ВЫДВИЖНОЙ ТУРБУЛИЗАТОР ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ СКОРОСТИ СВАЛИВАНИЯ
RETRACTABLE TURBULENCE PROMOTER TO REDUCE STALL SPEED

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в различных вариантах его осуществления относится, в целом, к обтеканию аэро- или гидродинамических поверхностей. В частности, настоящее изобретение относится к выдвижным турбулизаторам (генераторам вихрей) для улучшения характеристик обтекания аэро- или гидродинамических поверхностей.
Уровень техники
Отрыв потока на обтекаемой текучей средой несущей поверхности обычно наступает, когда скорость движения текучей среды в пограничном слое на достаточно большом расстоянии от передней кромки несущей поверхности падает под действием неблагоприятного градиента давления практически до нуля. Поток текучей среды может отделиться от несущей поверхности с возникновением встречно-вихревого течения. В аэродинамике отрыв потока часто приводит к увеличению сопротивления и уменьшению подъемной силы.
Как правило, отрыв потока ухудшает эффективность работы несущей поверхности на малых скоростях, вызывая отделение пограничного слоя от несущей поверхности на больших углах атаки. Ухудшение эффективности работы несущей поверхности на малых скоростях, в свою очередь, увеличивает скорость сваливания несущей поверхности и потенциально переводит летательный аппарат в неоптимальный режим полета, когда несущая поверхность работает на малых скоростях, характерных для взлета и захода на посадку.
Раскрытие изобретения
Предложены устройство и способы для улучшения эффективности несущей поверхности на малых скоростях. К несущей поверхности присоединяют по меньшей мере один турбулизатор, выдвигаемый из несущей поверхности для увеличения подъемной силы. Для уменьшения сопротивления турбулизатор убирается внутрь несущей поверхности.
В сочетании с выдвижными турбулизаторами используется простой отклоняемый вниз носок, шарнирно соединенный с несущей поверхностью, такой как крыло. В крейсерской конфигурации верхняя и нижняя поверхности крыла являются гладкими, что обеспечивает низкое сопротивление. В конфигурации для полета на малых скоростях передняя кромка крыла опускается, и турбулизаторы выдвигаются в воздушный поток. Отклоненная вниз передняя кромка увеличивает кривизну профиля несущей поверхности, а выпущенные турбулизаторы увеличивают энергию воздушного потока, обтекающего верхнюю поверхности, аналогично конструктивно сложному щелевому предкрылку. Этот эффект повышает эффективность несущей поверхности на малых скоростях при больших углах атаки. Таким образом, тяжелые и сложные устройства механизации передней кромки, которые являются дорогостоящими и трудоемкими в обслуживании, а также создают разрывы в обтекаемой поверхности, ухудшающие эффективность несущей поверхности, заменены более простым и легким отклоняемым носком, обеспечивающим гладкость обтекаемой поверхности.
В одном варианте осуществления изобретения предложен способ, улучшающий эффективность несущей поверхности на малых скоростях. К несущей поверхности присоединяют по меньшей мере один турбулизатор, который выдвигается из несущей поверхности путем опускания отклоняемой передней кромки, присоединенной к несущей поверхности для увеличения подъемной силы. Для уменьшения сопротивления турбулизатор убирают внутрь несущей поверхности.
Другим объектом изобретения является выдвижное турбулизирующее устройство, содержащее отклоняемый элемент механизации передней кромки, присоединенный к несущей поверхности, и по меньшей мере один турбулизатор, присоединенный к несущей поверхности. Турбулизатор установлен с возможностью выдвижения из несущей поверхности для увеличения подъемной силы при опускании отклоняемой передней кромки и с возможностью уборки внутрь несущей поверхности для уменьшения сопротивления при подъеме отклоняемой передней кромки.
Еще одним объектом изобретения является способ управления несущей поверхностью, обеспечивающий повышение эффективности несущей поверхности на малых скоростях. Предлагаемый в изобретении способ предусматривает опускание отклоняемого элемента механизации передней кромки, шарнирно присоединенного к первой поверхности несущей поверхности, обтекаемой текучей средой, из номинального положения в отклоненное положение. Способ также предусматривает открытие нескольких выдвижных турбулизаторов и их выдвижение на определенное расстояние за аэро- или гидродинамическую поверхность несущей поверхности в ответ на опускание отклоняемого элемента механизации передней кромки. Также при осуществлении способа в текучей среде генерируется вихрь, а степень или величина отклонения отклоняемого элемента механизации передней кромки в его опущенном положении изменяется (регулируется).
В приведенном выше раскрытии сущности изобретения представлены основные аспекты технического решения, положенного в основу изобретения и подробно рассматриваемого ниже в описании его осуществления. При этом приведенное выше раскрытие сущности изобретения не предназначено для определения объема охраны изобретения, который определяется формулой изобретения.
