УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОБТЕКАНИЕМ ГИПЕРЗВУКОВОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к области ракетной и космической техники. Преимущественная область использования - совершенствование аэродинамических характеристик маневрирующих в атмосфере гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА) на основе управления их обтеканием.
Известны устройства для управления обтеканием летательных аппаратов (Краснов Н.Ф. и др. Аэродинамика отрывных течений: Уч. пособие для втузов (Н.Ф. Краснов, В.Н. Кошевой, В.Т. Калугин; Под ред. Н.Ф. Краснова. - М.: Высшая школа, 1988. - 480 с.), содержащие выдвижные аэродинамические поверхности (закрылки, интерцепторы, аэродинамические юбки и иглы). Недостатками указанных устройств являются сложность конструкции, большая дополнительная масса, нестабильность аэродинамических характеристик, снижающая статическую устойчивость ГЛА.
Известно устройство для управления аэродинамическим сопротивлением (Патент RU 2144652 от 21.01. 2000 г.), содержащее носовую часть с размещенным в ней направляющим каналом, аэродинамические иглы, размещенные в устройстве для хранения и подачи аэродинамических игл, устройство для хранения и подачи аэродинамических игл с емкостью для сжатого газа и систему управления, причем устройство для хранения и подачи аэродинамических игл выполнено в виде неподвижного цилиндрического герметичного корпуса, а емкость для сжатого газа соединена через клапан с подающим каналом, конец которого присоединен к направляющему каналу и снабжен датчиком положения аэродинамической иглы. За счет обеспечения постоянной длины выдвинутой части аэродинамической иглы сохраняется постоянным положение центра давления ГЛА и, тем самым, повышается его статическая устойчивость. Недостатками указанного устройства является то, что наличие и использование сжатого газа существенно снижает взрывобезопасность устройства в целом, а размещение устройства хранения и подачи аэродинамических игл, содержащего емкость для сжатого газа, требует дополнительного объема в корпусе аппарата, что снижает плотность компоновки аппарата и усложняет конструкцию в целом.
Наиболее близким к заявленному устройству является устройство для управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата (Патент RU 2268847 от 27.01.2006 г.), содержащее осесимметричную носовую часть, центральную и дополнительные аэродинамические иглы, выполненные в виде тонких цилиндрических стержней. Аэродинамические иглы расположены в цилиндрических каналах, выполненных в носовой части, причем один из каналов расположен на оси симметрии, а остальные - на расстоянии от оси симметрии и равномерно по окружности с центром на оси симметрии. Каждый из каналов снабжен механизмом подачи аэродинамических игл навстречу набегающему потоку с возможностью выдвижения каждой из игл для составления конфигурации набора аэродинамических игл, необходимой для совместной их работы по управлению обтеканием гиперзвукового летательного аппарата. Работу устройства обеспечивает система управления. Устройство обеспечивает неизменную координату центра давления гиперзвукового летательного аппарата, снижение силы лобового сопротивления и создание управляющих усилий и моментов для маневрировании в атмосфере.
Существенным недостатком указанного устройства является сложность конструкции, что приводит к увеличению дополнительной массы на управление и утяжеляет наконечник ГЛА. Также следует отметить снижение прочностных и теплотехнических характеристик конструкции наконечника ГЛА, воспринимающего основную тепловую нагрузку при движении на гиперзвуковых скоростях.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции при одновременном уменьшении массовых затрат на управление обтеканием ГЛА.
Известно (Шутилов В.А. Основы физики ультразвука. - Л.: Из-во Ленинградского университета, 1980. - 280 с.), что вследствие малости длины ультразвуковой волны ультразвук может излучаться в виде узких направленных пучков (реализуется продольная волна - колебания частиц среды происходят в направлении распространения волны). Амплитуда скорости и ускорения колебаний движущихся частиц среды, а также амплитуда звукового давления в ультразвуковой волне во много раз больше соответствующих величин для слышимых звуков. Силы давления ультразвука совершают положительную работу. В процессе излучения ультразвука колеблющимся источником (излучателем, осциллятором) его энергия передается прилегающей среде в форме звуковой энергии. Следовательно, ультразвуковое излучение создает давление на среду, зависящее от характеристик излучателя. Чем больше частота и амплитуда колебаний, тем больше давление на среду излучателя. Регулируя характеристики излучателя, можно изменять расстояние скачка уплотнения до носовой части ГЛА и его конфигурацию, что позволяет обеспечивать неизменную координату центра давления гиперзвукового летательного аппарата, снижение силы лобового сопротивления или создание управляющих усилий и моментов для маневрирования в атмосфере.
Сущность полезной модели состоит в том, что известное устройство для управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата, имеющее осесимметричную носовую часть, содержащее систему управления, предлагается снабдить центральным и дополнительными стержневыми ультразвуковыми излучателями, размещенными неподвижно в цилиндрических каналах заподлицо с поверхностью носовой части аппарата.
Положительный эффект предлагаемого устройства заключается в том, что замена аэродинамических игл на стержневые ультразвуковые излучатели, размещенные неподвижно в цилиндрических каналах заподлицо с поверхностью носовой части аппарата, позволяет исключить необходимость механизмов подачи игл, что упрощает конструкцию устройства и уменьшает дополнительную массу на управление обтеканием ГЛА, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».
На фиг. 1 показан общий вид устройства для управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата.
На фиг. 2 показан вид спереди устройства для управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата.
Устройство состоит из осесимметричной носовой части 1, вдоль продольной оси которой и по периферии на расстоянии от оси симметрии по окружности расположены цилиндрические каналы 2. В цилиндрических каналах 2 заподлицо с поверхностью носовой части 1 аппарата неподвижно размещаются центральный 3 и дополнительные 4 стержневые ультразвуковые излучатели. В конце носовой части 1 на шпангоутах крепится система управления 5.
Функционирование устройства заключается в следующем. По сигналу от системы управления 5 в соответствии с программой подается напряжение от бортового источника питания ГЛА на заданную комбинацию ультразвуковых излучателей 3(4). Ультразвуковое излучение создает давление на среду, зависящее от характеристик излучателей. Чем больше частота и амплитуда колебаний, тем больше давление на среду и тем дальше отходит скачок уплотнения от носовой части 1. Программно регулируя характеристики излучателей 3(4), можно изменять расстояние скачка уплотнения до носовой части 1 ГЛА, создавая требуемую конфигурацию скачков уплотнения.
Предлагаемая конструктивная схема устройства для управления обтеканием ГЛА может быть использована при разработке и проектировании космических спускаемых аппаратов, осуществляющих планирующий спуск в атмосфере, при разработке и проектировании воздушно-космических самолетов, а также при разработке новых типов элементов боевого оснащения ракет.