Устройство для улучшения управляемости и устойчивости крылатых и оперенных летательных аппаратов при больших скоростях полета

 

Изобретение относится к области управления летательными аппаратами (ЛА) с помощью аэродинамических поверхностей. Предлагаемое устройство содержит установленные на концах крыла или оперения вдали от их осей жесткости дополнительные выносные аэродинамические поверхности. Каждая такая поверхность кинематически связана с рулем или элероном и отклоняется на определенный угол в зависимости от скоростного напора, числа Маха и угла отклонения указанных руля или элерона. Данное отклонение создает момент, компенсирующий возмущение, возникающее вследствие упругости конструкции ЛА. Выносные поверхности выбираются малыми (8-15% площади элеронов) и отклоняются на возможно большие углы. Настройка передаточного отношения углов отклонения выносной поверхности и элерона осуществляется автоматически или летчиком. Технический результат изобретения состоит в устранении вредного влияния упругости конструкции ЛА на управляемость и устойчивость, а также в использовании самой конструкции для улучшения этих характеристик. 2 ил.

Цель предлагаемого способа-улучшения характеристик управляемости и устойчивости крылатых и оперенных летательных аппаратов.

Как известно, эти характеристики существенно зависят от деформации конструкции: крыльев, оперения, корпусов. В настоящее время, в связи с достижениями больших скоростей полета и связанного с этим аэродинамического нагрева летательных аппаратов, влияние деформаций конструкции на характеристики управляемости и устойчивости заметно возрастает.

В описании главное внимание уделяется возможности существенного улучшения управляемости по крену как наиболее важной в настоящее время и характерной задаче. Однако все основные замечания могут быть использованы (по аналогии) для улучшения путевой и продольной управляемости, а также для достижения необходимой устойчивости летательных аппаратов.

Эффективность элеронов (и рулей) быстро уменьшается с ростом скорости полета как за счет упругости крыла (на эффективности рулей неблагоприятно сказывается как упругость оперения, особенно стреловидного, так и упругость корпуса или фюзеляжа) (кривая 1, фиг.1), так и за счет особенностей обтекания в зоне элерона при числах М≥1 (кривая II). Как показали эксперименты на упруго-подобных моделях и соответствующие расчеты, при больших скоростях потока весьма эффективным может оказаться такой орган поперечного управления, при котором управляющая сила прикладывается на конце крыла (для улучшения характеристик путевой или продольной управляемости и устойчивости управляющая сила прикладывается аналогично, на оперении вертикальном или горизонтальном вдали от их осей жесткости) вдали от оси жесткости. Небольшая по размеру, но расположенная вдали от оси жесткости выносная аэродинамическая поверхность, на которой возникает небольшая управляющая сила, вызывает такие деформации крыла (или оперения), которые приводят к существенному и целесообразному перераспределению аэродинамических нагрузок.

Выносная аэродинамическая поверхность (1, фиг. 2), вал которой установлен в подшипниковых опорах, с помощью тяг (3) отклоняется совместно с обычным элероном (4) общим приводом (5). Угол отклонения выносной поверхности (эта поверхность на крыле предназначена в нашем понимании не только для улучшения поперечной управляемости, но и для улучшения характеристик продольной устойчивости, управляемости, устраняя дивергенции и т. д) δ_в.п. определяется отклонением ручки (штурвала) и регулирующим звеном (6) в проводке управления, изменяющим, в частности, передаточное отношение . Знак угла отклонения выносной поверхности δ_в.п. зависит от ее положения относительно оси жесткости. В частном случае, когда эта поверхность находится впереди оси жесткости, знаки углов отклонения выносной поверхности и соответствующего руля совпадают (задние кромки движутся в одинаковом направлении).

Передаточное отношение К_δ меняется либо автоматически от датчика скоростных напоров, либо летчиком в диапазоне значений от К_δ=0 при малых скоростных напорах до К_δ=2÷3 при скоростных напорах, близких к максимальному. Дело в том, что выносные поверхности должны быть и могут быть весьма малыми по размеру (˜8÷5% площади элеронов при умеренном выносе L_к, фиг.2). Для этого необходимо отклонять их на возможно большие углы (меньшие срывного, конечно). При малых скоростных напорах эти углы малы, по крайней мере, на одном из крыльев, так как велик угол атаки самолета, а при больших скоростных напорах - наоборот. К счастью, именно при больших скоростных напорах возникает, в основном, потребность в улучшении управляемости. Это замечание справедливо и в отношении выносной поверхности на горизонтальном оперении. В случае руля направления связь его со своей выносной поверхности на киле может быть более простой. Вообще в каждом конкретном случае необходимо свое решение. В частности, может оказаться выгодным, начиная с определенного скоростного напора, большего q_{критич. реверса,} управлять только с помощью выносной аэродинамической поверхности.

Если деформации крыла, оперения или корпуса неблагоприятно сказываются на устойчивости летательного аппарата, то с помощью отклонения на определенный угол выносной аэродинамической поверхности на крыле или оперении через соответствующее регулирующее звено, в которое поступает сигнал либо от летчика, либо от определенного датчика, можно также достичь необходимого улучшения устойчивости.

На фиг.1 наряду с графиками зависимости эффективности элеронов m^δ _х=f(ν_ung) для жесткой и упругой моделей одного крыла (кривые II и I) нанесена аналогичная зависимость для отклоняющейся совместно с элероном (К_δ=1) выносной аэродинамической поверхности, площадь которой равна 10% площади элерона, а вынос L_к примерно равен концевой хорде крыла. Как видно, совместная работа элерона и выносной поверхности обеспечивает эффективное управление самолетом при скоростях, превышающих V_{критич. реверса}. При этом, благодаря увеличению передаточного отношения К_δ, возможно значительное уменьшение площади выносной поверхности.

Формула изобретения

Устройство для улучшения управляемости и устойчивости крылатых и оперенных летательных аппаратов при больших скоростях полета, отличающееся тем, что, с целью устранения вредного влияния упругости конструкции на управляемость и устойчивость и использования упругости конструкции для улучшения этих характеристик, на концах крыла или оперения вдали от их осей жесткости установлена дополнительная аэродинамическая поверхность, кинематически связанная с рулем или элероном и отклоняемая на определенный угол в зависимости от скоростного напора, числа М и угла отклонения соответствующего руля или элерона до получения компенсирующего момента.

РИСУНКИ