Фюзеляжный приемник воздушного давления со стойкой

 

Изобретение относится к авиации. Приемник воздушного давления содержит осесимметричное тело, укрепленное на стойке, расположенные внутри них пневмотрассы и электронагревательные элементы противообледенительной системы. Имеются три группы отверстий для определения полного давления, статического давления и угла атаки. Отверстия для определения угла атаки расположены на стойке, сечения которой выполнены в виде дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, и расположены между носком профиля и положением его максимальной толщины. Стойка приемника воздушного давления выполнена с профилем, параметры которого приведены в формуле изобретения. Изобретение позволяет упростить конструкцию, снизить ее вес, аэродинамическое сопротивление, повысить точность измерений. 2 с. и 8 з.п. ф-лы, 14 ил., 1 табл.

Изобретение относится к определению параметров полета летательных аппаратов или к другим областям науки и техники, имеющим дело с потоками жидкости или газа.

Измерение параметров полета является одной из важнейших задач аэромеханики и аэродинамики летательных аппаратов (ЛА). В настоящее время для измерения параметров полета (потока) используются приемники воздушного давления (ПВД), устанавливаемые зачастую непосредственно на фюзеляже самолета или корпусе любого другого летательного аппарата, которые фактически измеряют параметры местного потока, близкого к плоскому. На летательном аппарате устанавливается, как правило, несколько таких ПВД, измеряющих местные параметры потока. Истинные параметры полета определяются на основе предварительных градуировок.

Известен приемник воздушного давления, устанавливаемый на корпусе или фюзеляже ЛА, имеющий цилиндрическую трубку, устанавливаемую на стойке, имеющей искривленные передние и задние кромки, которые сближаются при приближении от основания стойки к трубке. Передняя кромка стойки может быть закруглена. Приемник воздушного давления имеет отверстие в носовой части трубки для восприятия полного давления и отверстие для восприятия статического давления на некотором расстоянии от носка трубки. Приемник имеет нагреватель для предотвращения образования льда (Patent: Aerodynamically Shaped Probe. International Publication Number WO 94/02858, International Publication 3 February 1994. Applicant: Rosemount Inc. (US). Priority data 20 July 1992).

Однако этот приемник воздушного давления не может быть применен для определения угла атаки, поскольку в нем отсутствуют отверстия для восприятия давления, с помощью которых угол атаки может быть измерен. Собственно, как следует из упомянутого выше патента, этот приемник для этих целей и не предназначен. Кроме того, сужение стойки при виде сбоку при подходе к трубке приводит при сохранении внутренних объемов, необходимых для проводки пневмотрасс и обогревателей, к сильному возрастанию относительной толщины профилей поперечных сечений стойки. Это в свою очередь приводит при больших дозвуковых скоростях (числа Маха М = 0,8-0,9) к более раннему появлению местных скачков уплотнения и сильному возрастанию волнового сопротивления такого приемника воздушного давления.

Известен фюзеляжный приемник воздушного давления для определения параметров полета (потока) - угла атаки, полного P_o и статического P_s давлений, а следовательно, и числа Маха М, представляющий собой удлиненное осесимметричное тело, имеющее головную часть в виде полусферы с группами отверстий на осесимметричном теле для измерения давлений, по которым с помощью градуировок определяются параметры полета (потока). Причем отверстия для измерения давлений, по которым определяется полное давление и угол атаки, располагаются на полусферической головной части, а отверстия для измерения статического давления располагаются на боковой (цилиндрической) поверхности осесимметричного тела. Для крепления к фюзеляжу или корпусу летательного аппарата этот ПВД имеет стойку, профиль которой имеет чечевицеобразное поперечное сечение (United States Patent: Pressure Sensing Instrument for Aircraft. Number 4615213, Оct.7, 1986. Assigne: Rosemount Inc. Filed: Dec. 22, 1983).

Недостатками данного ПВД являются: - усложненность конструкции; - увеличенные габаритные размеры осесимметричного тела; - повышенное аэродинамическое сопротивление на дозвуковых режимах полета; - повышенная потребная мощность обогревательной противообледенительной системы; - повышенный вес конструкции; - повышенная чувствительность полного давления, измеряемого с помощью центрального отверстия на сферической головной части, к изменению угла атаки, что приводит к дополнительным погрешностям измерения полного давления; такая зависимость полного давления по углу атаки для ряда ЛА является неприемлемой.

Это обусловлено следующими факторами.

1. Увеличенное миделево сечение осесимметричного тела ПВД вследствие того, что внутри него должны быть размещены пневмотрассы, отходящие как от отверстий для измерения полного давления и угла атаки, расположенных довольно скученно на сферической головной части, так и от отверстий для измерения статического давления, расположенных на боковой поверхности осесимметричного тела, а также камера статического давления. Кроме того, внутри такого осесимметричного тела располагаются трубчатые электронагреватели (ТЭНы) противообледенительной системы. Диаметры пневмотрасс и ТЭНов не могут быть меньше некоторых минимальных значений, которые для пневмотрасс определяются величиной гидродинамического запаздывания, а для ТЭНов - предельными значениями плотности потока тепла и температуры поверхности нагревателей. В результате имеет место высокая конструктивная насыщенность, т.е. конструктивная сложность осесимметричного тела ПВД, особенно в области его головной сферической части. Это приводит к возрастанию площади его миделева сечения, а следовательно, к возрастанию веса конструкции, аэродинамического сопротивления и мощности противообледенительной системы.

2. Неоптимальный, с точки зрения аэродинамического сопротивления на дозвуковых режимах полета, чечевицеобразный профиль стойки. Это приводит к значительному увеличению аэродинамического сопротивления стойки на дозвуковых режимах полета. Причем на очень малых числах Маха возрастание аэродинамического сопротивления обусловлено отрывом с передней острой кромки стойки чечевицеобразного профиля, который всегда имеет место, поскольку передняя кромка острая, при местных углах атаки, не равных нулю. На больших дозвуковых скоростях (М = 0,8 - 0,9), поскольку чечевицеобразный профиль стойки не является оптимальным с точки зрения волнового сопротивления, аэродинамическое сопротивление такого ПВД является также весьма сильно увеличенным. Придание стойке ПВД стреловидности по передней и задней кромкам, хотя и отодвигает резкое нарастание волнового сопротивления, но это приводит к возрастанию при том же выносе осесимметричного тела ПВД относительно фюзеляжа, т.е. при той же высоте стойки, длины, веса и объема конструкции, а следовательно, еще и потребной мощности противообледенительной нагревательной системы.

3. Электронагреватели, расположенные внутри стойки ПВД для предотвращения льдообразования на ее передней кромке и тем самым предотвращения влияния этого льда на измерения давления на осесимметричном теле, используются недостаточно эффективно в том смысле, что они обогревают стойку, на которой не расположены отверстия для измерения давления. Это ведет к значительному возрастанию веса и потребляемой электрической мощности.

4. Неоптимальный чечевицеобразный профиль стойки, с точки зрения предрасположенности к льдообразованию и конструирования противообледенительной системы, что приводит к значительному увеличению потребной мощности противообледенигельной системы собственно самой стойки ПВД. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Как известно (см., например, Bragg М.В., Gregorеk G.M., Lee J.D. Airfoil Aerodynamic in Icing Conditions. J.Aircraft, vol. 23, N 1, 1986), льдообразование на летательном аппарате при полете в атмосфере происходит в первую очередь в областях, прилегающих к точкам торможения потока, и в областях отрыва потока с передней кромки (например, крыла). Причем отмечается, что острые передние кромки крыла зачастую более подвержены льдообразованию, чем скругленные, поскольку на них всегда при углах атаки, не равных нулю, формируется течение с отрывом потока. Такой областью на стойке ПВД является область, прилегающая к ее передней кромке. Поскольку чечевицеобразный профиль стойки имеет острую переднюю кромку, то даже на малых углах атаки на ней может формироваться течение с отрывом потока с передней кромки, что может приводить к интенсивному льдообразованию. Так как ТЭНы противообледенительной системы являются довольно массивными и занимают значительные объемы, то они не могут быть размещены внутри стойки непосредственно вблизи передней острой кромки чечевицеобразного профиля стойки. В результате ТЭНы на такой стойке располагаются ближе к линии максимальных толщин профиля стойки, а обогрев критической зоны, где собственно происходит льдообразование, - области вблизи передней стойки ПВД производится за счет теплопередачи непосредственно по конструкции стойки от линии максимальных толщин к передней кромке. Хотя стойки современных ПВД изготавливаются из весьма теплопроводных и дорогостоящих материалов (например, из никелевых сплавов), однако такой конструкции присущи очень большие бесполезные тепловые потери, достигающие по оценкам 50%.

5. Повышенная чувствительность полного давления, измеряемого в центральном отверстии на сферической головной части, обусловлена самим характером распределения давления на сфере (см., например, Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя.- М.: Изд. иностр. лит., 1975). Хотя эта зависимость является до некоторых углов монотонной и в принципе точное давление при этом может быть вычислено за счет введения поправок на угол атаки, но это ведет к усложнению бортовых алгоритмов определения параметров полета, а с другой стороны, такие измерения уже являются непрямыми, и это ведет к возрастанию погрешностей определения полного давления. Кроме того, для ряда летательных аппаратов существуют требования прямого измерения полного давления до значительных углов атаки. Это связано для некоторых ЛА с требованием, чтобы система измерений параметров полета была весьма простой. Для других ЛА это связано с тем, что полное давление должно питать непосредственно резервные механические приборы.

Наиболее близким из известных технических решений является фюзеляжный ПВД для определения параметров полета (потока) - угла атаки, полного P_o и статического P_s давлений, и, следовательно, числа Маха М, представляющий собой удлиненное осесимметричное тело с конической или овальной головной частью, где расположено отверстие для восприятия полного давления, переходящей в круговой цилиндр, на поверхности которого расположены отверстия для восприятия статического давления. Далее эта цилиндрическая поверхность переходит в коническую, на которой расположены отверстия для восприятия давления, которому ставится в соответствие угол атаки, а затем - опять в цилиндрическую. Для крепления к фюзеляжу или к корпусу ЛА приемник имеет стойку, поперечное сечение которой имеет чечевицеобразный профиль (United States Patent: Pressure Sensor for Determining Airspeed Altitude and Angle of Attack. Number 4378696, Apr. 5, 1983. Assigne: Rosemount Inc. Filed: Feb. 23, 1981).

Недостатками данного ПВД являются: - усложненность конструкции; - увеличенные габаритные размеры; - повышенное аэродинамическое сопротивление на дозвуковых режимах полета;
- повышенная потребная мощность обогреваемой противообледенительной системы;
- повышенный вес конструкции;
- низкая чувствительность давлений, измеряемых в отверстиях, расположенных на конической части (и предназначенных для определения α), по углу атаки, что приводит к повышенным погрешностям определения угла атаки. Это обусловлено следующими факторами.

1. Как и в вышеописанном случае, данный ПВД имеет увеличенное миделево сечение осесимметричного тела. Причем увеличенный размер миделева сечения в данном случае обусловлен двумя обстоятельствами. Первое, это то, что цилиндрический участок осесимметричного тела переходит в конический, на котором располагаются отверстия на восприятия давления, по которым определяются углы атаки. Для того чтобы несколько повысить чувствительность воспринимаемого этими отверстиями давления по углу атаки, угол конусности должен быть достаточно большим, что приводит к необходимости значительно увеличить диаметр осесимметричного тела за данной конической частью.

Второе обстоятельство связано с тем, что хотя группы отверстий для измерения давления, по которым определяются полное давление, статическое давление и угол атаки в данной конфигурации и разнесены, но все они находятся на самом осесимметричном теле. Внутри него должны располагаться пневмотрассы, отходящие от всех указанных групп отверстия, камера статического давления, а также трубчатые электронагреватели противообледенительной системы. Диаметры пневмотрасс и ТЭНов не могут быть меньше некоторых минимальных значений, которые для пневмотрасс определяются величиной гидродинамического запаздывания, а для ТЭНов предельными значениями плотности потока тепла и температуры поверхности нагревателей. В результате имеет место высокая конструктивная насыщенность, т. е. конструктивная сложность осесимметричного тела ПВД.

Указанные обстоятельства приводят к возрастанию площади миделева сечения, а следовательно, к возрастанию веса конструкции, аэродинамического сопротивления и мощности противообледенительной системы.

Следует также отметить, что переход от цилиндрической части к конической, а затем опять к цилиндрической может приводить к отрыву потока за конической частью и более раннему (по числу Маха) появлению местных скачков уплотнения. Это в свою очередь должно приводить к возрастанию аэродинамического сопротивления. Кроме того, увеличенный диаметр осесимметричного тела и неоптимальная форма его хвостовой части в сопряжении со стойкой также дают неблагоприятную аэродинамическую интерференцию (отрыв потока и более раннее появление скачков уплотнения) в области стыка сужающейся хвостовой части осесимметричного тела ПВД за линией максимальных толщин чечевицеобразного аэродинамического профиля стойки. Это также приводит к некоторому увеличению аэродинамического сопротивления такого ПВД.

