Адаптивное крыло

 

Изобретение относится к авиации и может быть использовано при проектировании носовых и хвостовых частей адаптивного крыла. Цель изобретения - повышение аэродинамического качества крыла и степени демпфирования колебаний деформируемых частей. Это достигается тем, что крыло снабжено армированными эластомерными панелями 15, жестко связанными с каркасом, гибкой обшивкой и кессоном. Панели 15 размещены на участках стыка звеньев 8, 9, 10 и секций носовой и хвостовой частей крыла и участках стыка гибкой обшивки с кессоном. Панели 15, гибкая обшивка и поверхность кессона покрыты эластичной пленкой, а стенки армировки панелей 15 расположены по нормали к контуру профиля крыла. Внутри панелей 15 пропущены гибкие шомпола, а пленка может быть выполнена с риблетами. Имеются изолированные объемы 24. 3 з. п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к аэродинамике, например, самолета и связано с конструкцией трансформируемой несущей поверхности, в частности с конструкцией адаптивного крыла, а также гладких заливов, обтекателей, закрывающих подвижные выступы, щели и обеспечивающих заданное плавное изменение формы поверхности на участках сопряжения подвижных элементов каркаса не только летательных аппаратов, но и поездов, автомобилей, транспортных и иных средств. Особенностью адаптивного крыла является возможность заданного плавного изменения кривизны обтекаемой потоком поверхности крыла, позволяющая снизить аэродинамическое сопротивление (расход топлива) и повысить качество на различных режимах полета, снизить аэродинамические нагрузки, улучшить управление по крену и т. д. Известно адаптивное крыло, для которого характерно наличие центрального кессона, деформируемых (отклоняемых) с помощью силовых приводов элементов многозвенного жесткого каркаса носовой и хвостовой частей крыла, а также гибкой обшивки. У крыла - гибкая обшивка отклоняемого носка опирается на отклоняемый лобовик, рычаги и скользит по фланцевым поверхностям и роликам. Изменение кривизны профиля осуществляется поворотом лобовика с помощью привода. Еще более близким по конструктивному решению к предлагаемому является крыло, у которого изменение профиля крыла обеспечивается набором поворотных межобшивочных элементов или соединенных шарнирно звеньев жесткого каркаса. К этим элементам, поворачиваемым под действием привода, прикреплены непрерывная верхняя обшивка и дискретные панели нижней обшивки. Отличительным достоинством прототипа представляется использование поверхности собственно поворотного элемента для создания некоторого искривления нижней поверхности. Обводы верхней поверхности создаются с помощью непрерывной гибкой обшивки. Недостаток применения гибкой обшивки связан с необходимостью введения весьма сложного подвижного стыка обшивки с центральным кессоном либо со звеньями каркаса. Закон изменения деформаций по размаху крыла обычно примерно одинаков в пределах размаха секции, определяемого длиной панели гибкой обшивки, оребренной в направлении размаха и имеющей свободу деформаций лишь в плоскости, перпендикулярной размаху. Если законы изменения деформаций различных секций неодинаковы, то между соседними по размаху секциями неизбежны уступы, щели, нарушающие плавность и гладкость сдеформированной поверхности. Другим недостатком, особенно проявляющимся при отклонении носовой части крыла вверх, является отсутствие плавности обводов и гладкости поверхности на участках стыка звеньев каркаса на нижней поверхности. Одной из сложных задач при создании адаптивного крыла является обеспечение необходимой степени демпфирования (и безопасности от колебаний) деформируемых частей вследствие относительного снижения их местных жесткостей и увеличения по сравнению с традиционной конструкцией отклоняемых носков, закрылков - числа степеней свободы. В известных адаптивных конструкциях, в том числе являющихся аналогом и прототипом предлагаемого адаптивного крыла, это может потребовать установки специальных демпферов либо чрезмерного увеличения веса силовой конструкции. Цель изобретения - повышение аэродинамического качества адаптивного крыла и повышение степени демпфирования колебаний деформируемых частей. Это достигается тем, что в адаптивном крыле, содержащем центральный кессон, деформируемые с помощью силовых приводов секционированные по размаху носовую и хвостовую части с многозвенным жестким подвижным каркасом с гибкой обшивкой, аэродинамические обводы крыла, на переходных участках стыка звеньев