Дозвуковой летательный аппарат, имеющий толстый крыловой профиль с устройством снижения лобового сопротивления

Полезная модель относится к техническим средствам в области аэродинамики, в частности к устройствам, предназначенным для снижения силы лобового сопротивления летательных аппаратов (ЛА), движущихся с дозвуковыми скоростями.
Известно устройство «Крыло с управлением пограничным слоем» (RU 149950 [1]). Недостатком данного устройства является технологическая сложность изготовления воздухозаборного канала, совмещенного с внутренней полостью, а также не приспособленность под всю несущую конструкцию ЛА.
Еще известно устройство «Летательный аппарат» (RU 192918 [2]). Анализ представленного решения позволил выявить его недостаток, заключающийся в выдуве отобранного из критической точки воздуха через сопло в задней кромке фюзеляжа и крыльев, что может способствовать образованию вихревой зоны ЛА и приводить к увеличению донного давления.
Наиболее близким аналогом является реализованный в самолете с аэродинамически несущим корпусом (RU 85446 [3]) способ управления подъемной силой, заключающийся в использовании энергии сжатого газа, выдуваемого из тангенциально ориентированных щелей на поверхности корпуса самолета.
Недостатком приведенного устройства является отсутствие возможности регулировать статическое давление вдоль поверхности в зависимости от режимов полета ЛА, что может привести для определенных условий к повторному отрыву потока воздуха и нарушению устойчивости управления ЛА.
Технический результат, обеспечиваемый полезной моделью, состоит в создании условий, позволяющих увеличить грузоподъемность ЛА и обеспечить устойчивость управления на различных этапах полета ЛА, в том числе в условиях высоких ветровых нагрузок.
Для достижения указанного технического результата на поверхности дозвукового летательного аппарата, имеющего толстый крыловой профиль с устройством снижения лобового сопротивления, изготовлен поперечный канал, в виде эллиптической каверны расположенной в области отрыва потока от поверхности ЛА.
Дозвуковой летательный аппарат отличается также тем, что внутри эллиптической каверны организован управляемый процесс циркуляции воздушного потока, за счет размещения внутри ЛА воздушного канала, выполненного в виде трубопровода, имеющего на одном конце конфузор для отсоса воздуха из каверны, а на другом конце конфузор для выдува воздуха в каверну. Для организации управляемого процесса отсоса-выдува воздуха из каверны в трубопроводе между конфузорами расположен осевой вентилятор, приводимый во вращение с помощью ведущего вала электродвигателя.
Сущность полезной модели поясняется схемой, приведенной на фиг. 1. На поверхности летательного аппарата (1) изготовлен поперечный канал, в виде эллиптической каверны (2). Образующие поверхности каверны перпендикулярны боковой поверхности ЛА (плоскость схемы на фиг. 1). На фиг. 1 имеется выноска, демонстрирующая в увеличенном масштабе расположение конфузора для выдува воздуха (6) и конфузора для отсоса воздуха (10), имеющих входной и выходной тракт соответственно в виде щели вдоль образующей поверхности эллиптической каверны (2).
V
Принцип функционирования полезной модели, поясняется следующим образом. Набегающий на ЛА (1) поток дозвукового воздуха со скоростью , создает вдоль поверхности ЛА пограничный слой, имеющий ламинарную структуру и профиль скорости (8). В зависимости от геометрических особенностей внешнего облика ЛА в определенной области на поверхности образуется отрыв потока, приводящий к его турбулизации и к снижению устойчивости управления ЛА и увеличению поверхностного давления за точкой отрыва и как следствие увеличение силы лобового сопротивления.
Для устранения указанных выше негативных явлений предлагается на поверхности ЛА изготавливать эллиптические каверны (2), которые в момент взлета и посадки ЛА имеют возможность в своей верхней части за счет специальных заслонок принимать форму поверхности ЛА. Левый край эллиптической каверны (2) располагается таким образом, чтобы область отрыва потока оказалась внутри каверны. Внутри каверны за счет создания области пониженного давления образуется зона внутренней циркуляции потока (9), ядро которой имеет габариты меньшие габаритов каверны.
V
Однако, для особых режимов движения, т.е. при определенных значениях , углах атаки и высотах полета ЛА, значение давления может достичь критического уровня, при котором на правом крае каверны образуется турбулентный поток, выходящий за пределы каверны и приводящий к повторному отрыву потока от поверхности ЛА.
Для создания условий, способствующих поджатию ядра потока, предлагается внутри ЛА располагать систему отсоса-выдува потока воздуха из каверны. Данная система состоит из трубопровода (3), осевого вентилятора (4), позволяющего повысить давление выдуваемого потока на выходе из конфузора (6). Перед выходом из конфузора (6) установлена спрямляющая решетка (7), предназначенная для создания ламинарного потока выдуваемого воздуха.
Технико-экономическая эффективность, получаемая при использовании предложенного устройства, обеспечивается за счет снижения затрат на запасы топлива на борту ЛА, что позволяет увеличить массу привозимой полезной на грузки. Электрическая энергия, необходимая для вращения вала электродвигателя, вырабатывается электрическим генератором, работающим за счет энергии турбины основного силового агрегата ЛА, что позволяет в режиме крейсерского полета не затрачивать запасы топлива на функционирование устройства снижения лобового сопротивления ЛА.
Источники информации, принятые при составлении описания и формулы изобретения:
1. Крыло с управлением пограничным слоем: пат. 149950 U1 Рос. Федерация / Житенёв Е.А., Житенёв А.С.; заявитель и патентообладатель: Житенёв Е.А., Житенёв А.С. – № 2014117879/11; заявл. 30.04.2014; опубл. 27.01.2015, Бюл. № 3.
2. Летательный аппарат: пат. 192918 U1 Рос. Федерация / Булат П.В.; заявитель и патентообладатель: ООО «Проблемная лаборатория «Турбомашины» – № 2019119000; заявл. 19.06.2019; опубл. 07.10.2019, Бюл. № 28.
3. Cамолет с аэродинамически несущим корпусом: пат. 85446 U1 Рос. Федерация / Волчков О.Д., Матвиенко А.М.; заявитель и патентообладатель: ГОУ ВПО МАИ (ГТУ). – № 2009112642/22; заявл. 06.04.2009; опубл. 10.08.2009, Бюл. № 22.