Можно также отметить, что наличие на осесимметричном теле ПВД конического участка приводит к реализации дополнительного подпора на впередилежащем цилиндрическом участке, где расположены отверстия для измерения статического давления. В результате для точного (без введения поправок) определения статического давления отверстия для его восприятия должны достаточно далеко отстоять от этого конического участка. Это приводит к необходимости увеличения длины осесимметричного тела, а также приводит к некоторому дополнительному увеличению веса конструкции и требует дополнительной мощности электронагревательной противообледенительной системы.

2. Неоптимальный, с точки зрения аэродинамического сопротивления на дозвуковых режимах полета, чечевицеобразный профиль стойки. Это приводит к значительному увеличению аэродинамического сопротивления стойки ПВД на дозвуковых режимах полета. Причем на очень малых числах Маха возрастание аэродинамического сопротивления обусловлено отрывом с передней острой кромки стойки чечевицеобразного профиля, который всегда имеет место, поскольку передняя кромка острая, при углах атаки, не равных нулю. На больших дозвуковых скоростях (М = 0,8-0,9), поскольку чечевицеобразный профиль не является оптимальным, с точки зрения волнового сопротивления, аэродинамическое сопротивление такого ПВД является также весьма сильно увеличенным. Придание стойке ПВД стреловидности по передней и задней кромкам, хотя и отодвигает резкое нарастание волнового сопротивления, но это приводит к возрастанию при том же выносе осесимметричного тела ПВД относительно фюзеляжа, т.е. при той же высоте стойки, габаритных размеров, веса и объема конструкции, а следовательно, еще и потребной мощности противообледенительной системы.

3. Электронагреватели, расположенные внутри стойки ПВД для предотвращения льдообразования на ее передней кромке и тем самым предотвращения влияния этого льда на измерения давления на осесимметричном теле, используются недостаточно эффективно, в том смысле, что они обогревают стойку, на которой не расположены отверстия для измерения давления. Это ведет к значительному возрастанию веса и потребляемой электрической мощности.

4. Неоптимальный чечевицеобразный профиль стойки, с точки зрения предрасположенности к льдообразованию; конструирования противообледенительной системы.

Это приводит к значительному увеличению потребной мощности противообледенительной системы собственно самой стойки ПВД, что обусловлено следующими обстоятельствами.

Как известно (см., например, Bragg М.В, Gregorek G.M., Lee J.D. Airfoil Aerodynamic in Icing Conditions. J. Aircraft, vol.23, N 1, 1986), льдообразование на летательном аппарате при полете в атмосфере происходит в первую очередь в областях, прилегающих к точкам торможения потока, и в областях отрыва потока с передней кромки (например, крыла). Причем отмечается, что острые передние кромки крыла зачастую более подвержены льдообразованию, чем скругленные, поскольку на них всегда при углах атаки, не равных нулю, формируется течение с отрывом потока. Такой областью на стойке ПВД является область, примыкающая к ее передней кромке. Поскольку чечевицеобразный профиль стойки имеет острую переднюю кромку, то даже на малых углах атаки на ней может формироваться течение с отрывом потока с передней кромки, что может приводить к интенсивному льдообразованию.

Так как ТЭНы противообледенительной системы являются довольно массивными и занимают значительные объемы, то они не могут быть размещены внутри стойки непосредственно вблизи острой кромки чечевицеобразного профиля стойки. В результате ТЭНы на такой стойке располагаются ближе к линии максимальных относительных толщин профиля стойки, а обогрев критической зоны, где собственно происходит льдообразование, - области вблизи передней кромки стойки ПВД производится за счет теплопередачи непосредственно по конструкции стойки от линии максимальных толщин к передней кромке. Хотя стойки современных ПВД изготавливаются из весьма теплопроводных и дорогостоящих материалов (например, никелевых сплавов), однако такой конструкции присущи очень большие бесполезные потери, достигающие по оценкам 50%.

Таким образом, для такой конструкции ПВД характерен низкий коэффициент использования подводимой энергии к электронагревателям. А поскольку они являются достаточно массивными, то это приводит к значительному возрастанию веса конструкции.

5. Разность давлений, измеряемых на конической части ПВД, имеет сравнительно слабую чувствительность к изменению угла атаки, что ведет к увеличенным погрешностям измерения угла атаки. Увеличение раствора конуса несколько повышает чувствительность, но это ведет к возрастанию диаметра миделева сечения осесимметричного тела ПВД, что влечет за собой возрастание веса конструкции, аэродинамического сопротивления и потребной мощности противообледенительной системы. Существуют тела, где эта чувствительность значительно выше.

Наиболее близкими из известных симметричных аэродинамических профилей, пригодных для использования на стойке ПВД, являются профили серии NACA-00XX (NACA REPORT N 824,1945), (где XX - относительная толщина профиля в процентах), недостаток этих профилей заключается в быстром росте волнового сопротивления при больших трансзвуковых числах М. Это обусловлено высокой степенью диффузорности профилей в зоне, расположенной за максимумом толщины профиля, что вызывает раннее появление скачка уплотнения, а также повышенную его интенсивность.

Задачи изобретения следующие:
- упрощение конструкции,
- уменьшение габаритных размеров,
- уменьшение аэродинамического сопротивления осесимметричного тела ПВД,
- уменьшение аэродинамического сопротивления стойки ПВД путем разработки контура симметричного аэродинамического профиля для стойки ПВД, который в рабочем диапазоне чисел М = 0-0,85 имеет по сравнению с известными симметричными аэродинамическими профилями, в частности чечевицеобразным профилем (составленным из дуг окружности) или профилями серии NACA-00XX при одинаковых значениях относительной толщины, большее критическое число Маха,
- снижение потребной мощности обогревательной противообледенительной системы,
- снижение веса конструкции,
- повышение точности определения угла атаки на ПВД, предназначенных для дозвуковых неманевренных летательных аппаратов.

Технический результат достигается тем, что фюзеляжный приемник воздушного давления, содержащий три группы отверстий для определения полного давления, статического давления и угла атаки, осесимметричное тело и стойку для крепления с расположенными внутри них пневмотрассами и электронагревательными элементами противообледенительной системы, выполняeтся таким образом, что отверстия для определения угла атаки расположены на стойке, сечения которой выполнены в виде дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, и лежат на расстоянии от носка профиля до его максимальной толщины.

Для еще большего уменьшения аэродинамического сопротивления фюзеляжного приемника хвостовая часть осесимметричного тела может заканчиваться и плавно сопрягаться с аэродинамическим профилем стойки в области его максимальной относительной толщины, а для уменьшения аэродинамического сопротивления на больших дозвуковых скоростях хвостовая часть осесимметричного тела может иметь сужение и донный срез, для этой цели и задняя кромка аэродинамического профиля стойки также может иметь донный срез.

Для компенсации влияния фюзеляжа или подпора от стойки на измеряемое статическое давление осесимметричное тело на цилиндрической части может иметь утолщение, на котором располагаются отверстия для измерения статического давления.

Для дополнительного повышения чувствительности изменения давления по углу атаки и расширения диапазона по углу атаки аэродинамический профиль стойки может выполняться несимметричным.

Для еще большего уменьшения потребной мощности противообледенительной системы электронагревательные элементы противообледенительной системы могут быть смещены к передней кромке стойки.

За счет того, что отверстия для измерения давления, по которому измеряется угол атаки, располагаются не на осесимметричном теле, а на стойке ПВД, достигается упрощение конструкции осесимметричного тела и существенное уменьшение его диаметра. Так как вес конструкции пропорционален кубу ее линейных размеров, то при той же длине осесимметричного тела снижение его веса будет определяться как произведение некоторого коэффициента на разность квадратов диаметра осесимметричного тела ПВД-прототипа и предлагаемого ПВД. Поскольку аэродинамическое сопротивление осесимметричного тела при нулевом угле атаки ПВД пропорционально площади его миделева сечения, то снижение аэродинамического сопротивления ПВД, если бы оно имело ту же форму, что и ПВД- прототипа, также было бы пропорционально разности квадратов диаметров осесимметричного тела ПВД-прототипа и предлагаемого ПВД. Но так как форма осесимметричного тела предлагаемого ПВД не имеет дополнительных уступов (конического уступа с последующим утолщением), как у ПВД-прототипа, то на нем не будет присутствовать отрыв потока и появление скачков уплотнения за коническим уступом. Таким образом, снижение аэродинамического сопротивления будет еще большим. Поскольку потребная мощность на обогрев осесимметричного тела пропорциональна площади поверхности вращения осесимметричного тела, то снижение мощности на обогрев предлагаемого ПВД по сравнению с ПВД-прототипом (при той же температуре их поверхности) пропорционально разности диаметров осесимметричного тела ПВД-прототипа и предлагаемого ПВД. Кроме того, снижение потребной мощности обогревательной системы приводит к уменьшению веса ТЭНов.

Стойка ПВД выполнена таким образом, что ее поперечные сечения имеют вид дозвукового аэродинамического профиля с хордой длиной В, скругленной передней кромкой, заостренной или затупленной задней кромкой, соединенныx между собой плавными линиями контуров верхней и нижней поверхностей. Нижняя часть контура профиля симметрична верхней части относительно хорды профиля. Передняя кромка профиля имеет радиус cкругления R_с, находящийся в диапазоне R_с= 0.030 · B - 0.034 · B, максимальная относительная толщина профиля С находится в диапазоне С = 0.146 - 0.156 и расположена на расстоянии X = 0.3 · В - 0.6 · В, измеренном от передней кромки вдоль его хорды. Радиус кривизны верхней части контура профиля плавно увеличивается вдоль хорды профиля при увеличении расстояния X от скругленной передней кромки до значений X = (0.3 - 0.6) · В, при которых участок контура имеет практически прямолинейную форму, до значений R = 5.5 · B - 15 · B, при этом расстояние Y_в, отсчитанное от хорды профиля по нормали к ней вверх до верхней части контура профиля плавно возрастает до своего максимального значения Y_вmax = 0.074 · В - 0.078 · В. Далее расстояние Y_в плавно убывает по направлению к задней кромке, при этом радиус кривизны сначала плавно уменьшается до значений R = 0.6 · B - 1 · B при X = 0.86 · В - 0.94 · В, а затем плавно возрастает вплоть до значений X = 0.94 · В - 0.96 · В, где выпуклая часть контура плавно состыкована с его вогнутой хвостовой частью. Далее радиус кривизны вогнутой части контура плавно уменьшается, достигая у задней кромки профиля значений R = 0.05 · B - 0.5 · B, при этом угол между касательной к контуру профиля и хордой профиля у его задней кромки при X = В составляет 3-6^o. Как показали результаты расчетов, выбранная форма контура и распределение кривизны вдоль его хорды позволяют существенно уменьшить волновое сопротивление профиля как по сравнению с профилем ПВД-прототипа (чечевицеобразным), так и по сравнению с профилем-прототипом (NACA 0015). Так как при производстве летательных аппаратов реализация в реальной конструкции теоретических координат контура профиля возможна только с некоторой ограниченной точностью, определяемой суммарными отклонениями фактических координат точек контура профиля от теоретических, накопленными на всех этапах проектирования и изготовления, координаты контура профиля, соответствующего данному изобретению, должны находиться в интервале значений, задаваемых таблицей (см. графическую часть).

На практике часто возникают дополнительные конструктивные и аэродинамические требования, которые сводятся к сравнительно малым изменениям относительной толщины профиля и выражаются в том, что отнесенные к его хорде ординаты контуров верхней Y_в/B и нижней Y_н/B поверхностей отличаются от соответствующих ординат базового профиля исходной относительной толщины на равные постоянные числовые множители.

Переход к другой относительной толщине для профиля по данному изобретению возможен с помощью умножения ординат его контура на равные постоянные числовые множители K_в для верхней и K_н для нижней частей контура, при этом радиусы cкругления передней кромки профиля по его верхней и нижней поверхностям изменяются пропорционально квадратам этих коэффициентов, численные значения этих множителей должны находиться в диапазонах 0.8 < K_в < 1.07 и 0.8 < K_н < 1.07.

За счет того, что стойка ПВД выполнена таким образом, что ее поперечные сечения имеют вид дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, а не чечевицеобразного профиля, как на ПВД-прототипе, его аэродинамическое сопротивление, как показывают расчеты, может быть снижено при числе М = 0,8-0,9 в 2-2,5 раза.

Известно, что льдообразованию при полете в атмосфере подвержены в первую очередь области торможения потока, или области, где формируется отрыв потока. Острые передние кромки вследствие реализации на них течения с отрывом потока зачастую более подвержены льдообразованию, чем скругленные. Так как на дозвуковом аэродинамическом профиле со скругленным носком на малых углах атаки отсутствует отрыв потока с его передней кромки в отличиe от чечевицеобразного, где даже на малых углах формируется течение с отрывом потока с передней кромки, то стойка предлагаемого ПВД менее подвержена льдообразованию, чем стойка ПВД-прототипа. Кроме того, в стойке ПВД-прототипа вследствие того, что она имеет сечение в виде чечевицеобразного профиля, затруднено или практически невозможно разместить электронагреватели противообледенительной системы непосредственно вблизи носка профиля, поскольку внутри нет необходимых для этого объемов. Поэтому электронагреватели для такого ПВД располагаются не в самом носке (наиболее подверженном льдообразованию), а ближе к середине профиля. В результате обогрев носка осуществляется за счет теплопередачи по стойке, что обуславливает большие потери мощности (по оценкам до 50%). В предлагаемом ПВД радиус носка дозвукового аэродинамического профиля может быть выполнен достаточно большим, что позволяет разместить электронагреватели непосредственно в носке стойки и тем самым снизить потери мощности на 25-30%.

