УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩИХ СВОЙСТВ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
DEVICE FOR IMPROVEMENT OF AIRCRAFT LIFTING PROPERTIES

Предлагаемое изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано на гражданских самолетах со стреловидным крылом и предкрылком в компоновке низкоплан при дозвуковой и околозвуковой скоростях полета.
Известно, что на режимах взлета и посадки при отклонении предкрылка возникает разрыв между фюзеляжем и предкрылком. В этой области возникает локальная зона нестационарного течения, которая приводит к ухудшению обтекания бортовой секции крыла, возникновению преждевременного локального отрыва потока при увеличении угла атаки и, как следствие, потере несущих свойств всего самолета. Для улучшения обтекания и смещения наступления отрыва на больших углах атаки используются различные устройства, такие как вихрегенераторы различного вида, удлинители предкрылка и другие элементы конструкции.
Применение вихрегенератора позволяет при небольшом размере и без значительных конструктивных сложностей существенно изменить обтекание крыла и повысить несущие свойства летательного аппарата.
Принципы управления и конструктивные способы предотвращения отрыва потока на крыле описаны в книге: Чжен П. Управление отрывом потока. - М.: Мир, 1979, глава 4, стр.200-304. Показано, что предотвратить локальный отрыв потока на крыле или затянуть этот процесс на большие углы атаки возможно либо с помощью предкрылков, либо вихрегенераторов, устанавливаемых на верхней поверхности крыла. Положительный эффект от применения этих элементов достигается за счет повышения энергии в области замедленного потока или роста уровня турбулентности в сечениях крыла, расположенных за вихрегенератором.
пк
двг
Известен дефлектор-вихрегенератор (см. статью T.D. Ward and R.S. Einford "Design Parameters for Flow Energizers", J. of Aircraft, vol.22, N 6, 1985 г.), выполненный в виде треугольной пластины с углом стреловидности передней кромки x=75°, устанавливаемой на фюзеляже или мотогондоле в месте их сочленения с крылом у его передней кромки под углом φ≈-30° относительно хорды крыла.
Недостатком, который можно указать, является то, что такой дефлектор-вихрегенератор "работает" как элемент предкрылка и радикального влияния на характер срыва на крыле не оказывает.
пк
двг
a
двг
двг
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>x</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>д</mi><mi>в</mi><mi>г</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mo>±</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>005</mn></mrow>
<mrow><msub><mover accent="true"><mi>y</mi><mo>¯</mo></mover><mrow><mi>д</mi><mi>в</mi><mi>г</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>3</mn><mo>…</mo><mn>0</mn><mo>,</mo><mn>4</mn></mrow>
Известен дефлектор-вихрегенератор (Патент РФ №2128129. МПК B64C 23/06, опуб. 27.03.1999), взятый за прототип, выполненный в виде треугольной пластины, установленной на фюзеляже или мотогондоле. Дефлектор-вихрегенератор выполнен с углом стреловидности передней кромки x=70-76° и хордой b=(0,5-0,6)b, где b - средняя аэродинамическая хорда крыла, и установлен на фюзеляже под углом φ в положении, при котором продольная и вертикальная координаты задней кромки крыла, отнесенные к его хорде, соответственно равны
,
.
Однако на стреловидном крыле, образованном по сверхкритическим профилям, при использовании предкрылка течение в области стыка крыла и фюзеляжа становится более сложным, а такое техническое решение - малоэффективным.
Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является повышение несущих свойств летательного аппарата на околокритических углах атаки.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что устройство для повышения несущих свойств летательного аппарата в виде вихрегенератора установлено на фюзеляже и выполнено в виде плоского гребня со скругленной передней кромкой, углом стреловидности передней кромки вблизи фюзеляжа 40÷50°, далее посредством плавного скругления передняя кромка переходит в боковую кромку, составляющую с поверхностью фюзеляжа угол не более 5°, задняя кромка прямая и образует с боковой кромкой острый угол в 60÷75°. Длина устройства составляет 10÷15% от хорды бортового сечения крыла самолета. Высота устройства составляет 20÷25% от его длины. Толщина центральной части устройства является постоянной и обусловлена требованиями прочности для конкретного самолета. Все кромки устройства заострены.
На фиг.1 изображена схема устройства в плане,
на фиг.2 представлена схема установки на летательном аппарате,
на фиг.3 представлена экспериментальная зависимость изменения коэффициента подъемной Су от угла атаки α,
на фиг.4 приведены экспериментальные зависимости аэродинамического качества модели самолета в посадочной конфигурации для прототипа и предлагаемого устройства.
Форма вихрегенератора показана на Фиг.1. Вихрегенератор 1 выполнен в виде плоского гребня со скругленной передней кромкой 2. Угол стреловидности передней кромки вблизи фюзеляжа составляет 40÷50°. Далее посредством плавного скругления 3 передняя кромка 2 вихрегенератора переходит в боковую кромку 4, составляющую с поверхностью фюзеляжа 5 угол не более 5°. Задняя кромка вихрегенератора 6 прямая и образует с боковой кромкой острый угол в 60÷75°. Длина вихрегенератора 7 составляет 10÷15% от хорды бортового сечения крыла самолета. Высота вихрегенератора 8 составляет 20÷25% от его длины. Толщина центральной части вихрегенератора 9 является постоянной и обусловлена требованиями прочности для конкретного самолета. Все кромки вихрегенератора заострены.
Параметры установки вихрегенератора показаны на Фиг.2. Вихрегенератор 1 установлен на фюзеляже 10 перед крылом 11 чуть ниже носка его бортового сечения 12. Расстояние по горизонтали 13 от задней заостренной кромки вихрегенератора 14 до носка бортового сечения крыла 12 составляет 8-10% от хорды бортового сечения крыла. Расстояние по вертикали 15 от задней кромки вихрегенератора до носка бортового сечения крыла пропорционально расстоянию по горизонтали и составляет 70-90% от этого расстояния. При наличии предкрылка 16 вихрегенератор располагается за пределами щели между фюзеляжем и предкрылком. В целях уточнения наилучшего положения вихрегенератора для конкретного самолета необходимо проведение экспериментальных исследований. Крепление вихрегенератора к фюзеляжу обусловливается конструкцией самолета и должно быть выполнено с обеспечением максимальной гладкости поверхностей фюзеляжа и вихрегенератора.
Устройство работает следующим образом. При обтекании стыка крыла и фюзеляжа на больших углах атаки возникают локальные зоны отрыва потока, которые при увеличении угла атаки быстро распространяются вдоль размаха крыла. Устройство изменяет обтекание области стыка крыла и фюзеляжа и направляет основную энергию набегающего потока над крылом, обеспечивая тем самым более благоприятное обтекание крыла за устройством, что позволяет обеспечить безотрывное обтекание крыла до больших значений угла атаки.
Были выполнены исследования в аэродинамической трубе на модели самолета со стреловидным крылом и предкрылком. Результаты испытаний показали, что предлагаемое устройство по сравнению с прототипом позволяет увеличить максимальное значение коэффициента подъемной силы самолета на ΔСумах≈0.07÷0.15. При скорости потока, соответствующей числу М=0.2, установка устройства дала возможность увеличить аэродинамическое качество модели на режимах, близких к режиму Сумах на ΔК≈0.2÷0.7 (фиг.4).
Использование предлагаемого изобретения позволит повысить несущие свойства летательного аппарата на режимах взлета и посадки, что, в свою очередь, позволит получить для среднемагистрального пассажирского самолета значительное увеличение полезной нагрузки либо сокращение необходимой длины взлетно-посадочной полосы (ВПП).