Краткое описание чертежей
Для более полного понимания сущности настоящего изобретения ниже следует описание вариантов его осуществления, поясняемое чертежами, на которых однотипные или одинаковые элементы обозначены одинаково. Чертежи приведены для облегчения понимания описания и не ограничивают его в отношении широты и объема притязаний, масштаба элементов конструкции или сферы применения изобретения. Чертежи необязательно выполнены в масштабе. На чертежах показано:
на фиг.1 - схема последовательности операций, иллюстрирующая методологию производства и эксплуатации летательного аппарата,
на фиг.2 - блок-схема летательного аппарата,
на фиг.3 - перспективное изображение несущей поверхности в одном варианте осуществления изобретения, показывающее опускание передней кромки, отрывающее выдвижные турбулизаторы,
фиг.4 - вид в боковом разрезе части несущей поверхности в одном варианте осуществления изобретения, показывающий опускание передней кромки, открывающее единственный выдвижной турбулизатор,
фиг.5 - перспективное изображение несущей поверхности в одном варианте осуществления изобретения, показывающее гладкие верхнюю и нижнюю поверхности передней кромки в крейсерской конфигурации с выдвижными турбулизаторами, скрытыми под шарнирно присоединенной опускаемой передней кромкой,
фиг.6 - перспективное изображение несущей поверхности в одном варианте осуществления изобретения, показывающее переднюю кромку, находящуюся в начальном опущенном положении с отклонением на угол примерно 5° и открытием выдвижных турбулизаторов,
фиг.7 - перспективное изображение несущей поверхности в одном варианте осуществления изобретения, показывающее переднюю кромку, находящуюся в промежуточном опущенном положении с отклонением на угол примерно 15°, и выдвижение выдвижных турбулизаторов из щелей в обшивке аэродинамической поверхности несущей поверхности,
фиг.8 - перспективное изображение несущей поверхности в одном варианте осуществления изобретения, показывающее переднюю кромку, находящуюся в полностью опущенном положении с отклонением на угол примерно 30°, и полностью выдвинутые выдвижные турбулизаторы,
фиг.9 - блок-схема выполнения процесса применения выдвижных турбулизаторов для улучшения эффективности несущей поверхности на малых скоростях в одном варианте осуществления изобретения,
фиг.10 - блок-схема выполнения процесса управления несущей поверхностью для улучшения ее эффективности на малых скоростях в одном варианте осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание приведено для раскрытия примеров осуществления изобретения и не предназначено для ограничения объема, области применения или использования изобретения. Конкретные устройства, методы и случаи применения описываются ниже только в качестве примеров. Специалисту должны быть понятны возможности видоизменения рассмотренных в данном описании примеров, а общие принципы, раскрытые в описании, могут использоваться в приложении к другим примерам и случаям применения изобретения без выхода за рамки сущности и объема изобретения. Кроме того, возможности осуществления изобретения не ограничиваются какой бы то ни было теорией, прямо упомянутой или подразумеваемой в любом из разделов настоящего описания. Объем изобретения определяется его формулой и не должен ограничиваться примерами, описанными ниже и показанными на чертежах.
Варианты осуществления изобретения могут быть описаны в форме компонентов функциональных или структурных схем и/или алгоритмов и различных стадий процессов. Следует иметь в виду, что компоненты таких схем или шаги алгоритмов могут быть реализованы любым количеством аппаратных, программных и/или аппаратно-программных компонентов, настроенных для выполнения заданных функций. Для краткости изложения подробные сведения об обычных средствах и методах, относящихся к аэродинамике, динамике жидкостей и газов, конструкциям, управляющим поверхностям, технологии производства, и других функциональных аспектах систем (и отдельных компонентах таких систем) в данном описании могут не приводиться. Кроме того, специалистам должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено в отношении самых разных объектов и конструкций, а рассматриваемые ниже варианты осуществления изобретения представлены исключительно в качестве примера.
Варианты осуществления изобретения описаны ниже в контексте его практического и не ограничивающего применения, а именно, в конструкции передней кромки крыла. Однако возможности осуществления изобретения не ограничиваются приложениями, относящимися к передней кромке, а приведенные в описании средства и методы также могут использоваться применительно к другим аэро- или гидродинамическим поверхностям. Например, изобретение может использоваться в отношении таких аэродинамических поверхностей летательного аппарата, как закрылок или хвостовое оперение, таких управляющих поверхностей летательного аппарата, как руль высоты и элерон, в отношении пилона двигателя, лопасти ветродвигателя, в отношении гидродинамической поверхности, взаимодействующей не с воздухом, а с жидкостью (например, водой), паруса парусного судна, винта двигателя, ветряной мельницы и т.п.
Как должно быть ясно специалисту после прочтения данного описания, рассмотренные ниже варианты осуществления изобретения являются примерами, а их функционирование не ограничено этими примерами. Могут использоваться также другие варианты осуществления изобретения, а в рассмотренные выше варианты могут быть внесены конструктивные изменения, не выходящие за рамки сущности и объема настоящего изобретения.