Так как критическое число Маха (при котором появляются скачки уплотнения) на дозвуковом аэродинамическом профиле со скругленным носком, в частности на профиле по данному изобретению, может быть существенно ниже, чем на чечевицеобразном, то угол стреловидности стойки ПВД, спроектированной для полета при М = 0,8-0,9 для предлагаемого ПВД может быть сделан существенно меньшим, чем для стойки ПВД-прототипа. Это, как показывают оценки, при той же высоте стойки и хорде профиля, дает уменьшение длины ПВД и выигрыш в весе конструкции на 10-15%.

Так как чувствительность к изменению угла атаки давлений, измеряемых на дозвуковом аэродинамическом профиле со скругленным носком, существенно выше, чем на конусе, то погрешность измерения угла атаки для предлагаемого ПВД существенно меньше, чем для ПВД-прототипа.

Для дополнительного уменьшения волнового сопротивления при числах М = 0,8 - 0,9, затягивания по числу Маха появления скачков уплотнения и сдвижки их к хвосту профиля за счет меньшей диффузорности профиля за точку его максимальной толщины задняя кромка аэродинамического профиля сечения стойки может выполняться с донным срезом. Выполнение хвостовой части осесимметричного тела с сужением и донным срезом так же, аналогично аэродинамическому профилю позволяет уменьшить волновое сопротивление ПВД. Если хвостовая часть осесимметричного тела начинает сужаться в области максимальной толщины профиля стойки, то в области стыка хвостовой части тела и стойки имеет место сильный диффузор, приводящий к более раннему появлению местных скачков уплотнения и возрастанию аэродинамического сопротивления. При выполнении осесимметричного тела таким образом, что его хвостовая часть заканчивается и плавно сопрягается с аэродинамическим профилем стойки в области его максимальной относительной толщины, улучшается интерференция осесимметричного тела и стойки, и за счет отсутствия дополнительного диффузора дополнительно существенно уменьшается аэродинамическое сопротивление ПВД. За счет того, что аэродинамический профиль стойки может быть выполнен несимметричным, увеличивается чувствительность давления по углу атаки, и тем самым дополнительно может быть повышена точность измерения угла атаки, кроме того, за счет несимметрии профиля может быть расширен диапазон угла атаки. Для компенсации влияния подтормаживания от стойки на измерение статического давления осесимметричное тело на цилиндрической части может иметь утолщение, на котором располагаются отверстия для измерения статического давления. За счет разгона потока на этом утолщении может быть найдена область, где подтормаживание от стойки компенсируется этим разгоном, и, таким образом, из указанных отверстий может отбираться точное статическое давление. За счет смещения электронагревательных элементов к передней кромке стойки существенно уменьшаются бесполезные тепловые потери по сравнению с ПВД-прототипом и уменьшается потребная мощность на обогрев.

На фиг. 1 изображен общий вид одного из вариантов предлагаемого ПВД.

На фиг. 2 показан пример ПВД с поперечным сечением стойки - аэродинамическим профилем, предназначенным для использования при числах М = 0,8-0,9, с донным срезом.

На фиг. 3 показан вариант предлагаемого ПВД с осесимметричным телом, имеющим в хвостовой части сужение и донный срез.

На фиг. 4 показан один из вариантов предлагаемого фюзеляжного ПВД с осесимметричным телом, хвостовая часть которого заканчивается и плавно сопрягается с аэродинамическим профилем стойки в области ее максимальной относительной толщины.

На фиг. 5 показан вариант предлагаемого ПВД с несимметричным аэродинамическим профилем стойки.

На фиг. 6 приведен вариант предлагаемого фюзеляжного ПВД, на котором осесимметричное тело на цилиндрической части имеет утолщение, на котором располагаются отверстия для измерения статического давления.

На фиг. 7 показан вариант предлагаемого фюзеляжного ПВД с электронагревательными элементами противообледенительной системы, смещенными к передней кромке стойки.

На фиг. 8 показано изменение отношения полного давления P₂, воспринимаемого отверстием 2, к истинному полному давлению P_o для предлагаемого ПВД и ПВД со сферической головной частью в зависимости от угла атаки для числа Маха М = 0,8.

На фиг. 9 приведен пример зависимости коэффициентов сопротивления C_d чечевицеобразного и дозвукового аэродинамического профиля без донного среза и с донным срезом для различных значений углов атаки, чисел Маха М и максимальной относительной толщины профиля С.

На фиг. 10 показано, как влияет стреловидность стойки по передней кромке на величину хорды поперечного сечения стойки при сохранении внутренних объемов сечения. При этом здесь введены обозначения: ABCD - боковая проекция стойки со стреловидностью χ₁ и хордой сечения b₁, S₁ - ее площадь; AB₁C₁D₁ - боковая проекция стойки со стреловидностью χ₂>χ₁ и с хордой b₂ = b₁, ее площадь S_AB1C1D1 > S_ABCD; ABC₁D₂ - боковая проекция стойки со стреловидностью χ₂, площадь которой S_ABC1D2 = S_ABCD, но ее хорда b₃ < b₁; V - скорость потока, - нормальная к передней кромке и соответственно параллельная ей составляющие скорости.

На фиг. 11 приведена зависимость углового градуировочного коэффициента κα =(P₆-P₇)/(P₂-P₃) для определения угла атаки для предлагаемого ПВД, а также для ПВД-прототипа, у которого отверстия для определения угла атаки расположены на конической части осесимметричного тела, где P_i - давления, измеряемые в соответствующих i-х отверстиях; цифрами 2, 3 обозначены отверстия, расположенные соответственно в носовой части и на цилиндрической поверхности осесимметричного тела как на предлагаемом ПВД, так и на ПВД-прототипе; цифрами 6, 7 обозначены отверстия на стойке в предлагаемом ПВД или на конической части осесимметричного тела у ПВД-прототипа.

На фиг. 12 для примера приведено сравнение зависимостей для симметричного и несимметричного аэродинамического профиля стойки.

Фюзеляжный приемник воздушного давления (фиг. 1) состоит из осесимметричного тела 1, в носовой части которого расположено отверстие 2 для определения полного давления, на боковой поверхности расположены отверстия 3 для восприятия статического давления. Внутри осесимметричного тела 1 находятся ТЭНы 4 противообледенительной системы. Осесимметричное тело крепится к стойке 5, имеющей форму дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, на котором на расстоянии от носка до его максимальной толщины расположены отверстия 6, 7 для определения угла атаки, а внутри стойки расположены ТЭНы 8. Для резервирования отверстий на верхней и нижней поверхности профиля может быть расположено по нескольку отверстий 6, 7. ПВД крепится к фюзеляжу с помощью фланца 9. Давления из отверстий 2, 3, 6, 7 выводятся из ПВД с помощью пневмотрасс 10 и штуцеров 11, а обогрев осесимметричного тела и стойки ПВД с помощью электронагревателей 4,8 осуществляется через электроразъем 12.

На фиг. 13 показаны основные элементы профиля по данному изобретению и сравнение контуров данного профиля и профиля NACA-0015.

На фиг. 14 представлено распределение по хорде профиля кривизны k (величины, обратной радиусу кривизны) для контура профиля, спроектированного в соответствии с данным изобретением, на фиг. 14 представлено также сравнение расчетных величин коэффициентов волнового сопротивления Cdw для данного профиля и профиля прототипа.

Фюзеляжный приемник воздушного давления работает следующим образом. Давления, воспринимаемые отверстиями 2, 3, 6, 7 через штуцеры 11 передаются в блок датчиков, который преобразует давления в электрические сигналы. Эти электрические сигналы посылаются в блок обработки информации, в котором по градуировочным зависимостям определяются параметры потока (полета): P_o, P_s, α. Для предотвращения льдообразования, которое может сильно исказить измерения или привести к закупорке отверстий и отказу ПВД, через электроразъем 12 в ТЭНы 4 и 8 подается электрическая энергия. Электрические ТЭНы 4 и 8 нагревают внешнюю оболочку осесимметричного тела 1 и стойки 5, а также пневмотрассы 10, изготавливаемые, как правило, из весьма теплопроводных материалов (например, никеля). Мощность ТЭНов и подводимой электроэнергии подбирается такой, чтобы предотвратить льдообразование на поверхностях осесимметричного тела 1, стойки 5 и в отверстиях 2, 3, 6, 7.

Для дополнительного снижения аэродинамического сопротивления при числах М = 0,8 - 0,9 аэродинамический профиль стойки 5 имеет донный срез 13 (фиг. 2).

Для дополнительного снижения аэродинамического сопротивления хвостовая часть осесимметричного тела 1 выполняется с сужением и донным срезом 14 (фиг. 3).

Для дополнительного снижения аэродинамического сопротивления за счет улучшения интерференции между осесимметричным телом 1 и стойкой 5 хвостовая часть осесимметричного тела плавно сопрягается и заканчивается в области максимальной относительной толщины аэродинамического профиля С (фиг. 4).

Для дополнительного увеличения чувствительности к изменению угла атаки и тем самым для повышения точности его определения, а также для расширения диапазона измерения угла атаки может быть применен несимметричный аэродинамический профиль стойки (фиг. 5).

Для компенсации влияния подтормаживания от стойки на измеряемое статическое давление осесимметричное тело 1 на цилиндрической части может иметь утолщение 15 (фиг. 6), на котором располагаются отверстия 3 для измерения статического давления.

Для дополнительного уменьшения потребной мощности противообледенительной системы электронагреватели 8 могут быть смещены к передней кромке стойки 5 (фиг. 7).

На стойке ПВД целесообразно применение профилей нормальных к ее оси сечений максимальной толщиной, расположенной на расстоянии X = 0.3 · В - 0.6 · В от передней кромки, имеющих возможно более утолщенную переднюю и среднюю части и максимальное критическое число Маха при заданном диапазоне допустимых относительных толщин профиля и достаточный диапазон рабочих углов атаки в пределах до α = 18-20^o. Этим требованиям соответствует аэродинамический профиль по данному изобретению.

На фиг. 13 представлен аэродинамический профиль по данному изобретению, имеющий скругленную переднюю кромку 16, заостренную или затупленную заднюю кромку 17, соединенные между собой плавными линиями контуров верхней 18 и нижней 19 поверхностей, его передняя кромка 16 выполнена с радиусом cкругления верхней и нижней поверхностей профиля, отнесенным к его хорде R_с/B, находящимся в диапазоне 0.03-0.034. Максимальная относительная толщина профиля примерно равна 0.15 и расположена на расстоянии 0.3 · В - 0.6 · В от его передней кромки, а отнесенные к хорде профиля и отложенные по нормали к ней ординаты контуров верхней Y_в/B и нижней Y_н/B поверхностей на отнесенном к хорде профиля расстоянии от его передней кромки Х/В расположены в диапазонах, приведенных в таблице (см. графическую часть). Представленные в таблице 1 диапазоны ординат верхней и нижней поверхностей профиля примерно соответствуют допустимым конструктивно- технологическим отклонениям его фактических координат от их теоретических значений. Гладкость профиля по данному изобретению обеспечивается непрерывным и плавным изменением кривизны его контура. Распределение кривизны контура (величины, обратной радиусу кривизны) вдоль хорды профиля представлено на фиг. 14 для верхней части контура (кривая 20) и для нижней части контура (кривая 21).

Конструктивным достоинством данного профиля применительно к стойке ПВД по данному изобретению является обеспечение достаточной полноты его носовой и средней частей, что существенно облегчает размещение пневмоканалов и обогревательных элементов ПВД в контуре профиля.

На фиг. 14 приведены также расчетные оценки величин волнового сопротивления для предлагаемого профиля 22 и профиля прототипа 23, иллюстрирующие заметное преимущество предлагаемого профиля.

Основным аэродинамическими преимуществом данного профиля по сравнению с известными профилями-аналогами близкой относительной толщины при его применении на стойке ПВД по данному изобретению является повышенное значение критического числа Маха, позволяющее работать на докритических его значениях в рабочем диапазоне скоростей полета, характерном для дозвуковых гражданских самолетов, при умеренном угле стреловидности стойки ПВД. Высокая аэродинамическая эффективность профиля по данному изобретению обусловлена гладкостью его контура и рациональным сочетанием основных геометрических параметров (указанными величинами расстояний точек контура профиля от его хорды, радиусов его кривизны и углами наклона, касательных к контуру). Форма контура профиля по данному изобретению определена таким образом, что в передней части профиля обеспечивается меньший при одинаковых значениях угла атаки (по сравнению с прототипом NACA 00ХХ) уровень величин разрежения потока при максимальной подъемной силе профиля в диапазоне чисел М = 0.2-0.5 и соответственно больший диапазон безотрывного обтекания профиля; при этом в трансзвуковом диапазоне реализуется близкое к "полочному" распределение давления с менее интенсивным (по сравнению с прототипом) скачком уплотнения и тем самым меньшим в 1.5-3 раза значением волнового сопротивления.

