Устройство для управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата

Изобретение относится к ракетной и космической технике. Устройство для управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата содержит носовую часть 1 и центральную и дополнительные аэродинамические иглы 3, выполненные в виде тонких цилиндрических стержней. В носовой части летательного аппарата выполнены каналы для хранения и подачи аэродинамических игл. Один из каналов расположен на оси симметрии, а остальные - на расстоянии от оси симметрии и равномерно по окружности с центром на оси симметрии. Каждый из каналов снабжен механизмом подачи аэродинамических игл навстречу набегающему потоку с возможностью выдвижения каждой из игл на определенную длину для составления специальной конфигурации набора аэродинамических игл, необходимой для совместной их работы по управлению обтеканием гиперзвукового летательного аппарата. Изобретение обеспечивает неизменную координату центра давления гиперзвукового летательного аппарата, снижение силы лобового сопротивления и создание управляющих усилий и моментов для маневрировании в атмосфере. 4 ил.

 

Изобретение относится к ракетной и космической технике. Преимущественная область использования - совершенствование аэродинамических характеристик маневрирующих в атмосфере гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА) на основе управления их обтеканием.

Известны устройства для управления аэродинамическим сопротивлением летательных аппаратов (ЛА) [1], содержащие выдвижные аэродинамические поверхности (закрылки, интерцепторы, аэродинамические юбки и пр.) либо работающие за счет изменения параметров газа в зонах отрыва и содержащие элементы энергомассообмена, реализующие отсос или вдув газа в пограничный слой или зону отрыва. Недостатками указанных устройств являются сложность конструкции, большая дополнительная масса и нестабильность аэродинамических характеристик, снижающая точность и управляемость летательного аппарата.

Наиболее близким к заявленному устройству является устройство для управления аэродинамическим сопротивлением [2], содержащее носовую часть и аэродинамическую иглу, выполненную в виде тонкого цилиндрического стержня с коническим наконечником, снабженное дополнительными аэродинамическими иглами, размещенными в устройстве для хранения и подачи аэродинамических игл, и системой управления. Устройство необходимо для снижения лобового сопротивления аппаратов с указанным устройством, которое обеспечивается образованием зон отрыва, близким к коническим (жидких конусов), давление в которых значительно меньше, чем перед аппаратами без игл.

Существенным недостатком данного устройства является то, что набор дополнительных аэродинамических игл, находящихся в устройстве для их хранения и подачи, и само устройство для хранения и подачи аэродинамических игл существенно утяжеляют конструкцию носовой части летательного аппарата при том, что хранимые дополнительные аэродинамические иглы не принимают участия в работе устройства на протяжении целого участка полета. Также вызывает сомнение заявленное постоянство статической устойчивости гиперзвукового летательного аппарата, так как во время замены прогоревшей аэродинамической иглы на дополнительную носовая часть летательного аппарата некоторый промежуток времени будет оставаться без управляющего устройства.

Целью изобретения является совершенствование аэродинамических характеристик на основе снижения лобового сопротивления и создание управляющих сил и моментов для повышения управляемости гиперзвукового летательного аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для управления обтеканием, содержащее носовую часть и центральную и дополнительные аэродинамические иглы, выполненные в виде тонких цилиндрических стержней, снабжено системой управления и выполненными в носовой части ЛА каналами, предназначенными для хранения и подачи аэродинамических игл, и системой управления. Причем каналы для хранения и подачи аэродинамических игл выполнены в виде цилиндрических каналов. При этом один из каналов расположен на оси симметрии, а остальные - на расстоянии от оси симметрии и равномерно по окружности с центром на оси симметрии, и каждый из каналов снабжен механизмом подачи аэродинамических игл навстречу набегающему потоку с возможностью выдвижения каждой из игл навстречу набегающему потоку для составления конфигурации набора аэродинамических игл, необходимой для совместной их работы по управлению обтеканием ГЛА.

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства с прототипом показывает, что введение в состав устройства набора аэродинамических игл указанной конфигурации, устройства их хранения и подачи, а также системы управления позволяет обеспечить снижение лобового сопротивления носовой части летательного аппарата и повысить управляемость летательного аппарата.

На фиг.1 показан общий вид устройства для управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата.

На фиг.2 показан вид спереди устройства для управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата.

На фиг.3, 4 показаны геометрические характеристики устройства управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата.

Устройство состоит из носовой части 1, вдоль продольной оси которой выполнены направляющие цилиндрические каналы 2, по которым осуществляется выдвижение аэродинамических игл 3, с механизмами их выдвижения 4. В конце носовой части 1 на шпангоутах крепится система управления 5.

Функционирование устройства заключается в следующем. По сигналу от системы управления 5 в соответствии с программой подается напряжение от бортового источника питания ГЛА на механизмы подачи аэродинамических игл 4. Механизмы подачи игл осуществляют выдвижение аэродинамических игл на заданную длину относительно носовой части ЛА и по мере обгорания наконечников игл осуществляют дальнейшее выдвижение игл, сохраняя тем самым их длину неизменной.

Аэродинамические иглы предполагается изготавливать из стеклотекстолита или углепластика [2], скорость уноса материала которых на больших сверхзвуковых скоростях полета составляет приемлемую величину по времени, необходимую для нормального функционирования предлагаемого устройства.

Оценка технической эффективности предлагаемого устройства проведена посредством моделирования условий полета в сверхзвуковой аэродинамической трубе СТ-3 (V=650 м/с (М=4,15)). Были получены экспериментальные данные для различных длин как центральной аэродинамической иглы, так и дополнительных игл, определяющих конфигурацию набора игл устройства управления обтеканием.

Предлагаемая конструктивная схема устройства для управления обтеканием ГЛА может быть использована при разработке и проектировании космических спускаемых аппаратов, осуществляющих планирующий спуск в атмосфере, при разработке и проектировании воздушно-космических самолетов, а также при разработке новых типов элементов боевого оснащения ракет.

Литература

1. Краснов Н.Ф. и др. Аэродинамика отрывных течений: Уч. пособие для ВТУЗов. /Н.Ф.Краснов, В.Н.Кошевой, В.Т.Калугин; Под ред. Н.Ф.Краснова. - М.: Высшая школа, 1988. - 480-482 с.

2. Галкин Н.А., Башкатов И.П., Тугушев Н.Н. Описание изобретения к патенту Российской Федерации: Заявка 96118391/02, 12.09.1996.

Устройство для управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата, содержащее осесимметричную носовую часть, центральную и дополнительные аэродинамические иглы, выполненные в виде тонких цилиндрических стержней, отличающееся тем, что в носовой части выполнены цилиндрические каналы с расположенными в них аэродинамическими иглами, причем один из каналов расположен на оси симметрии, а остальные - на расстоянии от оси симметрии и равномерно по окружности с центром на оси симметрии, и каждый из каналов снабжен механизмом подачи аэродинамических игл навстречу набегающему потоку с возможностью выдвижения каждой из игл для составления конфигурации набора аэродинамических игл, необходимой для совместной их работы по управлению обтеканием гиперзвукового летательного аппарата.