Аэродинамический руль
AERODYNAMIC HANDLEBAR

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности, к органам управления полетом летательных аппаратов, и может использоваться на летательных аппаратах для создания управляющего момента. А также, как взлетно-посадочная механизация летательных аппаратов.
Известен аэродинамический руль управления полетом летательных аппаратов, состоящий из одной поверхности, установленной в подвижной части аэродинамической поверхности (см. Энциклопедия авиации. М., Большая Российская Энциклопедия, 1994, с 490.). Недостатком этого руля является небольшая эффективность при малых отклонениях, и дополнительным уменьшением эффективности при больших отклонениях.
Известен классический закрылок, который используется как взлетно-посадочная механизация, (а.с. №132074, МПК В64С 3/50, 1960 г.). Это один из вариантов классического закрылка с возможностью выдвижения по конической поверхности. Основной недостаток классического закрылка в однорежимности применения: используется для повышения подъемной силы на режимах взлета и посадки, а на остальных режимах остается убранным и никакого участия в управления ЛА не осуществляет.
На самолетах часто применяется отклонение флапперона (как например на Су 33) для увеличения подъемной силы на взлетно-посадочном режиме, (см. Су-33 Корабельная Эпопея Фомин А. 2003 год стр. 197). Недостаток использования флапперона заключается в ограничение угла отклонения, из-за возможности потери управляемости летательного аппарата
Известна модель трехщелевого закрылка самолета короткого взлета и посадки (патент RU 2684206, МПК В64С 9/20; В64С 3/50, 2019 г.). Основным отличием является то, что данная модель предназначена для повышения подъемной силы на режимах взлета и посадки, а на остальных режимах остается убранной и никакого участия в управления ЛА не осуществляет.
Известна модель поверхности управления летательного аппарата (RU 2702408, МПК В64С 9/08, 2019 г.) с выполненным проницаемым для среды участком. Основным отличием является то, единственный непрофилированный проницаемый участок предназначен для уменьшения шарнирного момента. Недостатком данной модели является потеря эффективности управления при больших отклонениях поверхности.
Известен модифицированный аэродинамический руль, принятый за прототип, который состоит из переднего и заднего звеньев, имеющих общую ось вращения (патент РФ 2637150, МПК В64С 9/06, 2017 г.). Между передним и задним звеньями руля существует профилированная щель. Основные недостатки подобного решения связаны с недостаточным количеством массы воздуха, поступающего для подпитки потока на верхней поверхности аэродинамического руля, что не дает возможности отклонять его на сверхкритические углы.
Задачей и техническом результатом предлагаемого изобретения является разработка аэродинамического руля, обеспечивающего сохранение прироста подъемной силы при отклонении руля до сверхкритических углов.
Решение и технический результат достигаются тем, что в аэродинамическом руле состоящим из имеющих общую неподвижную ось вращения, существует возможность раздвижения звеньев по хорде и образования одной щели в виде дуги и двух S-образных щелей для протока воздуха. Коме того, звенья руля могут быть сдвинуты по вертикали вниз.
Сущность изобретения поясняется чертежами:
На фигуре 1 показан аэродинамический руль в сложенном состоянии
На фигуре 2 показан аэродинамический руль в разложенном состоянии, при разложении вдоль хорды руля.
На фигуре 3 показан аэродинамический руль в разложенном состоянии при этом звенья руля сдвинуты по вертикали вниз.
На фигуре 4 показан аэродинамический руль при отклонении δ=30 в разложенном состоянии.
На фигуре 5 показан график зависимости подъемной силы по отклонению руля при постоянном угле атаки и скоростном напоре
Предлагаемый аэродинамический руль (фиг. 1, 2, 3,4) состоит из звеньев 3, 4, 5, 6, которые в сложенном состоянии образуют единую управляющую поверхность с единой осью вращения 1. Сложенный аэродинамический руль находится за основной несущей поверхностью 2.
При разложении звенья движутся в направлении от основной несущей поверхности 2, образуя щели 7, 8, 9 для протока воздуха. При этом первое звено 3 и ось вращения 1 остаются неподвижными. В месте стыка звеньев между собой, кромки имеют специальную профилированную форму, которая позволяет образовывать S - образную или дугообразную щель.
Принцип работы аэродинамического руля. При полете на крейсерском режиме или режимах, на которых требуется максимальное аэродинамическое качество, и не требуются большие значения отклонений аэродинамического руля, аэродинамический руль находится в сложенном состоянии, где щели 7, 8 и 9 закрыты, а звенья 3, 4, 5 и 6 представляют собой единый аэродинамический руль (Фиг. 1). При необходимости больших отклонений для создания большой подъемной силы или управляющего момента звенья 3, 4, 5 и 6 раздвигаются вдоль хорды аэродинамического руля (Фиг. 2), а также дополнительно могут быть сдвинуты по вертикали вниз, таким образом, что звено 5 ниже по вертикали чем звено 4, а звено 6 располагается ниже по вертикали чем звено 5 (Фиг. 3). Таким образом, образовываются щели 7, 8 и 9 для протока воздуха Фиг. 4 (Римские цифры I, II, III). Перетекание создает подпитку потока, что затягивает отрывные эффекты по углу отклонения руля.
На Фиг. 5 показаны результаты численного моделирования обтекания профиля с аэродинамическим рулем. Сплошная линия соответствует предложенному варианту аэродинамического руля, пунктирная линия соответствует характеристикам классического аэродинамического руля. Видно, что при увеличении угла отклонения руля свыше 20° приращение коэффициента подъемной силы от отклонения руля со сложенными звеньями (классического) начинает уменьшаться, в то же время, приращение коэффициента подъемной силы от отклонения, разложенного аэродинамического руля продолжает увеличиваться. Это объясняется тем, что струйное течение, которое формируется в щелях под действием разности давления между областями потока под рулем и над ним, подпитывает поток по всей хорде на верхней поверхности аэродинамического руля. В передней части аэродинамического руля на его верхней поверхности поток разгоняется, создавая разряжение и соответственно силу, которая дает приращение подъемной силы руля и уменьшение суммарного шарнирного момента. В хвостовой части руля струйное течение затягивает отрыв потока, и тем самым повышает эффективность руля.
При отклонении на большие углы атаки аэродинамический руль раздвигается по хорде и таким образом внутри образуются три щели для протока воздуха. При этом в отличии от аналогов типа закрылок, аэродинамический руль может продолжать использоваться после трансформации, как управляющая поверхность. А также в сложенном состоянии используется как управляющая поверхность на режимах крейсерского полета.
Таким образом, применение предлагаемого аэродинамического руля позволяет сохранить прирост подъемной силы при отклонении руля до сверхкритических углов атаки.