Использование изобретения на дозвуковых неманевренных самолетах позволяет добиться следующего:
- упрощения конструкции,
- уменьшения габаритных размеров,
- снижения аэродинамического сопротивления,
- уменьшения потребной мощности противообледенительной системы ПВД,
- снижения веса,
- увеличения точности измерения угла атаки.

Покажем это.

1. Упрощение конструкции достигается тем, что отверстия для отбора давления, на основе которых определяется угол атаки, размещаются не на осесимметричном теле ПВД, где еще размещены отверстия для отбора полного и статического давлений, а на стойке ПВД (фиг. 1). Поскольку от каждой из указанных групп отверстий отходят пневмотрассы, и внутри осесимметричного тела и стойки должны располагаться еще и электронагревательные элементы противообледенительной системы, то конструктивная насыщенность ПВД является весьма высокой. В результате переноса отверстий для измерения угла атаки с осесимметричного тела на стойку конструктивная насыщенность снижается, выполнение осесимметричного тела и всего предлагаемого ПВД со стойкой существенно упрощается.

2. В результате переноса отверстий для отбора давлений, по которым определяется угол атаки, с осесимметричного тела на стойку существенно уменьшается диаметр d осесимметричного тела (фиг. 1). Проведенные конструкторские проработки показывают, что диаметр осесимметричиого тела предлагаемого ПВД по сравнению с ПВД-прототипом (при тех же диаметрах внутренних трасс и электронагревательных элементов; только из-за отсутствия конического участка на осесимметричном теле) может быть уменьшен примерно на 25%.

Кроме того, в результате отсутствия на осесимметричном теле предлагаемого ПВД конического участка на нем отсутствует дополнительный подпор, который реализуется на ПВД-прототипе в области расположения отверстий для измерения статического давления. В результате при той же точности измерения статического давления (без введения поправок) длина (фиг. 1) осесимметричного тела до стойки может быть выполнена на предлагаемом ПВД меньшей, чем на ПВД-прототипе. Оценки показывают, что это уменьшение длины составляет примерно 20%.

Еще один фактор, способствующий уменьшению габаритных размеров (длины ПВД), - это применение на стойке дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, в результате чего стреловидность по передней кромке стойки (фиг. 10) может быть существенно уменьшена (см. подробнее пункт 3). В результате при той же высоте стойки и настройке ПВД на те же числа Маха длина стойки может быть уменьшена на 5-7%, при этом общая длина ПВД (осесимметричного тела со стойкой) может быть уменьшена на 25-27%.

3. Аэродинамическое сопротивление осесимметричного тела может быть представлено в виде формулы D = Cd · q · S, где Cd - коэффициент сопротивления, q - скоростной напор, S - характерная площадь. Для осесимметричного тела ПВД за характерный размер может быть принята площадь его миделева сечения S = πd²/4, где d - диаметр миделева сечения. Таким образом, если бы осесимметричное тело предлагаемого ПВД было бы геометрически подобно осесимметричному телу ПВД-прототипа (т.е. при сохранении той же величины Cd), то при тех же скоростных напорах (т.е. при той же величине скорости V и числа Маха М) в результате уменьшения диаметра d на 25% (см. выше пункт 2) сопротивление осесимметричного тела предлагаемого ПВД уменьшилось бы примерно на 45%. Но так как форма осесимметричного тела предлагаемого ПВД не имеет дополнительных уступов (конического участка с последующим утолщением диаметра, как у ПВД-прототипа), то на нем не будет присутствовать отрыв потока и появление скачков уплотнения за коническим участком. Таким образом, как показывают оценки, величина коэффициента сопротивления с осесимметричного тела предлагаемого ПВД может быть снижена примерно на 7-10%. В результате сопротивление осесимметричного тела X предлагаемого ПВД составляет примерно 50% от ПВД-прототипа.

За счет того, что стойка предлагаемого ПВД выполнена таким образом, что ее поперечные сечения, нормальные к передней кромке (фиг. 1), имеют вид дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, в частности аэродинамического профиля по данному изобретению, а не чечевицеобразного профиля, как на ПВД-прототипе, аэродинамическое сопротивление такого профиля при числах М = 0,8-0,9, как показывают расчеты (фиг. 9а), может быть снижено в 2-2,5 раза. Для отодвигания по числам Маха наступления кризиса (появление скачков уплотнения) и тем самым снижения волнового сопротивления стойка может выполняться со стреловидностью по передней и задней кромкам. Однако вследствиe того, что критическое число Маха М, при котором появляются скачки уплотнения, для профиля со специализированным дозвуковым аэродинамическим профилем со скругленным носком существенно выше, чем для чечевицеобразного профиля, стреловидность стойки с дозвуковым аэродинамическим профилем может быть сделана существенно меньшей, чем для стойки с чечевицеобразным профилем. Расчеты показывают, что для числа М = 0,9 стреловидность стойки по передней кромке на предлагаемом ПВД по сравнению с ПВД-прототипом может быть уменьшена на 7 - 10^o. При обтекании стойки сжимаемым потоком газа на волновое сопротивление оказывает влияние составляющая скорости V_⊥, перпендикулярная передней кромке (фиг. 10). Поэтому при сохранении тех же внутренних объемов сечений стойки, необходимых для проводки пневмотрасс и электронагревательной противообледенительной системы, и той же относительной толщины профиля С, которая в первую очередь сильно влияет на наступление кризиса (фиг. 9б) (резкое возрастание волнового сопротивления), может быть уменьшена площадь боковой поверхности стойки, что дает заметный выигрыш в ее весе. Расчеты и конструкторские проработки показывают, что это снижение веса стойки для предлагаемого ПВД по сравнению с ПВД-прототипом составляет примерно 20%.

При наличии угла атаки предлагаемый ПВД со стойкой, поперечные сечения которой имеют вид дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, также имеет существенный выигрыш в сопротивлении, по сравнению с ПВД-прототипом, имеющим сечения стойки в виде чечевицеобразного профиля. Поскольку на чечевицеобразном профиле при наличии угла атаки реализуется течение с отрывом потока с острой передней кромки, то коэффициент сопротивления такого профиля существенно больше, чем для дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, где до сравнительно больших углов атаки (α =18^o) реализуется безотрывное обтекание, и Cd существенно ниже (см. фиг. 9в, где для примера приведен Cd (α) таких профилей для числа М = 0,1). Причем указанное снижение сопротивления имеет место как при очень малых, так и при больших числах Маха.

Для еще большего отодвигания по числу Маха резкого возрастания волнового сопротивления дозвуковой аэродинамический профиль стойки на предлагаемом ПВД выполняется с донным срезом (фиг. 2). В результате наличия донного среза на профиле реализуется меньший диффузор в области между максимальной относительной толщиной и хвостовой частью профиля. Это позволяет при незначительном возрастании донного сопротивления существенно повысить критическое число Маха для профиля и отодвинуть резкое возрастание волнового сопротивления на большие числа Маха и тем самым уменьшить волновое сопротивление при больших числах М. На фиг. 9г для примера приведены зависимости Cd(M) для аэродинамического профиля без донного и с донным срезом. Видно, что, несмотря на некоторое небольшое увеличение донного давления (см., например, Cd при М = 0), аэродинамический профиль с донным срезом при расчетном числе М = 0,9 имеет существенно меньший коэффициент сопротивления, чем аэродинамический профиль без донного среза. Аналогично изложенному выше стойка предлагаемого ПВД в результате использования на нем аэродинамического профиля с донным срезом, может иметь меньшую на 3-5^o стреловидность по передней кромке, чем стойка ПВД-прототипа с чечевицеобразным профилем, что в свою очередь, как показывают проведенные расчеты и конструкторские проработки, дает примерно 10% снижения веса конструкции.

Дополнительное снижение коэффициента аэродинамического сопротивления при числах М = 0,8-0,9, как показывают проведенные расчеты, может быть получено путем выполнения хвостовой части осесимметричного тела с сужением и донным срезом (фиг. 3). Положительный эффект - снижение коэффициента сопротивления осесимметричного тела на 10-15% в этом случае достигается так же, как и для описанного выше случая аэродинамического профиля с донным срезом, за счет уменьшения диффузорности в хвостовой части осесимметричного тела.

Дополнительное снижение аэродинамического сопротивления на предлагаемом ПВД может быть обеспечено за счет того, что хвостовая часть осесимметричного тела заканчивается и плавно сопрягается с аэродинамическим профилем стойки в области его максимальной относительной толщины (фиг. 4). Положительный эффект в этом случае достигается за счет организации надлежащей интерференции хвостовой части осесимметричного тела ПВД и стойки. Поскольку в этом случае дополнительный диффузор в области стыка хвостовой сужающейся части осесимметричного тела и хвостовой части профиля стойки отсутствует, то тем самым удается избежать появления отрыва потока и местных скачков уплотнения. В результате, как показывают оценки, сопротивление всего ПВД может быть дополнительно снижено на 10-15%.

4. Потребная мощность обогревательной противообледенительной системы осесимметричного тела предлагаемого ПВД также может быть заметно снижена, по сравнению с осесимметричным телом ПВД-прототипа. Потребная мощность при той же теплоотдаче осесимметричного тела и той же температуре поверхности пропорциональна площади его боковой поверхности, πdl, т.е. линейно зависит от диаметра d ПВД и длины l. Так как в соответствии с п. 2 диаметр d осесимметричного тела предлагаемого ПВД может быть уменьшен на 25%, а его длина на 20%, то общее уменьшение потребной мощности противообледенительной системы составляет примерно 40% по сравнению с осесимметричным телом ПВД-прототипа. Наряду с уменьшением потребной мощности противообледенительной системы осесимметричного тела предлагаемого ПВД значительно уменьшается и потребная мощность на обогрев стойки. Это связано с двумя обстоятельствами. Первое, это то, что на предлагаемом ПВД реализуется безотрывное обтекание скругленного носка дозвукового аэродинамического профиля стойки ПВД, в результате чего передняя часть стойки предлагаемого ПВД менее подвержена обледенению, чем стойки ПВД-прототипа с чечевицеобразным профилем. Оценки показывают, что по этой причине потребная мощность на обогрев стойки может быть уменьшена на 15-20%. Второе обстоятельство связано с тем, что на стойке предлагаемого ПВД с дозвуковым аэродинамическим профилем со скругленным носком внутренние объемы позволяют разместить электронагревательные элементы непосредственно в носке аэродинамического профиля, наиболее подверженном обледенению (фиг. 7). В результате существенно сокращаются бесполезные тепловые потери. Проведенные расчеты и конструктивные проработки показывают, что по этой причине потребная мощность на обогрев стойки может быть снижена еще примерно на 20 - 25%. Кроме того, за счет указанного в п. 3 уменьшения стреловидности по передней кромке стойки предлагаемого ПВД несколько уменьшается протяженность передней стойки от ее основания до осесимметричного тела, а следовательно, и потребная область обогрева. В результате примерно еще на 5% снижается потребная мощность противообледенительной системы. В итоге потребная мощность противообледенительной системы предлагаемого ПВД по сравнению с ПВД-прототипом снижается на 40-45%.

5. Снижение веса предлагаемого ПВД достигается за счет указанных в п. 2, 3 уменьшения размеров миделева сечения осесимметричного тела и уменьшения площади боковой поверхности стойки вследствие придания ей меньшей стреловидности. Кроме того, уменьшение потребной мощности электронагревательных элементов (см. п. 4) также приводит к уменьшению протяженности элетронагревательных элементов и их массы. Как показывают проведенные расчетные и конструкторские проработки, за счет указанных обстоятельств вес конструкции предлагаемого ПВД по сравнению с прототапом может быть снижен на 25-30%.

6. Повышение точности измерения угла атаки на предлагаемом ПВД по сравнению с ПВД-прототипом достигается в результате того, что отверстия для отбора давлений, по которым определяется угол атаки, располагаются на стойке, имеющей поперечные сечения в виде дозвукового аэродинамического профиля, на расстоянии от носка профиля до его максимальной толщины, а не на коническом участке осесимметричного тела. Из приведенных на фиг. 11 зависимостей углового коэффициента κα(α), полученных на основе экспериментальных данных, видно, что производная для отверстий на аэродинамическом профиле в диапазоне углов атаки α = 0-20^o существенно (в 8 раз) больше, чем для отверстий, расположенных на конической поверхности осесимметричного тела ПВД-прототипа. Погрешность определения угла атаки может быть записана в виде где q - скоростной напор, δp - погрешность измерения перепада давлений P₇-P₆. Таким образом, при погрешности реальных датчиков давления p = 0.15 мм рт.ст. при М = 0.2 погрешность измерения угла атаки на предлагаемом ПВД в указанном диапазоне углов атаки составит величину 0.05^o, а для ПВД-прототипа - 0.4^o. Таким образом, точность определения угла атаки для предлагаемого ПВД возрастает в 8 раз. Дополнительное повышение точности измерения угла атаки может быть получено за счет применения несимметричного аэродинамического профиля стойки (фиг. 12).

Таким образом, приведенные результаты расчетных и экспериментальных исследований и конструкторско-проектировочных проработок наглядно показывают преимущества по всем указанным выше параметрам и свойствам предлагаемого ПВД по сравнению с ПВД-прототипом.

