Подвеска, автостабилизирующая мягкое привязное крыло (варианты)

Группа изобретений относится к области авиации. В первом варианте подвеска полого мягкого привязного крыла оснащена балансировочным грузом, который продет через направляющую, закрепленную между узлами крепления строп так, что может скользить по ней. К балансировочному грузу прикреплены концы управляющих строп. Во втором варианте подвеска полого мягкого крыла оснащена петлями подцепки подвесной системы внизу и свободными концами с петлями крепления строп вверху. На среднем свободном конце подвески установлен полиспастный механизм, соединенный с задним свободным концом так, что при втягивании заднего свободного конца в полиспастный механизм средний свободный конец за счет работы полиспаста удлиняется. В третьем варианте подвеска полого мягкого привязного крыла имеет буксировочный поводок, звено передачи усилия от буксировочного поводка к петлям подцепки подвесной системы, а также полиспастный механизм акселератора. Звено передачи усилия от буксировочного поводка к петлям подцепки подвесной системы выполнено жестким и имеет форму, близкую к дуге окружности с центром, лежащим сзади и сверху от центра тяжести полезной нагрузки. На жестком звене подвижно установлена направляющая с узлом крепления буксировочного поводка. Концы строп полиспастного механизма акселератора закреплены на буксировочном поводке. Группа изобретений направлена на уменьшение усилий для управления крылом. 3 н.п. ф-лы, 8 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение.

Транспортирование. Летательные аппараты тяжелее воздуха. Ветряные двигатели.

Уровень техники.

Известны попытки использования крыла со стропной подвеской в качестве парусного или поддерживающего привязного средства. Эти попытки выявили неустойчивость крыла данного типа на вертикали, проявляющуюся в заваливании крыла набок относительно точки наземного крепления при воздействии случайных порывов ветра или перемещении наземной точки подвески. Связано это с тем, что для крыла со стропной подвеской рястягивающие силы (аэродинамическая и реакции троса) действуют не по вертикали, как это происходит в случае свободнолетающего крыла с подвешенным к стропам грузом, а вдоль привязного троса. Как следствие, при отклонении от вертикали троса отклоняется от вертикали и аэродинамическая сила, так что возвращающий к вертикали момент отсутствует. Некоторую устойчивость привязной системе придает вес троса в случае его провисания, однако этот эффект при натяжении троса, то есть в рабочем режиме, исчезает.

Для борьбы с описанным явлением купол крыла оснащали противовесами. Ближайшим аналогом является решение, описанное в патенте US 2007/0120004 А1, сутью которого является стабилизирующий противовес, прикрепленный стропами к задней кромке привязного крыла. Однако для реализуемости данного решения требуется противовес достаточно большой массы, кроме того, его незакрепленность и удаленность от линии натяжения системы может приводить к колебаниям противовеса относительно крыла и троса большой амплитуды.

В случае если привязное крыло несет массивную полезную нагрузку, сама эта нагрузка может служить балансирным грузом. В этом случае оказывается удобнее управлять крылом не по задней, а по передней кромке. Изменение установочного угла по передней кромке при буксировке обеспечивает известная конструкция буксировочных концов параплана с разгонником, использующаяся, в частности, фирмой Nova (http://www.nova-wings.com/download/files/manschl.pdf), заставляющая опускаться переднюю кромку крыла во время буксировки путем укорочения передних свободных концов подвески крыла через полиспастный механизм акселератора. Однако данная конструкция уменьшает угол атаки обеих консолей крыла одновременно и не меняет этот угол при отклонении вектора тяги от направления скорости буксируемого аппарата.

Раскрытие изобретения.

Настоящим решением предлагается для крыла без массивной полезной нагрузки использовать противовес не в качестве силового, а в качестве информационного стабилизирующего устройства. При этом противовес выполняет функции следящей системы, отслеживающей вертикаль, и при отклонении от этой вертикали создает пропорциональную величине отклонения от нее аэродинамическую ассиметрию крыла, приводящую к торможению набегающей на трос консоли крыла или уменьшению аэродинамического сопротивления удаляющейся от троса консоли.

Предлагаемое решение представляет собой представленное на Фиг.1 и Фиг.2 полое мягкое привязное крыло на стропной подвеске, оснащенное балансировочным грузом, отличающееся тем, что балансировочный груз 1 продет через гибкую или жесткую направляющую 2, закрепленную между узлами крепления строп к вилке удерживающего троса 5, так, что может скользить по ней. К балансировочному грузу прикреплены концы управляющих строп 3, прокинутые через направляющие блоки 4.

При наклоне такой конструкции балансировочный груз смещается по направляющей в сторону наклона, подтягивая управляющую стропу приподнятой консоли. Отогнутая управляющей стропой задняя кромка приподнятой консоли приводит к торможению приподнятой консоли и развороту крыла относительно удерживающего троса вплоть до выравнивания направляющей, а вместе с ней и крыла относительно линии горизонта.

