устройство для управления аэродинамическим сопротивлением гиперзвуковых летательных аппаратов

Формула изобретения

Устройство для управления аэродинамическим сопротивлением гиперзвуковых летательных аппаратов, содержащее носовую часть и аэродинамическую иглу в виде тонкого цилиндрического стержня с коническим наконечником, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительными аэродинамическими иглами, размещенными в устройстве для хранения и подачи аэродинамических игл, и системой управления, причем устройство для хранения и подачи аэродинамических игл выполнено в виде неподвижного цилиндрического герметичного корпуса с размещенными в нем емкостью для сжатого газа, соединенной через клапан с подающим каналом, конец которого присоединен к направляющему каналу и снабжен датчиком положения аэродинамической иглы, и параллельными оси подающего канала каналами с размещенными в них аэродинамическими иглами, закрытыми крышками, снабженными запирающими устройствами и через клапаны соединенными с емкостью для сжатого газа, причем система управления соединена с клапанами, запирающими устройствами и датчиком положения аэродинамической иглы, а направляющий канал выполнен в носовой части летательного аппарата вдоль ее продольной оси.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области ракетной и космической техники. Преимущественная область использования - регулирование аэродинамического сопротивления маневрирующих в атмосфере гиперзвуковых летательных аппаратов.

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

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. Снижение лобового сопротивления аппаратов с указанным устройством обеспечивается образованием зон отрыва, близких к коническим (жидких конусов), давление в которых значительно меньше, чем перед аппаратами без игл.

Существенным недостатком указанного устройства является нестабильность аэродинамических характеристик летательного аппарата, в частности положения центра давления аппарата, являющаяся следствием теплового разрушения (обгара) конического наконечника иглы при движении в атмосфере и, соответственно, изменения длины аэродинамической иглы, что приводит к изменению статической устойчивости летательного аппарата.

Целью изобретения является повышение статической устойчивости гиперзвукового летательного аппарата.

Поставленная цель достигается тем, что известное устройство для управления аэродинамическим сопротивлением, содержащее носовую часть и аэродинамическую иглу в виде тонкого цилиндрического стержня с коническим наконечником, снабжено дополнительными аэродинамическими иглами, размещенными в устройстве для хранения и подачи аэродинамических игл, и системой управления, причем устройство для хранения и подачи аэродинамических игл выполнено в виде неподвижного цилиндрического герметичного корпуса с размещенными в нем емкостью для сжатого газа, соединенной через клапан с подающим каналом, конец которого присоединен к направляющему каналу и снабжен датчиком положения аэродинамической иглы, и параллельными оси подающего канала каналами с размещенными в них аэродинамическими иглами, закрытых крышками, снабженных запирающими устройствами и через клапаны соединенных с емкостью для сжатого газа, причем система управления соединена с клапанами, запирающими устройствами и датчиком положения аэродинамической иглы, а направляющий канал выполнен в носовой части летательного аппарата вдоль ее продольной оси.

Сопоставительный анализ предлагаемого устройства с прототипом показывает, что введение в состав устройства дополнительного количества аэродинамических игл, устройства их хранения и подачи, а также системы управления позволяет обеспечить постоянство длины выдвинутой части аэродинамической иглы, что дает возможность в процессе полета ГЛА в атмосфере сохранить постоянным положение аэродинамического центра давления аппарата несмотря на обгар иглы за счет теплового воздействия и, тем самым, повысить его статическую устойчивость.

На фиг. 1 показан общий вид устройства для управления аэродинамическим сопротивлением летательного аппарата.

На фиг. 2 показана конструкция устройства для хранения и подачи аэродинамических игл.

На фиг. 3 показано сечение по А-А фиг. 2.

Устройство состоит из носовой части 1, вдоль продольной оси которой выполнен направляющий канал 2, по которому осуществляется выдвижение аэродинамических игл 3. В передней части корпуса ГЛА перед носовой частью 1 на шпангоутах крепится устройство для хранения и подачи аэродинамических игл 4, к которому подсоединен направляющий канал 2. Работу устройства для управления аэродинамическим сопротивлением осуществляет система управления 5, установленная за устройством 4.