В частности, как показано на чертежах, осуществление изобретения можно описать в контексте способа 100 производства и эксплуатации летательного аппарата (способ 100), представленного на фиг.1, и летательного аппарата 200, представленного на фиг.2. Во время подготовки к производству иллюстрируемый способ 100 может включать этап 104 подготовки технического задания и проектирования летательного аппарата 200, а также этап 106 закупки материалов. В процессе производства осуществляются этап 108 изготовления компонентов и узлов и этап 110 их окончательной сборки при изготовлении летательного аппарата 200. Затем следует этап 112 сертификации и поставки летательного аппарата 200 с целью ввода его в эксплуатацию на этапе 114. В процессе эксплуатации летательного аппарата 200 заказчиком осуществляются его плановое техническое обслуживание и текущий ремонт на этапе 116, который также может включать внесение конструктивных изменений, переоборудование, восстановительный ремонт и т.д.
Каждый из процессов способа 100 может выполняться системным интегратором, третьей стороной и/или эксплуатантом (например, заказчиком). В контексте настоящего описания системный интегратор может включать, без ограничений, любое число производителей летательных аппаратов и субподрядчиков по основным системам, третья сторона может включать, без ограничений, любое число продавцов, субподрядчиков и поставщиков, а в качестве эксплуатанта может выступать авиакомпания, лизинговая компания, воинская часть, сервисная организация и т.д.
Как показано на фиг.2, летательный аппарат 200, изготавливаемый способом 100, представленным в иллюстративном примере, может содержать планер 218 с несколькими системами 220 и интерьером 222. Примеры систем 220 высокого уровня включают одну или несколько силовых установок 224, электрическую систему 226, гидравлическую систему 228 и систему 230 жизнеобеспечения. Также может использоваться любое число других систем. Хотя представленный пример относится к авиакосмической отрасли, изобретение могут использоваться и в других отраслях.
Системы и способы, представленные в настоящем описании, могут применяться на любом одном или нескольких этапов способа 100 производства, эксплуатации и обслуживания. Например, компоненты или узлы, соответствующие производственному процессу 108, могут изготавливаться аналогично компонентам и узлам, изготавливаемым в процессе эксплуатации летательного аппарата 200. Кроме того, один или несколько вариантов выполнения предлагаемого в изобретении устройства, вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа или их комбинация могут использоваться на этапах 108 и 110 производства, например, значительно ускоряя сборку летательного аппарата 200 или уменьшая его стоимость. Аналогичным образом, один или несколько вариантов выполнения предлагаемого в изобретении устройства, вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа или их комбинация могут использоваться при нахождении летательного аппарата 200 в эксплуатации, в качестве неограничивающего примера, на этапе 116 технического обслуживания и текущего ремонта.
В настоящем изобретении сочетаются достоинства выдвижного щелевого предкрылка с достоинствами неподвижного (неубирающегося) турбулизатора, одновременно устраняя их основные недостатки. В одних вариантах предусмотрен простой шарнирно установленный бесщелевой носок, отклоняемый вниз и увеличивающий кривизну аэродинамического тела, такого как крыло, в конфигурациях для полета на малых скоростях, а в других вариантах может использоваться щелевой элемент механизации передней кромки. Выдвижные турбулизаторы могут быть расположены под задней кромкой элемента механизации передней кромки (т.е. щелевого предкрылка или бесщелевого отклоняемого носка). В крейсерском полете элемент механизации передней кромки закрывает выдвижные турбулизаторы, что делает поверхность крыла гладкой, обеспечивая низкое сопротивление. На малой скорости отклоняемый элемент механизации передней кромки поворачивается в своем простом шарнире, открывая выдвижные турбулизаторы, которые затем выдвигаются в набегающий воздушный поток, уменьшая шум.
Таким образом, выдвинутые выдвижные турбулизаторы увеличивают энергию невозмущенного воздушного потока, обтекающего верхнюю поверхность аэродинамического тела, аналогично тому, как это делает сложный щелевой предкрылок. Этот эффект турбулизации повышает эффективность аэродинамического тела на малых скоростях за счет затягивания отрыва пограничного слоя на больших углах атаки. Однако, в отличие от существующих сложных щелевых предкрылков, изобретение устраняет перекрытие задней кромкой предкрылка поверхности основной части крыла в крейсерском полете и образование щели у передней кромки в выпущенном положении предкрылка. Устранение перекрытия задней кромкой предкрылка поверхности основной части крыла в крейсерском полете и образование щели у передней кромки в выпущенном положении предкрылка уменьшает сопротивление в крейсерском полете и уровень шума во время захода на посадку. Таким образом, тяжелые и сложные устройства механизации передней кромки, которые являются дорогостоящими и трудоемкими в обслуживании, а также создают разрывы в обтекаемой поверхности, ухудшающие эффективность несущей поверхности, заменены более простым и легким отклоняемым носком, обеспечивающим гладкость обтекаемой поверхности.
