности.

В зависимости от назначения применяемых материалов, характеристик формируемого потока соотношение площадей проходного сечения и миделя гондолы может составлять 0,6 - 0,95.

Такая гондола, установленная на несущей аэродинамической поверхности, при ее движении в воздухе формирует из набегающего потока закрученную струю, вращающуюся в направлении, противоположном направлению обычно возникающего концевого вихря, благодаря чему происходит ослабление концевого вихря и восстановление несущих свойств аэродинамической несущей поверхности.

Для этого закручивающие устройства гондол, устанавливаемых на правую и левую законцовки, должны иметь зеркально отраженные углы установки направляющих лопаток.

Концевой генератор вихря для несущей аэродинамической поверхности (КГВ) содержит гондолу 1 (см. фиг. 1, 2), включающую входное устройство 2, сопло 3. Входное устройство 2 содержит воздухозаборник 4 и диффузор 5. Диффузор 5 в своей выходной части примыкает к соплу 3 и снабжен закручивающим устройством 6.

Кроме того, поверхность выходной части сопла 7 выполнена с уступом по отношению к внутренней поверхности сопла.

То есть диаметр поверхности выходной части диффузора выполнен меньшим диаметра входной части сопла на двойную величину уступа 8.

Закручивающее устройство 6 выполнено в виде направляющих лопаток 11, установленных на конической переходной поверхности 10, связывающей поверхности сопла 3 и диффузора 5.

Для обеспечения минимальных потерь при переходе потока из диффузора в сопло образующая конической поверхности 10 может быть криволинейной с плавным переходом к поверхностям диффузора и сопла.

Направляющие лопатки 11 целесообразно выполнять по высоте (т.е. по расстоянию от конической переходной поверхности 10 до верхушки лопатки в направлении, перпендикулярном оси гондолы) в пределах поверхности выходной части диффузора 7.

Угол установки направляющих лопаток 12 по отношению к оси гондолы и их размеры (длина, высота) выбираются из условия обеспечения требуемой крутки потока, проходящего через гондолу с тем, чтобы воздушный поток 13 внутри гондолы сворачивался в вихревой поток 14 необходимой интенсивности.

Концевые генераторы вихря (КГВ), предназначенные для установок на правую и левую законцовки, должны иметь зеркально отраженные углы установки направляющих лопаток для создания вихревого потока 14, вращающегося в направлении, противоположном направлению вращения концевого вихря, обычно возникающего на концах аэродинамической несущей поверхности.

Выполненное таким образом закручивающее устройство имеет малое аэродинамической сопротивление, обеспечивая создание вихревого потока значительной интенсивности. Таким образом, эффективность воздействия КГВ на аэродинамические характеристики возрастает по сравнению с известными генераторами.

Установленные на концах несущей поверхности КГВ обладают автономностью, работают от набегающего потока и обеспечивают повышение аэродинамического качества до 10%, значительное ослабление концевого вихря.

Формула изобретения

1. Концевой генератор вихря для аэродинамической несущей поверхности, содержащий гондолу с высоким соотношением площадей проходного сечения и миделя, снабженную входным устройством с диффузором, соплом и закручивающим устройством, отличающийся тем, что поверхность диффузора выполнена с направляющими элементами, установленными по окружности его выходной части и отклоняющими воздушный поток в тангенциальном направлении.

2. Концевой генератор вихря для аэродинамической несущей поверхности по п. 1, отличающийся тем, что выходная часть диффузора выполнена с уступом по отношению к поверхности сопла и снабжена конической переходной поверхностью с установленными на ней направляющими лопатками, выходной диаметр которой соответствует диаметру поверхности сопла.

3. Концевой генератор для аэродинамической несущей поверхности по п.2, отличающийся тем, что направляющей лопатки по своей высоте выполнены в пределах поверхности выходной части диффузора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2