Фюзеляж самолета
AIRCRAFT FUSELAGE

Изобретение относится к области авиационной техники, преимущественно к фюзеляжам самолетов с дозвуковыми и околозвуковыми скоростями полета.
Фюзеляж является одним из основных элементов самолета и предназначен для размещения перевозимых грузов, экипажа, пассажиров и различного оборудования. В фюзеляже самолета могут размещаться двигательные установки самолета и топливо для их работы. Фюзеляж не вносит существенного вклада в создание подъемной силы, но создает значительную долю аэродинамического сопротивления самолета [Кюхеман Д. Аэродинамическое проектирование самолетов. М.: Машиностроение, 1983].
Для уменьшения сопротивления фюзеляжа ему, как правило, придают хорошо обтекаемую «сигарообразную» форму, включающую среднюю часть цилиндрической формы, носовую и хвостовую части овальной формы (см. например, Jame's All the World's Aircraft. Пассажирские самолеты марки Ту, Ил, Ан, Фирм Боинг, Аэрбас).
Уменьшение сопротивление фюзеляжа выполняют также путем уменьшения площади его миделевого сечения (поперечного сечения фюзеляжа наибольшей площади), что приводит к значительным неудобствам при размещении пассажиров и перевозимых грузов.
Описанные выше модификации формы фюзеляжа не дают значительного снижения сопротивления фюзеляжа. У современных пассажирских и транспортных самолетов аэродинамическое сопротивление фюзеляжа составляет около 50% от полного сопротивления самолета.
Известна конструкция фюзеляжа самолета с выходами каналов для выдува высоконапорных струй воздуха в направлении поперек оси фюзеляжа по размаху крыла вдоль задней кромки крыла самолета и выдува реактивной струи вдоль оси фюзеляжа из торца его кормовой части (см. патент США 4,648,571). В данном техническом решении уменьшение сопротивления фюзеляжа осуществляется путем выдува реактивной струи двигателя из торца кормовой части фюзеляжа. Выдув высоконапорных струи воздуха от компрессора реактивного двигателя, расположенного внутри фюзеляжа, поперек оси фюзеляжа и вдоль задней кромки крыла самолета приводит к улучшению обтекания крыла, увеличению подъемной силы и уменьшению сопротивления самолета.
По техническим признакам данная конструкция фюзеляжа является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения и его прототипом, у которого на участке фюзеляжа выполнены выходы для выдува высоконапорных струй в поперечном и продольном направлениях к оси фюзеляжа.
Недостатком фюзеляжа прототипа являются большие энергетические затраты для создания высоконапорных струй.
Задачей и техническим результатом заявляемого изобретения являются уменьшение энергетических затрат на создание воздушных струй и уменьшение сопротивления, создаваемого кормовой частью фюзеляжа.
Решение задачи и технический результат, достигаются тем, что в фюзеляже самолета, включающем кормовую часть и, расположенные на его поверхности выходы каналов для выдува струй воздуха, выходы каналов выполнены с осями наклоненными под углами 30°-60° к поверхности фюзеляжа и под углами 30°-60° между проекциями осей каналов на поверхность фюзеляжа и направлениями потока у поверхности фюзеляжа на крейсерском режиме полета самолета. При этом выходы каналов для выдува воздуха расположены на поверхности фюзеляжа на расстоянии от конца кормовой части равном 0.5-1.5 эквивалентного диаметра миделя фюзеляжа, а входы каналов для выдува струй воздуха могут быть соединены с салоном фюзеляжа самолета.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в создании вихревых жгутов на поверхности кормовой части фюзеляжа путем выдува струй воздуха из выходов каналов под углами 30°-60° к поверхности фюзеляжа и углами 30°-60° между проекциями осей каналов на поверхность фюзеляжа и направлением потока у поверхности фюзеляжа при полете самолета на крейсерском режиме полета.
Создание вихревых жгутов приводит к повышению энергии пограничного слоя в кормовой части фюзеляжа и задержке возникновения отрыва потока, что приводит к уменьшению аэродинамического сопротивления, создаваемого кормовой частью фюзеляжа. Для создания вихревых жгутов не требуется больших затрат энергии. Проведенные экспериментальные исследования показали, что необходимая интенсивность вихревых жгутов обеспечивается путем выдува воздушных струй с небольшим перепадом давления 0.4-0.6 атм. при значительно меньших энергетических затратах чем при использовании высоконапорных струй. Для наибольшей эффективности влияния вихревых жгутов выходы каналов выполняются на поверхности фюзеляжа на расстоянии от конца его кормовой части фюзеляжа равном 0.5-1.5 эквивалентного диаметра миделя фюзеляжа.
На фиг. 1 приведен рисунок фюзеляжа самолета с выходами каналов для выдува воздуха в кормовой части.
На фиг. 2 приведен рисунок сечения выхода одного из каналов для выдува воздуха в стенке кормовой части фюзеляжа.
На фиг. 3 показаны углы ориентации оси одного из выходов каналов на поверхности фюзеляжа.
Предлагаемый фюзеляж самолета включает кормовую часть 1 выходы каналов 2 для выдува струй воздуха, расположенные на поверхности фюзеляжа (фиг. 1). Подводящие каналы 3 к выходам каналов 2 для выдува воздуха выполняются с внутренней стороны обшивки фюзеляжа 4 (фиг. 2). Выходы каналов 2 выполнены с осями 5, направленными под углами 6 к поверхности фюзеляжа равными 30°-60° и углами 7 между проекциями 8 осей каналов на поверхность фюзеляжа и направлением потока 9 у поверхности фюзеляжа на крейсерском режиме полета самолета равными 30°-60° (фиг. 3). Направление потока 9 у выходов каналов на поверхности фюзеляжа может быть определено экспериментальными или расчетными способами. Приближенно, для наиболее распространенных умеренно искривленных форм кормовых частей фюзеляжей, направлением потока у его поверхности можно считать проекцию оси фюзеляжа на его поверхность. Выдувы струй воздуха из выходов каналов на поверхности фюзеляжа с указанными углами к поверхности фюзеляжа и углами к потоку на поверхности фюзеляжа создают вихревые жгуты 10 (фиг. 2), которые перемешивают пограничный слой, увеличивают его кинетическую энергию, устойчивость вблизи обтекаемой поверхности и ослабляют отрыв потока в кормовой части фюзеляжа, что приводит к уменьшению его сопротивления. Проведенные экспериментальные исследования показали, что вихревые жгуты с интенсивностью достаточной для ослабления отрыва потока создаются при выдуве струй с перепадом давления 0.4-0.6 атм при значительно меньших энергетических затратах по сравнению с затратами при выдуве высоконапорных струй с перепадом давления в несколько атмосфер.
Для наибольшей эффективности влияния вихревых жгутов выходы каналов выполняются на поверхности фюзеляжа на расстоянии от конца его кормовой части равном 0.5-1.5 эквивалентного диаметра миделя фюзеляжа. Эквивалентным диаметром миделя фюзеляжа принято называть диаметр окружности с площадью равной площади миделевого сечения фюзеляжа.
Перепад давления 0.4-0.6 атм, как правило, создается в фюзеляжах пассажирских и транспортных самолетов для обеспечения нормальных условий и кондиционирования воздуха для пассажиров и экипажа. Это может позволить использовать отработанный воздух для выдува струй воздуха и уменьшения сопротивления фюзеляжа. Для этого входы каналов для выдува струй воздуха могут быть соединены с салоном фюзеляжа самолета.
Таким образом, достигнут технический результат: уменьшение энергетических затрат на создание воздушных струй и уменьшение сопротивления, создаваемого кормовой частью фюзеляжа.