Для уменьшения усилия, необходимого для придания крылу заданной асимметрии, можно использовать свободные концы с компенсацией управляющего усилия, базирующихся на известной конструктивной схеме свободных концов с программируемым укорачиванием рядов посредством полиспастного механизма, описанной, например, в патенте DE 10061175 A1.

Свободные концы с компенсацией управляющего усилия, представленные на Фиг.3, Фиг.4 и Фиг.5, состоящие из свободных концов с петлями подцепки подвесной системы 6 внизу и петлями крепления строп 7 вверху, отличаются тем, что на среднем свободном конце 10 установлен полиспастный механизм 8, имеющий один или несколько блоков, и соединенный с задним свободным концом 9 так, что при втягивании заднего свободного конца в полиспастный механизм средний свободный конец 10 за счет работы полиспаста удлиняется.

В показанных на Фиг.3, Фиг.4 и Фиг.5 кинематических схемах клевантные стропы пробрасываются через петли крепления строп задних свободных концов и крепятся к петлям крепления строп средних свободных концов, что позволяет сохранять форму профиля задней отклоняемой поверхности крыла при его изгибе, не мешая работе клевант. В местах проброса клевантных строп через петли крепления строп задних свободных концов для снижения трения можно устанавливать роликовые блочки и пробрасывать клевантные стропы через них.

Свободные концы с компенсацией управляющего усилия позволяют с меньшими энергетическими затратами изменять режим тяги мягкого привязного крыла - летающего паруса, используемого в качестве движителя судов и других транспортных средств, а также в качестве лопасти ветрогенератора. В первом случае в режиме высокой тяги крыло на высокой скорости описывает восьмерки поперек потока, в режиме средней тяги - с максимально изогнутым профилем центрируется по потоку, в режиме малой тяги - с распрямленным профилем центрируется по потоку, в режиме удержания при малом ветре профиль крыла принудительно циклически распрямляется и изгибается, получая при этом дополнительную пропульсивную тягу. Во втором случае привязные крылья могут, к примеру, крепиться на тросах к движущемуся по подвесной дороге замкнутому тяговому тросу, в свою очередь, передающему движение, генератору. Тогда на убегающем по ветру участке подвесной дороги выгодно заставить привязные крылья совершать быстрые движения поперек потока (описывать восьмерки или круги при использовании вертлюгов), а на набегающем на ветер участке - заставить крылья медленно двигаться вдоль тягового троса.

Свободные концы с компенсацией управляющего усилия могут оказаться полезными не только на привязных, но и на свободнолетающих летательных аппаратах с мягким крылом, поскольку необходимость в изменении кривизны профиля крыла для поворота, изменения высоты и скорости полета присутствует и в том, и в другом случае. С помощью свободных концов с компенсацией управляющего усилия можно уменьшить потребную мощность приводов управления, в том числе в системах посадки космических спускаемых аппаратов и в системах десантирования на базе планирующих парашютов с мягким крылом.

При оснащении пилотируемого аппарата свободными концами данного типа управление им может осуществляется, помимо подтягивания клевант, также подтягиванием задних свободных концов 9 ручками 11. При оснащении ручек 11 зажимами, прижимающими задний свободный конец к среднему при отпущенных ручках, можно фиксировать необходимую кривизну крыла без поддерживающих усилий пилота.

Для стабилизации привязного крыла с балансировочным грузом в показанных местах крепления ручек прикрепляются концы управляющих строп, а к петлям подцепки подвесной системы 6 прикрепляется вилка удерживающего троса.

Трансформация усилия в полиспастном механизме обеспечивает компенсацию вытягивающего полиспаст усилия от передней части крыла стягивающим полиспаст усилием от задней части крыла. Выбором координаты крепления на профиле строп, соединенных со средним свободным концом (ближе к носку профиля или дальше от него), подбором количества блоков полиспастного механизма и креплением строп законцовок крыла ("ушей") к тем или иным рядам свободных концов можно добиться малого превышения стягивающего полиспаст усилия над растягивающим, обеспечив тем самым устойчивость формы профиля крыла совместно с малым усилием на увеличение его кривизны.

При этом укорачиванием концов управляющих строп привязного крыла будет возможно регулировать кривизну его профиля, а значит, режим тяги, например радиокомандами с земли воздействуя на механизм подмотки управляющих строп, размещенный в балансирном грузе. Питание этого механизма можно обеспечить, например, от мини-ветрогенератора, установленного на балансирном грузе. В случае оснащения механизма подмотки управляющих строп упругим кинематическим звеном появляется возможность демпфирования крылом порывов ветра путем уменьшения кривизны своего профиля при усилении ветра и увеличения кривизны профиля при его ослаблении.

