устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата
Классы МПК: | F02K1/38 введение воздуха внутрь реактивной струи |
Автор(ы): | Никитин А.И., Колыхалов Г.А., Котляров В.П., Вялов А.В. |
Патентообладатель(и): | Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет |
Приоритеты: |
подача заявки:
1997-12-25 публикация патента:
27.04.2000 |
Устройство предназначено для газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата. В устройстве газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, содержащем двигатель, канал воздухозаборника, канал выхлопных газов двигателя, рулевую поверхность, удлинительная труба двигателя служит каналом подвода выхлопных газов к рулевой поверхности. Перед последней этот канал выполнен в виде профилированной насадки, при этом к удлинительной трубе организован подвод воздуха с более низкой температурой, чем выхлопные газы двигателя. Устройство работает как на взлетном режиме самолета, так и при крейсерском режиме полета. Такое выполнение устройства позволит повысить его эффективность за счет дополнительного обдува рулевой поверхности, что обусловливает создание подъемной силы, а следовательно, управляющего момента. Кроме того, за счет объединения удлинительной трубы двигателя и канала подвода выхлопных газов к рулевой поверхности достигается снижение веса (массы) рулевой поверхности. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, содержащее двигатель, канал воздухозаборника, канал выхлопных газов двигателя, рулевую поверхность, отличающееся тем, что удлинительная труба двигателя служит каналом подвода выхлопных газов к рулевой поверхности, перед которой этот канал выполнен в виде профилированной насадки, при этом к удлинительной трубе организован подвод воздуха с более низкой температурой, чем выхлопные газы двигателя.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к средствам повышения эффективности рулевой поверхности летательного аппарата (ЛА)Уровень техники заключается в следующем. Известны самолеты (см. А.Н. Глаголев, М.Я. Гольдинов и др. Конструкция самолетов. - М.: Машиностроение, 1975, с.16, рис. 15), например "Ан-22", у которого рули высоты и направления находятся в зоне обдува спутной струей от винтов газотурбинных двигателей. Такое техническое решение обеспечивает несущественное повышение эффективности рулевых поверхностей, и кроме того эффективность рулевых поверхностей горизонтального оперения снижается за счет скоса воздушного потока от крыла. Наиболее близким по технической сущности к заявленному изобретению являются применяемые на ЛА газовые рули, находящиеся в реактивной струе ракетных двигателей (см. В.Н.Новиков, Б.М.Авхимович и др. Основы устройств и конструкции ЛА. - М.: Машиностроение, 1991 г., рис. 2.21, с. 60). В конструкцию газовых рулей входят рулевые поверхности, расположенные симметрично продольной оси ЛА, оси вращения, закрепленные неподвижно на кронштейнах, которые жестко связаны с конструкцией ЛА, и система их управления. Конструкция газовых рулей имеет большую относительную массу и небольшой ресурс эксплуатации. Изобретение направлено на решение задачи повышения эффективности системы управления ЛА, в частности рулевых поверхностей. Технический результат, который может быть получен, заключается в использовании обдува рулевых поверхностей от удлинительной трубы двигателя, которая является каналом для подвода выхлопных газов к рулевой поверхности. Ограничительные признаки: корпус ЛА, шасси, двигатель, выхлопной тракт двигателя, рулевые поверхности Л.А. Отличительные признаки: удлинительная труба двигателя служит каналом подвода выхлопных газов к рулевой поверхности, профилированная насадка, подвод холодного воздуха к удлинительной трубе. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявленного изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в том, что удлинительная труба служит каналом подвода выхлопных газов к рулевой поверхности, что существенно повышает эффективность рулевой поверхности. На фиг. 1 показана компоновка предлагаемого технического решения на летательном аппарате (самолет вертикального взлета и посадки - СВВП). На фиг. 2 приведено предлагаемое устройство при виде сбоку. На фиг. 3 изображено предлагаемое устройство при виде сверху. Устройство включает в себя канал воздухозаборника двигателя 1, двигатель 2 (газотурбинный или внутреннего сгорания), канал выхлопных газов двигателя 3, канал отбора воздуха от компрессора двигателя 4 (если газотурбинный двигатель), воздухозаборник 5 (дополнительный), ось вращения рулевой поверхности 6 (в нашем случае - руля высоты), руль высоты 7, профилированную насадку 8 обдува рулевой поверхности и конструктивные элементы системы управления рулевой поверхности 9. Предлагаемое устройство работает как на взлетном режиме самолета (V
