ГРУППА ВИХРЕГЕНЕРАТОРОВ И СПОСОБ УСТАНОВКИ ВИХРЕГЕНЕРАТОРОВ
GROUP OF VORTEX GENERATORS AND METHOD FOR INSTALLING VORTEX GENERATORS

Настоящая группа изобретений относится к области аэродинамики, а именно вихрегенераторов (пластинчатых турбулизаторов), применяемых для изменения аэродинамических характеристик аэродинамических поверхностей различного назначения, в частности крыльев и элементов хвостового оперения летательных аппаратов, лопастей ветровых турбин и мачт яхт. Изобретения относятся к рубрике В64С 23/06 МКИ.
Из уровня техники известна группа вихрегенераторов, выполненных в виде Т-образных конструктивных элементов, каждый из которых включает в себя гребень, расположенный на основании, при этом гребень выполнен с внешним профилем, имеющим вид кривой переменного радиуса, а основание выполнено с возможностью прилегания к аэродинамической поверхности. Фотография данной группы вихрегенераторов размещена в сети Интернет по адресу: https://preview.redd.it/icq4xojcqbc31jpq?width=960&crop=smart&auto=webp&s=32fd6eb7ba43a563bdd6 7483da862aa894e946ea.
Достоинством данной группы вихрегенераторов является аэродинамическая эффективность и максимальная простота монтажа, а недостатком – относительная неприспособленность для установки непосредственно на передней кромке аэродинамической поверхности, поскольку, как показала практика, выступание оснований вихрегенераторов за габарит аэродинамического профиля, не оказывающее существенного влияния при установке вихрегенераторов на одной из сторон аэродинамической поверхности вблизи передней кромки, в случае установки вихрегенераторов непосредственно на передней кромке приводит к существенному искажению обтекания носка и увеличению коэффициента лобового сопротивления Сх на малых углах атаки. Из уровня техники известна также группа вихрегенераторов, которая по своему техническому решению наиболее близка к предложенной группе вихрегенераторов. Описание данной группы вихрегенераторов приводится в сети Интернет по адресу: https://www.researchqate.net/fiqure/Sketch-of-the-OA209-Airfoil-nose-showinq-Vortex-Generators-extruded-from-the-leadinq-edqe_fiq1_225021831.
Данная группа вихрегенераторов выполнена в виде набора пластин, при этом каждая из пластин выполнена с возможностью установки на передней кромке аэродинамической поверхности и содержит рабочую кромку серповидной формы, огибающую переднюю кромку аэродинамической поверхности.
Достоинством данного технического решения является отсутствие на передней кромке дополнительных выступающих элементов, а недостатком – необходимость выполнения пазов для вихрегенераторов в обшивке носка аэродинамической поверхности, что может быть нецелесообразно по условиям прочности, долговечности и герметичности.
Из уровня техники известен способ установки вихрегенераторов, заключающийся в их попарном расположении под углом от 25 до 45 градусов друг к другу с возможностью генерации вихревых жгутов встречного вращения и приклеивании к аэродинамической поверхности при помощи адгезивного состава, который по своему техническому решению также наиболее близок к предложенному способу, при этом фотография вихрегенераторов в процессе установки размещена в сети Интернет по адресу: https://www.vortex-qenerators.com/imaqes/montaz6.jpq.
Недостатком данного способа является зависимость прочности крепления вихрегенераторов от площади поверхности прилегания, что не позволяет использовать данный способ для установки вихрегенераторов, выполненных в виде плоских пластин, что желательно при установке вихрегенераторов непосредственно на передней кромке.
Таким образом, при разработке предложенной группы изобретений была поставлена основная задача обеспечения возможности установки группы вихрегенераторов непосредственно на передней кромке аэродинамической поверхности при отсутствии на обшивке носка каких-либо дополнительных выступающих элементов, кроме собственно гребней вихрегенераторов, а также при отсутствии необходимости выполнения в обшивке носка каких-либо пазов или иных вырезов, способных отрицательно повлиять на прочность, долговечность и герметичность внутреннего объема аэродинамической поверхности.
Дополнительной задачей было обеспечение простоты и технологичности процесса установки вихрегенераторов.
Дополнительной задачей было обеспечение высокой эксплуатационной прочности установки вихрегенераторов.
Цель изобретения – улучшение аэродинамических характеристик аэродинамических поверхностей различного назначения.
Для достижения поставленной цели в известную группу вихрегенераторов, выполненную в виде набора пластин, при этом каждая из пластин выполнена с возможностью установки на передней кромке аэродинамической поверхности и содержит рабочую кромку серповидной формы, огибающую переднюю кромку аэродинамической поверхности, были включены следующие конструктивные изменения: каждый из вихрегенераторов выполнен в виде пластины серповидной формы, изготовленной из слоистого композиционного материала и образованной рабочей и базовой кромками, при этом форма базовой кромки соответствует профилю аэродинамической поверхности вблизи передней кромки с учетом угла установки вихрегенератора, а угол между касательным к базовой кромке, взятым в ее крайних точках, равен от 60 до 120 градусов.
