АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ПРОФИЛЬ КРЫЛА ЭКРАНОПЛАНА

Полезная модель относится к аппаратам, использующим экранный эффект.
Известен аэродинамический профиль крыла экраноплана типа CLARK, применяемый на удачных конструкциях экранопланов (см. фиг 1).
Указанный профиль характеризуется большой кривизной носика, малой кривизной носового участка нижней части контура, прямыми средними и кормовыми участками нижней части контура.
При этом применение указанного профиля на несущих крыльях экранопланов не обеспечивает условие продольной устойчивости экраноплана во всем диапазоне положений центра тяжести экраноплана.
Изложенное становится очевидным, если рассмотреть механизм обеспечения условий продольной устойчивости экранопланов.
Положение центра тяжести экраноплана (центровка) характеризуется безразмерной координатой , отсчитанная от носика профиля в долях хорды.
Относительно передняя центровка ограничивает количество обладающих статической продольной устойчивостью компоновочных вариантов экранопланов и транспортных средств, использующих экранный эффект и воздушную подушку в качестве взлетно-посадочного устройства.
Известное условие статической продольной устойчивости экраноплана обеспечивается взаимным расположением фокусов по высоте, углу атаки и центра тяжести (см описание полезной модели по патенту РФ №151105, B60V 1/08, В64С 39/10, 2015):
где  безразмерная координата фокуса по углу атаки;
безразмерная координата фокуса по высоте.
Безразмерные координаты определены в долях хорды профиля и отсчитываются от носика к хвостику крыла в диаметральной плоскости. Положение фокуса по углу атаки определяется соотношениями:
z
z
y
где m - безразмерный коэффициент продольного аэродинамического момента; M - продольный аэродинамический момент, Нм; c - , безразмерый коэффициент аэродинамической подъемной силы, Y - аэродинамическая подъемная сила, Н; α - угол атаки, рад (см. книгу автора Остославского И.В. «Аэродинамика самолета». М., Государственное издательство оборонной промышленности, 1957, с. 8-9).
Положение фокуса по высоте (точки приложения дополнительной подъемной силы, обусловленной изменением высоты крыла над экраном) определяется следующим соотношением:
Условие (1) является условием статической продольной устойчивости экраноплана, второе условие (2) должно выполняться для всех летательных аппаратов вне зависимости от высоты движения.
Условия (1)-(2) являются необходимыми, но не достаточными для обеспечения продольной динамической устойчивости и приемлемой для экипажа управляемости в продольной плоскости. Результаты натурных испытаний экранопланов и их самоходных моделей, результаты математического моделирования динамики движения и результаты исследований на пилотажных стендах рекомендуют наилучшее для комфортного пилотирования расположение фокусов: фокус по высоте в районе центра тяжести аппарата, фокус по углу атаки располагается за центром тяжести на расстоянии 15-20% средней аэродинамической хорды.
Таким образом в большинстве известных аэродинамических компоновок экранопланов центр тяжести имеет координату , ограничивающую количество компоновочных вариантов экранопланов и условия их эксплуатации.
Предпосылками обеспечения продольной устойчивости в расширенном интервале центровок являются:
а) положением фокуса по углу атаки управляют выбором плеча и размеров горизонтального оперения;
б) положение фокуса по высоте определяется профилем несущего крыла экраноплана.
На положение фокуса по высоте экраноплана оказывают меньшее влияние удлинение крыла, форма крыла в плане, а также другие элементы компоновки - фюзеляж, пилоны двигателей, шайбы.
Выбор профиля несущего крыла экраноплана в большей степени влияет на положение фокуса по высоте, однако такое влияние недостаточно эффективно в известном наиболее близком техническом решении, принятом в качестве прототипа (см. описание изобретения заявке на патент ЕПВ 295652, 21.12.1988, столбец 8, строки 34-60, фиг. 4, всего на 25 л.), представляющим собой аэродинамический профиль крыла экраноплана, обладающий собственной устойчивостью на высотах как с сильным, так и со слабым проявлением экранного эффекта.
В указанном прототипе предложена несущая поверхность крыла экраноплана с аэродинамическим профилем, содержащим носик и хвостик, соединенные верхней частью контура профиля и состоящей из носового, среднего и кормового участков нижней частью контура профиля, образующими контур профиля несущей поверхности, обеспечивающей собственную устойчивость крыла на высотах с сильным и слабым проявлением экранного эффекта, причем носик имеет каплевидную форму, сопряженную с вогнутым носовым участком нижней части контура профиля, переходящим в средний и кормовой участки нижней части контура профиля, имеющие малую кривизну.