Поскольку на самолете, как правило, имеется несколько таких ПВД, то это приводит к заметному снижению веса, аэродинамического сопротивления и экономии потребляемой электрической энергии при одновременном повышении точности измерения угла атаки. Все это позволяет существенно повысить конкурентоспособность предложенного фюзеляжного приемника воздушного давления.

Формула изобретения

Изобретение относится к определению параметров полета летательных аппаратов или к другим областям науки и техники, имеющим дело с потоками жидкости или газа.

Измерение параметров полета является одной из важнейших задач аэромеханики и аэродинамики летательных аппаратов (ЛА). В настоящее время для измерения параметров полета (потока) используются приемники воздушного давления (ПВД), устанавливаемые зачастую непосредственно на фюзеляже самолета или корпусе любого другого летательного аппарата, которые фактически измеряют параметры местного потока, близкого к плоскому. На летательном аппарате устанавливается, как правило, несколько таких ПВД, измеряющих местные параметры потока. Истинные параметры полета определяются на основе предварительных градуировок.

Известен приемник воздушного давления, устанавливаемый на корпусе или фюзеляже ЛА, имеющий цилиндрическую трубку, устанавливаемую на стойке, имеющей искривленные передние и задние кромки, которые сближаются при приближении от основания стойки к трубке. Передняя кромка стойки может быть закруглена. Приемник воздушного давления имеет отверстие в носовой части трубки для восприятия полного давления и отверстие для восприятия статического давления на некотором расстоянии от носка трубки. Приемник имеет нагреватель для предотвращения образования льда (Patent: Aerodynamically Shaped Probe. International Publication Number WO 94/02858, International Publication 3 February 1994. Applicant: Rosemount Inc. (US). Priority data 20 July 1992).

Однако этот приемник воздушного давления не может быть применен для определения угла атаки, поскольку в нем отсутствуют отверстия для восприятия давления, с помощью которых угол атаки может быть измерен. Собственно, как следует из упомянутого выше патента, этот приемник для этих целей и не предназначен. Кроме того, сужение стойки при виде сбоку при подходе к трубке приводит при сохранении внутренних объемов, необходимых для проводки пневмотрасс и обогревателей, к сильному возрастанию относительной толщины профилей поперечных сечений стойки. Это в свою очередь приводит при больших дозвуковых скоростях (числа Маха М = 0,8-0,9) к более раннему появлению местных скачков уплотнения и сильному возрастанию волнового сопротивления такого приемника воздушного давления.

Известен фюзеляжный приемник воздушного давления для определения параметров полета (потока) - угла атаки, полного P_o и статического P_s давлений, а следовательно, и числа Маха М, представляющий собой удлиненное осесимметричное тело, имеющее головную часть в виде полусферы с группами отверстий на осесимметричном теле для измерения давлений, по которым с помощью градуировок определяются параметры полета (потока). Причем отверстия для измерения давлений, по которым определяется полное давление и угол атаки, располагаются на полусферической головной части, а отверстия для измерения статического давления располагаются на боковой (цилиндрической) поверхности осесимметричного тела. Для крепления к фюзеляжу или корпусу летательного аппарата этот ПВД имеет стойку, профиль которой имеет чечевицеобразное поперечное сечение (United States Patent: Pressure Sensing Instrument for Aircraft. Number 4615213, Оct.7, 1986. Assigne: Rosemount Inc. Filed: Dec. 22, 1983).

Недостатками данного ПВД являются:
- усложненность конструкции;
- увеличенные габаритные размеры осесимметричного тела;
- повышенное аэродинамическое сопротивление на дозвуковых режимах полета;
- повышенная потребная мощность обогревательной противообледенительной системы;
- повышенный вес конструкции;
- повышенная чувствительность полного давления, измеряемого с помощью центрального отверстия на сферической головной части, к изменению угла атаки, что приводит к дополнительным погрешностям измерения полного давления; такая зависимость полного давления по углу атаки для ряда ЛА является неприемлемой.

Это обусловлено следующими факторами.

1. Увеличенное миделево сечение осесимметричного тела ПВД вследствие того, что внутри него должны быть размещены пневмотрассы, отходящие как от отверстий для измерения полного давления и угла атаки, расположенных довольно скученно на сферической головной части, так и от отверстий для измерения статического давления, расположенных на боковой поверхности осесимметричного тела, а также камера статического давления. Кроме того, внутри такого осесимметричного тела располагаются трубчатые электронагреватели (ТЭНы) противообледенительной системы. Диаметры пневмотрасс и ТЭНов не могут быть меньше некоторых минимальных значений, которые для пневмотрасс определяются величиной гидродинамического запаздывания, а для ТЭНов - предельными значениями плотности потока тепла и температуры поверхности нагревателей. В результате имеет место высокая конструктивная насыщенность, т.е. конструктивная сложность осесимметричного тела ПВД, особенно в области его головной сферической части. Это приводит к возрастанию площади его миделева сечения, а следовательно, к возрастанию веса конструкции, аэродинамического сопротивления и мощности противообледенительной системы.

2. Неоптимальный, с точки зрения аэродинамического сопротивления на дозвуковых режимах полета, чечевицеобразный профиль стойки. Это приводит к значительному увеличению аэродинамического сопротивления стойки на дозвуковых режимах полета. Причем на очень малых числах Маха возрастание аэродинамического сопротивления обусловлено отрывом с передней острой кромки стойки чечевицеобразного профиля, который всегда имеет место, поскольку передняя кромка острая, при местных углах атаки, не равных нулю. На больших дозвуковых скоростях (М = 0,8 - 0,9), поскольку чечевицеобразный профиль стойки не является оптимальным с точки зрения волнового сопротивления, аэродинамическое сопротивление такого ПВД является также весьма сильно увеличенным. Придание стойке ПВД стреловидности по передней и задней кромкам, хотя и отодвигает резкое нарастание волнового сопротивления, но это приводит к возрастанию при том же выносе осесимметричного тела ПВД относительно фюзеляжа, т.е. при той же высоте стойки, длины, веса и объема конструкции, а следовательно, еще и потребной мощности противообледенительной нагревательной системы.

3. Электронагреватели, расположенные внутри стойки ПВД для предотвращения льдообразования на ее передней кромке и тем самым предотвращения влияния этого льда на измерения давления на осесимметричном теле, используются недостаточно эффективно в том смысле, что они обогревают стойку, на которой не расположены отверстия для измерения давления. Это ведет к значительному возрастанию веса и потребляемой электрической мощности.

4. Неоптимальный чечевицеобразный профиль стойки, с точки зрения предрасположенности к льдообразованию и конструирования противообледенительной системы, что приводит к значительному увеличению потребной мощности противообледенигельной системы собственно самой стойки ПВД. Это обусловлено следующими обстоятельствами. Как известно (см., например, Bragg М.В., Gregorеk G.M., Lee J.D. Airfoil Aerodynamic in Icing Conditions. J.Aircraft, vol. 23, N 1, 1986), льдообразование на летательном аппарате при полете в атмосфере происходит в первую очередь в областях, прилегающих к точкам торможения потока, и в областях отрыва потока с передней кромки (например, крыла). Причем отмечается, что острые передние кромки крыла зачастую более подвержены льдообразованию, чем скругленные, поскольку на них всегда при углах атаки, не равных нулю, формируется течение с отрывом потока. Такой областью на стойке ПВД является область, прилегающая к ее передней кромке. Поскольку чечевицеобразный профиль стойки имеет острую переднюю кромку, то даже на малых углах атаки на ней может формироваться течение с отрывом потока с передней кромки, что может приводить к интенсивному льдообразованию. Так как ТЭНы противообледенительной системы являются довольно массивными и занимают значительные объемы, то они не могут быть размещены внутри стойки непосредственно вблизи передней острой кромки чечевицеобразного профиля стойки. В результате ТЭНы на такой стойке располагаются ближе к линии максимальных толщин профиля стойки, а обогрев критической зоны, где собственно происходит льдообразование, - области вблизи передней стойки ПВД производится за счет теплопередачи непосредственно по конструкции стойки от линии максимальных толщин к передней кромке. Хотя стойки современных ПВД изготавливаются из весьма теплопроводных и дорогостоящих материалов (например, из никелевых сплавов), однако такой конструкции присущи очень большие бесполезные тепловые потери, достигающие по оценкам 50%.

5. Повышенная чувствительность полного давления, измеряемого в центральном отверстии на сферической головной части, обусловлена самим характером распределения давления на сфере (см., например, Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя.- М.: Изд. иностр. лит., 1975). Хотя эта зависимость является до некоторых углов монотонной и в принципе точное давление при этом может быть вычислено за счет введения поправок на угол атаки, но это ведет к усложнению бортовых алгоритмов определения параметров полета, а с другой стороны, такие измерения уже являются непрямыми, и это ведет к возрастанию погрешностей определения полного давления. Кроме того, для ряда летательных аппаратов существуют требования прямого измерения полного давления до значительных углов атаки. Это связано для некоторых ЛА с требованием, чтобы система измерений параметров полета была весьма простой. Для других ЛА это связано с тем, что полное давление должно питать непосредственно резервные механические приборы.

Наиболее близким из известных технических решений является фюзеляжный ПВД для определения параметров полета (потока) - угла атаки, полного P_o и статического P_s давлений, и, следовательно, числа Маха М, представляющий собой удлиненное осесимметричное тело с конической или овальной головной частью, где расположено отверстие для восприятия полного давления, переходящей в круговой цилиндр, на поверхности которого расположены отверстия для восприятия статического давления. Далее эта цилиндрическая поверхность переходит в коническую, на которой расположены отверстия для восприятия давления, которому ставится в соответствие угол атаки, а затем - опять в цилиндрическую. Для крепления к фюзеляжу или к корпусу ЛА приемник имеет стойку, поперечное сечение которой имеет чечевицеобразный профиль (United States Patent: Pressure Sensor for Determining Airspeed Altitude and Angle of Attack. Number 4378696, Apr. 5, 1983. Assigne: Rosemount Inc. Filed: Feb. 23, 1981).

Недостатками данного ПВД являются:
- усложненность конструкции;
- увеличенные габаритные размеры;
- повышенное аэродинамическое сопротивление на дозвуковых режимах полета;
- повышенная потребная мощность обогреваемой противообледенительной системы;
- повышенный вес конструкции;
- низкая чувствительность давлений, измеряемых в отверстиях, расположенных на конической части (и предназначенных для определения α), по углу атаки, что приводит к повышенным погрешностям определения угла атаки. Это обусловлено следующими факторами.

1. Как и в вышеописанном случае, данный ПВД имеет увеличенное миделево сечение осесимметричного тела. Причем увеличенный размер миделева сечения в данном случае обусловлен двумя обстоятельствами. Первое, это то, что цилиндрический участок осесимметричного тела переходит в конический, на котором располагаются отверстия на восприятия давления, по которым определяются углы атаки. Для того чтобы несколько повысить чувствительность воспринимаемого этими отверстиями давления по углу атаки, угол конусности должен быть достаточно большим, что приводит к необходимости значительно увеличить диаметр осесимметричного тела за данной конической частью.

Второе обстоятельство связано с тем, что хотя группы отверстий для измерения давления, по которым определяются полное давление, статическое давление и угол атаки в данной конфигурации и разнесены, но все они находятся на самом осесимметричном теле. Внутри него должны располагаться пневмотрассы, отходящие от всех указанных групп отверстия, камера статического давления, а также трубчатые электронагреватели противообледенительной системы. Диаметры пневмотрасс и ТЭНов не могут быть меньше некоторых минимальных значений, которые для пневмотрасс определяются величиной гидродинамического запаздывания, а для ТЭНов предельными значениями плотности потока тепла и температуры поверхности нагревателей. В результате имеет место высокая конструктивная насыщенность, т. е. конструктивная сложность осесимметричного тела ПВД.

Указанные обстоятельства приводят к возрастанию площади миделева сечения, а следовательно, к возрастанию веса конструкции, аэродинамического сопротивления и мощности противообледенительной системы.

Следует также отметить, что переход от цилиндрической части к конической, а затем опять к цилиндрической может приводить к отрыву потока за конической частью и более раннему (по числу Маха) появлению местных скачков уплотнения. Это в свою очередь должно приводить к возрастанию аэродинамического сопротивления. Кроме того, увеличенный диаметр осесимметричного тела и неоптимальная форма его хвостовой части в сопряжении со стойкой также дают неблагоприятную аэродинамическую интерференцию (отрыв потока и более раннее появление скачков уплотнения) в области стыка сужающейся хвостовой части осесимметричного тела ПВД за линией максимальных толщин чечевицеобразного аэродинамического профиля стойки. Это также приводит к некоторому увеличению аэродинамического сопротивления такого ПВД.

Можно также отметить, что наличие на осесимметричном теле ПВД конического участка приводит к реализации дополнительного подпора на впередилежащем цилиндрическом участке, где расположены отверстия для измерения статического давления. В результате для точного (без введения поправок) определения статического давления отверстия для его восприятия должны достаточно далеко отстоять от этого конического участка. Это приводит к необходимости увеличения длины осесимметричного тела, а также приводит к некоторому дополнительному увеличению веса конструкции и требует дополнительной мощности электронагревательной противообледенительной системы.