На фиг.3 приведено перспективное изображение несущей поверхности 300 (например, крыла), иллюстрирующее вариант осуществления изобретения, в котором отклоняемый вниз элемент 302 механизации передней кромки открывает несколько выдвижных турбулизаторов 308. Несущая поверхность 300 имеет элемент 302 механизации передней кромки, выдвижные турбулизаторы 308, шарнир 310, первую (верхнюю) поверхность 314, вторую (нижнюю) юверхность 316 и приводной шарнирный механизм 318.
Несущая поверхность 300 может быть представлена, в качестве неограничивающего примера, аэродинамическим телом, таким как крыло летательного аппарата, киль летательного аппарата, управляющая поверхность летательного аппарата (например, руль высоты, элерон, руль направления летательного аппарата, в общем случае - аэродинамическая поверхность), несущей поверхностью гоночного автомобиля, рулем судна, подводным крылом, лопастью воздушного винта, ветряной мельницы, ветроэнергетической установки и т.п.
Элемент 302 механизации передней кромки имеет переднюю кромку 304, заднюю кромку 306, расположенную позади передней кромки по направлению набегающего потока, и нижнюю поверхность 330. Элемент 302 механизации передней кромки представляет собой простой бесщелевой отклоняемый вниз носок, увеличивающий кривизну профиля несущей поверхности 300 в конфигурациях для полета на малых скоростях. Как было упомянуто выше, в другом варианте осуществления изобретения элементом 302 механизации передней кромки может быть опускаемый щелевой предкрылок, увеличивающий кривизну профиля несущей поверхности 300 в конфигурациях для полета на малых скоростях. Передняя кромка 304 является первой кромкой элемента 302 механизации передней кромки, встречающей поток текучей среды, такой как набегающий поток 312 воздуха в случае летательного аппарата или гоночных автомобилей и вода в случае руля судна.
Элемент 302 механизации передней кромки шарнирно присоединен к первой поверхности 314 (верхняя поверхность 314) посредством шарнира 310. В качестве опоры, поддерживающей элемент 302 механизации передней кромки, может быть предусмотрена аэродинамическая поверхность 334 (в общем случае аэро- или гидродинамическая поверхность 334). При опускании элемента 302 механизации передней кромки аэродинамическая поверхность 334 действует в качестве продолжения задней кромки 306, тем самым перекрывая промежуток 338 между задней кромкой 306 и кромкой 340. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.3, при опущенном элементе 302 механизации передней кромки выдвижные турбулизаторы 308 выступают из щелей 322 в обшивке, образующей аэродинамическую поверхность 334 несущей поверхности 300, возвышаясь над ней на определенное расстояние. Вместе с тем, в других вариантах осуществления изобретения выдвижные турбулизаторы могут выступать из щелей в обшивке, образующей другие аэро- или гидродинамические поверхности несущей поверхности 300, возвышаясь над ними на определенное расстояние. Когда элемент 302 механизации передней кромки находится в полностью убранном положении (фиг.5), задняя кромка 306 и кромка 340 перекрываются. Элемент 302 механизации передней кромки установлен с возможностью его опускания и подъема с помощью приводного шарнирного механизма 318, более подробно рассматриваемого ниже со ссылкой на фиг.4.
В показанном на фиг.3 варианте осуществления изобретения выдвижные турбулизаторы 308 представляют собой подвижные турбулизаторы, которые могут быть расположены под задней кромкой 304 элемента 302 механизации передней кромки. Выдвижные турбулизаторы 308 соединены соединительными средствами 320 с приводным шарнирным механизмом 318. В крейсерском полете элемент 302 механизации передней кромки находится в номинальном положении 342, таким образом закрывая выдвижные турбулизаторы 308 (фиг.5) и обеспечивая гладкость поверхности (верхней поверхности 314) несущей поверхности 300 (например, крыла) и низкое сопротивление последней. На малой скорости, как показано на фиг.3, элемент 302 механизации передней кромки поворачивается в своем шарнире 310, отклоняясь вниз и открывая выдвижные турбулизаторы 308, расположенные в щелях 322 и затем выдвигаемые в невозмущенный воздушный поток 312. Таким образом, выдвижные турбулизаторы 308, проступающие через щели 322, увеличивают энергию свободного воздушного потока 312, обтекающего верхнюю поверхность 314, аналогично тому, как это делает сложный щелевой предкрылок. Этот эффект турбулизации повышает эффективность на малых скоростях за счет затягивания отрыва пограничного слоя на больших углах атаки.
