МЕХАНИЗМ УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕРОНОМ С ГИБКОЙ ОБШИВКОЙ КРЫЛА

Полезная модель относится к области проектирования летательных аппаратов и управляющих аэродинамических поверхностей. Может быть использована для создания крыла воздушного судна с гибкой обшивкой, которое имеет лучшие аэродинамические характеристики и более высокую надежность.
В настоящее время имеются модели адаптивных аэродинамических поверхностей и механизмов управления ими, недостатком которых является наличие большого количества подвижных элементов с повышенной вероятностью отказов. При этом концепция гибкой обшивки реализуется не в полном объеме.
Известно техническое устройство - адаптивное крыло, которое содержит лонжероны; нервюры с гибкими задними кромками из жестких звеньев и приводы; неподвижные стрингеры, закрепленные на участках нервюр; гибкую обшивку крыла самолета, закрепленную на внешних поверхностях лонжерона; нервюр; неподвижных и подвижных стрингеров [патент РФ №RU 2557581, С1 МПК В64С 3/48, 2015].
Недостатками данного технического устройства является то, что происходит отклонение части элерона, а не всей аэродинамической поверхности, что при выполнении маневров требует значительных усилий и углов отклонения; механизм невозможно использовать на любых аэродинамических поверхностях; возможно разрушение обшивки, выполненной из композитного материала, под действием набегающего потока из-за недостаточно надежного крепления обшивки к подвижным элементам.
Известно техническое решение - адаптивная аэродинамическая поверхность, которая содержит панель, включающую сегменты профиля и механизм преобразования профиля из звеньев, соединенных в цепь с помощью нескольких видов зацепления и рычажного механизма [патент RU 2657062 С1 №2657062 С1 МПК В64С 3/48, 2018].
Недостатками данного технического решения является большое количество подвижных элементов и стыков между элементами конструкции; отсутствие пространства для размещения силовых элементов и топливных баков.
Наиболее близким по технической сущности является адаптивное крыло [патент RU 2652536 С1 МПК В64С 3/48, 2018] содержащее кессон, стрингеры, хвостовую часть, силовые приводы для деформации хвостовой части, которая включает каркас, состыкованный с центральным кессоном. Аэродинамическая поверхность крыла образована армированными эластомерными панелями, связанными с каркасом и размещенными на участках стыка звеньев крыла. Панели и поверхность кессона покрыты эластичной пленкой. Хвостовая часть выполнена в виде совокупности нервюр с гибкими кромками, связанных стержневыми элементами. Стрингеры установлены параллельно кессону и закреплены на соответствующих участках нервюр. Силовые приводы закреплены на кессоне.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании устройства, принятого за прототип, относится то, что крепление силового привода имеет малое плечо относительно оси вращения первой секции элерона, что требует значительных усилий для приведения механизма в движение и повышает требования к креплению тяги и выбору материалов, используемых в нервюрах, не решается проблема реализации гибкой обшивки, работа предложенного механизма приводит к деформации обшивки, снижению ее ресурса и ограничению хода механизма. Недостатком является большое количество подвижных элементов, что повышает требования к отказоустойчивости механизма. В качестве обшивки используется эластомерные панели, что не является распространенной практикой в авиации.
Технической проблемой полезной модели является создание механизма управления элероном с гибкой обшивкой крыла самолета, позволяющего использовать гибкую обшивку для создания единой, неразрывной линии профиля крыла.
Техническим результатом полезной модели является улучшение конструкции крыла воздушного судна за счет создания механизма управления элероном с гибкой обшивкой крыла, что приведет к улучшению аэродинамического качества, повышению надежности и топливной эффективности воздушного судна.
Указанный технический результат достигается тем, что механизм управления элероном с гибкой обшивкой крыла содержит кессон, стрингеры, элерон, нервюра элерона состоит из двух отдельных секций, имеющих независимые оси вращения, обоими концами прикрепленные к неподвижным нервюрам крыла, причем в верхней секции нервюры выполнен профилированный разрез в виде сектора, роликовый механизм сцепления верхней и нижней секций нервюр, стандартную обшивку крыла и пару листов гибкой обшивки. Контур обшивки крыла имеет разрывом элерона только на хвостовой части профиля крыла. При этом количество подвижных элементов механизма управления значительно меньше, чем у аналогов, а механизм активации элерона основан на применении стандартной тяговой кинематики органов управления воздушным судном.
Сущность полезной модели поясняется чертежом.