При подводе к привязному крылу описанной конструкции дополнительной энергии путем периодического натяжения и ослабления удерживающего троса колебания натяжения троса будут приводить к колебанию крыла с синхронными колебаниями его кривизны. Это может привести к увеличению тяги и подъемной силы привязного крыла.

В случае если привязное крыло несет массивную полезную нагрузку и управляется по углу атаки укорочением передних рядов, обеспечить дифференциальное управление длиной передних рядов может конструкция, показанная на Фиг.6, Фиг.7 и Фиг.8, имеющая буксировочный поводок с механизмом расцепки 12, звено передачи усилия от буксировочного поводка к петлям подцепки подвесной системы 13 и строп полиспастного механизма акселератора 14, вытянутых примерно на половину хода акселератора при натянутом буксировочном поводке, отличающаяся тем, что звено передачи усилия от буксировочного поводка к петлям подцепки подвесной системы выполнено жестким и имеет форму, близкую к дуге окружности с центром, лежащим сзади и сверху от центра тяжести полезной нагрузки. На этом жестком звене установлена роликовая направляющая 15 с узлом крепления буксировочного поводка 16. Роликовая направляющая имеет возможность перекатываться по жесткому звену, увлекая за собой концы строп полиспастного механизма акселератора так, что стропа с одного конца подтягивается, а с другого - отпускается.

Предлагаемая конструкция приводит к такой реакции подвески, как будто буксировочный поводок закреплен в мнимой точке, являющейся центром дуги образующей жесткого звена передачи усилия от буксировочного поводка к петлям подцепки. Данная реакция проявляется в том, что буксируемая система меньше стремится изменить направление своего движения под действием изменившегося направления действия буксирующего троса и легче сохраняет вертикаль под действием груза, подвешенного к петлям подцепки подвесной системы. При этом изменившееся направление действия буксирующего троса приводит к перекатыванию роликовой направляющей в сторону набегающей на трос консоли крыла, прослаблению стропы полиспастного механизма акселератора на стороне набегающей на трос консоли крыла, что, в свою очередь, приводит к увеличению угла атаки этой консоли, ее приподнятию и торможению. На удаляющейся консоли происходит обратная картина, ее угол атаки уменьшается, она опускается и ускоряется. Описанный процесс приводит к довороту буксируемой системы на трос с сохранением ее устойчивости относительно горизонта.

Подвеска с жестким дугообразным звеном передачи усилия от буксировочного поводка к петлям подцепки подвесной системы и подвижной направляющей поводка может оказаться полезной, например, при буксировке планирующих летательных аппаратов с мягким крылом на высоту отцепки с помощью наземной лебедки. Уменьшение угла атаки при буксировке и автоматический доворот крыла на трос могли бы уменьшить эксплуатационные нагрузки на крыло и увеличить безопасность буксировки.

Краткое описание чертежей.

На фигурах 1, 2 изображены:

1 - балансировочный груз;

2 - гибкая или жесткая направляющая;

3 - концы управляющих строп;

4 - направляющие блоки;

5 - удерживающий трос.

На фигурах 3, 4, 5 изображены:

6 - петли подцепки подвесной системы;

7 - петли крепления строп;

8 - полиспастный механизм;

9 - задний свободный конец;

10 - средний свободный конец;

11 - ручки.

На фигурах 6, 7, 8 изображены:

12 - буксировочный поводок с механизмом расцепки;

13 - звено передачи усилия от буксировочного поводка к петлям подцепки подвесной системы;

14 - стропы полиспастного механизма акселератора;

15 - роликовая направляющая;

16 - узел крепления буксировочного поводка.

1. Подвеска полого мягкого привязного крыла, оснащенная балансировочным грузом, отличающаяся тем, что балансировочный груз продет через направляющую, закрепленную между узлами крепления строп так, что может скользить по ней, при этом к балансировочному грузу прикреплены концы управляющих строп.

2. Подвеска полого мягкого крыла с петлями подцепки подвесной системы внизу, а также свободными концами с петлями крепления строп вверху, отличающаяся тем, что на ее среднем свободном конце установлен полиспастный механизм, соединенный с задним свободным концом так, что при втягивании заднего свободного конца в полиспастный механизм средний свободный конец за счет работы полиспаста удлиняется.

3. Подвеска полого мягкого привязного крыла, имеющая буксировочный поводок, звено передачи усилия от буксировочного поводка к петлям подцепки подвесной системы, а также полиспастный механизм акселератора, отличающаяся тем, что звено передачи усилия от буксировочного поводка к петлям подцепки подвесной системы выполнено жестким и имеет форму, близкую к дуге окружности с центром, лежащим сзади и сверху от центра тяжести полезной нагрузки, при этом на жестком звене подвижно установлена направляющая с узлом крепления буксировочного поводка, а концы строп полиспастного механизма акселератора закреплены на буксировочном поводке.