Выдвижные турбулизаторы 308 могут включать турбулизаторы различного типа, например, но без ограничения, профили, вращающиеся в одном направлении, соосные профили встречного вращения, разнесенные профили противоположного вращения, бипланные профили и т.п. Выдвижные турбулизаторы 308 могут быть расположены в один ряд. Вместе с тем, могут использоваться и тандемные конфигурации. В тандемных конфигурациях второй ряд выдвижных турбулизаторов 308 может использоваться для увеличения энергии пограничного слоя при потере эффективности вихрями, создаваемыми турбулизаторами первого ряда. Щели 322 должны иметь ширину 324, достаточную для обеспечения возможности выхода через щели выдвижных турбулизаторов 308, но эта ширина 324 не должна быть настолько большой, чтобы между выдвижными турбулизаторами 308 и кромками 326 щелей 322 возникал чрезмерно большой зазор (на чертеже не показан). Выдвижные турбулизаторы 308 могут быть расположены, в качестве неограничивающего примера, с интервалом 328, примерно составляющим от 1 до 10 дюймов, могут иметь высоту 344, примерно составляющую от 0,1 до 2,5 дюйма, и хорду, примерно составляющую от 0,1 до 3 дюймов.
Первая поверхность 314 может быть верхней поверхностью, а вторая поверхность 316 может быть нижней поверхностью, если несущая поверхность 300 ориентирована горизонтально, например, когда несущая поверхность 300 представляет собой крыло летательного аппарата, руль высоты летательного аппарата или несущую поверхность гоночного автомобиля (например, спойлер). Если же несущая поверхность 300 ориентирована вертикально, то первая поверхность 314 и вторая поверхность 316 несущей поверхности могут представлять собой первую боковую поверхность и вторую боковую поверхность.
Приводной шарнирный механизм 318 может быть расположен внутри несущей поверхности 300, в промежутке 336 между первой и второй поверхностями, и может быть соединен с элементом конструкции, расположенным с внутренней стороны нижней поверхности 316 элемента 302 механизации передней кромки. Приводной шарнирный механизм 318 может быть по меньшей мере частично закрыт верхней поверхностью 314 и нижней поверхностью 316 и окружен ими. Приводной шарнирный механизм 318 приводит в движение элемент 302 механизации передней кромки, как это поясняется ниже.
На фиг.4 приведен вид в боковом разрезе части несущей поверхности 400 в одном варианте осуществления изобретения, показывающий опускание передней кромки, открывающее единственный выдвижной турбулизатор 308. Несущая поверхность 400 имеет элемент 302 механизации передней кромки, выдвижной турбулизатор 308, шарнир 310, верхнюю поверхность 314, нижнюю поверхность 316, приводной шарнирный механизм 318, соединительные средства 320 и аэродинамическую поверхность 334. Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг.4, может иметь функции, материал и конструкции, аналогичные варианту осуществления изобретения, показанному на фиг.3. Таким образом, общие признаки, функции и элементы повторно могут не рассматриваться.
Приводной шарнирный механизм 318 соединен с элементом 302 механизации передней кромки и предназначен для приведения в движение элемента 302 механизации передней кромки в направлении вверх, т.е. на подъем (уборку), или вниз, т.е. на опускание (выпуск), если несущая поверхность 300-400 ориентирована горизонтально, или в направлении в сторону (влево-вправо), если несущая поверхность 300-400 ориентирована вертикально. Приводной шарнирный механизм 318 перемещает элемент 302 механизации передней кромки, обеспечивая его выпуск из номинального положения 402 (342 на фиг.3) в опущенное положение 404 (отклоненное положение 404). Элемент 302 механизации передней кромки поворачивается в шарнире 310 из номинального положения 402 в опущенное положение 404, открывая выдвижной турбулизатор 308. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.4, угол α поворота элемента 302 механизации передней кромки может, в качестве неограничивающего примера, составлять от 0 до 30° и т.п. При этом может использоваться любой известный в технике приводной механизм, подходящий для выпуска/уборки элемента 302 механизации передней кромки.
Когда элемент 302 механизации передней кромки находится в номинальном положении 402 относительно несущей поверхности 314, выдвижной турбулизатор 308 по существу закрыт, а когда элемент 302 механизации передней кромки находится в отклоненном относительно несущей поверхности 314 положении 404, выдвижной турбулизатор 308 выступает в пограничный слой на изменяемое расстояние и во время полета способен генерировать вихри в пограничном слое на части несущей поверхности 314.
Шарнир, соединяющий элемент 302 механизации передней кромки с несущей поверхностью 400, обеспечивает возможность отклонения передней кромки 302. Поэтому в данном документе термины "элемент 302 механизации передней кромки", "отклоняемая передняя кромка 302" и "отклоняемый элемент механизации передней кромки 302" могут использоваться взаимозаменяемо. Также, отклоняемая передняя кромка 302 при ее опускании и подъеме обеспечивает, соответственно, открытие и закрытие выдвижного турбулизатора 308 (фиг.5). Поэтому в данном документе термины "выдвижной турбулизатор 308", "открытый выдвижной турбулизатор 308", и "закрытый выдвижной турбулизатор 308" могут использоваться взаимозаменяемо.
