Аэродинамический руль высокоскоростного летательного аппарата
HIGH-SPEED AIRCRAFT AERODYNAMIC RUDDER

Изобретение относится к аэродинамическим органам стабилизации летательных аппаратов (ЛА), а более конкретно к цельноповоротным рулям.
Широко известны цельноповортные рули (например, Лебедев А.А. и Чернобровкин Л.С., Динамика полета беспилотных летательных аппаратов, Москва, Оборонгиз, 1962, стр. 46), которые применяются на сверхзвуковых ЛА. Конструкция таких рулей представляет собой цельную консоль, расположенную на оси вращения. Главным недостатком такой конструкции является то, что их эффективность напрямую зависит от условий применения ЛА. При применении ЛА в широком диапазоне высот и скоростей, такие рули могут иметь как недостаточную, так и избыточную эффективность.
Эффективность аэродинамического руля определяется плечом и максимальной величиной управляющей силы, создаваемой рулем, т.е. подъемной силой руля. Подъемная сила аэродинамического руля определяется известной из аэродинамики формулой
где Y- подъемная сила,
у
С - коэффициент подъемной силы,
ρ - плотность атмосферы,
V - скорость набегающего потока,
S - площадь сечения руля.
При проектировании площадь руля выбирается из условий применения ЛА (скорость, высота полета). Некоторые ЛА, например, гиперзвуковые планирующие летательные аппараты или возвращаемые космические аппараты планирующего типа, применяют в очень широких диапазонах скоростей и высот. В случае полета ЛА из верхних слоев атмосферы в нижние существенно растет ρ - плотность атмосферы, а, следовательно, растет эффективность рулей. Избыточная эффективность рулей может представлять большую проблему для управления ЛА на малых высотах. Для устранения такой проблемы предлагается техническое решение, направленное на уменьшение в полете площади сечения руля с одновременным уменьшением его эффективности.
Аэродинамический руль высокоскоростного летательного аппарата (ВЛА) состоит из консоли, закрепленной на оси вращения, и снабжен двумя створками, расположенными справа и слева относительно консоли. Створки закреплены с возможностью отделения при достижении ВЛА плотных слоев атмосферы. Створки жестко соединены между собой болтом и шарнирно соединены по задней кромке руля. Между створками расположен механизм расфиксации и расталкивания створок (МРРС), выполненный в виде пары винт-гайка, причем верхняя часть винта выполнена заостренной с возможностью перерезания болта, соединяющего створки. На корпусе консоли расположены пазы, а на створках соответствующие им выступы для удержания створок на консоли, внутри оси вращения консоли предусмотрено отверстие для установки винта МРРС. В отверстии, расположенном внутри консоли вращения, установлен шток пирапотрона для отделения створок. Сам пиропатрон расположен внутри ВЛА для его защиты от высоких температур.
Данное изобретение позволяет уменьшить площадь аэродинамического руля в полете, что позволяет решить проблему управляемости ЛА при увеличивающемся скоростном напоре.
На фиг. 1-фиг. 3 представлена конструкция предлагаемого аэродинамического руля ВЛА, а на фиг. 4 - конструкция МРРС, где
1. Консоль;
2. Ось вращения;
3. Правая створка;
4. Левая створка;
5. Шарнир;
6. Болт;
7. МРРС;
8. Пазы;
9. Выступы;
10. Отверстие для установки винта МРРС;
11. Винт;
12. Гайка;
13. Шток пиропатрона.
Аэродинамический руль состоит из консоли 1, закрепленной на оси вращения 2, правой створки 3 и левой створки 4, соединенных между собой шарниром 5, расположенным на задней кромке руля, и болтом 6. Над консолью между створками располагается МРРС 7. МРРС выполнен в виде пары винта 11 и гайки 12, причем верхняя часть винта выполнена заостренной. На корпусе консоли расположены пазы 8, а на створках соответствующие им выступы 9. В исходном состоянии выступы входят в пазы, таким образом, удерживают створки на консоли. Внутри оси вращения консоли предусмотрено отверстие 10 для установки винта МРРС 11 и штока 13 пиропатрона.
Устройство работает следующим образом: по достижению ВЛА плотных слоев атмосферы по команде от системы управления срабатывает пиропатрон, шток 13 пиропатрона давит на винт 11. Винт 11 под действием приложенной к нему силы движется вверх и сначала перерубает болт 6, тем самым расфиксирует створки 4 и 5, а затем проворачивает гайку 12. Гайка 12, проворачиваясь, расталкивает створки 4 и 5. Створки 4 и 5 и МРРС 7 уносятся набегающим потоком. На борту ВЛА остается функционировать консоль 1, выполняющая роль аэродинамического руля уменьшенного габарита.
Предложенное техническое решение позволяет уменьшить площадь аэродинамического руля в полете и позволяет решить проблему управляемости ВЛА при увеличивающемся скоростном потоке с одновременным улучшением аэродинамических характеристик ВЛА.