способ и устройство для изменения подъемной силы

Формула изобретения

1. Способ изменения подъемной силы для тела в потоке текучей среды, при котором воздействуют на поток посредством одного или более отстоящих друг от друга элементов, выдвигающихся из обтекаемой потоком поверхности тела, отличающийся тем, что выдвигающиеся элементы выполняют в виде гибких лент.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве тела используют крыло самолета.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют множество гибких элементов, установленных на части обтекаемой потоком поверхности.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что гибкий элемент жестко прикрепляют к концу штока, посредством которого гибкий элемент выдвигают на заданное расстояние над упомянутой обтекаемой потоком поверхностью.

5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что измеряют состояние обтекания потоком поверхности с использованием датчиков.

6. Устройство для изменения подъемной силы для тела в потоке текучей среды, содержащее один или более элементов, выдвигающихся из обтекаемой потоком поверхности тела, отличающееся тем, что упомянутые выдвигающиеся элементы выполнены в виде гибких лент.

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что оно представляет собой устройство для изменения подъемной силы крыла самолета.

8. Устройство по п.6, отличающееся тем, что множество гибких элементов установлено на части обтекаемой потоком поверхности.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что гибкий элемент жестко прикреплен к концу штока, установленного под обтекаемой потоком поверхностью, посредством которого гибкий элемент выдвигается на заданное расстояние над упомянутой обтекаемой потоком поверхностью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к транспортной технике и может быть использовано в устройствах для управления изменением подъемной силы для тела в потоке текучей среды.

За прототип выбран способ, согласно которому увеличение подъемной силы и управление аэродинамическими характеристиками крыла осуществляют с использованием нескольких выдвигающихся жестких стержней, установленных внутри области отрыва потока, вдоль всего размаха крыла параллельно передней кромке крыла на линии растекания трехмерного возвратного течения (см. российский патент №2128601).

Указанный способ управления срывом потока и, тем самым, подъемной силой основан на результатах экспериментальных исследований картины течения при срыве потока, которые показали, что, например, над крылом в области срыва потока возникают два крупномасштабных вихря, вращающихся в противоположные стороны в плоскости крыла, под влиянием которых поток на поверхности крыла движется от задней кромки крыла к передней, а затем растекается по линии растекания от центра к краям крыла. Элементы, являющиеся дифференцированно выдвигаемыми и установленные на этой линии растекания, вносят дополнительные возмущения в течении в зависимости от их количества и позволяют добиться присоединения потока как на части, так и на всей аэродинамической поверхности.

Недостатком прототипа является то, что указанные элементы выполняются жесткими и устанавливаются исключительно на заранее определенной линии растекания трехмерного возвратного течения.

При этом жесткость выступающих элементов, использованных в прототипе, оказывает воздействие на материал поверхности тела и, кроме того, увеличивает лобовое аэродинамическое сопротивление всей конструкции.

В то же время, согласно теореме Жуковского, величина подъемной силы пропорциональна плотности среды, скорости потока и циркуляции скорости потока.

На фиг.1 показано обтекание профиля крыла самолета (Y - подъемная сила крыла). При этом скорость потока на нижней поверхности аэродинамического тела меньше скорости потока на верхней поверхности аэродинамического тела (V _н<V_в), а давление на нижней поверхности аэродинамического тела больше давления на верхней поверхности аэродинамического тела (p_н>p _в). Подъемная сила выражается следующим соотношением:

где Y - подъемная сила крыла;

c _y - безразмерный коэффициент подъемной силы, зависящий, в общем случае, от формы тела, его ориентации в среде и чисел Рейнольдса Re и Маха М;

- плотность среды;

S - величина характерной для тела площади (например, площади крыла в плане);

v - скорость набегающего потока.

Значение c_y определяют теоретическим расчетом или экспериментально. Так, согласно теории Жуковского, для крыла в плоскопараллельном потоке при небольших углах атаки

где m - коэффициент, зависящий от формы профиля крыла, например для тонкой слабо изогнутой пластины m=p;

а - угол атаки (угол между направлением скорости набегающего потока и хордой крыла);

а₀ - угол нулевой подъемной силы.

Таким образом, любое изменение формы тела, в том числе и за счет гибких выдвигающихся элементов, приводит к изменению подъемной силы.

Технической задачей настоящего изобретения стало создание способа и устройства для изменения величины подъемной силы и для управления динамическими характеристиками тела в потоке текучей среды.

Упомянутая техническая задача решается посредством того, что согласно способу изменения подъемной силы для тела в потоке текучей среды, при котором воздействуют на поток посредством одного или более отстоящих друг от друга элементов, выдвигающихся из обтекаемой потоком поверхности тела, выдвигающиеся элементы выполняют гибкими.