На практике в режиме полета на малых скоростях отклоняемая передняя кромка 302 поворачивается в своем шарнире 310, открывая выдвижной турбулизатор 308 и обеспечивая возможность выдвижения открытого выдвижного турбулизатора 308 в обтекающий воздушный поток 312, а в режиме крейсерского полета отклоняемая передняя кромка 302 закрывает выдвижной турбулизатор 308, обеспечивая гладкость поверхности несущей поверхности 400, благодаря чему несущая поверхность имеет низкое сопротивление.
На фиг.5-8 представлены перспективные изображения несущей поверхности 500/600/700/800, показывающие последовательность перемещения элемента 302 механизации передней кромки несущей поверхности 300/400 в одном варианте ее выполнения, в различные положения. Варианты осуществления изобретения, показанные на фиг.5-8, могут иметь функции, материал и конструкции, аналогичные вариантам осуществления изобретения, показанным на фиг.3-4. Поэтому общие признаки, функции и элементы повторно могут не рассматриваться.
На практике выдвижные турбулизаторы 308 выдвинуты из несущей поверхности 300 для увеличения подъемной силы, когда элемент 302 механизации передней кромки опущен, и убраны (втянуты) внутрь несущей поверхности 300 для уменьшения сопротивления, когда отклоняемая передняя кромка 302 поднята.
На фиг.5 приведено перспективное изображение несущей поверхности 500 (например, крыла) в одном варианте осуществления изобретения, показывающее гладкую верхнюю поверхность 314 и нижнюю поверхность 316 в крейсерской конфигурации, причем выдвижные турбулизаторы 308 скрыты под шарнирно присоединенной опускаемой передней кромкой, такой как элемент 302 механизации передней кромки.
На фиг.6 приведено перспективное изображение несущей поверхности 600 в одном варианте осуществления изобретения, показывающее элемент 302 механизации передней кромки, находящийся в начальном опущенном положении с отклонением на угол α поворота, составляющий примерно 5°, и открытием выдвижных турбулизаторов 308, проступающих через щели 322.
На фиг.7 приведено перспективное изображение несущей поверхности 700 в одном варианте осуществления изобретения, показывающее элемент 302 механизации передней кромки, находящийся в промежуточном опущенном положении с отклонением на угол α поворота, составляющий примерно 15°, и выдвижение выдвижных турбулизаторов 308 из щелей 322 в обшивке аэродинамической поверхности 334.
На фиг.8 приведено перспективное изображение несущей поверхности 800 в одном варианте осуществления изобретения, показывающее элемент 302 механизации передней кромки, находящийся в полностью опущенном положении с отклонением на угол α поворота, составляющий примерно 30°, а также открытые выдвижные турбулизаторы 308, полностью выдвинутые из щелей 322.
Как пояснялось выше, на фиг.5-8 показан пример отклонения/опускания элемента 302 механизации передней кромки на различные углы α поворота, находящиеся в пределах примерно от 0 до 30°. Вместе с тем, для открытия выдвижных турбулизаторов 308 могут использоваться и другие углы α поворота.
В одном варианте осуществления изобретения элемент 302 механизации передней кромки может опускаться, открывая выдвижные турбулизаторы 308, таким образом, чтобы при техническом обслуживании обеспечивать легкий доступ во внутреннее пространство несущей поверхности 300/400/500/600/700/800, например во внутреннее пространство крыла, и т.п. Таким образом, изобретение уменьшает сложность эксплуатации по сравнению с существующими решениями, такими как съемные нижние панели.
На фиг.9 приведена иллюстративная блок-схема выполнения процесса 900 применения выдвижных турбулизаторов 308 для улучшения эффективности несущей поверхности 300/400/500/600/700/800 на малых скоростях в одном варианте осуществления изобретения. Различные операции, выполняемые в связи с осуществлением процесса 900, могут выполняться механическими, программными, аппаратными, программно-аппаратными средствами или любой комбинацией таких средств. В целях пояснения нижеследующее описание процесса 900 может ссылаться на элементы, упомянутые выше при рассмотрении фиг.3-9. В практических вариантах осуществления изобретения части процесса 900 могут выполняться элементом 302 механизации передней кромки, выдвижными турбулизаторами 308, шарниром 310, первой поверхностью 314, второй поверхностью 316, приводным шарнирным механизмом 318, аэро- или гидродинамической поверхностью 334 и т.д. Процесс 900 может включать в себя выполнение функций, применение материалов и конструкций, аналогичных вариантам осуществления изобретения, показанным на фиг.3-8. Таким образом, общие признаки, функции и элементы повторно могут не рассматриваться.
Процесс 900 может начинаться присоединением по меньшей мере одного выдвижного турбулизатора, такого как выдвижной турбулизатор 308, к несущей поверхности, такой как несущая поверхность 300 (операция 902).
Процесс 900 может продолжаться шарнирным присоединением отклоняемого элемента механизации передней кромки, такого как элемент 302 механизации передней кромки, к несущей поверхности 300 для реализации отклоняемой передней кромки 302 (операция 904).
