ПОЛОЕ МЯГКОЕ КРЫЛО С ВОЗДУХОЗАБОРНИКОМ В НОСКЕ И ПРОФИЛИРОВАННОЙ ЩЕЛЬЮ НА ВЕРХНЕЙ ПОВЕРХНОСТИ
HOLLOW SOFT WING WITH AIR INTAKE AT TIP AND SHAPED SLOT ON UPPER SURFACE

Область техники, к которой относится изобретение
Транспортирование; воздухоплавание, авиация, космонавтика; летательные аппараты тяжелее воздуха.
Уровень техники
В мягком крыле, формообразование которого обуславливается избыточным давлением в его внутренней полости, получаемым при торможении набегающего потока в воздухозаборнике у носка профиля, а также натяжением стропной системы, вырез под воздухозаборник снижает аэродинамическое качество профиля. Кроме того, полая конструкция профиля затрудняет оснащение крыла механизацией, а попытки увеличения кривизны профиля на взлетно-посадочных режимах манипуляциями со стропной системой приводят к изломам поверхностей крыла.
Средства управления пограничным слоем и кривизной профиля мягкого крыла могут улучшить как его аэродинамическое качество, так и его несущие свойства на взлетно-посадочных режимах, тем самым делая летательный аппарат с мягким крылом менее чувствительным к погодным условиям, увеличивая диапазон его эксплуатационных скоростей и уменьшая потребную площадь его несущей поверхности.
Ранее предпринимались попытки управления пограничным слоем на верхней части полого крыла через щели в его поверхности, однако это не принесло существенного улучшения несущих характеристик крыла, при этом усложнив и утяжелив его конструкцию.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому и принятым за прототип является крыло, описанное United States Patent №4191349 от 4 марта 1980 года. Прототип представляет собой полое мягкое крыло с воздухозаборником в носке, включающее нижнюю поверхность, верхнюю поверхность и нервюры и имеющее по меньшей мере одну щель на своей верхней поверхности, причем отверстие этой щели направлено в сторону задней кромки крыла, таким образом, чтобы направить выходящий из щели поток вдоль поверхности этого крыла.
Недостатком данного технического решения является то, что перед щелью отсутствует сужающийся канал, вследствие чего воздух, выходящий из щели, недостаточно ускоряется и дополнительной зоны пониженного давления на верхней поверхности крыла не возникает.Кроме того, отверстие щели, направленное в сторону задней кромки крыла, нарушает плавность контура профиля, образуя «ступеньку». В результате аэродинамическое качество крыла описанной выше конструкции оказалось не выше, чем у крыла, не имеющего щелей на своей поверхности. Не расширился также и диапазон допустимых углов атаки крыла. Вследствие этого крылья описанной выше конструкции в настоящее время не используются.
Раскрытие изобретения
Изобретение направлено на улучшение аэродинамических характеристик профиля полого мягкого крыла с воздухозаборником.
Изобретение представляет собой полое мягкое крыло с воздухозаборником в носке, отличающееся тем, что в его полости выполнены карманы (см. поз.1, фиг.1, 2, 3), образующие по меньшей мере один сужающийся канал с выходом через щель в верхней поверхности крыла.
Сужающийся канал в полости крыла образует подобие второго носка, и обтекающий его поток создает дополнительную подсасывающую силу, улучшая аэродинамическое качество профиля. Кроме того, преобразование части избыточного давления внутри полого крыла в тонкую высокоскоростную струю, выдувающуюся на его верхнюю поверхность, приводит к образованию на этой поверхности дополнительной зоны пониженного давления, отодвигающей срыв потока с верхней поверхности крыла на большие углы атаки. Последнее позволяет:
- поворачивать заднюю часть профиля относительно передней, увеличивая тем самым кривизну профиля (см. фиг.3) без образования складок на нижней поверхности крыла, используя указанные карманы вместе с разделением нервюр на переднюю и заднюю части, поддерживающие каждая свой карман;
- изменять установочный угол крыла целиком или увеличивать кривизну крыла при подтягивании его задней части с образованием складки по нижней поверхности, используя указанные карманы без разделения нервюр.
Осуществление изобретения
Для оценки получаемого эффекта рассмотрим формы профилей, получаемых из исходного NACA 4415, и распределение давления на них при Re=2196294 и угле атаки 10 градусов. Градация давления на всех фигурах одинакова.
Форма и распределение давления на исходном профиле показаны на фиг.4.
Форма профиля с воздухозаборником и распределение давления на нем показаны на фиг.5.
Форма профиля с карманами, образующими профилированную щель, и распределение давления на нем показаны на фиг.6.
Форма профиля с карманами, образующими профилированную щель, при отклонении задней части профиля на угол 20 градусов относительно передней части, и распределение давления на профиле показаны на фиг.7.
Численный аэродинамический расчет (использована программа FlowVision ver.2.3) показывает следующие основные характеристики профилей на заданном режиме:
Номер фигуры
Сх
Су
1
0.087371
1.151827
2
0.09917
1.052378
3
0.08921
1.201745
4
0.257864
1.908809
Как видим, воздухозаборник ухудшает характеристики профиля, а сужающийся канал со щелью нивелирует это ухудшение. Кроме того, при отгибании задней части профиля заметен значительный прирост подъемной силы.
Увеличение кривизны профилей, показанных на фиг.3 и 7, достигается подтягиванием заднего ряда строп. Средний ряд строп находится на линии изгиба.
Изобретение может быть осуществлено без существенной переработки технологии изготовления мягкого крыла.
Если конструктивных элементов для облегчения отгибания задней части крыла не предусматривается, то по сравнению с обычным крылом новая конструкция отличается только разделенным на переднюю и заднюю части верхним полотнищем, которое пришивается к нервюрам обычным образом.
Если конструктивные элементы для облегчения отгибания задней части крыла предусматриваются, то их реализация допускает различные варианты, например:
- в показанном на фиг.8 крыле эластичный шнур в оплетке 4, пропущенный между швами, стыкующими соседние полотнища верхней передней поверхности крыла 2 и закрепленный на крыле посредством люверсов 5 и узлов 6, обеспечивает неразмыкание щели при выводе крыла и при этом не препятствует отгибанию его задней кромки в случае необходимости. От сморщивания подходящую к щели кромку переднего верхнего полотнища предохраняет накладка из материала повышенной жесткости 7;
- в показанном на фиг.9 крыле, имеющем цельные нервюры (контур нервюры в местах прохода воздуха условно не показан), нижнее полотнище за третьим рядом строп имеет выемку 8, частично закрытую накладкой 9. В области выемки создается пониженное по сравнению с остальной полостью крыла давление, что облегчает отгибание задней кромки крыла в случае необходимости, а цельные нервюры обеспечивают неразмыкание щели.