КРЫЛО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AIRCRAFT WING

Предлагаемое изобретение относится к авиационной технике. Изобретение может быть использовано при разработке крыльев перспективных средне и дальнемагистральных пассажирских самолетов.
Наряду с необходимостью обеспечения высокого уровня аэродинамического качества и топливной эффективности при проектировании перспективных крыльев пассажирских самолетов особое внимание уделяется повышению скорости и безопасности полета. Предлагаемое крыло спроектировано для эксплуатации при числах Маха вплоть до М=0,92.
Известны различные схемы крыльев современных пассажирских самолетов. Типичное крыло пассажирского самолета состоит из центроплана, консоли и необходимых функциональных систем.
Известно крыло самолета Боинг В-747 (см. Пассажирский самолеты мира, сост. Беляев В.В., стр.202-203, Москва, АСПОЛ, Аргус 1997 г.), выполненное с удлинением λ=7-9, сужением η=3-4.5, стреловидностью χ=35-40°.
Известно крыло самолета Локхид L-1011-500 «Тристар» (см. Пассажирский самолеты мира, сост. Беляев В.В., стр.242-243, Москва, АСПОЛ, Аргус 1997 г.), выполненное с удлинением λ=7-9, сужением η=3-4.5, стреловидностью χ=33-40°.
Известно скоростное крыло с наплывом (Патент РФ №2248303 МПК B64C 3/14, опубл. 19.06.2003 г.), выполненное с удлинением λ=9-11, сужением η=3-4.5, стреловидностью χ=25-35º с передними и задними наплывами, образующими профиль, сформированный как пространственная система на базе срединной поверхности, профиль наплывов крыла образован с линейными участками вставок в носовой и хвостовой частях, которые размещены в точках экстремума функций, описывающих координаты верхней и нижней поверхностей крыла, при этом протяженность линейных участков вставок равна длине наплывов.
Известно скоростное стреловидное крыло (Патент РФ №2228282 МПК B64C 3/14, опуб. 10.05.2004 г.), взятое за прототип, состоящее из центроплана и консоли, выполненное с удлинением λ=7-11, сужением η=3-4,5, углами стреловидности по передней кромке χ=25-40°, крыло сформировано как единая пространственная система на базе неплоской срединной поверхности, имеющей в бортовых сечениях S-образную форму средних линий с отрицательной вогнутостью в хвостовых частях при  и положительной вогнутостью f=0,015-0,02 при , а при переходе от бортовых сечений далее по размаху отрицательная вогнутость постепенно исчезает и положения максимальной положительной вогнутости плавно смещаются назад по хорде от значений  у борта до значений  в концевых сечениях, при этом максимальные относительные толщины профилей располагаются при , углы наклона верхней поверхности у задней кромки имеют величины не более 7°.
Общим для всех рассмотренных схем недостатком является большая потеря аэродинамического качества при числе Маха М≥0,8 и, как следствие, значительное снижение топливной эффективности.
Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является обеспечение высокой крейсерской скорости полета до числа Маха М=0,92 высоких уровней аэродинамического качества и топливной эффективности.
H.
в.п
в.п.max
в.п.max
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в стреловидном крыле, состоящем из центроплана и консоли, и выполненным с удлинением λ=7-11, сужением η=3-4.5 и стреловидностью χ=25-40°, и содержащем сверхкритические профили, передняя кромка крыла выполнена прямолинейной при виде сверху и не имеет переднего наплыва, задняя кромка выполнена с наплывом, величина радиусов носков сечений крыла, отнесенных к местной хорде r≤0.8%, форма верхней поверхности сечений крыла выполнена с участком малой кривизны, составляющим 30-50% хорды профиля, и определена соотношением У/У≥0.75 и положением максимальной ординаты У верхней поверхности в диапазоне 35-45% хорды профиля, форма нижней поверхности профиля выполнена с участком сильной кривизны (подрезкой) в хвостовой части профиля.
На фиг.1 показан общий вид стреловидного крыла,
на фиг.2 - распределение относительной максимальной толщины вдоль размаха крыла,
на фиг.3 - типовой профиль консоли крыла,
на фиг.4 - распределение нагрузки по размаху крыла,
на фиг.5 - изменение аэродинамического качества и критерия топливной эффективности от числа Маха крейсерского полета.
Крыло летательного аппарата 1 (Фиг.1) состоит из центроплана 2 и консоли 3, выполнено с удлинением λ=7-11, сужением η=3-4.5 и стреловидностью χ=25-40°, без наплыва и излома по передней кромке 4 и с изломом 6 и наплывом 7 на задней кромке 5 крыла. Благодаря отсутствию излома по передней кромке 4, крыло имеет более равномерное распределение толщины  сечений по размаху 8  крыла (Фиг.2) и меньшие нагрузки на конструкцию крыла по сравнению с крыльями, имеющими наплыв на передней кромке крыла. Это, в свою очередь, позволяет снизить вес крыла.
H.
H.
в.п
в.п.max
в.п
в.п.max
Крыло содержит сверхкритические профили 9 (Фиг.3), характеризуется радиусами носков 10 профиля, имеющими величину r≤0.8% (где r - величина радиусов носков сечений крыла, отнесенных к местной хорде), положением максимальной толщины на участке 20-45% хорды профиля. Форма верхней поверхности 11 профиля 9 характеризуется продолжительным участком малой кривизны на участке 30-50% хорды профиля и определяемым соотношением У/У≥0.75 (где У - значение ординаты верхней поверхности сечения крыла, У - максимальное значение ординаты верхней поверхности сечения крыла) и положением максимальной ординаты верхней поверхности в диапазоне 35-45% хорды профиля. Нижняя поверхность 12 профиля выполнена с участком 13 сильной кривизны (подрезкой) в хвостовой части профиля.
Крыло сформировано по шести базовым сечениям, полученным при помощи трехэтапной процедуры аэродинамического проектирования, состоящей из этапа начального выбора геометрии, этапа решения обратной задачи и этапа многорежимной оптимизации, поверхность крыла образована путем построения сплайн-поверхности по первым трем сечениям, следующая сплайн-поверхность строится по третьему, четвертому и пятому базовым сечениям и стыкуется с последним сечением линейчатым участком.
Распределение нагрузки по размаху отличается от эллиптического (Фиг.4). Такое распределение позволяет ослабить волновой кризис на консолях при больших Су, снизить изгибающий момент и защитить концевые сечения от преждевременного срыва.
Были выполнены исследования в аэродинамической трубе на модели самолета с предлагаемым крылом. Результаты испытаний показали, что предлагаемое крыло летательного аппарата по сравнению с прототипом позволяет без ухудшения аэродинамических показателей обеспечить дополнительное увеличение аэродинамического качества ΔКмах≈0,65÷1.2 в диапазоне чисел Маха М=0.88÷0.92 и топливной эффективности ΔКмах*М≈0.6÷1.07 (Фиг.5) и, как следствие, снижение расхода топлива и увеличение безопасности полета.
Таким образом, удается создать крыло летательного аппарата, обладающее следующими преимуществами:
крейс
- высокие аэродинамическое качество и топливная эффективность на дозвуковых скоростях полета М=0.88-0.92.