Процесс 900 может продолжаться выдвижением выдвижного турбулизатора 308 из несущей поверхности 300 путем опускания отклоняемой передней кромки, такой как отклоняемая передняя кромка 302, присоединенной к несущей поверхности 300, для увеличения подъемной силы (операция 906).
Процесс 900 может продолжаться уборкой выдвижного турбулизатора 308 внутрь несущей поверхности 300 для уменьшения сопротивления (операция 908).
Затем процесс 900 может продолжаться открытием выдвижного турбулизатора 308 путем опускания отклоняемой передней кромки 302 (операция 910) с получением открытого турбулизатора 308. Таким образом, открытый турбулизатор 308 увеличивает энергию воздушного потока, обтекающего верхнюю поверхность 314 несущей поверхности 300, затягивая отрыв пограничного слоя воздушного потока при большом угле атаки несущей поверхности 300. Открытый турбулизатор 308 обеспечивает уменьшение скорости сваливания для несущей поверхности 300.
Процесс 900 может продолжаться соединением отклоняемой передней кромки 302 с выдвижным турбулизатором 308 таким образом, что опускание отклоняемой передней кромки 302 вызывает выдвижение выдвижного турбулизатора 308 из несущей поверхности 300 (операция 912).
Процесс 900 может продолжаться соединением отклоняемой передней кромки 302 с выдвижным турбулизатором 308 таким образом, что подъем отклоняемой передней кромки 302 вызывает уборку выдвижного турбулизатора 308 внутрь несущей поверхности 300 (операция 914).
Процесс 900 может продолжаться закрытием выдвижного турбулизатора 308 путем подъема отклоняемой передней кромки 302 (операция 916). Таким образом, закрытие турбулизатора 308 уменьшает сопротивление в крейсерском полете.
На фиг.10 приведена иллюстративная блок-схема выполнения процесса управления несущей поверхностью для улучшения ее эффективности на малых скоростях в одном варианте осуществления изобретения. Различные операции, выполняемые в связи с осуществлением процесса 1000, могут выполняться механическими, программными, аппаратными, программно-аппаратными средствами или любой комбинацией таких средств. В целях пояснения нижеследующее описание процесса 1000 может ссылаться на элементы, упомянутые выше при рассмотрении фиг.3-8. В практических вариантах осуществления изобретения части процесса 1000 могут выполняться элементом 302 механизации передней кромки, выдвижными турбулизаторами 308, шарниром 310, первой поверхностью 314, второй поверхностью 316, приводным шарнирным механизмом 318, аэро- или гидродинамической поверхностью 334 и т.д. Процесс 1000 может включать в себя выполнение функций, применение материалов и конструкций, аналогичных вариантам осуществления изобретения, показанным на фиг.3-9. Таким образом, общие признаки, функции и элементы повторно могут не рассматриваться.
Процесс 1000 может начинаться обеспечением обтекания несущей поверхности, такой как несущая поверхность 300, текучей средой (операция 1002). Таким образом, осуществление процесса 1000 предусматривает как возможность движения несущей поверхности 300 в текучей среде, так и возможность движения текучей среды вокруг несущей поверхности 300. В одном варианте осуществления изобретения, в котором несущая поверхность 300 включает крыло или хвостовое оперение летательного аппарата либо несущую поверхность гоночного автомобиля, текучей средой является воздух. В случае, когда несущая поверхность 300 представляет собой руль судна, текучей средой является вода.
Затем процесс 1000 может продолжаться опусканием (отклонением) отклоняемого элемента механизации передней кромки, такого как элемент 302 механизации передней кромки, шарнирно присоединенного к поверхности, такой как первая поверхность 314, несущей поверхности 300, из номинального положения 402 в отклоненное/опущенное положение 404 (операция 1004).
Затем процесс 1000 может продолжаться открытием одного или нескольких выдвижных турбулизаторов, таких как выдвижные турбулизаторы 308, и их выдвижением на определенное расстояние (на чертеже не показано) за аэро- или гидродинамическую поверхность 334 несущей поверхности 300 в ответ на опускание элемента 302 механизации передней кромки (операция 1006). В одном варианте осуществления изобретения выдвижные турбулизаторы 308 в ответ на вышеупомянутое опускание отклонение/опускание могут открываться или выдвигаться на определенное расстояние (на чертеже не показано) за первую поверхность 314 несущей поверхности 300.
Затем процесс 1000 может продолжаться генерированием вихря одним или несколькими выдвижными турбулизаторами (операция 1008) в текучей среде (на чертеже не показана), обтекающей несущую поверхность 300.
Затем процесс 1000 может продолжаться изменением степени/угла α отклонения элемента 302 механизации передней кромки в его опущенном положении (операция 1010).