Тяга 1 управления элероном передает усилие на нижнюю секцию 2 элерона, которая вращается на оси 3. Ось 3 прикреплена к неподвижным нервюрам 7 крыла. Нижняя секция 2 нервюры элерона имеет крепление для роликового механизма 4. Нижняя секция 2 нервюры элерона механически связана с верхней секцией 5 нервюры элерона через роликовый механизм 4. Верхняя секция 5 нервюры элерона имеет профилированное отверстие под роликовый механизм 4, что позволяет при отклонении элерона двум секциям нервюры быть в зацеплении друг с другом. Верхняя секция 5 нервюры элерона насажена на ось 6, которая обоими концами прикреплена к неподвижным нервюрам 7 крыла. Гибкая обшивка крыла крепится к верхней секции 5 и нижней секции 2 нервюры по отдельности и внахлест на кессон, имея жесткое закрепление как на кессон, так и на нервюры. К неподвижной нервюре 7 крыла и нижней секции нервюры 2 элерона крепится лист гибкой обшивки крыла. Другой лист гибкой обшивки крыла крепится к верхней секции 5 нервюры элерона и неподвижной нервюре 7 крыла. Таким образом, обшивка образует непрерывную поверхность профиля с разрывом в хвостовой части элерона.
Хвостовая часть элерона состоит из трех нервюр и обшивки. Деление элерона на две части с отдельной осями вращения для нижней и верхней секции позволяет исключить излишнюю деформацию обшивки, что продляет ее ресурс. Внутренняя часть каждой секции гладкая, чтобы секции могли плотно прижиматься друг к другу, не создавая зазоров, и при этом свободно скользили друг относительно друга при отклонении всего элерона в целом.
Устройство работает следующим образом.
Тяга 1 от механизма управления элероном воспринимает тянуще-толкающие усилия от тяги управления воздушного судна и передает усилие на нижнюю секцию 2 нервюры элерона, которая вращается на оси 3, прикрепленной обоими концами к неподвижным нервюрам 7 крыла. Данная связь позволяет нижней части 2 нервюры элерона совершать вращательное движение и отклонять элерон вверх или вниз при управляющих воздействиях на тягу 1. Ось вращения 6 верхней секции 5 элерона находится максимально близко к верхней поверхности крыла. Роликовый механизм 4 сцепляет верхнюю 5 и нижнюю часть 2 нервюры элерона между собой, создавая кинематическую пару. Роликовый механизм 4 перемещается по профилированному разрезу в виде сектора в верхней части 5 нервюры, выполняющему роль направляющей для роликового механизма, что приводит к сцеплению нижней 2 и верхней части 5 нервюры при отклонении элерона. Обе секции нервюр элерона при управляющем воздействии от тяги 1 двигаются синхронно, так как верхняя часть 5 нервюры элерона находится на оси 6, прикрепленной к неподвижным нервюрам 7 крыла. Верхняя секция 5 элерона соединена участком гибкой обшивки с верхней поверхностью крыла таким образом, что место сгиба находится над осью вращения 6 верхней секции 5 элерона. Аналогично крепится нижняя секция 2 элерона, соединенная гибкой обшивкой с нижней поверхностью крыла. Гибкая обшивка образует непрерывную поверхность с разрывом в хвостовой части элерона, и при отклонении элерона вверх или вниз происходит сгибание обшивки в зоне осей 3 и 6.
Особенностью механизма управления крыла с гибкой обшивкой элерона является более плавное изменение профиля крыла при воздействии управляющих усилий, что позволит при небольших углах отклонения элерона сохранить ламинарный характер обтекания за счет устранения щели в местах излома верхней поверхности крыла и местного отрыва потока в месте сочленения элемента механизации с крылом, снизить аэродинамическое сопротивление и расход топлива, защитить от скопления снежно-ледяных отложений в механизме в условиях атмосферных осадков во время стоянки воздушного судна.
Механизм не имеет электронных компонентов, для работы не требуется дополнительных устройств. Конструкция проста и технически реализуема, не требует сложных производственных технологий. Использование стандартной проводки управления позволит внедрить данное решение на существующие воздушные суда без значительных доработок за счет интегрирования в имеющуюся конструкцию крыла. Предлагаемое устройство для управления крылом с гибким элероном позволяет реализовать гибкую обшивку и при этом сохранить полезное пространство внутри крыла.
Возможность реализации полезной модели заключается в упрощении конструкции крыла воздушного судна, которое без больших затрат и существенного изменения массы и габаритов самолета приведет к улучшению аэродинамического качества, улучшит продольную балансировку самолета, повысит топливную эффективность.