УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ОБТЕКАНИЕМ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА

Полезная модель относится к авиационно-космической технике, а именно к звуковым, сверхзвуковым и гиперзвуковым летательным аппаратам.
Известно устройство для управления обтеканием сверхзвуковым воздушным потоком летательного аппарата (ЛА) (патент RU №2268198 C1, МПК B64C 21/08, 20.01.2006), основанный на выпуске под давлением рабочего тела плотностью не менее 0,06 г/см3 при нормальных условиях через полую иглу в носовой части ЛА со скоростью, превышающей скорость полета ЛА, и формировании при вершине иглы аэродинамического конуса, касающегося пограничного слоя на головной части ЛА. Давление, под которым выпускают рабочее тело, создают с помощью газогенератора.
Недостатком известного технического решения является значительный расход выдуваемого рабочего тела.
Известно устройства управления обтеканием тел, снижения трения и теплопередачи в условиях поверхностного массообмена при вдуве легких газов в пограничный слой и его отсосе (Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Турбулентный пограничный слой сжимаемого газа // Новосибирск: Изд-во АН СССР, 1962; Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассоперенос, т. III, Госэнергоиздат, 1963 Лыков А.В. Тепломассообмен // Москва: "Энергия", 1972; Чжен П. Отрывные течения, т. III, Москва: Изд-во "Мир", 1973; Краснов Н.Ф., Захарченко В.Ф., Кошевой В.Н. Основы аэродинамического расчета. Трение и теплопередача. Управление обтеканием летательных аппаратов // Под ред. проф. Н.Ф. Краснова // М.: Высш. шк., 1984;).
Недостатком известных технологий являются дополнительные энергозатраты на организацию отсоса/выдува газа.
Известен электрогазодинамический способ уменьшения аэродинамического сопротивления, основанный на впрыске ионной струи в пограничный слой и электрогазодинамическом воздействии на ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое (Ватажин А.Б., Грабовский В.И., Лихтер В.А., Шульгин В.И. Электрогазодинамические течения. М.: Наука, 1983; Курячий А.П. О затягивании перехода пограничного слоя электрогидро-динамическим методом // ПММ. т. 49. Вып. 1. 1985; Казаков А.В., Курячий А.П. Влияние электрогазодинамического воздействия на развитие малых возмущений в пограничном слое на тонком профиле // Изв. АН СССР. МЖГ №1, 1986).
Недостатком известного электрогазодинамического способа уменьшения аэродинамического сопротивления является отсутствие заметного уменьшения трения в турбулентном пограничном слое при сверх- и гиперзвуковых скоростях набегающего потока.
Известно устройство активного управления пограничным течением с помощью электроактивной полимерной мембраны, имеющей электроды и расположенной на подложке (международный патент WO 2006/040532 A1, опубликован. 20.04.2006 г.).
К недостаткам данного изобретения можно отнести ограничение частотного диапазона воздействия на поток и низкая эффективность управлением обтеканием.
Наиболее близким по своей технической сущности предлагаемому способу управления обтеканием беспилотного летательного аппарата является способ управления обтеканием сверхзвуковым воздушным потоком летательного аппарата (патент №2384465). Устройство воздействующее на пограничный слой, выполненное в виде высокочувствительных нано или микротрубок, расположенных на поверхности летательного аппарата, при этом воздействие на пограничный слой ведут в импульсно-периодическом тепловом режиме
К недостаткам данного устройства можно отнести сложное техническое устройство и низкая эффективность управлением обтеканием.
Техническим результатом, достигаемым изобретением является повышение эффективности управления обтеканием ЛА при звуковых, сверхзвуковых и гиперзвуковых режимах.