Элемент 302 механизации передней кромки в его опущенном положении увеличивает кривизну профиля, а выдвинутые выдвижные турбулизаторы 308 увеличивают энергию воздушного потока, обтекающего верхнюю поверхность 314. Таким образом задерживается отрыв потока, что увеличивает эффективность несущей поверхности 300 на малых скоростях за счет затягивания отрыва пограничного слоя при больших углах атаки. Это, в свою очередь, уменьшает "скорость сваливания" и в случае летательного аппарата обеспечивает оптимальные условия в режиме полета на малых скоростях и малых высотах, характерных, например, для этапов взлета и захода на посадку.
Таким образом, предлагаемые в изобретении устройство и способы в различных вариантах их осуществления обеспечивают уменьшение скорости сваливания несущей поверхности за счет выдвижения из несущей поверхности выдвижных турбулизаторов посредством опускания отклоняемой передней кромки, присоединенной к несущей поверхности. Соответственно, тяжелые и сложные устройства механизации передней кромки, которые являются дорогостоящими и трудоемкими в обслуживании, а также создают разрывы в обтекаемой поверхности, ухудшающие эффективность несущей поверхности, заменены более простым и легким отклоняемым носком, обеспечивающим гладкость обтекаемой поверхности.
Хотя в вышеизложенном подробном описании представлен по меньшей мере один пример осуществления изобретения, следует иметь в виду, что существует огромное число вариантов осуществления изобретения. Также следует иметь в виду, что описанный(-ые) выше пример или примеры осуществления изобретения не предназначен(-ы) для какого бы то ни было ограничения объема, области применения или конфигурации объекта. Напротив, изложенное выше подробное описание дает специалисту удобное руководство к действию по реализации описанного(-ых) варианта или вариантов осуществления изобретения. Следует иметь в виду, что в функционирование и расположение элементов могут быть внесены различные изменения, не выходящие за объем притязаний, определяемой формулой изобретения с учетом известных и предвидимых эквивалентов на дату подачи настоящей заявки.
В приведенном выше описании указывается на то, что элементы или узлы или признаки могут быть соединены между собой или присоединены один к другому. В контексте изобретения, если не оговорено иного, "соединенный" или "присоединенный" означает, что один элемент/узел/признак непосредственно или опосредованно связан, и необязательно механически, с другим элементом/узлом/признаком (или непосредственно или опосредованно сообщается с ним). Так, хотя на фиг.3-8 изображены примеры взаимного расположения элементов, в другом варианте осуществления изобретения могут присутствовать дополнительные промежуточные элементы, устройства, признаки или компоненты.
Употребляемые в данном документе термины и выражения, а также их разновидности должны толковаться как открытые, в противоположность закрытым или ограничивающим, если прямо не указано иного. В качестве примера вышеуказанного: термин "содержащий" или "включающий" должен читаться как означающий "содержащий/включающий без ограничения" или аналогичным образом; термин "пример" употребляется в отношении иллюстративных примеров рассматриваемого предмета, но не указывает на исчерпывающий или ограниченный перечень таких примеров; а такие прилагательные, как "обычный", "традиционный", "нормальный", "стандартный", известный", и термины подобного значения не должны толковаться как ограничивающие описываемый предмет определенным периодом времени или предметом, существовавшим на определенное время, но должны толковаться как охватывающие обычные, традиционные, нормальные или стандартные технологии, которые могут существовать сейчас, могут быть известны сейчас или в любое время в будущем.
Аналогично, группа предметов, связанная союзом "и", не должна пониматься как требующая наличия в группе каждого из этих предметов, а такой союз следует толковать как "и/или", если не оговорено иного. Аналогично, группа предметов, связанная союзом "или", не должна пониматься как требующая взаимной исключительности среди предметов этой группы, а такой союз также следует толковать как "и/или", если не оговорено иного. Кроме того, даже если предметы, элементы или компоненты, рассматриваемые в настоящем описании, описаны или заявлены в единственном числе, в объем притязаний также входит их наличие во множественном числе, если только прямо не указано ограничение единственным числом.
Наличие расширяющих слов и выражений, таких как "один или несколько", "по меньшей мере", "но без ограничения" или других подобных фраз в некоторых случаях не должно пониматься как предполагающее или обусловливающее случай в случаях, где такие расширяющие выражения могут отсутствовать. Термин "примерно" или "около" при его употреблении применительно к численному значению или интервалу значений должно охватывать значения, обусловленные погрешностью эксперимента, которая может иметь место при выполнении измерения.
В контексте изобретения, если не оговорено иного, выражение "выполненный с возможностью" или "установленный с возможностью" означает способность или готовность характеризуемого таким образом объекта к применению или эксплуатации по конкретному назначению и к выполнению указанной или желаемой функции. В отношении систем и устройств, выражение "выполненный с возможностью" или "установленный с возможностью" означает, что система и/или устройство является полностью работоспособной(-ым) и откалиброванной(-ым), содержит элементы, предназначенные при их приведении в действие для выполнения указанной функции и удовлетворяющие соответствующим эксплуатационным требованиям.