ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к летательным аппаратам (ЛА), использующим для управления движением реактивную силу струи двигательной установки.
Известны ЛА, снабженные устройствами воздействия на струю газов реактивного сопла двигательной установки (И.Х. Фахрутдинов, А.В. Котельников, "Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива", Москва, изд. "Машиностроение, 1987 г., стр. 215-253). ЛА с наиболее простым устройством управления движением, принятый за прототип и представленный на стр. 236-239, рис. 9.30а и 9.31б, содержит корпус, включающий систему управления, двигательную установку с реактивным соплом, установленным на донном срезе корпуса, а также интерцепторы, установленные по периферии сбоку от реактивного сопла за его уровнем среза. Каждый интерцептор установлен на поворотной оси, соединенной с реверсным приводом, сообщенным с системой управления. Интерцептор вводится в газовую струю периодически, на время создания управляющего усилия. Для управления ЛА по трем каналам (тангаж, рыскание и крен) используют восемь интерцепторов, расположенных вне реактивного сопла по его периферии. Четыре интерцептора, расположенные попарно противоположно, обеспечивают управление ЛА по курсу и тангажу, а остальные четыре, также расположенные попарно противоположно, используются для управления по крену, при этом плоскости их поверхностей, направленные навстречу потоку газов в струе, скошены под углом к оси, с попарно противоположным направлением угла скоса. Для создания управляющего момента по крену достаточен небольшой угол скоса (1-2°). Известное устройство может быть реализовано и при наличии в двигательной установке не менее трех реактивных сопел, установленных на донном срезе корпуса вокруг продольной оси и установке интерцепторов сбоку от различных реактивных сопел.
Существенными признаками прототипа, совпадающими с предлагаемым устройством являются следующие: летательный аппарат, содержащий корпус, включающий систему управления, двигательную установку, содержащую не менее трех реактивных сопел, установленных на донном срезе корпуса вокруг продольной оси, а также интерцепторы, установленные сбоку от различных реактивных сопел, за уровнем их среза, на поворотных осях, соединенных с реверсными приводами, сообщенными с системой управления и выполненными с возможностью периодического введения каждого интерцептора в газовую струю соседнего с интерцептором реактивного сопла.
В прототипе для управления движением ЛА используется восемь интерцепторов и восемь приводов для их вращения, что усложняет систему управления. Кроме того, для создания управляющего момента по крену площадь поверхности четырех интерцепторов используется с эффективностью 1,7-3,5% (пропорционально тангенсу угла скоса их поверхности), что увеличивает затраты энергии двигательной установки на управление по крену ЛА.
Техническим результатом, на решение которого направлена полезная модель, является уменьшение количества интерцепторов и их приводов и увеличение эффективности управления интерцепторами по крену ЛА.
Для решения поставленной задачи в летательном аппарате, содержащем корпус, включающий систему управления, двигательную установку, содержащую не менее трех реактивных сопел, установленных на донном срезе корпуса вокруг продольной оси, а также интерцепторы, установленные сбоку от различных реактивных сопел, за уровнем их среза, на поворотных осях, соединенных с реверсными приводами, сообщенными с системой управления и выполненными с возможностью периодического введения каждого интерцептора в газовую струю соседнего с интерцептором реактивного сопла, по одному интерцептору на поворотной оси с реверсным приводом установлено, по меньшей мере, в трех промежутках между различными соседними реактивными соплами, а реверсный привод каждого интерцептора выполнен с возможностью его периодического введения в любую необходимую для управления газовую струю соседних с интерцептором реактивных сопел.
Отличительными признаками ЛА является то, по одному интерцептору на поворотной оси с реверсным приводом установлено, по меньшей мере, в трех промежутках между различными соседними реактивными соплами, а реверсный привод каждого интерцептора выполнен с возможностью его периодического введения в любую необходимую для управления газовую струю соседних с интерцептором реактивных сопел.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий технический результат: для управления движением ЛА достаточно трех интерцепторов и трех реверсных приводов, при этом уменьшаются затраты энергии на управление по крену.