2. Неоптимальный, с точки зрения аэродинамического сопротивления на дозвуковых режимах полета, чечевицеобразный профиль стойки. Это приводит к значительному увеличению аэродинамического сопротивления стойки ПВД на дозвуковых режимах полета. Причем на очень малых числах Маха возрастание аэродинамического сопротивления обусловлено отрывом с передней острой кромки стойки чечевицеобразного профиля, который всегда имеет место, поскольку передняя кромка острая, при углах атаки, не равных нулю. На больших дозвуковых скоростях (М = 0,8-0,9), поскольку чечевицеобразный профиль не является оптимальным, с точки зрения волнового сопротивления, аэродинамическое сопротивление такого ПВД является также весьма сильно увеличенным. Придание стойке ПВД стреловидности по передней и задней кромкам, хотя и отодвигает резкое нарастание волнового сопротивления, но это приводит к возрастанию при том же выносе осесимметричного тела ПВД относительно фюзеляжа, т.е. при той же высоте стойки, габаритных размеров, веса и объема конструкции, а следовательно, еще и потребной мощности противообледенительной системы.

3. Электронагреватели, расположенные внутри стойки ПВД для предотвращения льдообразования на ее передней кромке и тем самым предотвращения влияния этого льда на измерения давления на осесимметричном теле, используются недостаточно эффективно, в том смысле, что они обогревают стойку, на которой не расположены отверстия для измерения давления. Это ведет к значительному возрастанию веса и потребляемой электрической мощности.

4. Неоптимальный чечевицеобразный профиль стойки, с точки зрения предрасположенности к льдообразованию; конструирования противообледенительной системы.

Это приводит к значительному увеличению потребной мощности противообледенительной системы собственно самой стойки ПВД, что обусловлено следующими обстоятельствами.

Как известно (см., например, Bragg М.В, Gregorek G.M., Lee J.D. Airfoil Aerodynamic in Icing Conditions. J. Aircraft, vol.23, N 1, 1986), льдообразование на летательном аппарате при полете в атмосфере происходит в первую очередь в областях, прилегающих к точкам торможения потока, и в областях отрыва потока с передней кромки (например, крыла). Причем отмечается, что острые передние кромки крыла зачастую более подвержены льдообразованию, чем скругленные, поскольку на них всегда при углах атаки, не равных нулю, формируется течение с отрывом потока. Такой областью на стойке ПВД является область, примыкающая к ее передней кромке. Поскольку чечевицеобразный профиль стойки имеет острую переднюю кромку, то даже на малых углах атаки на ней может формироваться течение с отрывом потока с передней кромки, что может приводить к интенсивному льдообразованию.

Так как ТЭНы противообледенительной системы являются довольно массивными и занимают значительные объемы, то они не могут быть размещены внутри стойки непосредственно вблизи острой кромки чечевицеобразного профиля стойки. В результате ТЭНы на такой стойке располагаются ближе к линии максимальных относительных толщин профиля стойки, а обогрев критической зоны, где собственно происходит льдообразование, - области вблизи передней кромки стойки ПВД производится за счет теплопередачи непосредственно по конструкции стойки от линии максимальных толщин к передней кромке. Хотя стойки современных ПВД изготавливаются из весьма теплопроводных и дорогостоящих материалов (например, никелевых сплавов), однако такой конструкции присущи очень большие бесполезные потери, достигающие по оценкам 50%.

Таким образом, для такой конструкции ПВД характерен низкий коэффициент использования подводимой энергии к электронагревателям. А поскольку они являются достаточно массивными, то это приводит к значительному возрастанию веса конструкции.

5. Разность давлений, измеряемых на конической части ПВД, имеет сравнительно слабую чувствительность к изменению угла атаки, что ведет к увеличенным погрешностям измерения угла атаки. Увеличение раствора конуса несколько повышает чувствительность, но это ведет к возрастанию диаметра миделева сечения осесимметричного тела ПВД, что влечет за собой возрастание веса конструкции, аэродинамического сопротивления и потребной мощности противообледенительной системы. Существуют тела, где эта чувствительность значительно выше.

Наиболее близкими из известных симметричных аэродинамических профилей, пригодных для использования на стойке ПВД, являются профили серии NACA-00XX (NACA REPORT N 824,1945), (где XX - относительная толщина профиля в процентах), недостаток этих профилей заключается в быстром росте волнового сопротивления при больших трансзвуковых числах М. Это обусловлено высокой степенью диффузорности профилей в зоне, расположенной за максимумом толщины профиля, что вызывает раннее появление скачка уплотнения, а также повышенную его интенсивность.

Задачи изобретения следующие:
- упрощение конструкции,
- уменьшение габаритных размеров,
- уменьшение аэродинамического сопротивления осесимметричного тела ПВД,
- уменьшение аэродинамического сопротивления стойки ПВД путем разработки контура симметричного аэродинамического профиля для стойки ПВД, который в рабочем диапазоне чисел М = 0-0,85 имеет по сравнению с известными симметричными аэродинамическими профилями, в частности чечевицеобразным профилем (составленным из дуг окружности) или профилями серии NACA-00XX при одинаковых значениях относительной толщины, большее критическое число Маха,
- снижение потребной мощности обогревательной противообледенительной системы,
- снижение веса конструкции,
- повышение точности определения угла атаки на ПВД, предназначенных для дозвуковых неманевренных летательных аппаратов.

Технический результат достигается тем, что фюзеляжный приемник воздушного давления, содержащий три группы отверстий для определения полного давления, статического давления и угла атаки, осесимметричное тело и стойку для крепления с расположенными внутри них пневмотрассами и электронагревательными элементами противообледенительной системы, выполняeтся таким образом, что отверстия для определения угла атаки расположены на стойке, сечения которой выполнены в виде дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, и лежат на расстоянии от носка профиля до его максимальной толщины.

Для еще большего уменьшения аэродинамического сопротивления фюзеляжного приемника хвостовая часть осесимметричного тела может заканчиваться и плавно сопрягаться с аэродинамическим профилем стойки в области его максимальной относительной толщины, а для уменьшения аэродинамического сопротивления на больших дозвуковых скоростях хвостовая часть осесимметричного тела может иметь сужение и донный срез, для этой цели и задняя кромка аэродинамического профиля стойки также может иметь донный срез.

Для компенсации влияния фюзеляжа или подпора от стойки на измеряемое статическое давление осесимметричное тело на цилиндрической части может иметь утолщение, на котором располагаются отверстия для измерения статического давления.

Для дополнительного повышения чувствительности изменения давления по углу атаки и расширения диапазона по углу атаки аэродинамический профиль стойки может выполняться несимметричным.

Для еще большего уменьшения потребной мощности противообледенительной системы электронагревательные элементы противообледенительной системы могут быть смещены к передней кромке стойки.

За счет того, что отверстия для измерения давления, по которому измеряется угол атаки, располагаются не на осесимметричном теле, а на стойке ПВД, достигается упрощение конструкции осесимметричного тела и существенное уменьшение его диаметра. Так как вес конструкции пропорционален кубу ее линейных размеров, то при той же длине осесимметричного тела снижение его веса будет определяться как произведение некоторого коэффициента на разность квадратов диаметра осесимметричного тела ПВД-прототипа и предлагаемого ПВД. Поскольку аэродинамическое сопротивление осесимметричного тела при нулевом угле атаки ПВД пропорционально площади его миделева сечения, то снижение аэродинамического сопротивления ПВД, если бы оно имело ту же форму, что и ПВД- прототипа, также было бы пропорционально разности квадратов диаметров осесимметричного тела ПВД-прототипа и предлагаемого ПВД. Но так как форма осесимметричного тела предлагаемого ПВД не имеет дополнительных уступов (конического уступа с последующим утолщением), как у ПВД-прототипа, то на нем не будет присутствовать отрыв потока и появление скачков уплотнения за коническим уступом. Таким образом, снижение аэродинамического сопротивления будет еще большим. Поскольку потребная мощность на обогрев осесимметричного тела пропорциональна площади поверхности вращения осесимметричного тела, то снижение мощности на обогрев предлагаемого ПВД по сравнению с ПВД-прототипом (при той же температуре их поверхности) пропорционально разности диаметров осесимметричного тела ПВД-прототипа и предлагаемого ПВД. Кроме того, снижение потребной мощности обогревательной системы приводит к уменьшению веса ТЭНов.

Стойка ПВД выполнена таким образом, что ее поперечные сечения имеют вид дозвукового аэродинамического профиля с хордой длиной В, скругленной передней кромкой, заостренной или затупленной задней кромкой, соединенныx между собой плавными линиями контуров верхней и нижней поверхностей. Нижняя часть контура профиля симметрична верхней части относительно хорды профиля. Передняя кромка профиля имеет радиус cкругления R_с, находящийся в диапазоне R_с= 0.030 · B - 0.034 · B, максимальная относительная толщина профиля С находится в диапазоне С = 0.146 - 0.156 и расположена на расстоянии X = 0.3 · В - 0.6 · В, измеренном от передней кромки вдоль его хорды. Радиус кривизны верхней части контура профиля плавно увеличивается вдоль хорды профиля при увеличении расстояния X от скругленной передней кромки до значений X = (0.3 - 0.6) · В, при которых участок контура имеет практически прямолинейную форму, до значений R = 5.5 · B - 15 · B, при этом расстояние Y_в, отсчитанное от хорды профиля по нормали к ней вверх до верхней части контура профиля плавно возрастает до своего максимального значения Y_вmax = 0.074 · В - 0.078 · В. Далее расстояние Y_в плавно убывает по направлению к задней кромке, при этом радиус кривизны сначала плавно уменьшается до значений R = 0.6 · B - 1 · B при X = 0.86 · В - 0.94 · В, а затем плавно возрастает вплоть до значений X = 0.94 · В - 0.96 · В, где выпуклая часть контура плавно состыкована с его вогнутой хвостовой частью. Далее радиус кривизны вогнутой части контура плавно уменьшается, достигая у задней кромки профиля значений R = 0.05 · B - 0.5 · B, при этом угол между касательной к контуру профиля и хордой профиля у его задней кромки при X = В составляет 3-6^o. Как показали результаты расчетов, выбранная форма контура и распределение кривизны вдоль его хорды позволяют существенно уменьшить волновое сопротивление профиля как по сравнению с профилем ПВД-прототипа (чечевицеобразным), так и по сравнению с профилем-прототипом (NACA 0015). Так как при производстве летательных аппаратов реализация в реальной конструкции теоретических координат контура профиля возможна только с некоторой ограниченной точностью, определяемой суммарными отклонениями фактических координат точек контура профиля от теоретических, накопленными на всех этапах проектирования и изготовления, координаты контура профиля, соответствующего данному изобретению, должны находиться в интервале значений, задаваемых таблицей (см. графическую часть).

На практике часто возникают дополнительные конструктивные и аэродинамические требования, которые сводятся к сравнительно малым изменениям относительной толщины профиля и выражаются в том, что отнесенные к его хорде ординаты контуров верхней Y_в/B и нижней Y_н/B поверхностей отличаются от соответствующих ординат базового профиля исходной относительной толщины на равные постоянные числовые множители.

Переход к другой относительной толщине для профиля по данному изобретению возможен с помощью умножения ординат его контура на равные постоянные числовые множители K_в для верхней и K_н для нижней частей контура, при этом радиусы cкругления передней кромки профиля по его верхней и нижней поверхностям изменяются пропорционально квадратам этих коэффициентов, численные значения этих множителей должны находиться в диапазонах 0.8 < K_в < 1.07 и 0.8 < K_н < 1.07.

За счет того, что стойка ПВД выполнена таким образом, что ее поперечные сечения имеют вид дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, а не чечевицеобразного профиля, как на ПВД-прототипе, его аэродинамическое сопротивление, как показывают расчеты, может быть снижено при числе М = 0,8-0,9 в 2-2,5 раза.

Известно, что льдообразованию при полете в атмосфере подвержены в первую очередь области торможения потока, или области, где формируется отрыв потока. Острые передние кромки вследствие реализации на них течения с отрывом потока зачастую более подвержены льдообразованию, чем скругленные. Так как на дозвуковом аэродинамическом профиле со скругленным носком на малых углах атаки отсутствует отрыв потока с его передней кромки в отличиe от чечевицеобразного, где даже на малых углах формируется течение с отрывом потока с передней кромки, то стойка предлагаемого ПВД менее подвержена льдообразованию, чем стойка ПВД-прототипа. Кроме того, в стойке ПВД-прототипа вследствие того, что она имеет сечение в виде чечевицеобразного профиля, затруднено или практически невозможно разместить электронагреватели противообледенительной системы непосредственно вблизи носка профиля, поскольку внутри нет необходимых для этого объемов. Поэтому электронагреватели для такого ПВД располагаются не в самом носке (наиболее подверженном льдообразованию), а ближе к середине профиля. В результате обогрев носка осуществляется за счет теплопередачи по стойке, что обуславливает большие потери мощности (по оценкам до 50%). В предлагаемом ПВД радиус носка дозвукового аэродинамического профиля может быть выполнен достаточно большим, что позволяет разместить электронагреватели непосредственно в носке стойки и тем самым снизить потери мощности на 25-30%.