Задача, решаемая предлагаемой полезной моделью - смещение аэродинамического фокуса по высоте к хвостику профиля крыла, за счет увеличения давления на кормовом участке нижней части крыла при приближении его к экрану.
Технический результат от использования полезной модели заключается в повышение надежности обеспечения динамической продольной устойчивости и продольной управляемости экраноплана при его движении на высотах с сильным и слабым проявлением экранного эффекта в расширенном диапазоне центровок.
Для достижения указанного технического результата в несущей поверхности крыла экраноплана с аэродинамическим профилем, содержащим носик и хвостик, соединенные верхней частью контура профиля и состоящей из носового, среднего и кормового участков нижней частью контура профиля, образующими контур профиля несущей поверхности, обеспечивающей собственную устойчивость крыла на высотах с сильным и слабым проявлением экранного эффекта, причем носик имеет каплевидную форму, сопряженную с вогнутым носовым участком нижней части контура профиля, переходящим в средний и кормовой участки нижней части контура профиля, имеющие малую кривизну, предложено выполнение среднего и кормового участков нижней части контура профиля с кривизной, убывающей в направлении к хвостику профиля с приближением кривизны по мере убывания к бесконечному радиусу кривизны.
y
На фиг. 1 показан аэродинамический профиль крыла экраноплана типа CLARK; на фиг. 2 - предлагаемый профиль; на фиг. 3 - графики изменения координаты фокуса по высоте  от коэффициента подъемной силы c на экранной высоте  для профиля типа CLARK и предлагаемого профиля; на фиг. 4 - графики изменения координаты центра давления , отсчитываемой в долях хорды от носка профиля, на высоте  для профиля типа CLARK и предлагаемого профиля и на фиг. 5 - графики изменения аэродинамического качестве  на режиме .
Предлагаемая несущая поверхность крыла экраноплана (см фиг. 2) имеет аэродинамический профиль, который содержит носик 1 и хвостик 2, соединенные верхней частью 3 контура профиля и нижней частью 4 контура профиля, состоящей из носового 5, среднего 6 и кормового 7 участков. При этом носик 1 имеет каплевидную форму, сопряженную с вогнутым носовым участком 5 нижней части 4 контура профиля, переходящим в средний 6 и кормовой 7 участки нижней части 4 контура профиля, имеющие малую кривизну, причем в настоящем примере выполнения средний 6 и кормовой 7 участки нижней части 4 контура профиля имеют кривизну, убывающую в направлении к хвостику 2 профиля с приближением кривизны по мере убывания к бесконечному радиусу кривизны.
При обтекании крыла, в районе перехода вогнутого носового участка 5 нижней части 4 профиля в средний 6 и кормовой 7 участки нижней части 4 профиля формируется вихрь с поперечной осью и положительной циркуляцией. Интенсивность этого вихря растет с приближением крыла к экрану и при приближении к экрану кормовые участки 7 крыла оказываются в зоне дополнительных положительных скосов потока, индуцируемых поперечным вихрем, сформированным вогнутым носовым участком 5 нижней части 4 профиля и средним участком 6 нижней части 4 профиля. Это ведет к перераспределению давления на нижней части крыла и смещению фокуса по высоте к хвостику 2 профиля.
у
y
6
Графические зависимости на фигурах 3-5 (кривая А - предлагаемый профиль, кривая В - профиль типа CLARK) показывают, что применение предлагаемого профиля обеспечивает положение фокуса по высоте ближе на 10-12% длины хорды к хвостику профиля, в сравнении с расположением фокуса по высоте традиционного для экранопланов профиля типа CLARK на крейсерских углах атаки крыла, соответствующих коэффициенту подъемной силы профиля с=0,9-1,1 (в представленных на фиг. 3-5 результатах число Рейнольдса Re=2,5·10 и изменение коэффициента подъемной силы c реализовано через изменение угла атаки), что справедливо и по отношению к профилю крыла экраноплана по указанному выше прототипу и таким образом повышение надежности обеспечения динамической продольной устойчивости и продольной управляемости экраноплана при его движении на высотах с сильным и слабым проявлением экранного эффекта в расширенном диапазоне центровок
Одновременно предлагаемый профиль обуславливает более кормовое расположение центра давления, что в общепроектном плане благоприятно для аэродинамических компоновок экранопланов, у которых в качестве взлетно-посадочного устройства используется воздушная подушка. Применение предлагаемого профиля при прочих равных условиях ведет в сравнении с применением профиля по прототипу к увеличению аэродинамического качества.
Промышленная применимость полезной модели подтверждена численными экспериментами и модельными испытаниями. Опытный образец используется судостроительной компанией «Аэроход» в проектировании амфибийного судна на воздушной подушке с аэродинамической разгрузкой, использующего экранный эффект на основном (крейсерском) режиме движения.