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/8734.gif)
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/8734.gif)
Установим взаимосвязь между параметрами горячего и холодного воздуха и составляющей подъемной силы Уосн, обусловленной скоростным напором, и
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148056/916.gif)
p1,
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148069/961.gif)
Параметры горячего (выхлопных газов двигателя) воздуха:
p2,
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148069/961.gif)
Параметры смеси:
p,
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148069/961.gif)
Исходное уравнение теплового баланса будет иметь вид:
Ср1m1(T-T1)-Ср2m2(T2-T)= Ср3m3T (4)
В (1) - (4) приняты следующие обозначения:
p1, p2 - давление холодного и горячего воздуха соответственно;
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148069/961.gif)
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148069/961.gif)
T1, T2, T - температура воздуха в канале подвода холодного и горячего воздуха и их смеси соответственно;
Ср1, Ср2, Cp - удельная теплоемкость холодного и горячего воздуха и их смеси соответственно;
m1, m2, m3 - секундный расход воздуха через каналы холодного, горячего воздуха и их смеси в профилированной насадке. Допуская, что Cp= Ср1=Ср2 (5)
получим:
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/2148179-2t.gif)
Поскольку T>T1, T2>Т, то выражение (6) всегда положительно, тогда
m2>m1. (7)
Следовательно, масса холодного воздуха, поступающего через воздухозаборник, будет больше массы выхлопных газов двигательной установки. Выражение (6) при известном Т, T1, T3 и скорости полета Vл.а, позволяет получить потребную площадь воздухозаборника поперечного сечения Sвозд воздухозаборника для рассматриваемого устройства газодинамического обдува из известного выражения:
m2=
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148069/961.gif)
где
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148069/961.gif)
V - скорость воздушного потока;
Sвозд = S - площадь поперечного сечения воздушного потока. Произведем оценку значений увеличения подъемной силы на рулевой поверхности за счет применения системы газодинамического обдува. Подъемная сила, возникающая на рулевой поверхности У, будет складываться из составляющей Уосн, обусловленной скоростным напором, и составляющей
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148056/916.gif)
У=Уосн+
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148056/916.gif)
или
Cy=Cy осн+
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148056/916.gif)
где Cy осн - коэффициент подъемной силы рулевой поверхности при скорости набегающего потока V
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/8734.gif)
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148056/916.gif)
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/2148179-3t.gif)
Умножая вторую составляющую в выражении (II) на
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/2148179-4t.gif)
получим
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/2148179-5t.gif)
Из выражений (10), (12) и (13) следует, что:
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/2148179-6t.gif)
В формулах (11)-(14), через V, Vc, S и So соответственно обозначены:
Vc - скорость обдува рулевой поверхности из системы газодинамического обдува;
V = V
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/8734.gif)
S = Sр.п - площадь рулевой поверхности;
So - площадь рулевой поверхности, обслуживаемая струйным обдувом из системы газодинамического обдува. Полученные зависимости (6) и (14) позволяют, в итоге, оценивать потребные величины секундного расхода горячего воздуха, площадь воздухозаборника Sвозд, а также коэффициент подъемной силы Cy (см. (14)), при известных So, S, Vc и V
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/8734.gif)
В качестве примера определим, каково должно быть соотношение между m1 и m2 при применении на ЛА газотурбинного двигателя типа ГТД-350, у которого T2= 800 K. Приняв T1=300 K и T = 330 К, получим (см. (6)) следующее соотношение для секундных расходов воздуха:
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/2148179-7t.gif)
В формуле (14) S, V
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/8734.gif)
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/8734.gif)
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/8800.gif)
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148179/8734.gif)
![устройство газодинамического обдува рулевой поверхности летательного аппарата, патент № 2148179](/images/patents/323/2148056/916.gif)
Класс F02K1/38 введение воздуха внутрь реактивной струи