Так как критическое число Маха (при котором появляются скачки уплотнения) на дозвуковом аэродинамическом профиле со скругленным носком, в частности на профиле по данному изобретению, может быть существенно ниже, чем на чечевицеобразном, то угол стреловидности стойки ПВД, спроектированной для полета при М = 0,8-0,9 для предлагаемого ПВД может быть сделан существенно меньшим, чем для стойки ПВД-прототипа. Это, как показывают оценки, при той же высоте стойки и хорде профиля, дает уменьшение длины ПВД и выигрыш в весе конструкции на 10-15%.

Так как чувствительность к изменению угла атаки давлений, измеряемых на дозвуковом аэродинамическом профиле со скругленным носком, существенно выше, чем на конусе, то погрешность измерения угла атаки для предлагаемого ПВД существенно меньше, чем для ПВД-прототипа.

Для дополнительного уменьшения волнового сопротивления при числах М = 0,8 - 0,9, затягивания по числу Маха появления скачков уплотнения и сдвижки их к хвосту профиля за счет меньшей диффузорности профиля за точку его максимальной толщины задняя кромка аэродинамического профиля сечения стойки может выполняться с донным срезом. Выполнение хвостовой части осесимметричного тела с сужением и донным срезом так же, аналогично аэродинамическому профилю позволяет уменьшить волновое сопротивление ПВД. Если хвостовая часть осесимметричного тела начинает сужаться в области максимальной толщины профиля стойки, то в области стыка хвостовой части тела и стойки имеет место сильный диффузор, приводящий к более раннему появлению местных скачков уплотнения и возрастанию аэродинамического сопротивления. При выполнении осесимметричного тела таким образом, что его хвостовая часть заканчивается и плавно сопрягается с аэродинамическим профилем стойки в области его максимальной относительной толщины, улучшается интерференция осесимметричного тела и стойки, и за счет отсутствия дополнительного диффузора дополнительно существенно уменьшается аэродинамическое сопротивление ПВД. За счет того, что аэродинамический профиль стойки может быть выполнен несимметричным, увеличивается чувствительность давления по углу атаки, и тем самым дополнительно может быть повышена точность измерения угла атаки, кроме того, за счет несимметрии профиля может быть расширен диапазон угла атаки. Для компенсации влияния подтормаживания от стойки на измерение статического давления осесимметричное тело на цилиндрической части может иметь утолщение, на котором располагаются отверстия для измерения статического давления. За счет разгона потока на этом утолщении может быть найдена область, где подтормаживание от стойки компенсируется этим разгоном, и, таким образом, из указанных отверстий может отбираться точное статическое давление. За счет смещения электронагревательных элементов к передней кромке стойки существенно уменьшаются бесполезные тепловые потери по сравнению с ПВД-прототипом и уменьшается потребная мощность на обогрев.

На фиг. 1 изображен общий вид одного из вариантов предлагаемого ПВД.

На фиг. 2 показан пример ПВД с поперечным сечением стойки - аэродинамическим профилем, предназначенным для использования при числах М = 0,8-0,9, с донным срезом.

На фиг. 3 показан вариант предлагаемого ПВД с осесимметричным телом, имеющим в хвостовой части сужение и донный срез.

На фиг. 4 показан один из вариантов предлагаемого фюзеляжного ПВД с осесимметричным телом, хвостовая часть которого заканчивается и плавно сопрягается с аэродинамическим профилем стойки в области ее максимальной относительной толщины.

На фиг. 5 показан вариант предлагаемого ПВД с несимметричным аэродинамическим профилем стойки.

На фиг. 6 приведен вариант предлагаемого фюзеляжного ПВД, на котором осесимметричное тело на цилиндрической части имеет утолщение, на котором располагаются отверстия для измерения статического давления.

На фиг. 7 показан вариант предлагаемого фюзеляжного ПВД с электронагревательными элементами противообледенительной системы, смещенными к передней кромке стойки.

На фиг. 8 показано изменение отношения полного давления P₂, воспринимаемого отверстием 2, к истинному полному давлению P_o для предлагаемого ПВД и ПВД со сферической головной частью в зависимости от угла атаки для числа Маха М = 0,8.

На фиг. 9 приведен пример зависимости коэффициентов сопротивления C_d чечевицеобразного и дозвукового аэродинамического профиля без донного среза и с донным срезом для различных значений углов атаки, чисел Маха М и максимальной относительной толщины профиля С.

На фиг. 10 показано, как влияет стреловидность стойки по передней кромке на величину хорды поперечного сечения стойки при сохранении внутренних объемов сечения. При этом здесь введены обозначения: ABCD - боковая проекция стойки со стреловидностью χ₁ и хордой сечения b₁, S₁ - ее площадь; AB₁C₁D₁ - боковая проекция стойки со стреловидностью χ₂>χ₁ и с хордой b₂ = b₁, ее площадь S_AB1C1D1 > S_ABCD; ABC₁D₂ - боковая проекция стойки со стреловидностью χ₂, площадь которой S_ABC1D2 = S_ABCD, но ее хорда b₃ < b₁; V - скорость потока, - нормальная к передней кромке и соответственно параллельная ей составляющие скорости.

На фиг. 11 приведена зависимость углового градуировочного коэффициента κα =(P₆-P₇)/(P₂-P₃) для определения угла атаки для предлагаемого ПВД, а также для ПВД-прототипа, у которого отверстия для определения угла атаки расположены на конической части осесимметричного тела, где P_i - давления, измеряемые в соответствующих i-х отверстиях; цифрами 2, 3 обозначены отверстия, расположенные соответственно в носовой части и на цилиндрической поверхности осесимметричного тела как на предлагаемом ПВД, так и на ПВД-прототипе; цифрами 6, 7 обозначены отверстия на стойке в предлагаемом ПВД или на конической части осесимметричного тела у ПВД-прототипа.

На фиг. 12 для примера приведено сравнение зависимостей для симметричного и несимметричного аэродинамического профиля стойки.

Фюзеляжный приемник воздушного давления (фиг. 1) состоит из осесимметричного тела 1, в носовой части которого расположено отверстие 2 для определения полного давления, на боковой поверхности расположены отверстия 3 для восприятия статического давления. Внутри осесимметричного тела 1 находятся ТЭНы 4 противообледенительной системы. Осесимметричное тело крепится к стойке 5, имеющей форму дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, на котором на расстоянии от носка до его максимальной толщины расположены отверстия 6, 7 для определения угла атаки, а внутри стойки расположены ТЭНы 8. Для резервирования отверстий на верхней и нижней поверхности профиля может быть расположено по нескольку отверстий 6, 7. ПВД крепится к фюзеляжу с помощью фланца 9. Давления из отверстий 2, 3, 6, 7 выводятся из ПВД с помощью пневмотрасс 10 и штуцеров 11, а обогрев осесимметричного тела и стойки ПВД с помощью электронагревателей 4,8 осуществляется через электроразъем 12.

На фиг. 13 показаны основные элементы профиля по данному изобретению и сравнение контуров данного профиля и профиля NACA-0015.

На фиг. 14 представлено распределение по хорде профиля кривизны k (величины, обратной радиусу кривизны) для контура профиля, спроектированного в соответствии с данным изобретением, на фиг. 14 представлено также сравнение расчетных величин коэффициентов волнового сопротивления Cdw для данного профиля и профиля прототипа.

Фюзеляжный приемник воздушного давления работает следующим образом. Давления, воспринимаемые отверстиями 2, 3, 6, 7 через штуцеры 11 передаются в блок датчиков, который преобразует давления в электрические сигналы. Эти электрические сигналы посылаются в блок обработки информации, в котором по градуировочным зависимостям определяются параметры потока (полета): P_o, P_s, α. Для предотвращения льдообразования, которое может сильно исказить измерения или привести к закупорке отверстий и отказу ПВД, через электроразъем 12 в ТЭНы 4 и 8 подается электрическая энергия. Электрические ТЭНы 4 и 8 нагревают внешнюю оболочку осесимметричного тела 1 и стойки 5, а также пневмотрассы 10, изготавливаемые, как правило, из весьма теплопроводных материалов (например, никеля). Мощность ТЭНов и подводимой электроэнергии подбирается такой, чтобы предотвратить льдообразование на поверхностях осесимметричного тела 1, стойки 5 и в отверстиях 2, 3, 6, 7.

Для дополнительного снижения аэродинамического сопротивления при числах М = 0,8 - 0,9 аэродинамический профиль стойки 5 имеет донный срез 13 (фиг. 2).

Для дополнительного снижения аэродинамического сопротивления хвостовая часть осесимметричного тела 1 выполняется с сужением и донным срезом 14 (фиг. 3).

Для дополнительного снижения аэродинамического сопротивления за счет улучшения интерференции между осесимметричным телом 1 и стойкой 5 хвостовая часть осесимметричного тела плавно сопрягается и заканчивается в области максимальной относительной толщины аэродинамического профиля С (фиг. 4).

Для дополнительного увеличения чувствительности к изменению угла атаки и тем самым для повышения точности его определения, а также для расширения диапазона измерения угла атаки может быть применен несимметричный аэродинамический профиль стойки (фиг. 5).

Для компенсации влияния подтормаживания от стойки на измеряемое статическое давление осесимметричное тело 1 на цилиндрической части может иметь утолщение 15 (фиг. 6), на котором располагаются отверстия 3 для измерения статического давления.

Для дополнительного уменьшения потребной мощности противообледенительной системы электронагреватели 8 могут быть смещены к передней кромке стойки 5 (фиг. 7).

На стойке ПВД целесообразно применение профилей нормальных к ее оси сечений максимальной толщиной, расположенной на расстоянии X = 0.3 · В - 0.6 · В от передней кромки, имеющих возможно более утолщенную переднюю и среднюю части и максимальное критическое число Маха при заданном диапазоне допустимых относительных толщин профиля и достаточный диапазон рабочих углов атаки в пределах до α = 18-20^o. Этим требованиям соответствует аэродинамический профиль по данному изобретению.

На фиг. 13 представлен аэродинамический профиль по данному изобретению, имеющий скругленную переднюю кромку 16, заостренную или затупленную заднюю кромку 17, соединенные между собой плавными линиями контуров верхней 18 и нижней 19 поверхностей, его передняя кромка 16 выполнена с радиусом cкругления верхней и нижней поверхностей профиля, отнесенным к его хорде R_с/B, находящимся в диапазоне 0.03-0.034. Максимальная относительная толщина профиля примерно равна 0.15 и расположена на расстоянии 0.3 · В - 0.6 · В от его передней кромки, а отнесенные к хорде профиля и отложенные по нормали к ней ординаты контуров верхней Y_в/B и нижней Y_н/B поверхностей на отнесенном к хорде профиля расстоянии от его передней кромки Х/В расположены в диапазонах, приведенных в таблице (см. графическую часть). Представленные в таблице 1 диапазоны ординат верхней и нижней поверхностей профиля примерно соответствуют допустимым конструктивно- технологическим отклонениям его фактических координат от их теоретических значений. Гладкость профиля по данному изобретению обеспечивается непрерывным и плавным изменением кривизны его контура. Распределение кривизны контура (величины, обратной радиусу кривизны) вдоль хорды профиля представлено на фиг. 14 для верхней части контура (кривая 20) и для нижней части контура (кривая 21).

Конструктивным достоинством данного профиля применительно к стойке ПВД по данному изобретению является обеспечение достаточной полноты его носовой и средней частей, что существенно облегчает размещение пневмоканалов и обогревательных элементов ПВД в контуре профиля.

На фиг. 14 приведены также расчетные оценки величин волнового сопротивления для предлагаемого профиля 22 и профиля прототипа 23, иллюстрирующие заметное преимущество предлагаемого профиля.

Основным аэродинамическими преимуществом данного профиля по сравнению с известными профилями-аналогами близкой относительной толщины при его применении на стойке ПВД по данному изобретению является повышенное значение критического числа Маха, позволяющее работать на докритических его значениях в рабочем диапазоне скоростей полета, характерном для дозвуковых гражданских самолетов, при умеренном угле стреловидности стойки ПВД. Высокая аэродинамическая эффективность профиля по данному изобретению обусловлена гладкостью его контура и рациональным сочетанием основных геометрических параметров (указанными величинами расстояний точек контура профиля от его хорды, радиусов его кривизны и углами наклона, касательных к контуру). Форма контура профиля по данному изобретению определена таким образом, что в передней части профиля обеспечивается меньший при одинаковых значениях угла атаки (по сравнению с прототипом NACA 00ХХ) уровень величин разрежения потока при максимальной подъемной силе профиля в диапазоне чисел М = 0.2-0.5 и соответственно больший диапазон безотрывного обтекания профиля; при этом в трансзвуковом диапазоне реализуется близкое к "полочному" распределение давления с менее интенсивным (по сравнению с прототипом) скачком уплотнения и тем самым меньшим в 1.5-3 раза значением волнового сопротивления.

Использование изобретения на дозвуковых неманевренных самолетах позволяет добиться следующего:
- упрощения конструкции,
- уменьшения габаритных размеров,
- снижения аэродинамического сопротивления,
- уменьшения потребной мощности противообледенительной системы ПВД,
- снижения веса,
- увеличения точности измерения угла атаки.

Покажем это.