19
Для получения такого технического результата, в предлагаемом устройстве управления пограничным слоем на поверхности летательного аппарата, воздействие на пограничный слой осуществляется при помощи элементов, выполненными в виде токопроводящих полос, например, из термостойкого тонкого слоя графита, толщиной менее 0.1 мм и узкими кольцевыми электрическими проводниками, находящихся между корпусом летательного аппарата снизу и тонким защитным радиопрозрачным покрытием сверху. По токопроводящим графитовым тонким полосам подается переменный ток значением от 0.1 ампера, напряжением от 30 тысяч вольт до 1 миллиона вольт, с частотой от 10000 Гц до 6·10 Гц, чем создается скин-эффект с максимальной объемной плотностью тока. На кольцевые электрические проводники в импульсном режиме периодически подается постоянный ток, от 0.1 ампера, и напряжением от 50000 вольт до 5 миллионов вольт. Значения электрических параметров зависят от скорости передвижения, физических условий в среде передвижения и размеров площади летательного аппарата.
Необходимый технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, достигается тем, что при воздействии на пограничный слой скин-эффектом с максимальной объемной плотностью тока и высоковольтным электромагнитным импульсным ударом от поверхности аппарата в окружающую среду, эффективно изменяются характеристики пограничного слоя, его вязкость и толщина значительно уменьшаются и приближаются к нулевым значениям.
Новизна данного технического решения заключается в том, что для повышения эффективности управления обтеканием ЛА при звуковых, сверхзвуковых и гиперзвуковых режимах полета вязкость и толщина пограничного слоя снижаются под воздействием скин-эффекта с максимальной объемной плотностью тока и ударного сдува слоя импульсными высоковольтными электромагнитными ударами.
Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 приведена схема устройства для управления обтеканием ЛА, на виде по А-А в разрезе показан состав устройства.
Устройство включает в себя термостойкие тонкие слои (1), например, из графита, кольцевые электрические проводники (2), тонкое радиопрозрачное покрытие (3).
Устройство работает следующим образом. При движении ЛА с дозвуковой, со сверх- и гиперзвуковыми скоростями, на поверхности полос (2) из термостойкого тонкого слоя, например из графита, создается постоянный мощный управляемый поверхностный скин-эффект с максимальной объемной плотностью тока, который создает в пограничном слое изменение характеристик вязкости, вязкость пограничного слоя уменьшается, и кольцевые электрические проводники (2) создают периодическую импульсную ударную высоковольтную электромагнитную волну, которая отталкивает, сдувает атомы пограничного и около пограничного слоев от поверхности ЛА, тонкое радиопрозрачное покрытие (3) защищает полосы (1) и кольцевые электрические проводники (2) от внешних воздействий, например, от влаги.
К числу преимуществ предлагаемого устройства, для управления ЛА необходимо отнести следующее:
- высокая эффективность управления пограничным слоем и обтеканием ЛА при дозвуковых, сверхзвуковых и гиперзвуковых режимах полета
- уменьшение трения в турбулентном пограничном слое при дозвуковых, сверх- и гиперзвуковых скоростях;
- отсутствие большого расхода выдуваемого рабочего тела и больших энергозатрат на организацию отсоса/выдува газа.
Источники информации.
Патент РФ №2415373, патент РФ №2225976, патент РФ №2384465, США №4516747, США №4516747, WO 2006/040532 A1, РФ №2243919, РФ №2002669, РФ №2173285, US №3261576, US №3713607, РФ №2096264, №:2283794, патент RU №2268198, Кутателадзе С.С., Леонтьев Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассоперенос, т. III, Госэнергоиздат, 1963; Лыков А.В. Тепломассообмен // Москва: "Энергия", 1972; Чжен П. Отрывные течения, т. III, Москва: Изд-во "Мир", 1973; Краснов Н.Ф., Захарченко В.Ф., Кошевой В.Н. Основы аэродинамического расчета. Трение и теплопередача; Управление обтеканием летательных аппаратов // Под ред. проф. Н.Ф. Краснова // М.: Высш. шк., 1984.; Ватажин А.Б., Грабовский В.И., Лихтер В.А., Шульгин В.И. Электрогазодинамические течения. М.: Наука, 1983; Курячий А.П. О затягивании перехода пограничного слоя электрогидро-динамическим методом // ПММ. т. 49. Вып. 1. 1985; Казаков А.В., Курячий А.П. Влияние электрогазодинамического воздействия на развитие малых возмущений в пограничном слое на тонком профиле // Изв. АН СССР. МЖГ №1, 1986).