Кроме того, для достижения поставленной цели в известный способ установки вихрегенераторов, заключающийся в их попарном расположении под углом от 25 до 45 градусов друг к другу с возможностью генерации вихревых жгутов встречного вращения и приклеивании к аэродинамической поверхности при помощи адгезивного состава, были внесены следующие изменения: способ заключается в раскрое и наложении на обшивку носка на уровне передней кромки, по меньшей мере, одной усилительной полосы из тканого материала толщиной от 0,03 до 0,2 мм, предварительно пропитанного эпоксидной смолой, нанесении эпоксидной смолы на вогнутые кромки вихрегенераторов и установке вихрегенераторов на, по меньшей мере, одну усилительную полосу до отверждения эпоксидной смолы, использованной для предварительной пропитки усилительной полосы.
Кроме того, усилительная полоса накладывается на переднюю кромку вдоль размаха аэродинамической поверхности с возможностью установки на ней двух и более вихрегенераторов.
Кроме того, усилительная полоса накладывается на переднюю кромку вдоль гребня вихрегенератора с возможностью установки одного вихрегенератора.
Кроме того, раскрой усилительной полосы производится из препрега, включающего в себя два слоя полимерной пленки, между которыми расположен один слой предварительно пропитанной стеклоткани.
Благодаря введенным конструктивным изменениям улучшается обтекаемость передней кромки аэродинамической поверхности при одновременном обеспечении высокой прочности и долговечности самой аэродинамической поверхности.
Настоящая группа изобретений иллюстрируется чертежами, на которых обозначено:
на Фиг. 1 – общий вид аэродинамической поверхности с вихрегенераторами, установленными по п. 2 формулы;
на Фиг. 2 – усилительная полоса, выкроенная из препрега по п. 5 формулы;
на Фиг. 3 – взрыв-схема процесса установки вихрегенераторов по п. 3 формулы;
на Фиг. 4 – установка вихрегенераторов на отдельные усилительные полосы по п. 4 формулы;
на Фиг. 5 – схема распределения напряжения сдвига в усилительной полосе при приложении к вихрегенератору изгибающей нагрузки;
на Фиг. 6 – общий вид вихрегенератора по п. 1 формулы.
Вихрегенераторы (1), согласно изобретению, предназначены для установки на обшивке носка (2) и выполнены в виде серповидных пластин из слоистого композиционного материала, образованных рабочей кромкой (3) и базовой кромкой (4).
Установка группы вихрегенераторов на аэродинамической поверхности включает в себя следующие этапы.
1. Расположение аэродинамической поверхности передней кромкой вверх.
2. Подготовка поверхности обшивки носка (2), включающая в себя, например, матирование и грунтование.
3. Разметка предполагаемых мест установки вихрегенераторов (1) на обшивке носка (2).
4. Вырезание, по меньшей мере, одной детали необходимой формы из препрега (5), включающего в себя усилительную полосу (6), при этом готовая полоса из препрега изображена на Фиг. 2.
5. Разделение препрега и укладка усилительной полосы (6) на обшивке носка (2) с удалением воздушных пузырей.
6. Нанесение эпоксидной смолы на базовые кромки (4) вихрегенераторов (1).
7. Установка вихрегенераторов (1) на усилительную полосу (6) в соответствии с разметкой до отверждения смолы, использованной для пропитки препрега (5). При этом фиксация вихрегенераторов (1) на своих местах обеспечивается за счет силы тяжести и сил поверхностного натяжения эпоксидной смолы. Взрыв-схема данного процесса изображена на Фиг. 3.
8. Шлифование обшивки носка (2) в зоне установки усилительной полосы (6) до исчезновения на ней любых неровностей, за исключением гребней (2). Конечный результат процесса установки изображен на Фиг. 1.
Кроме того, в соответствии с п. 4 формулы, возможна также установка вихрегенераторов (1) на отдельные усилительные полосы (6), что изображено на Фиг. 4.
Прочность вихрегенераторов (1) с обшивкой носка (2) обеспечивается за счет сочетания значительной вогнутости базовой кромки (3) вихрегенератора (1), что показано на Фиг. 6 с прочной склейкой базовой кромки (3) с усилительной полосой (6), достигаемой за счет применения технологии «мокрой» склейки. Например, при приложении к средней части внешней кромки (4) вихрегенератора (1) боковой силы F приложенная нагрузка за счет изогнутого пятна контакта вихрегенератора (1) с усилительной полосой (6) превращается в напряжение сдвига (7), в свою очередь, распределяемое усилительной полосой (6) на значительную площадь обшивки носка (2), что существенно снижает требования к уровню адгезии усилительной полосы (6) к обшивке носка (2). Данный эффект показан на Фиг. 5.
Чистота поверхности обшивки носка (2) вблизи передней кромки достигается за счет малой толщины усилительной полосы (6), что исключает формирование значимых с точки зрения динамики пограничного слоя перепадов высоты аэродинамического профиля.
Технологичность предложенного технического решения достигается как за счет предельной простоты изготовления вихрегенераторов, так и за счет простоты основных этапов процесса установки вихрегенераторов.