АЭРОДИНАМИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРИДАНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНОМУ АППАРАТУ ПОДЪЁМНОЙ И/ИЛИ ТЯГОВОЙ СИЛЫ
AERODYNAMIC DEVICE FOR THE LIFTING AND / OR TRACTIVE FORCE IMPARTING TO THE AIRCRAFT

Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности, к летательным аппаратам (ЛА), и может найти применение при конструировании крыльев и тяговых винтов самолетов и несущих винтов вертолетов.
Известные аэродинамические устройства ЛА обладают подъемной или тяговой силой благодаря тому, что в поперечном сечении выполнены с несимметричным аэродинамическим профилем. Поток воздуха, обтекающий профиль сверху (спереди для тяговых винтов), имеет большее сужение, чем поток, обтекающий профиль снизу (сзади для тяговых винтов), поэтому скорость в верхнем (переднем) потоке будет больше, чем в нижнем (заднем) потоке (Ефимов В.В., Ефимова М.Г. Основы авиации. Часть 1. Основы аэродинамики и динамики полета летательных аппаратов: Учебное пособие. - М.: МГТУ ГА, 2012. - С. 31-34).
Это приводит к тому, что на верхней (передней) поверхности профиля статическое давление будет меньше, чем на нижней (задней) поверхности в соответствии с законом Бернулли (Большая политехническая энциклопедия/ Авт. сост. В.Д. Рязанцев. - М.: Издательство «Мир и образование», 2011. С. 106).
Из-за разности статического давления и образуется аэродинамическая сила: подъемная вверх для крыла самолета и лопасти несущего винта вертолета, тяговая вперед для лопасти тягового винта самолета.
Известны аэродинамические устройства ЛА, выполненные в поперечном сечении с аэродинамическим профилем и содержащие каркас (силовую схему) и обшивку, для придания:
подъемной силы:
- крылья самолетов - Житомирский Г.И. Конструкция самолетов. 2-е изд., перераб. и дополн. - М: Машиностроение, 1995. С. 54, 62-63;
- лопасти несущих винтов вертолетов - Богданов Ю.С. и др. Конструкция вертолетов: Учебник для авиационных техникумов. - М.: Машиностроение, 1990 - 272 с. С. 102-104;
тяговой силы:
- лопасти тяговых винтов самолетов - Патент РФ на изобретение №2015062, B64C 11/00, опубликовано 30.06.1994).
Однако из-за того, что в полете крылья самолетов, лопасти несущих винтов вертолетов и тяговых винтов самолетов испытывают значительную аэродинамическую нагрузку, известные аэродинамические устройства обладают достаточно сложной конструкцией каркаса. Это обстоятельство приводит к усложнению производства и увеличению веса ЛА. Кроме того, они обладают достаточно большой силой аэродинамического лобового сопротивления из-за того, что снижение давления над (перед) ними достигается за счет их выполнения в поперечном сечении с аэродинамическим профилем и недостаточно эффективны в придании ЛА подъемной и/или тяговой силы, т.к. не позволяют увеличить давление под (за) аэродинамическим устройством.
Известно аэродинамическое устройство (лопасть тягового винта) для придания ЛА (самолетам) тяговой силы, выполненное в поперечном сечении с аэродинамическим профилем, и содержащее одну или несколько полостей, по количеству полостей передней и задней щелей, сообщающихся с полостью, одну или несколько поперечных перегородок и заслонку для регулирования прохождения воздушного потока через полость, расположенную на переднем участке лопасти (Патент РФ на полезную модель №97111, B64C 27/46, опубликовано 27.08.2010).
Известно также аэродинамическое устройство (крыло самолета, лопасть несущего винта вертолета) для придания ЛА (самолетам и вертолетам) подъемной силы, содержащее верхнюю и нижнюю части, выполненных в поперечном сечении с аэродинамическим профилем и установленных по отношению друг к другу с образованием полости и входной и выходной щелей, сообщающихся с полостью, поперечной перегородки, расположенной в полости, и расположенную на верней части устройства заслонку для регулирования прохождения воздушного потока через полость (Патент РФ на изобретение №2436709, B64C 3/14, опубликовано 20.12.2011).
Однако данные аэродинамические устройства обладают достаточно большой силой аэродинамического лобового сопротивления из-за того, что снижение давления над (перед) ними достигается за счет их выполнения в поперечном сечении с аэродинамическим профилем. Кроме того, данные аэродинамические устройства не являются достаточно эффективными в придании ЛА подъемной и/или тяговой силы, т.к. не позволяют дополнительно увеличить давление под (за) аэродинамическим устройством.
Задача изобретения состоит в существенном снижении силы аэродинамического лобового сопротивления аэродинамического устройства за счет достижения снижения давления над (перед) устройством, не имеющим в поперечном сечении аэродинамический профиль, а также в увеличении эффективности создания несущей и/или тяговой силы и за счет достижения повышения давления под (за) аэродинамическим устройством.
