КРЫЛО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С УПРАВЛЯЕМОЙ ПОДЪЁМНОЙ СИЛОЙ

Полезная модель относится к области ракетной и космической техники. Преимущественная область использования - органы управления параметрами движения гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА) длительного атмосферного планирования.
Известно крыло самолета (RU 2147544, опубл. 20.04.2000 г.), содержащее два или три крыла, каждое из которых имеет механизацию. Крылья наложены друг на друга и связаны между собой шарнирами и тягами и имеют возможность отклоняться и принимать положение закрылка, надкрылка, подкрылка посредством привода. Регулирование подъемной силы на указанном крыле обусловлено перераспределением давления на верхней и нижней поверхностях общего профиля крыла за счет разности скоростей потока, обтекающего профиль. Отклонение крыльев приводит к увеличению кривизны общего профиля органа управления, что ведет к уменьшению скорости потока и повышению давления в зоне руля и, как следствие, к увеличению коэффициента подъемной силы.
Известно также крыло самолета (RU 2184680, опубл. 10.07.2002 г.), содержащее несколько крыльевых элементов, закрепленных на пилонах с образованием щелей, имеющих сужение от входа на нижней поверхности к выходу на верхней поверхности. Введены приводы для регулирования ширины входов и выходов щелей между крыльевыми элементами. Регулирование подъемной силы на указанном крыле также обусловлено перераспределением давления на верхней и нижней поверхностях крыльевых элементов за счет разности скоростей потока, обтекающего профиль.
Недостатками указанных крыльев с механизацией являются сложность конструкции, наличие множества управляющих приводов, утяжеляющих конструкцию крыла и летательного аппарата в целом, низкая эффективность управления подъемной силой на гиперзвуковых скоростях полета летательных аппаратов, связанная с возникновением отрыва потока на концевых участках профиля с рулем, а также большие шарнирные моменты, требующие значительных усилий для управления крылом с механизацией.
Известно крыло летательного аппарата (RU 2436709, опубл. 20.08.2014 г.), имеющее переднюю кромку, кривизну плоских поверхностей, заднюю кромку, закрылки. Крыло разделено продольно на две части - нижнюю и верхнюю, которые скреплены перемычками, а внутри формируют полость, причем вдоль передней кромки крыла выполнена сквозная щель с функцией направления потока вдоль верхней внутренней полости крыла с целью увеличения давления. Недостатком указанного крыла является сложность конструкции, низкая эффективность на гиперзвуковых скоростях, низкие прочностные характеристики.
Указанных недостатков лишены крылья с управляемым пограничным слоем. Управление пограничным слоем осуществляется за счет слива или отсоса пограничного слоя из зоны отрыва, позволяющего значительно уменьшить размеры застойной зоны и, тем самым, увеличить коэффициент подъемной силы крыла.
Известно крыло летательного аппарата (RU 2603244, опубл. 27.11.2016 г.), содержащее основное крыло и жестко соединенные с его конструкцией крыльевые элементы. Крыльевые элементы выполнены тонкостенными. В них вырезаны каналы в виде отверстий, а сами крыльевые элементы прикреплены к внешним нервюрам основного крыла. Регулирование подъемной силы обеспечивается за счет увеличения давления на нижней поверхности крыльевых элементов с одновременным уменьшением давления на их верхней поверхности.
Известно также крыло с отверстиями во внешней обшивке для отсоса пограничного слоя (RU 2362708, опубл. 27.07.2009 г.), содержащее две стенки и перегородки, размещаемые в пространстве между внешней и внутренней стенками так, что они формируют зоны стенок и примыкают друг к другу таким образом, что формируют чередующиеся воздуховоды повышенного давления и воздуховоды всасывания.
Недостатками указанных крыльев являются низкая эффективность на гиперзвуковых скоростях полета аппарата и сложность реализации.
