ОРГАН УПРАВЛЕНИЯ ПОЛЕТОМ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AIRCRAFT FLIGHT CONTROLLER

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности, к органам управления полетом летательных аппаратов, включающим рули управления.
Основными параметрами рулей, используемых для управления полетом летательных аппаратов, являются эффективность, определяемая приращением коэффициентов моментов при полном отклонении рулей от нейтрального положения, и шарнирный момент, то есть момент относительно оси вращения руля, возникающий из-за воздействия на руль воздушного потока (см. Микеладзе В.Г., Титов В.М. Основные геометрические и аэродинамические характеристики самолетов и ракет. Справочник. М., Машиностроение, 1982, с. 136 и 126). Увеличение эффективности рулей приводит к улучшению управляемости летательного аппарата, а уменьшение шарнирного момента к уменьшению веса конструкции и мощности бустеров рулей (бустер и бустерное управление - см. Энциклопедия Авиация. М., Большая Российская Энциклопедия, 1994, с. 124).
Высокая эффективность особенно важна для рулей направления самолетов с двигателями, расположенными на консолях крыла, при несимметричном отказе двигателей. В этом случае для безопасного завершения полета высокая эффективность руля направления необходима для парирования большого момента рыскания.
Известен руль управления полетом летательного аппарата, состоящий из одной подвижной поверхности, установленной в хвостовой части аэродинамической поверхности, для уменьшения шарнирного момента которого используется осевая аэродинамическая компенсация, представляющая собой часть руля, расположенную впереди его оси вращения вдоль всего размаха руля (см. Энциклопедия Авиация. М., Большая Российская Энциклопедия, 1994, с. 490 и 76).
Недостатком такого руля является его невысокая эффективность, обусловленная ограничением на углы отклонения, при превышении которых происходит срыв потока с осевой компенсации, в результате чего теряется эффективность руля и возрастает шарнирный момент.
Известен орган управления полетом летательного аппарата, содержащий аэродинамическую поверхность, руль (элерон) с носовой частью, расположенной с возможностью аэродинамической компенсации, дефлектор, расположенный с возможностью выдвижения в поток (патент US №2403770, МПК В64С 9/00 от 09.07.1946). В органе управления на нижней поверхности носовой части элерона расположен дефлектор, выступающий в поток при отклонении элерона вверх. При этом ось вращения элерона смещена к его верхней поверхности и соединена с верхней поверхность крыла с использованием герметичной заслонки, исключающей перетекание потока между аэродинамической поверхностью и элероном.
Недостатком данного технического решения является возможность его применения только при отклонении руля (элерона) в одну сторону и ограниченные размеры дефлектора, обусловленные его размещением на руле.
По техническим признакам прототипом предлагаемого органа управления является орган управления, содержащий аэродинамическую поверхность, руль и дефлектор (патент US №2403770, МПК В64С 9/00 от 09.07.1946).
Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение эффективности руля с осевой аэродинамической компенсацией при небольшой мощности бустера руля или при безбустерном управлении.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в органе управления полетом летательного аппарата, содержащем аэродинамическую поверхность, руль с осевой аэродинамической компенсацией и как минимум один дефлектор, ось поворота руля находится внутри него с возможностью отклонения руля на положительные и отрицательные углы, междуаэродинамической поверхностью и рулем образована сквозная щель, дефлектор связан с аэродинамической поверхностью таким образом, что его пространственное положение задается относительно нее при установке вдоль нее рядом с ее задней частью, а передняя кромка дефлектора находится впереди щели.
При этом дефлектор может быть установлен неподвижно, а может перемещаться и поворачиваться относительно аэродинамической поверхности в зависимости от угла отклонения руля.
Орган управления может содержать дефлекторы с разных сторон от аэродинамической поверхности.
В органе управления аэродинамическая поверхность может быть выполнена как минимум с одной нишей для размещения дефлектора.
Кроме того, ось поворота руля расположена на 20-35% хорды руля, максимальный угол отклонения руля составляет 25-35°, а зазор в щели между аэродинамической поверхностью и носовой частью отклоненного на максимальный угол руля находится в диапазоне от 0.5% до 2% местных хорд сечений аэродинамической поверхности с неотклоненным рулем.
На фиг. 1 приведен профиль поперечного сечения хвостовой части аэродинамической поверхности с неотклоненным рулем с осевой аэродинамической компенсацией.
На фиг. 2 приведен профиль поперечного сечения предлагаемого органа управления с дефлектором и отклоненным рулем.
На фиг. 3 приведен профиль поперечного сечения предлагаемого органа управления с дефлектором, перемещающимся и поворачивающимся относительно аэродинамической поверхности при отклонении руля.
На фиг. 4 приведен профиль поперечного сечения предлагаемого органа управления с дефлекторами с разных сторон от аэродинамической поверхности и отклоненным рулем.
