Устройство для увеличения подъемной силы летательного аппарата

 

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в самолетах вертикального взлета и посадки. Цель изобретения - повышение эффективности работы в сверхкритическом диапазоне давлений и упрощение конструкции. Цель достигается тем, что в устройстве для увеличения подъемной силы летательного аппарата, содержащем входной коллектор 1, включающий два ряда плоских сопл 2 с криволинейной осью, камеру смешения 3 прямоугольного поперечного сечения, диффузор 7 и устройство для сдува пограничного слоя, каждое плоское сопло 2 содержит спрямленный сужающе - расширяющийся участок, а устройство для сдува пограничного слоя выполнено в виде периферийного щелевого сопла 5 с перегородками 6, расположенного между коллектором 1 и входным участком 4 камеры смешения, который отогнут внутрь коллектора, при этом площадь периферийного щелевого сопла 5 составляет 0,5 - 0,7, а площадь поперечного сечения камеры смешения 3 в 16 - 20 раз больше суммарной площади критических сечений всех сопл, степень расширения диффузора 7 равна 1,9 - 2,2 при длине диффузора, равной 2 - 4 поперечным размерам камеры смешения 3, а длина камеры смешения составляет 0,4 - 0,6 поперечного размера камеры смешения. 13 ил.

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в самолетах вертикального взлета и посадки. Известно эжекторное устройство для создания подъемной силы на самолете, устанавливаемое в неподвижной части несущей поверхности и работающее по принципу эжектирования окружающего воздуха высокоэнергетическим газовым потоком, поступающим от силовой установки самолета. Недостатком этого устройства является мала эффективность из-за отрыва потока при работе на сверхкритических перепадах давления, в большей степени отвечающих требованиям высокой маневренности сверхзвуковой авиации. Известен также взятый за прототип многосопловой эжекторный увеличитель подъемной силы, расположенный в крыле самолете, содержащий камеру смешения прямоугольного поперечного сечения, входной коллектор с двумя рядами сужающихся плоских сопл с криволинейной осью и диффузор с двумя рядами корневых сопл и с соплами на боковых стенках для сдува пограничного слоя. Недостатками указанного эжекторного увеличителя подъемной силы является сложность конструкции и малая эффективность при работе в сверхкритическом диапазоне давлений. Целью изобретения является повышение эффективности и работы в сверхкритическом диапазоне давлений (p>1,8 ата) и упрощение конструкции. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для увеличения подъемной силы летательного аппарата (ЛА), содержащем входной коллектор, включающий два ряда плоских сопл с криволинейной осью, камеру смешения прямоугольного поперечного сечения, диффузор и устройство для сдува пограничного слоя, каждое плоское сопло входного коллектора содержит спрямленный сужающе-расширяющийся участок, а устройство для сдува пограничного слоя выполнено в виде периферийного щелевого сопла с перегородками, расположенного между коллектором и входным участком камеры смешения, который отогнут вовнутрь коллектора, при этом площадь периферийного щелевого сопла составляет 0,5-0,7 суммарной площади критических сечений всех сопл, а площадь поперечного сечения камеры смешения 16-20 раз больше суммарной площади критических сечений всех сопл, степень расширения диффузора равна 1,9-2,2 при длине диффузора, равной 2-4 поперечным размером камеры смешения, длина которой составляет 0,4-0,6 поперечного размера камеры смешения. На фиг. 1 представлена схема многосоплового увеличителя подъемной силы; на фиг. 2 схема плоского сопла с криволинейной осью многосоплового увеличителя подъемной силы; на фиг. 3 вид по стрелке А на фиг. 1 периферийное щелевое сопло; на фиг. 4 сечение по А-А на фиг. 2; на фиг. 5 схема крыла в режимах взлета и посадки; на фиг. 6 схема крыла в режиме висения; на фиг. 7 схема крыла в режиме горизонтального полета; на фиг. 8 зависимость коэффициента увеличения подъемной силы (подъемная сила, создаваемая устройством, отнесена к тяге идеального сопла) Φ от относительной длины l_к камеры смешения (кривая а) и от относительной длины l_д (все линейные размеры отнесены к поперечному размеру d камеры смешения) диффузора (кривая б); на фиг. 9 показано влияние степени расширения диффузора f_д на коэффициент Φ на фиг. 10 представлена зависимость коэффициента Φ от относительной площади поперечного сечения камеры смешения (отнесено к суммарной площади критических сечений всех сопл); на фиг. 11 показана зависимость коэффициента Φ от относительной площади выходного сечения периферийного щелевого сопла (отнесено к суммарной площади критических сечений всех сопл); на фиг. 12 представлена расчетная зависимость коэффициента ν восстановления полного давления в устройстве с сужающимися соплами (кривая а) и с сужающе-расширяющимися соплами (кривая б) от относительного давления (отнесено к атмосферному давлению) на срезе сопл; на фиг. 13 показана расчетная зависимость коэффициента Φ для увеличителя подъемной силы с сужающимися соплами (кривая а) и с сужающе-расширяющимися соплами (кривая б) от относительного давления на срезе сопл. Многосопловой увеличитель подъемной силы (см. фиг. 1) содержит входной коллектор 1, плоские сопла 2 с криволинейной