Стабилизатор винтового воздушного потока винтомоторного самолёта
ENGINE-PROPELLER AIRCRAFT SCREW AIR FLOW STABILIZER

Изобретение относится к самолетостроению, а именно винтомоторной установке (ВМУ) винтомоторного самолета и касается конструкции стабилизатора винтового воздушного истока.
Известны устройства для упорядочения воздушного потока работающего винта, который своими лопастями отбрасывает воздух в осевом направлении, создавая тяговое усилие. При этом воздушный поток имеет также радиальную и окружную составляющие, что приводит к уменьшению тягового усилия и коэффициента полезного действия (КПД) винта и является существенным его недостатком. Для устранения этого недостатка разрабатываются различные устройства, в частности в виде импеллера - кольца с помещенным внутри его винтом. Такая конструкция применена, в экспериментальном американском самолете BELLX-22, выпущенном в 1966 г. Импеллеры применяются в аэросанях, глиссерах. Несмотря на увеличение тягового усилия и КПД они широкого применения в двигательных установках винтовых самолетов не получили из-за громоздкости и увеличенной массы.
Более совершенными являются направляющие аппараты, в которых импеллеры снабжены дополнительными стационарными лопатками, закрепленными перед или после винта, что значительно препятствует закручиванию воздушного потока и обеспечивает ощутимое увеличение КПД. Указанные устройства установлены в двигателях воздушного охлаждения автомобилей «Татра 603», «ЗАЗ-968».
Известна направляющая насадка воздушного винта, содержащая предвинтовую и винтовую насадки, коаксиально установленных с образованием кольцевой кантовки. (Пат. US №3672169; МПК В64С 11/00, опубл. 27.06.1972 г.) Данное техническое решение обеспечивает некоторое улучшение работы воздушного винта, но не может быть использовано в винтомоторных самолетах из-за своих габаритных размеров.
Известно техническое решение в виде насадки, содержащей предвинтовую и винтовые насадки, имеющие в продольных сечениях обтекаемую форму. Насадки установлены коаксиально с образованием кольцевой канавки. Конструкция насадки позволяет уменьшить течение воздуха в зазоре между воздушным винтом и насадкой и тем самым улучшить работу воздушного винта. (Пат. RU 2634856 опубл. 07.11.2017 г.) Однако использование данного устройства в винтомоторных самолетах ограничено из-за весовых и габаритных размеров.
Задачей заявляемого изобретения является разработка высокоэффективного стабилизатора винтового воздушного потока винтомоторного самолета, который обеспечил бы спрямление и упорядочение движения винтового воздушного потока, повышение тягового усилия и КПД винтомоторной установки.
Поставленная задача решается тем, что на верхней поверхности крыла и, частично, мотогондолы винтомоторного самолета установлен стабилизатор винтового воздушного потока, который в сечении имеет Г-образную форму. Он состоит из двух частей - вертикального стабилизатора в виде тонкостенной пластины двояковыпуклой в горизонтальном сечении и присоединенному перпендикулярно к нему, горизонтального стабилизатора. Вертикальный стабилизатор расположен в плоскости проходящей через ось винта. Г-образный стабилизатор своей горизонтальной частью обращен навстречу направлению вращения винта и обладает аэродинамическим продольным профилем крыла вдоль продольной оси самолета. Протяженность Г-образного стабилизатора ограничена по своей длине, который с одной стороны примыкает своим передним торцем к лопастям винта, а с другой - заканчивается у задней кромки крыла. Горизонтальный стабилизатор Г-образного стабилизатора расположен несколько выше конца лопасти винта в вертикальном его положении.
Данная конструкция стабилизатора винтового воздушного потока обеспечивает снижение закрутки, спрямление и упорядочение его движения в осевом направлении, что обуславливает повышение тягового усилия и КПД винтомоторной установки самолета.