каркаса, на переходных участках между секциями и участках подвижного стыка гибкой обшивки с ее опорой на кессоне или соседних звеньях, секциях, наружная поверхность образована растяжимыми и сжимаемыми в своей плоскости эластомерными панелями. Они армированы ребрами жесткости, элементами типа сот, гофра, или тонкостенными дискретными листами, стенки которых расположены по нормали к контуру профиля. Боковые, передняя и задняя торцевые края панелей жестко соединены с соседними секциями, звеньями подвижного каркаса, с кессоном или гибкой обшивкой. Вследствие заданной жесткости панелей на сдвиг и изгиб и известной свободы упругих деформаций растяжения-сжатия панелей в своей плоскости, они воспринимают местные аэродинамические и массово-инерционные нагрузки, передачи на каркас, на кессон и сохраняют при этом необходимую плавность переходов от секции к секции, от звена к звену, к кессону. Тем самым достигается также повышение демпфирования колебаний деформируемых частей. Требуемая гладкость обтекаемой поверхности или рифленность (с заданной формой и направлением риблетов), а также герметичность панели, предохраняющая ее заполнитель и армировку от попадания влаги и другого неблагоприятного атмосферного воздействия, обеспечиваются резиноподобной, предварительно растянутой пенкой, монолитно связанной с заполнителем. С целью повышения аэродинамического качества за счет управления формой профиля по нормали к срединной поверхности крыло снабжено изолированными объемами с регулируемым внутри них давлением, расположенным в различных зонах по размаху и хорде крыла вблизи верхней и нижней его поверхностей. На фиг. 1 изображена схема предлагаемого адаптивного крыла; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - сечение В-В на фиг. 3; на фиг. 5 - узел I на фиг. 1; на фиг. 6 - сечение Г-Г на фиг. 1; на фиг. 7 - сечение Д-Д на фиг. 1; на фиг. 8 - сечение Е-Е на фиг. 1. Крыло включает центральный кессон 1, деформируемые с помощью силовых приводов, разделенные на ряд секций (по размаху) носовые 2, 3, 4 и хвостовые 5, 6, 7 части, каркас которых разделен на ряд звеньев 8-10 и 11-14 по хорде. Звенья каждой из секций соединены, например, шарнирно и образуют совместно с гибкой обшивкой или без нее аэродинамические обводы крыла. На участках стыка звеньев, на переходных участках между секциями, а также на участках стыка гибкой обшивки с ее опорой на кессоне 1 или соседнем звене установлены эластомерные, выполненные из материала типа пористой, губчатой резины панели 15. Панели жестко (моментно) связаны своим кромками с соседними звеньями и жестко связаны со свободным краем гибкой обшивки и ее опорой. Панели армированы ребрами жесткости, элементами типа сот 16 (фиг. 2), гофра 17 или дискретными плоскими листами 18, стенки которых расположены по нормали к контуру профиля. Наружная обтекаемая потоком поверхность образована предврительно растянутой вдоль хорды (а на участках между секциями растянутой и вдоль размаха), монолитно соединенной с основной массой эластомерного заполнителя панели гладкой или рифленой эластомерной пленкой 19. Дополнительной опорой панелей являются шомпола 20. Роль шомпола могут выполнять также пластины 21 (фиг. 3) переменной жесткости, поддерживающие панели в местах их заделки. Для изменения формы срединной поверхности элементы подвижного каркаса, в частности шарнирно соединенные звенья отдельных секций, отклоняются с помощью автономных приводов 22 (фиг. 4). Для достижения более плавного изменения обводов верхней и нижней поверхностей в качестве составной части деформируемых каркасов используются гибкие обшивки 23, связанные с соседними звеньями, секциями или кессоном через эластомерные панели 15. Для управления формой профиля по нормали к срединной поверхности крыло снабжено (фиг. 4 и 5) изолированными гибкими объемами 24 с регулируемым внутри них давлением. Объемы 24 расположены в различных зонах по размаху и хорде крыла вблизи верхней и нижней его поверхностей. Крыло работает следующим образом. Эластомерные панели 15, имея конечные (и регулируемые) значения изгибной жесткости, жесткости растяжения-сжатия, а также конечную и достаточно большую жесткость на сдвиг - обеспечивают восприятие местных аэродинамических и массово-инерционных нагрузок, передачу их на звенья 8-10, а также 11-14 и кессон 1, причем в местах заделки наружная поверхность панели касается поверхности звена, кессона или гибкой обшивки 23 и обеспечивает тем самым плавное изменение кривизны обтекаемой