Адаптивное крыло с профилем изменяемой кривизны
ADAPTIVE WING WITH A VARIABLE-CAMBER PROFILE

Изобретение относится к авиационной и водной технике, где может быть использовано либо как крыло для создания основной подъемной силы, либо как поверхность для создания управляющих усилий на данный аппарат.
Известна схема и принцип действия адаптивной аэродинамической поверхности, содержащей, как минимум, одну панель, включающую сегменты профиля и соединенный с ними механизм преобразования профиля, который 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 (2657062 С1, МПК В64 с3/48, 08/06/18).
Характерной проблемой данной адаптивной аэродинамической поверхности является значительная трудность размещения внутри нее силовых элементов, приводов и топливных баков.
Задачей является усовершенствование механизма адаптивной аэродинамической поверхности таким образом, чтобы внутри нее можно было бы разместить необходимого размера силовые элементы, топливные баки, привода и проводку.
Ожидаемым результатом является крыло с профилем изменяемой кривизны, включающее как силовые элементы, так и оборудование.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что адаптивное крыло с профилем изменяемой кривизны содержит минимум две механические цепи, обшивку, опоры-рычаги, соединяющие механические цепи с обшивкой, при этом каждые соседние из опор-рычагов соединены между собой тягами в районе обшивки, и силовые элементы, крепящиеся к механическим цепям, минимум одну балку-синхронизатор, синхронизирующую изгиб механических цепей и минимум один линейный привод, обеспечивающий изменение и сохранение заданной кривизны профиля крыла.
В качестве силового элемента могут быть лонжероны, кессоны, ферменные конструкции.
Фиг. 1 - Общая схема адаптивного крыла с профилем изменяемой кривизны.
Фиг. 2 - Общая схема механической цепи.
Фиг. 3 - Общая схема хвостовой части адаптивного крыла.
Адаптивное крыло с профилем изменяемой кривизны (фиг. 1) состоит из силового элемента 1, представляющего собой лонжероны, либо кессоны, либо ферменную конструкцию, к которому крепятся механические цепи 2 (фиг. 2). При этом нервюра с профилем переменной кривизны образуется подвижными опорами-рычагами 3, крепящимися к механической цепи 2, каждые соседние из которых соединены друг с другом тягами 4. При этом носовой и два соседних с ней опоры-рычага 5 в носовой части нервюры неподвижно соединены с механической цепью 2.
На фиг. 2 представлена типовая механическая цепь, состоящая из носового звена 11, силовых звеньев 12, хвостового звена 13 и трансмиссии 14.
Обшивка 6 представляет собой гибкое, но не растяжимое листовое тело, крепящееся к нервюрам с профилем переменной кривизны через законцовки опор-рычагов 3. Концы обшивки 6 в хвостовом районе крыла (фиг. 3) могут свободно перемещаться друг относительно друга, но почти плотно прилегают друг к другу. Для этого на хвостовом звене 13 механической цепи 2 имеются направляющие 7, по которым скользят муфты 8, к которым крепятся концы обшивки 6.
Опоры-рычаги 3 крепятся к звеньям механической цепи 11, 12, 13 в любом количестве и в любых местах (Фиг. 2). Но при этом их нельзя крепить к ее трансмиссии 14.
Количество и тип силовых элементов 1 зависит исключительно от характера нагрузок на крыло во всех его вариациях формы, конструктивных особенностей конкретного летательного аппарата и от весовой эффективности.
Топливные баки и крупногабаритное оборудование, расположенное внутри крыла, крепится к силовым элементам посредством шарниров, рычагов и скользящих муфт.
Для синхронного изгиба всех профилей крыла используется минимум одна силовая балка-синхронизатор 9, передающая и уравновешивающая крутящие моменты на всех механических цепях 2. В определенных случаях ее роль может выполнять второй лонжерон.
Приводов 10, осуществляющих изгиб крыла, может быть минимум один на каждую консоль крыла. Они представляют собой линейные актуаторы, которые могут совершать линейные перемещения. Расположены они таким образом, чтобы как можно равномернее распределять свои усилия на все механические цепи 2 и минимизировать крутящие моменты на силовых элементах 1 и балках-синхронизаторах 9. Крепятся приводы 10 с одной стороны к силовому элементу 1, с другой - к балке-синхронизатору 9.
В плане динамики данное крыло работает следующим образом:
аэродинамические силы действуют на обшивку крыла 6. С нее они передаются через опоры-рычаги 3 на звенья механических цепей 11, 12, 13. В механической цепи 2 усилия, передаваясь от звена к звену через ее трансмиссию 14, собираются на тех звеньях, которые крепятся к силовым элементам 1. С них усилия передаются на фюзеляж летательного аппарата.
В плане кинематики данное крыло работает следующим образом:
линейный привод 10 меняет расстояние между концом рычага на звене с силовым элементом 1 и концом рычага на звене с балкой-синхронизатором 9.
При этом он меняет угол между звеном механической цепи 2, которое крепится к силовому элементу 1 и звеном механической цепи 2, которое крепится к балке-синхронизатору 9.
В соответствии с принципом работы механической цепи 2, где поворот звена n-1 в одну сторону приводит к повороту звена n+1 в другую, работа линейного привода приводит к синхронному и кинематически заданному изменению углов между всеми звеньями 11, 12, 13.
Суммарно это приведет к изменению кривизны всей механической цепи 2.
Вслед за звеньями механической цепи 2 на новые положения в пространстве переместятся основания опор-рычагов 3. При этом их угол относительно звеньев механической цепи 11, 12, 13, к которым они присоединены, изменится как и расстояния между их основаниями.
Но при этом расстояниям между законцовками опор-рычагов 3 не будет меняться за счет соединяющих каждые соседние из них тяг 4.
Это не даст обшивке 6 ни натягиваться, ни сморщиваться при изменении кривизны профиля крыла.
Носовая опора-рычаг и две соседние с ней опоры-рычаги 5 остаются неподвижными относительно носового звена механической цепи 11.
Хвостовые края обшивки 6, не поддерживаемые опорами-рычагами 3, и крепящиеся к скользящим муфтам 8 линейно перемещаются друг относительно друга, но почти плотно прилегают друг к другу из-за близости направляющих 7, по которым скользят муфты 8 на хвостовом звене механической цепи 13.
В результате все крыло меняет кривизну своего профиля.
1. Поскольку для опор-рычагов 3 нет геометрических ограничений по длине (см. Фиг. 1), то внутри крыла возможно разместить необходимые силовые элементы, топливные баки, приводы и проводку.
2. Была построена подробная трехмерная модель адаптивного крыла с профилем изменяемой кривизны. В среде программы SolidWorks были проведены ее кинематические исследования, показавшие, что данное крыло геометрически способно в значительной мере менять кривизну своего профиля.
3. Был изготовлен полноразмерный и конструктивно полноценный сегмент крыла с профилем изменяемой кривизны. Его испытания показали, что данное крыло действительно способно значительно менять кривизну своего профиля. Эксперимент показал угол между носовым и хвостовым звеном механической цепи 2 при максимальном изгибе составил 80°.