На фиг. 1 представлена заявляемая конструкция Г-образного стабилизатора винтового воздушного потока на примере двухмоторного винтомоторного самолета; на фиг. 2 изображен Г-образный стабилизатор в увеличенном масштабе.
На полуплоскостях 1 и 2, составляющих в целом крыло самолета (фиг. 1) установлены, на их верхних поверхностях, стабилизаторы винтового воздушного потока 3 и 4, Г-образной формы. Стабилизаторы 3 и 4 являются идентичными по конструкции и каждый из них состоит из двух частей - вертикальных 5 и 6 и горизонтальных 7 и 8 стабилизаторов. Вертикальные стабилизаторы 5, 6 расположены в плоскостях проходящих соответственно через оси винтов 9 и 10. Перпендикулярно стабилизаторам 5, 6 находятся совмещенные с ними горизонтальные стабилизаторы 7 и 8, которые имеют аэродинамический продольный профиль. Протяженность стабилизаторов 3 и 4 ограничена по своей длине, которые своими передними торцами выступают за переднюю кромку крыла, и располагаясь на верхней части мотогондол 11 и 12, примыкают к лопастям винтов 9 и 10. Заканчиваются они у задней кромки крыла. Направление вращения винтов 9 и 10 показаны стрелками 13 и 14 (фиг. 1).
При вращении винтов закрученный ими поток, за счет окружной составляющей своей скорости, набегает на вертикальные стабилизаторы 5 и 6, что приводит к его спрямлению в осевом направлении. Одновременно радиально движущиеся массы воздушного потока упираются в нижнюю поверхность горизонтальных стабилизаторов 7, 8 и оказывают на них дополнительное вертикально давление. При этом происходит их перенаправление в осевом направлении.
Горизонтальные стабилизатор 7 и 8, обладающие аэродинамическим профилем крыла вдоль продольной оси самолета, одновременно являются дополнительными малыми крыльями с увеличенной подъемной силой за счет повышенного вертикального давления на его нижнюю поверхность. Поэтому его можно считать двухфункциональным.
Стабилизирующий эффект Г-образного стабилизатора, выраженный в выпрямлении и упорядочении сложного винтового воздушного потока, обусловлен взаимным, функционально усиливающим влиянием друг на друга каждого из составляющих его частей - вертикальных 5, 6 и горизонтальных 7, 8 стабилизаторов.
Вертикальные стабилизаторы 5, 6 без горизонтальных 7, 8 в значительной мере теряют способность направлять закрученный поток в осевом направлении. В этом случае воздушный поток имеет возможность перекатываться через вертикальные стабилизаторы 5 и 6. При наличии горизонтальных стабилизаторов 7 и 8 воздушный поток оказывается запертым в ограниченном пространстве, образованном вертикальным с горизонтальным стабилизаторами и верхней поверхностью крыла.
Горизонтальные стабилизаторы 7, 8 без вертикальных 5, 6 обладают заниженными функциональными свойствами потому, что воздушный поток, упирающийся в их нижнюю поверхность, вновь приобретает возможность за счет окружной составляющей своей скорости, свободно перемещаться в сторону отсутствующих вертикальных стабилизаторов. Это приводит к потере кинетической энергии воздушного потока в осевом направлении.
Вертикальные и горизонтальные стабилизаторы, каждые из них в отдельности, не обладают способностью решить задачу, поставленную в заявляемом изобретении и только их объединение в Г-образную техническую композицию, создающую синергетический эффект, позволяет достичь целевого, технического результата.
Таким образом, установка Г-образных стабилизаторов на верхней поверхности крыла винтомоторного самолета обеспечивает упорядочение и увеличение кинетической энергии винтового воздушного потока в осевом направлении его движения, повышение тягового усилия и КПД винтомоторной установки.
Иными словами, заявляемое техническое решение обеспечивает, за счет усовершенствования винтомоторной установки, повышение эксплуатационных технико-экономических показателей самолета.