Устройство 4 состоит из неподвижного герметичного корпуса 6 цилиндрической формы, в котором размещаются подающий канал 7, емкость для сжатого газа 8 и каналы 9, закрытые крышками 10 и снабженные запирающими устройствами 11. Продольные оси каналов 9 параллельны продольной оси ГЛА. В них размещаются аэродинамические иглы 3. Подающий канал 7 с одной стороны соединен через клапан 12 с емкостью для сжатого газа 8, а с другой стороны с направляющим каналом 2. Конец подающего канала 7 снабжен датчиком положения 13 аэродинамической иглы 3. Каналы 9 через клапаны 14 соединены с емкостью для сжатого газа 8.

Функционирование устройства заключается в следующем. По сигналу от системы управления 5 в соответствии с программой подается напряжение от бортового источника питания ГЛА на клапан 14 одного из каналов 9. Одновременно срабатывает запирающее устройство 11 этого канала. Аэродинамическая игла 3, находящаяся в выбранном канале 9, под действием давления сжатого газа из емкости 8 проталкивается в подающий канал 7. После этого клапан 14 и запирающее устройство 11 канала 9 срабатывают и запирают его, предотвращая попадание второй иглы в канал 7. Далее срабатывает клапан 12 и под давлением газа из емкости 8 аэродинамическая игла 3 начинает двигаться по направляющему каналу 2, поджимая находящуюся там уже иглу 3, обеспечивая тем самым постоянство длины выдвинутой наружу части аэродинамической иглы 3. По мере обгара наконечника иглы движение по направляющему каналу 2 второй иглы продолжается. При полном выдвижении аэродинамической иглы 3 из подающего канала 7 срабатывает датчик положения 13, фиксирующий момент прохождения конца иглы 3 на выходе из канала 7. Клапан 12 закрывается, срабатывают клапан 14 и запирающее устройство 11 очередного программно выбранного канала 9 и следующая игла 3 проталкивается в подающий канал 7. Цикл повторяется. Предполагается, что длина иглы 3 равна длине направляющего канала 2 с выдвинутым наконечником. Программная последовательность включения запирающих устройств 11 каналов 9 обеспечивает поддержание общего центра масс в районе продольной оси ГЛА, что является необходимым условием обеспечения статической устойчивости, исключающим создание эксцентриситета центра масс.

Оценка технической эффективности предлагаемого устройства проведена для случая движения ГЛА на высоте h=30 км со скоростью V=4500 м/с (М=15). Сравнивалось два материала (стеклотекстолит и углепластик), из которых изготавливались аэродинамические иглы. Длина иглы принималась равной l_и=0.3 м. С учетом того, что общее количество игл в устройстве для хранения и подачи составляет n=8, общая длина аэродинамической иглы равна L=2.4 м. При известных характеристиках материалов и параметрах атмосферы на данной высоте рассчитана скорость уноса поверхности аэродинамической иглы. Для стеклотекстолита она составила W=5.810^-4 м/с, для углепластика - W=7.310^-4 м/с. При общей длине иглы L=2.4 м время работы устройства составляет соответственно t_с=4140 с (для стеклотекстолита) и t_у=3287 с (для углепластика), что обеспечивает стабильное положение центра аэродинамического давления ГЛА во время длительного движения в атмосфере.

Предлагаемая конструктивная схема устройства для управления аэродинамическим сопротивлением ГЛА может быть использована при разработке и проектировании космических спускаемых аппаратов, осуществляющих планирующий спуск в атмосфере, 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 с.

2. Основы прикладной аэрогазадинамики. В 2-х кн. Кн.2. Обтекание тел вязкой жидкостью. Рулевые устройства: Уч. пособие для втузов /Н.Ф.Краснов, В. Н. Кошевой, В. Ф. Захарченко и др.; Под ред. Н.Ф.Краснова. - М.: Высшая школа, 1991, с. 176...180 - прототип.