АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ РУЛЬ
AERODYNAMIC CONTROL SURFACE

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к органам управления полетом летательных аппаратов.
Основными параметрами рулей, используемых для управления полетом летательных аппаратов, являются эффективность, определяемая приращением коэффициентов моментов при полном отклонении рулей от нейтрального положения, и шарнирный момент, то есть момент относительно оси вращения руля, возникающий из-за воздействия на руль воздушного потока (см. Микеладзе В.Г., Титов В.М. Основные геометрические и аэродинамические характеристики самолетов и ракет. Справочник. М., Машиностроение, 1982, с. 136 и 126). Увеличение эффективности рулей приводит к улучшению управляемости летательного аппарата, а уменьшение шарнирного момента к уменьшению веса конструкции и мощности бустеров рулей (бустер и бустерное управление - см. Энциклопедия Авиация. М., Большая Российская Энциклопедия, 1994, с. 124).
Известен руль управления полетом летательных аппаратов, состоящий из одной подвижной поверхности, установленной в хвостовой части аэродинамической поверхности (см. Энциклопедия Авиация. М., Большая Российская Энциклопедия, 1994, с. 490).
Недостатком такого руля является его небольшая эффективность.
Высокая эффективность особенно важна для рулей направления самолетов с двигателями, расположенными на консолях крыла, при несимметричном отказе двигателей. В этом случае для безопасного завершения полета высокая эффективность руля направления необходима для парирования большого момента рыскания.
Известен двухзвенный руль высокой эффективности со вторым звеном, расположенным позади основного переднего звена (см. патент РФ №2492109, фиг. 7, МПК В64С, 2008 г.). Второе звено имеет свою ось вращения, расположенную на переднем звене, и отклоняется относительно не отклоненного положения на угол больший, чем переднее звено.
Недостатком такого руля является большой шарнирный момент.
По техническим признакам прототипом предлагаемого руля является руль с двумя звеньями, имеющими общую ось вращения, с максимальным углом отклонения переднего звена меньшим, чем максимальный угол отклонения заднего звена относительно их не отклоненного положения (патент РФ №2593178, МПК В64С, 2016 г.).
Недостатком данного руля является его небольшая эффективность.
Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка аэродинамического руля, обеспечивающего повышение его эффективности при небольшой мощности бустера руля или при безбустерном управлении.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в аэродинамическом руле, состоящем из переднего и заднего звеньев, имеющих общую ось вращения, заднее звено выполнено с осевой компенсацией, а угол отклонения переднего звена пропорционален углу отклонения заднего звена с коэффициентом пропорциональности от 0.6 до 0.8, причем между передним и задним звеньями руля существует профилированная щель.
Кроме того, переднее и заднее звенья руля выполнены с возможностью отклонения как одно целое на один и тот же угол.
На фиг. 1 представлен профиль сечения предлагаемого руля в не отклоненном положении.
На фиг. 2 представлен профиль сечения предлагаемого руля в отклоненном положении.
Руль, состоящий из переднего 1 и заднего 2 звеньев, установлен в хвостовой части аэродинамической поверхности 3. Звенья руля 1 и 2 имеют общую ось вращения 4. Заднее звено имеет осевую компенсацию 5. Переднее звено руля 1 отделено от заднего звена 2 профилированной щелью 6.
Функционирование руля показано на фиг. 2.
1
2
1
1
Переднее звено руля 1 отклоняется на угол α, а заднее звено 2 - на угол α, который больше, чем угол α. Максимальный угол отклонения α переднего звена 1 выбирается так, чтобы с него не происходило срыва потока. Форма носовой части (осевой компенсации) заднего звена 2 может выбираться таким образом, что, за счет разницы в углах отклонения звеньев руля 1 и 2, щель 6 между ними сужается на выходе во внешний поток и расширяется в области заторможенного потока с противоположной стороны руля. За счет перетекания части потока 7 через щель 6 между звеньями руля 1 и 2 реализуется эффект щелевого обтекания и отрыв на заднем звене 2 смещается ниже по потоку, чем в отсутствие щели. Таким образом переднее звено руля 1 выполняет роль предкрылка для заднего звена 2. Между углами отклонения переднего 1 и заднего 2 звеньев может вводиться кинематическая связь. При этом шарнирный момент переднего звена 1 противоположен по знаку шарнирному моменту заднего звена руля 2, что уменьшает суммарный шарнирный момент.
2
1
Другой, менее эффективный, но значительно упрощающий конструкцию руля, вариант функционирования предлагаемого руля предполагает отклонение заднего звена руля 2 за одно целое с передним звеном 1, то есть α=α.
1
2
2
2
1
Расчетные исследования показали повышение эффективности предлагаемого руля по сравнению с прототипом при кинематической связи между углами отклонения звеньев руля α=k⋅α, где k выбирается в диапазоне от 0.6 до 0.8, и отклонении заднего звена руля на максимальный угол до α=35-45°, при небольшом шарнирном моменте. Расчетные исследования показали также, что по сравнению с обычным рулем с большим удлинением (удлинение управляющей поверхности - см. Микеладзе В.Г., Титов В.М. Основные геометрические и аэродинамические характеристики самолетов и ракет. Справочник. М., Машиностроение, 1982, с. 77) повышается эффективность и уменьшается шарнирный момент упрощенного варианта предлагаемого руля при отклонении звеньев руля как одного целого, то есть при α=α и отклонении руля на максимальный угол до 30-35°. Меньший шарнирный момент руля позволяет использовать изобретение при небольшой мощности бустера руля или при безбустерном управлении.