Сущность изобретения заключается в том, что решения поставленной задачи путем указанного технического результата аэродинамическое устройство для придания ЛА подъемной и/или тяговой силы, содержащее верхнюю (крыло самолета и лопасть несущего винта вертолета) или переднюю (лопасть тягового винта самолета) и нижнюю (крыло самолета и лопасть несущего винта вертолета) или заднюю (лопасть тягового винта самолета) части, установленные по отношению друг к другу с образованием полости и входной и выходной щелей, сообщающихся с полостью, поперечную перегородку, расположенную в полости, и расположенную на верней (передней) части устройства заслонку для регулирования прохождения воздушного потока через полость, отличается тем, что содержит продольную перегородку, расположенную с образованием верхней (передней) полости и нижней (задней) полости, при этом верхняя (передняя) полость сообщается с входной щелью и выходной щелью, проходное сечение которой больше проходного сечения входной щели, а нижняя (задняя) полость сообщается только с входной щелью, верхняя (передняя) и нижняя (задняя) части выполнены в поперечном сечении плоскими и со сквозными отверстиями, расположенными по всей их поверхности и сообщающимися с полостями, а в верхней (передней) и нижней (задней) частях полостей расположено несколько поперечных перегородок.
Изобретение поясняется чертежами: фиг. 1 - аэродинамическое устройство, выходная часть; фиг. 2 - аэродинамическое устройство, поперечный разрез В-В на фиг. 1; фиг. 3 - вид А на фиг. 1 (сверху или спереди); фиг. 4 - вид Б на фиг. 1 (снизу или сзади); фиг. 5 - вид Г на фиг. 2, входная часть.
Аэродинамическое устройство для придания ЛА подъемной и/или тяговой силы содержит верхнюю (крыло самолета, лопасть несущего винта вертолета) или переднюю (лопасть тягового винта самолета) часть 1, выполненную плоской и с отверстиями 2, нижнюю (крыло самолета, лопасть несущего винта вертолета) или заднюю (лопасть тягового винта самолета) часть 3, выполненную плоской и с отверстиями 4, продольную перегородку 5, расположенную с образованием верхней (передней) полости 6, сообщающуюся с отверстиями 2, входной щелью 7 и выходной щелью 8, проходное сечение которой больше проходного сечения входной щели 7, и нижней (задней) полости 9, сообщающуюся с отверстиями 4 и с входной щелью 10, поперечные перегородки 11 и 12, расположенные в полостях 6 и 9, соответственно.
Устройство содержит стенку 13, расположенную между нижней (задней) частью 3 и продольной перегородкой 5 напротив входной щели 10.
Аэродинамическое устройство - крыло самолета, лопасть несущего винта вертолета - содержит заслонки (на чертежах не показаны) для регулирования прохождения воздушного потока через полости 6 и 9.
Аэродинамическое устройство - крыло самолета - снабжено общеизвестными средствами механизации (на чертежах не показаны).
Изобретение используют следующим образом.
Во время передвижения самолета и вращения несущего винта вертолета и тягового винта самолета встречный воздушный поток воздействует на аэродинамическое устройство и разделяется на четыре потока. Один воздушный поток обтекает верхнюю (переднюю) часть 1 устройства, второй воздушный поток обтекает нижнюю (заднюю) часть 3 устройства. В связи с тем, что верхняя (передняя) часть 1 выполнена плоской, то сила аэродинамического сопротивлениями устройства будет значительно меньше по сравнению с устройством, выполненным в поперечном сечении с аэродинамическим профилем, как в прототипе.
Третий воздушный поток через щель 7 попадает в верхнюю (переднюю) полость 6, проходит через нее с большой скоростью и удаляется из устройства через заднюю щель 8. В соответствии с законом Бернулли в полости 6 существенно снижается давление по сравнению с давлением над (перед) верхней (передней) частью 1. Благодаря этому воздух через отверстия 2, выполненные в верхней (передней) части 1, подсасывается в полость 6, снижая давление над (перед) частью 1, и аэродинамическому устройству придается подъемная сила (крыло самолета лопасть несущего винта вертолета) или тяговая сила (лопасть тягового винта самолета). Четвертый воздушный поток через щель 10 поступает в нижнюю (заднюю) полость 9, проходит через нее с большой скоростью и удаляется из устройства через щели 4, выполненные в нижней (задней) части 3. При этом под (сзади) части 3 давление возрастает и аэродинамическому устройству придается дополнительная подъемная сила (крыло самолета лопасть несущего винта вертолета) или тяговая сила (лопасть тягового винта самолета).
Поперечные перегородки 11 и 12 обеспечивают передвижение воздушных потоков через полости 6 и 9 без завихрений, а также обеспечивают поперечную жесткость устройства.
Стенка 13, расположенная между нижней (задней) частью 3 и продольной перегородкой 5, обеспечивает продольную жесткость устройства.
При достижении требуемой высоты самолетом или вертолетом посредством заслонок (на чертежах не показаны) перекрывают входные щели 7 и 10, ограничивая поступление воздушного потока в полости 6 и 9 устройства.
Тяговую силу лопастей регулируют путем изменения скорости вращения тяговых винтов самолетов.
Таким образом, аэродинамическое устройство придает ЛА несущую и/или тяговую силу одновременно за счет снижения давления непосредственно над (перед) устройством и за счет повышения давления непосредственно под (за) устройством.