Адаптивная аэродинамическая поверхность
ADAPTIVE AERODYNAMIC SURFACE

Изобретение относится к области аэро- и гидродинамики.
Известен аналог «Flexible aerofoils» US 4113210 A, содержащий сегменты профиля, приводы (по одному на каждый изгиб профиля), клинья, охватывающие рельсы для клиньев, гибкий материал аэродинамической поверхности.
Также известен аналог «Airfoil variable cambering device and method» US 4247066 A, содержащий цепь верхней поверхности, цепь нижней поверхности, червячную передачу, гибкий материал аэродинамической поверхности.
Недостатками их являются множество приводов, сложная конструкция и сложная система управления. При этом габариты, вес и мощность приводов накладывают значительные ограничения на размер профиля и на его количество сегментов (следовательно, и на плавность изгиба). За прототип принят «Variable camber airfoil» US 1868748 A, содержащий сегментированный профиль и механизм управления.
Недостатками прототипа являются очень сложный механизм управления, связь между сегментами при помощи карданной передачи, что не позволяет им изгибаться друг относительно друга на большие углы.
Техническим результатом изобретения является:
- простое управление сложным движением;
- возможность подробной настройки формы профиля без использования электроники;
- возможность управления аэродинамическими поверхностями разных схем;
- как минимум четыре варианта исполнения механизма преобразования профиля.
Технический результат достигается тем, что в адаптивной аэродинамической поверхности, содержащей как минимум одну панель, включающую сегменты профиля и соединенный с ними механизм преобразования профиля. Механизм преобразования профиля состоит из звеньев, соединенных в цепь, причем любые звенья n и n+2 дополнительно связаны механической связью таким образом, что вращение звена n приводит к вращению звена n+2 в обратном направлении.
При этом механическая связь может быть выполнена посредством зубчатого зацепления, Х-образного цепного зацепления, Х-образного тросового зацепления, посредством Z-образного рычажного механизма.
Передаточное отношение механической связи звеньев n и n+2 различно для разных пар.
Отдельные сегменты профиля соединены более чем с одним механизмом преобразования профиля.
На фигуре 1 изображена адаптивная аэродинамическая поверхность.
На фигуре 2 изображена преобразуемая панель.
На фигуре 3 изображен пакет сегментов профиля.
На фигуре 4 изображен механизм преобразования профиля с зубчатым зацеплением.
На фигуре 5 изображен механизм преобразования профиля с цепным либо тросовым зацеплением.
На фигуре 6 изображен механизм преобразования профиля с рычажным зацеплением.
На фигуре 7 изображено звено верхней цепи механизма преобразования профиля с зубчатым зацеплением.
На фигуре 8 изображено звено верхней цепи механизма преобразования профиля с цепным либо тросовым зацеплением.
На фигуре 9 изображено звено верхней цепи механизма преобразования профиля с рычажным зацеплением.
На фигуре 10 изображено звено нижней цепи механизма преобразования профиля с зубчатым зацеплением.
На фигуре 11 изображено звено нижней цепи механизма преобразования профиля с цепным либо тросовым зацеплением.
На фигуре 12 изображено звено нижней цепи механизма преобразования профиля с рычажным зацеплением.
На фигуре 13 изображено пассивное звено механизма преобразования профиля.
Адаптивная аэродинамическая поверхность, содержит как минимум одну панель, включающую сегменты профиля и соединенный с ними механизм преобразования профиля, механизм преобразования профиля состоит из звеньев, соединенных в цепь, причем любые звенья n и n+2 дополнительно связаны механической связью таким образом, что вращение звена n приводит к вращению звена n+2 в обратном направлении.
Механизм преобразования профиля 1 состоит из чередующихся звеньев верхней цепи 2 и нижней цепи 3.
Каждое звено верхней цепи содержит рамку с двумя осями 4, одно либо два крепления для пакета сегментов профиля 5 и элемент взаимодействия 6 с соседними звеньями n+2 (то есть тоже звеньями верхней цепи).
Каждое звено нижней цепи содержит планку, имеющую по краям проушины 7 и элементы взаимодействия 8 с соседними звеньями n+2 (то есть со звеньями нижней цепи), и одно крепление для пакета сегментов профиля 9.
Элементом взаимодействия могут быть шестерни, двойные катушки с X-образным тросовым зацеплением, двойные звездочки с Х-образным цепным зацеплением и рычаги.
Пассивное звено 10 механизма преобразования профиля содержит планку 11, имеющую по краям проушины и одно крепление для пакета сегментов профиля 12. В цепи механизма преобразования профиля оно идет под тем же номером, что звенья нижней цепи. В некоторых случаях пассивное звено жестко связано со звеном нижней цепи и, фактически, является его частью либо может просто отсутствовать.
На каждую ось звена верхней цепи надевается звено нижней цепи и одно пассивное звено. Чередуясь таким образом, звенья верхней цепи и звенья нижней цепи (и пассивные звенья) образуют своего рода роликовую цепь. При этом их элементы взаимодействия связывают звенья n и n+2 таким образом, что вращение звена n в одну сторону приводит к вращению звена n+2 в другую.
К креплениям для пакета сегментов профиля крепятся сегменты профиля 13. Устройство работает следующим образом. Для приведения механизма преобразования профиля 1 в движение надо повернуть друг относительно друга любые два его звена.
Звено n=1 вращает звено n=3, при этом вращается звено n=2, что приводит в движение звено n=4. И так далее для всех звеньев цепи. При этом все звенья вращаются в одну сторону относительно звена, принятого за неподвижное. Различное передаточное отношение в элементах взаимодействия 6 позволяет звеньям вращаться с разной скоростью, что позволяет получить неравномерный изгиб.
Чтобы получить плавный изгиб, надо изогнуть профиль в нескольких местах на заданный угол. Для получения выгиба профиля надо, чтобы относительно каждого сегмента последующий и предыдущий вращались в разные стороны. Можно набрать управляющий механизм, состоящий из любого количества сегментов. При этом управляющий механизм по сути образует механическую цепь. Меняя передаточное отношение, можно заставить изгибаться профиль неравномерно.
Предлагаемое изобретение позволяет получить механическую адаптивную аэродинамическую поверхность, имеющую простую конструкцию, высокую прочность, функцию механической памяти, исключающую необходимость в электронной и способную к простому управлению сложными движениями.
Для подтверждения технического результата было выполнено компьютерное моделирование, которое показало, что механизм работает и может быть изготовлен. Также при помощи 3D-принтера был изготовлен работающий опытный образец механизма преобразования профиля с шестеренчатым зацеплением.