Предложенное техническое решение может найти применение в космической и авиационной технике при полетах с большой скоростью, когда управление движением ЛА посредством отклонения аэродинамических поверхностей в обтекающем потоке воздуха невозможно или малоэффективно.
Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами.
На фиг. 1 представлен вид хвостовой части ЛА с установленными на донном срезе его корпуса реактивными соплами и интерцепторами.
На фиг. 2 и 3 представлен вид сзади на хвостовую часть ЛА с положением интерцепторов при управлении движением ЛА по каналу рыскания в левую и правую сторону, соответственно.
На фиг. 4 и 5 представлен вид сзади на хвостовую часть ЛА с положением интерцепторов при управлении движением ЛА по каналу тангажа на кабрирование (набор высоты) и на пикирование (уменьшение высоты полета), соответственно.
На фиг. 6 и 7 представлен вид сзади на хвостовую часть ЛА с положением интерцепторов при управлении движением ЛА по каналу крена, по часовой стрелке и против часовой стрелки, соответственно.
Представленное на чертежах устройство содержит корпус 1, включающий систему 2 управления, двигательную установку 3 с реактивными соплами 4-6, установленными на донном срезе 7 корпуса 1 вокруг продольной оси, а также интерцепторы 8-10, установленные сбоку от реактивных сопел 4-6, за уровнем их среза, на поворотных осях 11-13, соединенных с реверсными приводами 14-16, сообщенными с системой 2 управления. Реверсный привод 14 выполнен с возможностью периодического введения интерцептора 8 в любую необходимую для управления движением ЛА газовую струю соседних с ним реактивных сопел 4 или 6. Реверсный привод 15 выполнен с возможностью периодического введения интерцептора 9 в любую необходимую для управления движением ЛА газовую струю соседних с ним реактивных сопел 4 или 5. Реверсный привод 16 выполнен с возможностью периодического введения интерцептора 10 в любую необходимую для управления движением ЛА газовую струю соседних с ним реактивных сопел 5 или 6.
Устройство работает следующим образом.
8-2
9-2
Для управления движением ЛА по каналу рыскания, налево от направления движения корпуса 1 (фиг. 1), система 2 управления задействует реверсный привод 16 (фиг. 2) для вращения оси 13 по часовой стрелке, а реверсные приводы 14 и 15 - для вращения осей 11 и 12 против часовой стрелки. При этом, установленный на оси 13 интерцептор 10 вводится в газовую струю за срезом реактивного сопла 6, а интерцепторы 8 и 9, установленные на осях 11 и 12, вводятся в газовые струи за срезом реактивных сопел 6 и 4, соответственно. На участках стенок реактивных сопел 4 и 6 перед поверхностями стенок интерцепторов, соответственно 8-10, образуются зоны повышенного давления, за счет торможения газового потока, которые формируют силу F10, действующую на стенку реактивного сопла 6 и через его крепление (на чертежах не показано) на заднюю часть корпуса 1 направо от направления его движения, момент силы F10 относительно продольной оси корпуса 1, направленный на вращение корпуса 1 против часовой стрелки, а также силу F8, действующую на противоположную стенку реактивного сопла 6 и сила F9, действующую на стенку реактивного сопла 5. При этом приводы 14 и 15 поворачивают оси 11 и 12 на меньший угол, по сравнению с углом поворота оси 13 приводом 16, таким образом, чтобы момент вращения корпуса 1 силами F8 и F9 по часовой стрелке уравновешивал момент вращения корпуса 1 силой против часовой стрелки. При этом под действием горизонтальных составляющих сил F8-F10 корпус 1 поворачивался относительно оси, перпендикулярной его продольной оси и проходящей через центр тяжести (ЛА) с направлением носовой части корпуса 1 налево от направления движения, совершая маневр по каналу рыскания в левую