СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ НЕСУЩИХ СВОЙСТВ КРЫЛА
METHOD FOR INCREASING THE LOAD-BEARING PROPERTIES OF AN AIRCRAFT WING

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к способам повышения несущих свойств крыла самолета.
Известен способ повышения несущих свойств крыльев, рассмотренный в патенте RU 2104220 C1. Способ основан на использовании выдува одной или нескольких щелевых (плоских) струй на поверхность крыльев.
В качестве прототипа выбран способ уменьшения отрыва потока, возникающего на поверхности закрылка при больших углах отклонения, путем выдува сжатого воздуха из узкой щели, расположенной в хвостовой части основного крыла или на носке закрылка, по касательной к его поверхности (Петров А.В. Энергетические методы увеличения подъемной силы крыла. - М.: ФИЗМАТ ЛИТ, 2011. - 61 с.).
Недостатком способа является то, что прирост аэродинамической подъемной силы реализуется в основном за счет устранения отрыва на отклоненном закрылке. При увеличении импульса выдуваемой струи больше необходимого для обеспечения безотрывного обтекания подъемная сила растет за счет вертикальной составляющей избыточного импульса струи (импульса щелевой (плоской) струи, сходящей с выходной кромки закрылка), а аэродинамическая часть подъемной силы остается практически неизменной. Это обусловлено в основном тем фактором, что тонкая щелевая (плоская) струя высокого полного давления практически теряет свой импульс к сходу с задней кромки закрылка. Кроме того, отмечаются значительные (более 15%) потери импульса отбираемого от двигателя газа в каналах его подвода к щелевому (плоскому) соплу.
Задачей изобретения является увеличение аэродинамической подъемной силы по сравнению с той, которая имеет место при ликвидации отрывов на профиле с закрылком.
Техническим результатом изобретения является повышение несущих свойств крыла, что приводит к сокращению длины разбега и пробега самолетов при снижении величины подводимой от маршевой силовой установки энергии за счет полезной интерференции крыла со сходящей с его задней кромки плоской струи и засоса воздуха в импеллер на его верхней поверхности: использование энергии набегающего потока происходит более эффективно.
Технический результат достигается тем, что в способе повышения несущих свойств крыла, включающем выдув плоской струи на поверхность отклоненного закрылка, выдув осуществляют в виде низконапорной струи через плоское сопло, расположенное на верхней поверхности закрылка в области задней кромки, при этом низконапорную струю формируют из воздуха, который отсасывают из области задней кромки основной части крыла и носка отклоненного закрылка.
Технический результат достигается также тем, что выдув низконапорной плоской струи на поверхность отклоненного закрылка и отсос воздуха в области задней кромки основной части крыла и носка отклоненного закрылка осуществляют при помощи импеллера.
Технический результат достигается также тем, что выдув низконапорной плоской струи на поверхность отклоненного закрылка осуществляют через плоское сопло высотой 5-20% от длины хорды закрылка.
На фиг. 1 показана схема импеллера, где 1 - вентилятор, 2 - спрямляющий аппарат, 3 - электромотор, 4 - обтекатель электромотора, 5 - цилиндрический канал. Электромотор приводит в движение вентилятор, который создает тягу.
у
зак
На фиг. 2 показана зависимость коэффициента подъемной силы С от угла атаки α для крыла с импеллером на закрылке, отклоненного на угол δ=20°. Импеллерная распределенная силовая установка (ИРСУ) состоит из ряда импеллеров, расположенных на верхней поверхности поворотных закрылков.
у
μ
На фиг. 3 показана зависимость коэффициента подъемной силы С от угла атаки α для крыльев с выдувом на простой нещелевой закрылок и с двухщелевым выдвижным, где C - коэффициент импульса струи.
На фиг. 4 показано общее представление крыла с импеллерами, где 6 - крыло, 7 - импеллерная распределенная силовая установка с плоскими соплами.
На фиг. 5 показано безотрывное обтекание профиля при отклонении закрылка на угол до 40° при наличии импеллера на его верхней поверхности.
зак
у
Исследования аэродинамических характеристик при интерференции крыла и ИРСУ показали, что на режиме взлета (М=0.1, Н=0 м, δ=20°) в диапазоне углов атаки α∈[2; 15°] рассмотренная конфигурация обладает высокими несущими свойствами. Для данной конфигурации с использованием низконапорной струи максимальное значение коэффициента подъемной силы достигает значения С=6.4 (фиг. 2), что приблизительно в 2 раза выше, чем у крыла со струйной системой управления обтеканием на закрылке.
зак
зак
Следует также отметить, что применение струйного управления обтеканием, путем выдува сжатого воздуха из узкой щели, расположенной в хвостовой части основного крыла или на носке закрылка, по касательной к его поверхности, при отклонении закрылка даже на больший угол δ=45° не обеспечивает значений коэффициента подъемной силы (фиг. 3) (Петров А.В. Энергетические методы увеличения подъемной силы крыла. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2011. - 149 с.), как в случае с использованием ИРСУ при отклоненном закрылке на угол δ=20°.
Основными способами повышения подъемной силы крыла являются увеличение угла атаки и относительной кривизны профиля. При отклонении закрылка на углы больше 45 градусов можно добиться значительного увеличения кривизны профиля. Это в свою очередь приводит к образованию отрывных течений в области задней кромки основной части крыла и отклоненного закрылка. Для сохранения на всей поверхности крыла безотрывного обтекания, в том числе в области образования отрывных течений, осуществляют засос воздуха в импеллер. Поток воздуха засасывается вентилятором (1), приводимым в движение электромотором (3) (электромотор (3) расположен в обтекателе электромотора (4)), проходит через спрямляющий аппарат (2), после чего по цилиндрическому каналу (5) поток воздуха попадает в плоское (щелевое) сопло импеллера, из которого истекает в виде низконапорной струи на поверхность отклоненного закрылка. Использование низконапорной струи с относительно небольшой дозвуковой скоростью обеспечивает снижение потерь импульса струи при обтекании закрылка и ее смешении с внешним потоком и, тем самым, увеличивает эффект струйного закрылка. Кроме того, низкий напор струи при одинаковой подводимой мощности приводит к увеличению расхода воздуха через импеллер и, тем самым, затягивает отрыв с верхней поверхности основной части крыла. При выполнении перечисленных условий истекающая из плоского (щелевого) сопла импеллера, расположенного на верхней поверхности закрылка в области задней кромки, низконапорная струя к моменту схода с задней кромки закрылка практически не теряет свой импульс и выполняет роль струйного закрылка. При этом чем больше интенсивность выдуваемой струи, тем выше эффект повышения несущих свойств крыла с отклоненным закрылком.
Таким образом, в отличие от прототипа подъемная сила на взлетно-посадочных режимах будет расти не только из-за вертикальной составляющей импульса струи выдуваемого воздуха, но и из-за возрастающей аэродинамической составляющей подъемной силы за счет обеспечения безотрывного обтекания по всей поверхности крыла.