СКЛАДНАЯ РУЛЕВАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
AIRCRAFT FOLDING CONTROL SURFACE

Изобретение относится к средствам управления летательными аппаратами, в частности к рулевым поверхностям.
Из уровня техники известна складная рулевая поверхность летательного аппарата (патент № RU 2356790 от 27.05.2009, МПК В64С 9/00), выполненная цельноповоротной и шарнирно закрепленная на корпусе летательного аппарата.
Недостатком аналога является повышенная моментная нагрузка на привод складной рулевой поверхности в сложенном положении и в момент пуска летательного аппарата.
Из уровня техники известна складная рулевая поверхность управляемого снаряда (патент № US 6202958 от 20.03.2001, МПК F42B 10/14), состоящая из корневой части, в которой с возможностью поворота установлена консоль.
Недостатком аналога является повышенная моментная нагрузка на привод корневой части в момент пуска снаряда.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является складная рулевая поверхность ракеты (патент US 6578792 от 17.06.2003, МПК F42B 15/01), содержащая корневой элемент, на котором с возможностью поворота установлена консоль.
Недостатком прототипа является повышенная моментная нагрузка на привод складной рулевой поверхности в сложенном положении и в момент пуска ракеты.
Задачей предлагаемого изобретения является создание складной рулевой поверхности с оптимальными габаритно-массовыми характеристиками путем снижения моментной нагрузки, действующей относительно оси вращения корневой части рулевой поверхности на привод рулевой поверхности (или на механизм фиксации рулевой поверхности) в сложенном положении и при пуске летательного аппарата.
Задача осуществляется за счет того, что складная рулевая поверхность летательного аппарата содержит корневую часть и консоль, выполненные в виде рулевых поверхностей, причем корневая часть установлена на корпусе летательного аппарата с возможностью поворота, а консоль установлена на корневой части с возможностью поворота относительно оси, перпендикулярной срединной поверхности корневой подвижной части, при этом при сложенном положении консоли отношение части площади складной рулевой поверхности летательного аппарата, расположенной перед осью поворота корневой части, к части площади складной рулевой поверхности летательного аппарата, расположенной за осью поворота корневой части, составляет от 1:1 до 3:1; а складная рулевая поверхность летательного аппарата в разложенном положении соответствует условию осевой компенсации.
В частном случае осуществления изобретения задача решается за счет того, что стреловидность передней кромки корневой части составляет от 20° до 80°.
В частном случае осуществления изобретения задача решается за счет того, что стреловидность передней кромки консоли в разложенном положении составляет от -20° до 80°.
В частном случае осуществления изобретения задача решается за счет того, что корневая часть и консоль выполнены с высоконесущим аэродинамическим профилем.
Предлагаемое изобретение позволяет оптимизировать габаритно-массовые характеристики за счет снижения моментной нагрузки на привод рулевой поверхности. Снижение моментной нагрузки позволяет снизить усилие стопорения в сложенном положении и уменьшить мощность привода.
На фиг.1 изображен вид сбоку на складную рулевую поверхность, при этом консоль находится в рабочем положении (стрелкой показано направление полета).
На фиг.2 изображен вид сверху на складную рулевую поверхность, при этом консоль находится в рабочем положении.
На фиг.3 изображен вид сбоку на складную рулевую поверхность, при этом консоль находится в сложенном положении (стрелкой показано направление полета).
На фиг.4 изображен вид сверху на складную рулевую поверхность, при этом консоль находится в сложенном положении (стрелкой показан вектор скорости набегающего потока ).
1
2
На фиг.5 изображено расположение площадей S и S для сложенной складной рулевой поверхности, вид сбоку.
На фиг.6 изображено положение средней аэродинамической хорды для разложенной складной рулевой поверхности, вид сбоку.
На фиг.7 изображена складная рулевая поверхность в изометрической проекции, при этом консоль находится в рабочем положении.
Рассмотрим вариант исполнения складной рулевой поверхности летательного аппарата (далее рулевой поверхности), при котором летательный аппарат выполнен в виде ракеты, размещаемой на авиационном носителе. В полете на подвеске под носителем и при пуске ракеты на рулевую поверхность действует набегающий поток, вызывающий повышенную моментную нагрузку на привод рулевой поверхности (или на устройство фиксации). Это может привести к таким последствиям, как снижение надежности оси вращения корневой части, а следовательно, и повышение потребной мощности привода, управляющего поворотом рулевой поверхности, что, в свою очередь, приводит к увеличению габаритов и массы конструкции. Повышенная моментная нагрузка на рулевую поверхность (в общем случае) при сложенном положении рулевой поверхности возникает в виде шарнирного момента, значение которого повышается за счет максимального расстояния между положением оси и центром давления рулевой поверхности (шарнирный момент - «Аэрогазодинамика органов управления полетом летательных аппаратов», В.Т.Калугин, Издательство МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004, стр.17-18 и 237-240).
1
1
1
1
Рулевая поверхность состоит из корневой части 1 и консоли 2. Корневая часть 1 установлена на корпусе летательного аппарата с возможностью поворота относительно оси a, перпендикулярной корпусу летательного аппарата. Корневая часть 1 выполнена в виде рулевой поверхности, стреловидность передней кромки корневой части χ=20°÷70°. Величина размаха l корневой части 1 ограничена условиями хранения, транспортировки и эксплуатации летательного аппарата. Например, в случае выполнения летательного аппарата в виде ракеты величина размаха l корневой части 1 должна обеспечивать свободное размещение ракеты в транспортно-пусковом контейнере или под крылом самолета. В корневой части 1 выполнен паз 3, расположенный вдоль ее срединной поверхности.