сторону без вращения вокруг своей оси. Изменение движения ЛА по каналу рыскания, направо от направления движения корпуса 1, фиг. 3, осуществляется аналогично. Отличие заключается в том, что система 2 управления задействует привод 16 для вращения оси 13 против часовой стрелки и интерцептор 10 погружается в газовую струю реактивного сопла 5, а приводы 14 и 15 задействуются для вращения осей, соответственно 11 и 12 по часовой стрелке, обеспечивая погружение интерцепторов 8 и 9 в газовые струи реактивных сопел, соответственно 4 и 5. При этом соотношение сил F8, F9 и F10 сохраняется, а их направление меняется, обеспечивая маневр корпуса 1 ЛА по каналу рыскания, направо от направления его движения и без вращения вокруг его продольной оси. Для изменения движения ЛА по каналу тангажа, вверх от направления движения корпуса 1 (фиг. 4, набор высоты) приводы 14 и 15 поворачивают оси, соответственно, 11 по часовой стрелке, а 12 против часовой стрелки, на одинаковый угол, обеспечивая погружение интерцепторов 8 и 9 в газовую струю реактивного сопла 4, с формированием сил F8 и F9, направленных вниз, с наклоном к вертикальной плоскости симметрии корпуса 1. Силы F8 и F9 раскладываются на боковые составляющие F8-1 и F9-1 уравновешивающие друг друга, и вертикальные составляющие F8-2 и F9-2, которые поворачивают корпус 1 в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести ЛА, с увеличением тангажа (угла наклона продольной оси корпуса 1 к горизонту). Уменьшение угла тангажа осуществляется аналогично. Отличие заключается в том, что система 2 (фиг. 1) управления ЛА задействует приводы 14 и 15 (фиг. 5) для вращения осей, соответственно, 11 против часовой стрелки, и 12 по часовой стрелке, при этом интерцепторы 8 и 9 погружаются в газовые струи реактивных сопел, соответственно, 6 и 5 (фиг. 5), силы F8 и F9, направлены вверх, под углом к вертикальной плоскости симметрии корпуса 1 ЛА, а их вертикальные составляющие F и F обеспечивают поворот корпуса 1 в вертикальной плоскости относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести корпуса 1, с уменьшением угла тангажа. Для управления по каналу крена, с поворотом корпуса 1 вокруг продольной оси по часовой стрелке, система 2 (фиг. 1) управления задействует приводы 14-16 (фиг. 6), для поворота осей, соответственно, 11-13 против часовой стрелки на одинаковый угол, при этом интерцепторы 8-10 погружаются в газовые струи реактивных сопел, соответственно, 6, 4 и 5, с формированием сил, соответственно F8-F10, их равнодействующая сила (векторная сумма равна нулю), а действующий на корпус 1 момент вращения, относительно его продольной оси равный сумме произведений величины каждой силы на кратчайшее расстояние перпендикуляр) от точки ее приложения до продольной оси корпуса 1, поворачивает корпус 1 вокруг его продольной оси по часовой стрелке. Управление по каналу крена с поворотом корпуса 1 вокруг продольной оси против часовой стрелки осуществляется аналогично. Отличие заключается в том, что система 2 (фиг. 1) управления ЛА задействует приводы 14-16 (фиг. 7) для поворота осей, соответственно, 11-13 по часовой стрелке на одинаковый угол, при этом интерцепторы 8-10 погружаются в газовые струи реактивных сопел, соответственно, 4, 5 и 6, с формированием сил F8-F10, поворачивающих корпус 1 вокруг его продольной оси против часовой стрелки. Возможны также и более сложные варианты управления движением ЛА, представляющие собой комбинацию описанных вариантов, например, поворот корпуса 1 по каналу рыскания с поворотом по каналу крена, с набором высоты или снижением, при этом система 2 управления ЛА варьирует углами поворота интерцепторов 8-10 и периодом (импульсом) их введения в газовые струи реактивных сопел 4-6, обеспечивая необходимое движение ЛА.