осью, камеру смешения 3 прямоугольного поперечного сечения с входным участком 4, отогнутым внутрь коллектора 1, периферийное щелевое сопло 5 с перегородками 6 для сдува пограничного слоя и диффузор 7. При изготовлении многосоплового увеличителя подъемной силы важно правильно выбрать размеры проточной части. Как видно из фиг. 8, отклонение относительной длины камеры смешения от диапазона =0,4-0,6 в меньшую или в большую сторону приводит к значительным (до ≈10%) потерям в коэффициенте Φ увеличения подъемной силы. Оптимальная по коэффициенту относительная длина диффузора составляет = 2-4 (кривая б). При этом, как видно из фиг. 10, степень расширения диффузора (отношение площадей выходного и входного сечений диффузора) составляет =1,9-2,2 (кривая а соответствует значениям коэффициента Φ при =0,5, а кривая б при =0). Отключение в большую и особенно в меньшую сторону от указанных диапазонов и приводит к 10-20% потерям в коэффициенте Φ увеличения подъемной силы. На фиг. 10 кривые а соответствует значениям коэффициента Φ при =0,5 и = 3,5, а правая б при =0 и =2. Как видно из фиг. 4, отклонение относительной площади поперечного сечения камеры смешения от оптимального диапазона =16-20 приводит к 5-10% потерям в коэффициенте Φ увеличения подъемной силы. Наличие оптимальных значений , и связано с ростом энтропии в процессе турбулентного смешения и объясняется наличием значительных гидравлических потерь в низконапорном тракте. Оптимальный диапазон степени расширения диффузора обусловлен потерями, связанными с возникновением отрыва потока. Правильным выбором размеров проточной части удается получить коэффициент увеличения подъемной силы на уровне Φ1,39-1,52 в диапазоне относительного давления =1,6-4,0 (при М=1). Сдув пограничного слоя эффективный метод борьбы с гидравлическими потерями в проточной части увеличивателя подъемной силы. Как видно из фиг. 11, существует оптимальный по коэффициенту Φ диапазон изменения относительной площади выходного сечения периферийного щелевого сопла: =0,5-0,7. Кривая а соответствует значениям Φ при l_к=0,5 и =3,5, а кривая б при =0 и = 2, Отклонение от указанного диапазона в большую или меньшую сторону может привести к ≈ 5% -ным потерям в коэффициенте Φ увеличения подъемной силы. Замена сужающегося сопла на сужающе-расширяющееся приводит к снижению гидравлических потерь при работе в сверхкритическом диапазоне давлений (p>1,8 ата). Из фиг. 12 видно, что коэффициент восстановления полного давления в устройстве с сужающе-расширяющимися соплами на 5-10% выше, чем в устройстве с сужающимися соплами. Выигрыш в коэффициенте восстановления полного давления тем выше, чем больше число Маха М сопла и величина относительного давления на срезе сопла. На фиг. 12 кривая а соответствует М=1, а кривая б М=1,26. Многосопловой увеличитель подъемной силы работает следующим образом. От второго контура двигателя или от компрессора высоконапорный газ отводится во внутреннюю полость коллектора 1 (фиг. 1) и затем через плоские сопла 2 и периферийное щелевое сопло 5 с перегородками 6, расположенные внутри вдоль крыла 8 поступает в камеру смешения 3. На режимах взлета и посадки (фиг. 5) на верхней и нижней поверхности крыла открываются створки, образуя входную часть эжектора и диффузор 7. Высоконапорная струя газа, вытекающая из сопл 2, подсасывает атмосферный воздух с поверхности крыла и проталкивает его сквозь проточную часть эжектора вертикально вниз. Направленная вверх подъемная сила, создаваемая потоком смешанных газов, превышает тягу исходной высоконапорной струи. Кроме того, эжектор, расположенный в крыле, влияет на картину обтекания, внося вклад в аэродинамическую циркуляцию, что дает возможность управлять аэродинамической подъемной силой, в частности, увеличивать ее. Данный увеличитель подъемной силы может быть установлен в крыле или оперении дозвуковых и сверхзвуковых самолетов вертикального взлета и посадки, на палубных многоцелевых и военно-транспортных самолетах, а также на вертикально-взлетающих самолетах амфибиях.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, содержащее входной коллектор с двумя рядами плоских сопл с криволинейной осью, камеру смешения прямоугольного поперечного сечения, диффузор и устройство для сдува пограничного слоя, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности работы в сверхкритическом диапазоне давлений и упрощения конструкции, каждое плоское сопло входного коллектора содержит спрямленный сужающе-расширяющийся участок, а устройство для сдува пограничного слоя выполнено в виде периферийного щелевого сопла с перегородками, расположенного между коллектором и входным участком камеры смещения, который отогнут внутрь коллектора, при этом площадь периферийного щелевого сопла составляет 0,5 - 0,7 суммарной площади критических сечений всех сопл, а площадь поперечного сечения камеры смещения в 16 - 20 раз больше суммарной площади критических сечений всех сопл, степень расширения диффузора равна 1,9 - 2,2 при длине диффузора равной 2 - 4 поперечным размерам камеры смешения, длина которой составляет 0,4 - 0,6 поперечного размера камеры смешения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 10.02.1996

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2001

Извещение опубликовано: 10.04.2001        

---