2
2
1
2
1
2
2
1
В пазу 3 с возможностью поворота установлена консоль 2. Ось a поворота консоли 2 относительно корневой части 1 перпендикулярна срединной поверхности корневой части 1 (следует отметить, что изображенное на фиг.1-7 положение оси a перед осью a является только примером осуществления изобретения и ось a может быть расположена за осью a, не влияя на сущность изобретения). В разложенном положении консоли 2 стреловидность ее передней кромки χ=-20°÷80°. Величина l размаха рулевой поверхности выбирается исходя из задач, для решения которых будет использован летательный аппарат. Величина b хорды консоли 2, аналогично размаху l корневой части 1, ограничена условиями хранения, транспортировки и эксплуатации летательного аппарата. В сложенном положении консоль 2 расположена вдоль корпуса летательного аппарата по направлению движения летательного аппарата.
1
Следует отметить, что в случае отсутствия консоли 2 размаха l корневой части 1 недостаточно для эффективного управления.
САХ
1
САХ
1
1
1
1
2
1CAX
1
2
1
1
2
1
1
2
Рулевая поверхность при разложенном положении консоли 2 имеет среднюю аэродинамическую хорду САХ длиной b. Расстояние h от переднего конца САХ до оси a составляет 0,25÷0,5 b и выбирается из соображений осевой компенсации (осевая компенсация - см. «Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов», ред. Г.С.Бюшгенса, Москва, Наука Физматлит, 1996, стр.338-339, положение оси - тот же источник, с.412-413). Диапазон δ возможных положений оси изображен на фиг.6. Точное положение оси a зависит от конкретных условий использования летательного аппарата, в частности от скоростей. Осевая компенсация позволяет снизить шарнирный момент, действующий на рулевую поверхность, за счет выбора рационального положения оси поворота рулевой поверхности. Таким образом, если корневая часть 1 отсутствует и консоль 2 установлена непосредственно на корпусе летательного аппарата с возможностью поворота относительно оси a, то при сложенном положении консоли 2 шарнирный момент, воздействующий на консоль 2, будет иметь максимальное значение, даже если в разложенном положении консоль 2 будет соответствовать требованиям осевой компенсации. Складная рулевая поверхность летательного аппарата, образованная корневой частью 1 и консолью 2 в разложенном положении, соответствует требованиям осевой компенсации. Рулевая поверхность, образованная корневой частью 1 и консолью 2 в сложенном положении, по возможности соответствует требованиям осевой компенсации. Если рулевая поверхность, образованная корневой частью 1 и консолью 2 в сложенном положении, не соответствует требованиям осевой компенсации, то шарнирный момент, действующий на консоль 2, значительно меньше шарнирного момента, возникающего в случае консоли 2 в сложенном положении при отсутствии корневой части 1. Это достигается подбором параметров m (расстояние от оси a до задней кромки корневой части) и n (расстояние между осями a и a) при соблюдении условия h=0,25÷0,5 b. Отношение S:S части площади сложенной рулевой поверхности S (т.е. включая и корневую часть и консоль), расположенной перед осью a, к части площади сложенной рулевой поверхности S, расположенной за осью a, составляет от 1:1 до 3:1 (см. фиг.7). Это условие позволяет приблизить сложенную рулевую поверхность к условию осевой компенсации, при этом соблюдая требования к размаху консоли 2, хорде консоли 2, размаху корневой части 1 и условие осевой компенсации разложенной рулевой поверхности. Нет необходимости точно соблюдать условие осевой компенсации для сложенной рулевой поверхности, к тому же это может привести к несоблюдению условий, указанных выше, что недопустимо, поэтому и выбрано такое отношение площадей S:S. Корневая часть 1 и консоль 2 выполнены с высоконесущим аэродинамическим профилем, что проиллюстрировано на фиг.2, 4 и 5.
Складная рулевая поверхность летательного аппарата снабжена устройством, обеспечивающим поворот корневой части 1, и устройством, обеспечивающим раскладывание консоли 2, а также может быть снабжена устройством, обеспечивающим фиксацию консоли в сложенном положении, и устройством, обеспечивающим фиксацию консоли в разложенном положении (на фигурах не показаны).
Складная рулевая поверхность летательного аппарата работает следующим образом.
Производят пуск летательного аппарата и освобождают консоль 2 от фиксации в сложенном положении. С помощью устройства, обеспечивающего раскладывание консоли, приводят консоль 2 в рабочее положение. Фиксируют консоль 2 в рабочем положении. С помощью привода осуществляют управление положением складной рулевой поверхности летательного аппарата.
Техническое решение позволяет оптимизировать габаритно-массовые характеристики складной рулевой поверхности путем снижения моментной нагрузки, действующей на элементы складной рулевой поверхности в сложенном положении, за счет конструктивного исполнения складной рулевой поверхности. Складная рулевая поверхность летательного аппарата предназначена для применения в области летательных аппаратов, например управляемых ракет, в случае ограничения места для размещения рулевых поверхностей.