На фиг. 5 приведен профиль поперечного сечения предлагаемого органа управления с нишей для убранного дефлектора и отклоненным рулем.
На фиг. 6 приведен профиль поперечного сечения органа управления с нишами для убранных дефлекторов с разных сторон от аэродинамической поверхности и отклоненным рулем.
В первом варианте исполнения с дефлектором с одной стороны от аэродинамической поверхности эффективность руля увеличивается при отклонении его в одну сторону. Во втором варианте исполнения дефлекторы расположены с разных сторон от аэродинамической поверхности, и эффективность руля увеличивается при отклонении в обе стороны. В третьем варианте исполнения аэродинамическая поверхность содержит как минимум одну нишу, в которую может убираться дефлектор.
Руль 1, имеющий ось вращения 2, расположенную внутри него, и осевую компенсацию 3 (фиг. 1), установлен в хвостовой части аэродинамической поверхности 4. Для обеспечения возможности отклонения руля 1 аэродинамическая поверхность 4 имеет вырез 5. Вдоль аэродинамической поверхности 4 установлены в рабочее положение дефлекторы 6 с одной (фиг. 2, 3, 5, 6) или двух (фиг. 4) сторон от аэродинамической поверхности 4. В вариантах исполнения с убираемыми дефлекторами аэродинамическая поверхность 4 выполнена с нишами 7 с одной (фиг. 5) или двух (фиг. 6) сторон для размещения убранных дефлекторов 8. Кроме того, на аэродинамической поверхности может подбираться профилировка выреза перед носовой частью руля, от которой зависит форма щели перед рулем для обеспечения перетекания потока между вырезом и носовой частью отклоненного руля.
Дефлекторы 6 в рабочем положении либо установлены неподвижно, либо перемещаются и поворачиваются при отклонении руля 1, как показано на фиг. 3, при этом они установлены вдоль аэродинамической поверхности 4 рядом с ее задней частью, а передняя кромка дефлекторов 6 находится впереди щели.
Орган управления функционирует следующим образом.
При отклонении руля 1 на большой угол его носовая часть приближена к дефлектору 6 и образует конфузор, через который протекает поток, состоящий из двух частей, показанных линиями 9 и 10. Часть потока, показанная линией 9, перетекает между вырезом 5 и носовой частью руля 1 с одной стороны аэродинамической поверхности 4 на другую. Вторая часть потока, показанная линией 10, протекает только с одной стороны аэродинамической поверхности 4. Степень (интенсивность) перетекания части потока 9 с одной стороны аэродинамической поверхности 4 на другую обеспечивается выбором профилировки выреза 5 на аэродинамической поверхности 4.
Образование конфузора при приближении носовой части руля - осевой компенсации к задней кромке дефлектора реализует эффект щелевого обтекания, который позволяет отклонить руль на большой угол без срыва потока. Таким образом дефлектор - крылышко служит своего рода предкрылком для руля.
В вариантах исполнения органа управления без ниш дефлекторы постоянно находятся в потоке. В вариантах исполнения с нишами дефлекторы могут выдвигаться в поток при необходимости повышения эффективности руля, например, для органа управления, содержащего руль направления, при нештатной ситуации с несимметричным отказом двигателя. Дефлекторы в рабочем положении либо фиксируются неподвижно, либо в более сложных вариантах исполнения перемещаются и поворачиваются в зависимости от угла отклонения руля.
Расчетные исследования предлагаемого органа управления показали значительное повышение вследствие применения установленного в рабочее положение дефлектора, связанного с аэродинамической поверхностью, эффективности руля с осевой аэродинамической компенсацией при отклонении руля на максимальный угол 25-35° при небольшом шарнирном моменте. Согласно этим исследованиям для реализации положительного эффекта от применения дефлекторов наряду с подбором их положения и параметров важен также подбор профилировки выреза на аэродинамической поверхности для оптимизации перетекания потока в щели между вырезом и носовой частью отклоненного на угол 25-35° руля с оптимальным зазором в этой щели в диапазоне от 0.5% до 2% местных хорд сечений аэродинамической поверхности с неотклоненным рулем. Согласно расчетным исследованиям возможен подбор оптимального по эффективности руля положения дефлектора при промежуточных углах отклонения руля, меньших максимального угла отклонения руля. Однако применение дефлектора с возможностью его перемещения усложняет конструкцию органа управления по сравнению с вариантами с неподвижными в рабочем положении дефлекторами. При установке дефлекторов с разных сторон от аэродинамической поверхности увеличению эффективности руля в зависимости от направления его отклонения способствует дефлектор только с соответствующей стороны от аэродинамической поверхности, однако, при этом согласно расчетам наличие дефлектора с противоположной стороны мало влияет на эффективность руля.