Предпочтительно, по меньшей мере, один гибкий элемент выполняют с круглым поперечным сечением. Как вариант, по меньшей мере, один гибкий элемент выполняют с многоугольным поперечным сечением. При этом, по меньшей мере, один гибкий элемент может быть выполнен в виде гибкой ленты.

Преимущественно, тело представляет собой крыло самолета.

Предпочтительно, используют множество гибких элементов, установленных на всей обтекаемой потоком поверхности. Как вариант, используют множество гибких элементов, установленных на части обтекаемой потоком поверхности. При этом гибкий элемент жестко прикрепляют к концу штока, посредством которого гибкий элемент выдвигают на заданное расстояние над упомянутой обтекаемой потоком поверхностью.

Предпочтительно, измерение состояния обтекания потоком поверхности осуществляют с использованием датчиков.

Упомянутая техническая задача также достигается посредством создания устройства для изменения подъемной силы для тела в потоке текучей среды, которое согласно изобретению содержит один или более элементов, выдвигающихся из обтекаемой потоком поверхности тела, причем упомянутые выдвигающиеся элементы выполнены гибкими.

Предпочтительно, поперечное сечение, по меньшей мере, одного выдвигающегося гибкого элемента является круглым. Как вариант, поперечное сечение, по меньшей мере, одного выдвигающегося гибкого элемента является многоугольным. При этом, по меньшей мере, один гибкий элемент может представлять собой гибкую ленту.

Преимущественно, устройство представляет собой устройство для изменения подъемной силы крыла самолета.

Предпочтительно, множество гибких элементов установлено на всей обтекаемой потоком поверхности. Как вариант, множество гибких элементов установлено на части обтекаемой потоком поверхности. При этом гибкий элемент может быть жестко прикреплен к концу штока, установленного под обтекаемой потоком поверхностью, посредством которого гибкий элемент выдвигается на заданное расстояние над упомянутой обтекаемой потоком поверхностью.

Указанные признаки не выявлены в других технических решениях при изучении уровня данной области техники и, следовательно, решение является новым и имеет изобретательский уровень.

Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - схема обтекания профиля аэродинамической поверхности; и

Фиг.2 - схематичный вид одного из вариантов воплощения настоящего изобретения.

В соответствии со способом согласно настоящему изобретению, который предназначен для изменения подъемной силы для тела в потоке текучей среды, на поток непосредственно воздействуют одним или более отстоящих друг от друга выдвигающихся элементов 1 (см. фиг.2), которые выступают из обтекаемой поверхности 2 аэродинамического тела и выполнены гибкими. При этом поперечное сечение гибких элементов 1 может иметь любую подходящую форму, например, оно может быть выполнено с круглым поперечным сечением или с многоугольным поперечным сечением. При необходимости, гибкие элементы 1 могут быть выполнены в виде гибкой ленты, выпускаемой на заданное расстояние от аэродинамической поверхности 2. В конкретном варианте воплощения изобретения телом является крыло самолета.

В другом предпочтительном варианте воплощения множество гибких элементов 1 установлено на всей обтекаемой потоком поверхности 2. При этом они могут отстоять друг от друга на равные расстояния. В другом варианте воплощения множество гибких элементов 1 установлено только на заданных частях обтекаемой потоком поверхности 2.

Одним из возможных устройств для выдвижения гибких элементов может являться двигающийся в пазе 3 шток 4, к концу которого прикреплен гибкий элемент. При этом паз 3 совпадает по форме с выдвигаемым гибким элементом и позволяет ему плавно выдвигаться над поверхностью 2 тела.

При этом можно выполнять измерение состояния обтекания потоком поверхности с использованием любых известных в данной области техники подходящих датчиков.

Устройство для изменения подъемной силы для тела в потоке текучей среды согласно изобретению содержит один или более выдвигающихся гибких элементов 1. Гибкие элементы 1, как уже отмечалось, имеют любое подходящее поперечное сечение, например круглое или многоугольное.

Согласно одному предпочтительному варианту воплощения изобретения устройство для изменения подъемной силы представляет собой устройство для изменения подъемной силы крыла самолета.

Как уже говорилось, множество гибких элементов 1 может быть выполнено либо на всей обтекаемой потоком поверхности 2, либо на части обтекаемой потоком поверхности.

В устройстве согласно изобретению для выдвижения гибких элементов 1 может использоваться перемещающийся в пазе 3 шток 4, к концу которого прикреплен гибкий элемент 1. При этом паз 3 совпадает по форме с выдвигаемым гибким элементом 1 и позволяет ему плавно выдвигаться над поверхностью тела.

Хотя устройство и способ согласно настоящему изобретению описаны в виде предпочтительных вариантов осуществления, специалистам в данной области техники будет очевидно множество изменений и модификаций, входящих в объем настоящего изобретения.