Наиболее близким к предполагаемой полезной модели является крыло с управляемой подъемной силой (RU 2380278, опубл. 27.01.2010 г.), содержащее выполненные в нижней панели крыла несколько продольных щелей и помещенные в эти щели несколько пластинчатых рифов с возможностью выдвижения рифов из щелей на требуемую высоту механизмом, причем высота рифов нарастает от передней кромки крыла к задней кромке для увеличения подъемной силы крыла. Увеличение подъемной силы достигается тем, что встречный воздушный поток, захватываемый направленными под отрицательным углом атаки рифами, отклоняется вверх и давит на нижнюю панель крыла.
Указанное крыло имеет ряд существенных недостатков: сложность конструктивной реализации, низкая надежность вследствие термического разрушения и низкая эффективность управления подъемной силой на гиперзвуковых скоростях.
Задачей полезной модели является упрощении конструкции крыла при одновременном повышении его эффективности на гиперзвуковых скоростях полета.
Сущность полезной модели заключается в том, что в известном крыле летательного аппарата с управляемой подъемной силой, содержащем выполненные в нижней панели крыла несколько продольных щелей, в щелях размещены заподлицо с поверхностью нижней панели ультразвуковые излучатели, выполненные в виде твердотельных пластин, изготовленных из пьезоэлектрического материала, например, цирконат-титаната свинца, и соединенные через распределительное устройство с автономным источником питания, причем распределительное устройство и автономный источник питания установлены на поверхности нижней панели со стороны внутренней полости профиля крыла.
Исключение из состава крыла летательного аппарата выдвигаемых пластинчатых рифов и механизма их выдвижения упрощает конструкцию крыла, а установка ультразвуковых излучателей заподлицо с поверхностью нижней панели позволяет исключить их термическое разрушение, что позволяет повысить эффективность управления подъемной силой на гиперзвуковых скоростях.
На фиг. 1 показан поперечный разрез нижней панели крыла с внутренней полостью.
Крыло летательного аппарата с управляемой подъемной силой состоит из нижней панели 1, в которой выполнены несколько продольных щелей 2. В каждую щель 2 установлены заподлицо с поверхностью нижней панели 1 ультразвуковые излучатели 3. Ультразвуковые излучатели 3 выполнены в виде твердотельных пластин, изготовленных из пьезоэлектрического материала, например, цирконат-титаната свинца. Ультразвуковые излучатели 3 соединены через распределительное устройство 4 с автономным источником питания 5. Распределительное устройство 4 и автономный источник питания 5 установлены на поверхности нижней панели со стороны внутренней полости профиля крыла.
Функционирование крыла летательного аппарата с управляемой подъемной силой заключается в следующем.
Односторонне направленные ультразвуковые колебания, источником которых являются излучатели 3, при функционировании создают радиационное давление, повышающее плотность среды на поверхности нижней панели крыла 1 при ее обтекании высокоскоростным потоком воздуха. Мощность излучения зависит от параметров излучателей 3: частоты и амплитуды колебаний. При подаче на излучатели 3, размещенные на нижней панели 1 крыла переменного напряжения ультразвуковой частоты от автономного источника питания 5 они начинают работать, создавая такую мощность излучения, которая позволяет увеличить давление набегающего потока воздуха на нижнюю поверхность панели 1 в требуемое число раз. Это приводит к увеличению приращения коэффициента подъемной силы на крыле, а значит к повышению его эффективности, что и является задачей полезной модели. Регулирование величиной подъемной силы обеспечивается не только параметрами излучателей 3, но количеством подключаемых через распределительное устройство 4 излучателей 3 к источнику питания 5.
Оценка эффективности предлагаемого крыла летательного аппарата с управляемой подъемной силой показала, что внесенные в конструкцию изменения, а именно введение в состав крыла ультразвуковых излучателей, позволяют значительно повысить эффективность аэродинамического органа маневра - крыла (на гиперзвуковых скоростях до 42%).
Предлагаемая конструкция крыла летательного аппарата с управляемой подъемной силой может быть использована при разработке аэродинамических органов управления в процессе проектирования космических спускаемых аппаратов, осуществляющих планирующий спуск в атмосфере, а также при разработке новых типов элементов боевого оснащения ракет.