1. Упрощение конструкции достигается тем, что отверстия для отбора давления, на основе которых определяется угол атаки, размещаются не на осесимметричном теле ПВД, где еще размещены отверстия для отбора полного и статического давлений, а на стойке ПВД (фиг. 1). Поскольку от каждой из указанных групп отверстий отходят пневмотрассы, и внутри осесимметричного тела и стойки должны располагаться еще и электронагревательные элементы противообледенительной системы, то конструктивная насыщенность ПВД является весьма высокой. В результате переноса отверстий для измерения угла атаки с осесимметричного тела на стойку конструктивная насыщенность снижается, выполнение осесимметричного тела и всего предлагаемого ПВД со стойкой существенно упрощается.

2. В результате переноса отверстий для отбора давлений, по которым определяется угол атаки, с осесимметричного тела на стойку существенно уменьшается диаметр d осесимметричного тела (фиг. 1). Проведенные конструкторские проработки показывают, что диаметр осесимметричиого тела предлагаемого ПВД по сравнению с ПВД-прототипом (при тех же диаметрах внутренних трасс и электронагревательных элементов; только из-за отсутствия конического участка на осесимметричном теле) может быть уменьшен примерно на 25%.

Кроме того, в результате отсутствия на осесимметричном теле предлагаемого ПВД конического участка на нем отсутствует дополнительный подпор, который реализуется на ПВД-прототипе в области расположения отверстий для измерения статического давления. В результате при той же точности измерения статического давления (без введения поправок) длина (фиг. 1) осесимметричного тела до стойки может быть выполнена на предлагаемом ПВД меньшей, чем на ПВД-прототипе. Оценки показывают, что это уменьшение длины составляет примерно 20%.

Еще один фактор, способствующий уменьшению габаритных размеров (длины ПВД), - это применение на стойке дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, в результате чего стреловидность по передней кромке стойки (фиг. 10) может быть существенно уменьшена (см. подробнее пункт 3). В результате при той же высоте стойки и настройке ПВД на те же числа Маха длина стойки может быть уменьшена на 5-7%, при этом общая длина ПВД (осесимметричного тела со стойкой) может быть уменьшена на 25-27%.

3. Аэродинамическое сопротивление осесимметричного тела может быть представлено в виде формулы D = Cd · q · S, где Cd - коэффициент сопротивления, q - скоростной напор, S - характерная площадь. Для осесимметричного тела ПВД за характерный размер может быть принята площадь его миделева сечения S = πd²/4, где d - диаметр миделева сечения. Таким образом, если бы осесимметричное тело предлагаемого ПВД было бы геометрически подобно осесимметричному телу ПВД-прототипа (т.е. при сохранении той же величины Cd), то при тех же скоростных напорах (т.е. при той же величине скорости V и числа Маха М) в результате уменьшения диаметра d на 25% (см. выше пункт 2) сопротивление осесимметричного тела предлагаемого ПВД уменьшилось бы примерно на 45%. Но так как форма осесимметричного тела предлагаемого ПВД не имеет дополнительных уступов (конического участка с последующим утолщением диаметра, как у ПВД-прототипа), то на нем не будет присутствовать отрыв потока и появление скачков уплотнения за коническим участком. Таким образом, как показывают оценки, величина коэффициента сопротивления с осесимметричного тела предлагаемого ПВД может быть снижена примерно на 7-10%. В результате сопротивление осесимметричного тела X предлагаемого ПВД составляет примерно 50% от ПВД-прототипа.

За счет того, что стойка предлагаемого ПВД выполнена таким образом, что ее поперечные сечения, нормальные к передней кромке (фиг. 1), имеют вид дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, в частности аэродинамического профиля по данному изобретению, а не чечевицеобразного профиля, как на ПВД-прототипе, аэродинамическое сопротивление такого профиля при числах М = 0,8-0,9, как показывают расчеты (фиг. 9а), может быть снижено в 2-2,5 раза. Для отодвигания по числам Маха наступления кризиса (появление скачков уплотнения) и тем самым снижения волнового сопротивления стойка может выполняться со стреловидностью по передней и задней кромкам. Однако вследствиe того, что критическое число Маха М, при котором появляются скачки уплотнения, для профиля со специализированным дозвуковым аэродинамическим профилем со скругленным носком существенно выше, чем для чечевицеобразного профиля, стреловидность стойки с дозвуковым аэродинамическим профилем может быть сделана существенно меньшей, чем для стойки с чечевицеобразным профилем. Расчеты показывают, что для числа М = 0,9 стреловидность стойки по передней кромке на предлагаемом ПВД по сравнению с ПВД-прототипом может быть уменьшена на 7 - 10^o. При обтекании стойки сжимаемым потоком газа на волновое сопротивление оказывает влияние составляющая скорости V_⊥, перпендикулярная передней кромке (фиг. 10). Поэтому при сохранении тех же внутренних объемов сечений стойки, необходимых для проводки пневмотрасс и электронагревательной противообледенительной системы, и той же относительной толщины профиля С, которая в первую очередь сильно влияет на наступление кризиса (фиг. 9б) (резкое возрастание волнового сопротивления), может быть уменьшена площадь боковой поверхности стойки, что дает заметный выигрыш в ее весе. Расчеты и конструкторские проработки показывают, что это снижение веса стойки для предлагаемого ПВД по сравнению с ПВД-прототипом составляет примерно 20%.

При наличии угла атаки предлагаемый ПВД со стойкой, поперечные сечения которой имеют вид дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, также имеет существенный выигрыш в сопротивлении, по сравнению с ПВД-прототипом, имеющим сечения стойки в виде чечевицеобразного профиля. Поскольку на чечевицеобразном профиле при наличии угла атаки реализуется течение с отрывом потока с острой передней кромки, то коэффициент сопротивления такого профиля существенно больше, чем для дозвукового аэродинамического профиля со скругленным носком, где до сравнительно больших углов атаки (α =18^o) реализуется безотрывное обтекание, и Cd существенно ниже (см. фиг. 9в, где для примера приведен Cd (α) таких профилей для числа М = 0,1). Причем указанное снижение сопротивления имеет место как при очень малых, так и при больших числах Маха.

Для еще большего отодвигания по числу Маха резкого возрастания волнового сопротивления дозвуковой аэродинамический профиль стойки на предлагаемом ПВД выполняется с донным срезом (фиг. 2). В результате наличия донного среза на профиле реализуется меньший диффузор в области между максимальной относительной толщиной и хвостовой частью профиля. Это позволяет при незначительном возрастании донного сопротивления существенно повысить критическое число Маха для профиля и отодвинуть резкое возрастание волнового сопротивления на большие числа Маха и тем самым уменьшить волновое сопротивление при больших числах М. На фиг. 9г для примера приведены зависимости Cd(M) для аэродинамического профиля без донного и с донным срезом. Видно, что, несмотря на некоторое небольшое увеличение донного давления (см., например, Cd при М = 0), аэродинамический профиль с донным срезом при расчетном числе М = 0,9 имеет существенно меньший коэффициент сопротивления, чем аэродинамический профиль без донного среза. Аналогично изложенному выше стойка предлагаемого ПВД в результате использования на нем аэродинамического профиля с донным срезом, может иметь меньшую на 3-5^o стреловидность по передней кромке, чем стойка ПВД-прототипа с чечевицеобразным профилем, что в свою очередь, как показывают проведенные расчеты и конструкторские проработки, дает примерно 10% снижения веса конструкции.

Дополнительное снижение коэффициента аэродинамического сопротивления при числах М = 0,8-0,9, как показывают проведенные расчеты, может быть получено путем выполнения хвостовой части осесимметричного тела с сужением и донным срезом (фиг. 3). Положительный эффект - снижение коэффициента сопротивления осесимметричного тела на 10-15% в этом случае достигается так же, как и для описанного выше случая аэродинамического профиля с донным срезом, за счет уменьшения диффузорности в хвостовой части осесимметричного тела.

Дополнительное снижение аэродинамического сопротивления на предлагаемом ПВД может быть обеспечено за счет того, что хвостовая часть осесимметричного тела заканчивается и плавно сопрягается с аэродинамическим профилем стойки в области его максимальной относительной толщины (фиг. 4). Положительный эффект в этом случае достигается за счет организации надлежащей интерференции хвостовой части осесимметричного тела ПВД и стойки. Поскольку в этом случае дополнительный диффузор в области стыка хвостовой сужающейся части осесимметричного тела и хвостовой части профиля стойки отсутствует, то тем самым удается избежать появления отрыва потока и местных скачков уплотнения. В результате, как показывают оценки, сопротивление всего ПВД может быть дополнительно снижено на 10-15%.

4. Потребная мощность обогревательной противообледенительной системы осесимметричного тела предлагаемого ПВД также может быть заметно снижена, по сравнению с осесимметричным телом ПВД-прототипа. Потребная мощность при той же теплоотдаче осесимметричного тела и той же температуре поверхности пропорциональна площади его боковой поверхности, πdl, т.е. линейно зависит от диаметра d ПВД и длины l. Так как в соответствии с п. 2 диаметр d осесимметричного тела предлагаемого ПВД может быть уменьшен на 25%, а его длина на 20%, то общее уменьшение потребной мощности противообледенительной системы составляет примерно 40% по сравнению с осесимметричным телом ПВД-прототипа. Наряду с уменьшением потребной мощности противообледенительной системы осесимметричного тела предлагаемого ПВД значительно уменьшается и потребная мощность на обогрев стойки. Это связано с двумя обстоятельствами. Первое, это то, что на предлагаемом ПВД реализуется безотрывное обтекание скругленного носка дозвукового аэродинамического профиля стойки ПВД, в результате чего передняя часть стойки предлагаемого ПВД менее подвержена обледенению, чем стойки ПВД-прототипа с чечевицеобразным профилем. Оценки показывают, что по этой причине потребная мощность на обогрев стойки может быть уменьшена на 15-20%. Второе обстоятельство связано с тем, что на стойке предлагаемого ПВД с дозвуковым аэродинамическим профилем со скругленным носком внутренние объемы позволяют разместить электронагревательные элементы непосредственно в носке аэродинамического профиля, наиболее подверженном обледенению (фиг. 7). В результате существенно сокращаются бесполезные тепловые потери. Проведенные расчеты и конструктивные проработки показывают, что по этой причине потребная мощность на обогрев стойки может быть снижена еще примерно на 20 - 25%. Кроме того, за счет указанного в п. 3 уменьшения стреловидности по передней кромке стойки предлагаемого ПВД несколько уменьшается протяженность передней стойки от ее основания до осесимметричного тела, а следовательно, и потребная область обогрева. В результате примерно еще на 5% снижается потребная мощность противообледенительной системы. В итоге потребная мощность противообледенительной системы предлагаемого ПВД по сравнению с ПВД-прототипом снижается на 40-45%.

5. Снижение веса предлагаемого ПВД достигается за счет указанных в п. 2, 3 уменьшения размеров миделева сечения осесимметричного тела и уменьшения площади боковой поверхности стойки вследствие придания ей меньшей стреловидности. Кроме того, уменьшение потребной мощности электронагревательных элементов (см. п. 4) также приводит к уменьшению протяженности элетронагревательных элементов и их массы. Как показывают проведенные расчетные и конструкторские проработки, за счет указанных обстоятельств вес конструкции предлагаемого ПВД по сравнению с прототапом может быть снижен на 25-30%.

6. Повышение точности измерения угла атаки на предлагаемом ПВД по сравнению с ПВД-прототипом достигается в результате того, что отверстия для отбора давлений, по которым определяется угол атаки, располагаются на стойке, имеющей поперечные сечения в виде дозвукового аэродинамического профиля, на расстоянии от носка профиля до его максимальной толщины, а не на коническом участке осесимметричного тела. Из приведенных на фиг. 11 зависимостей углового коэффициента κα(α), полученных на основе экспериментальных данных, видно, что производная для отверстий на аэродинамическом профиле в диапазоне углов атаки α = 0-20^o существенно (в 8 раз) больше, чем для отверстий, расположенных на конической поверхности осесимметричного тела ПВД-прототипа. Погрешность определения угла атаки может быть записана в виде где q - скоростной напор, δp - погрешность измерения перепада давлений P₇-P₆. Таким образом, при погрешности реальных датчиков давления p = 0.15 мм рт.ст. при М = 0.2 погрешность измерения угла атаки на предлагаемом ПВД в указанном диапазоне углов атаки составит величину 0.05^o, а для ПВД-прототипа - 0.4^o. Таким образом, точность определения угла атаки для предлагаемого ПВД возрастает в 8 раз. Дополнительное повышение точности измерения угла атаки может быть получено за счет применения несимметричного аэродинамического профиля стойки (фиг. 12).

Таким образом, приведенные результаты расчетных и экспериментальных исследований и конструкторско-проектировочных проработок наглядно показывают преимущества по всем указанным выше параметрам и свойствам предлагаемого ПВД по сравнению с ПВД-прототипом.

Поскольку на самолете, как правило, имеется несколько таких ПВД, то это приводит к заметному снижению веса, аэродинамического сопротивления и экономии потребляемой электрической энергии при одновременном повышении точности измерения угла атаки. Все это позволяет существенно повысить конкурентоспособность предложенного фюзеляжного приемника воздушного давления.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15