потоком поверхности на "переходных" участках между соседними зонами - соседними как по хорде, так и по размаху. Размеры панели (длина, ширина, толщина), плотность заполнителя - губчатой резины, иного эластомера, параметры ребер жесткости 18, сот 16, гофра 17, давления в изолированных внутренних объемах 24 выбираются исходя из следующих основных требований: обеспечения заданной плавности перехода, обеспечения заданной изгибной и сдвиговой жесткости, обеспечения заданной свободы упругих деформаций растяжения-сжатия в плоскости панели, обеспечения заданного демпфирования, достигаемого при трении заполнителя и армировки. При необходимости местная изгибная жесткость панелей, а также мера внутреннего сухого трения могут быть увеличены с помощью гибких стержней или пластин 21 (шомполов 20), располагающихся внутри панелей, с зазором так, что они не препятствуют растяжению и сжатию панелей вдоль хорды и вдоль размаха, но увеличивают жесткость на сдвиг и изгиб и позволяют сохранить заданную форму под нагрузкой в потоке. Степень предварительного натяжения пленки 19 в исходном состоянии крыла выбирают из следующих условий: сохранения требуемых запасов прочности при дополнительном растяжении пленки, обусловленном деформацией несущей поверхности и сохранения растянутого состояния пленки при сжатии панели. Такой гладкой пленкой целесообразно покрывать по крайней мере всю деформирующуюся часть крыла. По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обеспечивает достижение более высокого аэродинамического качества, более широкие возможности непосредственного управления подъемной силой, уменьшения нагрузок на крыло благодаря большей плавности обводов как верхней, так и нижней поверхностей механизации крыла, как при отклонении носков и закрылков вниз, так и вверх благодаря отсутствию уступов и щелей, благодаря покрытию всей обтекаемой потоком поверхности или ее части гладкой или рифленой пленкой 19, благодаря использованию деформаций не только срединной поверхности, но и профиля в направлении, нормальном к срединной поверхности крыла, путем изменения давления в расположенных в различных зонах по хорде и по размаху крыла изолированных гибких объемах 24, примыкающих к верхней или нижней поверхностям крыла. Предлагаемые эластомерные панели, легко растяжимые и сжимаемые в своей плоскости, но имеющие конечную жесткость на сдвиг и изгиб, могут использоваться в конструкциях, начиная от гладкого браслета часов, до универсального трансформируемого обтекателя трайлера, грузового автомобиля, от элементов антиобледенительных устройств до трансформируемых медицинских и иных кроватей, кресел, от гибких непрерывных и используемых переходов между жесткими вагонами поездов до складных надувных элементов космических станций. (56) Заявка Великобритании N 1296994, кл. B 64 C 9/00, 1972. Заявка Великобритании N 1536331, кл. B 64 C 3/44, 1978.

Формула изобретения

1. АДАПТИВНОЕ КРЫЛО, содержащее центральный кессон, деформируемые с помощью силовых приводов секционированные по размаху и образованные отдельными звеньями носовую и хвостовую части, включающие жесткий подвижный каркас с гибкой обшивкой, состыкованной с кессоном и образующей совместно с каркасом аэродинамическую поверхность крыла, отличающееся тем, что, с целью повышения аэродинамического качества крыла и степени демпфирования колебаний деформируемых частей, оно снабжено армированными эластомерными панелями, жестко связанными с каркасом, гибкой обшивкой и кессоном и размещенными соответственно на участках стыка звеньев и секций носовой и хвостовой частей крыла и участках стыка гибкой обшивки с кессоном, при этом эластомерные панели, гибкая обшивка и поверхность кессона покрыты монолитно с ними связанной предварительно растянутой эластичной пленкой, а стенки армировки эластомерных панелей расположены по нормали к контуру профиля крыла. 2. Крыло по п. 1, отличающееся тем, что, с целью увеличения жесткости эластомерных панелей на сдвиг и изгиб, внутри панелей пропущены по скользящей посадке гибкие шомпола, края которых моментно заделаны в элементах жесткого подвижного каркаса, причем по крайней мере один из краев - по скользящей посадке. 3. Крыло по п. 1, отличающееся тем, что резиноподобная пленка выполнена с риблетами. 4. Крыло по п. 1, отличающееся тем, что носовая и хвостовые части крыла выполнены с изолированными объемами, примыкающими к верхней и нижней поверхностям профиля.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8