RU2116222C1

RU2116222C1 - Control surfaces with axial compensation

Info

Publication number: RU2116222C1
Application number: RU97109193A
Authority: RU
Inventors: Б.Н. Фролищев
Original assignee: Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского
Priority date: 1997-06-05
Filing date: 1997-06-05
Publication date: 1998-07-27

Abstract

FIELD: aeronautical engineering; manufacture of aeroplanes with control surfaces in form of ailerons, elevators and rudders. SUBSTANCE: control surface with axial compensation has contour of tip and lower and upper surfaces on which semi-cones changing on trailing edge into corrugation with end shear. Corrugation has amplitude not exceeding half maximum thickness of control surface. EFFECT: enhanced efficiency and improved aerodynamic characteristics of flying vehicle. 4 dwg

Description

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано при создании летательных аппаратов с рулями управления в виде элеронов, рулей высоты и направления, имеющих осевую компенсацию. The invention relates to aircraft and can be used to create aircraft with rudders in the form of ailerons, elevators and elevators having axial compensation.

Рули с осевой компенсацией благодаря их простоте и надежности широко используются для летательных аппаратов. Возникающая аэродинамическая сила в носовой части до оси вращения руля создает момент, обратный моменту, возникающему в хвостовой части за осью вращения руля. Путем выбора оси вращения вдоль хорды руля (осевая компенсация) достигают уменьшение шарнирных моментов на нем и необходимые усилия на ручку управления пилота. Осевая компенсация может составлять 30 - 35% хорды руля. Однако при осевой компенсации между несущей поверхностью и рулем возникают неблагоприятные уступы, приводящие к срыву потока и уменьшению его эффективности. Axis-compensated rudders, due to their simplicity and reliability, are widely used for aircraft. The aerodynamic force arising in the bow to the axis of rotation of the rudder creates a moment opposite to the moment arising in the tail part behind the axis of rotation of the rudder. By selecting the axis of rotation along the chord of the rudder (axial compensation), a reduction in the hinge moments on it and the necessary effort on the pilot's control handle are achieved. Axial compensation can make up 30 - 35% of the steering chord. However, with axial compensation between the bearing surface and the steering wheel, adverse ledges occur, leading to a stall and a decrease in its efficiency.

Для затягивания возникновения срыва потока и увеличения эффективности руля применяют выносные крылышки, расположенные перед ось вращения руля (патент США N 2403770, НКИ244-90р). To delay the occurrence of flow stall and increase the efficiency of the steering wheel, external wings are used located in front of the axis of rotation of the steering wheel (US patent N 2403770, NKI244-90r).

Однако такие выносные крылышки приводят к увеличению аэродинамического сопротивления и ухудшению летных характеристик летательного аппарата на основных режимах полета. However, such remote wings lead to an increase in aerodynamic drag and a deterioration in the flight characteristics of the aircraft in the main flight modes.

Форма носовой части руля с осевой компенсацией во многом определяет его эффективность. Известен руль с выполнением носка по радиусу к основному профилю несущей поверхности, который благодаря устранению выемки за несущей поверхностью и рулем и быстрому выходу носка при малых отклонениях в свободный поток обладает повышенной эффективностью. (Прикладная аэродинамика. Мартынов А.К., -М.:Машиностроение, 1972, с.408). Но при средних и больших углах отклонения руля происходят преждевременный срыв потока, потеря его эффективности и ухудшение аэродинамических характеристик всего летательного аппарата. The shape of the nose of the steering wheel with axial compensation largely determines its effectiveness. Known steering wheel with the implementation of the sock along the radius to the main profile of the bearing surface, which due to the elimination of the recess behind the bearing surface and the steering wheel and the rapid exit of the sock with small deviations in the free flow has increased efficiency. (Applied aerodynamics. Martynov AK, -M.: Mechanical Engineering, 1972, p. 408). But at medium and large angles of deviation of the rudder, premature flow stall occurs, loss of its efficiency and deterioration of the aerodynamic characteristics of the entire aircraft.

Задачей изобретения является увеличение эффективности руля с осевой компенсацией и улучшение аэродинамических характеристик летательного аппарата. Это происходит за счет затягивания срыва потока с руля до больших углов отклонения путем уменьшения деффузорности к задней кромке и отсоса пограничного слоя с его поверхности. The objective of the invention is to increase the efficiency of the steering wheel with axial compensation and improve the aerodynamic characteristics of the aircraft. This is due to delaying the stall of the flow from the steering wheel to large deflection angles by reducing the defusor to the trailing edge and the suction of the boundary layer from its surface.

Технический результат достигается тем, что обвод носка руля выполнен по радиусу к основному профилю несущей поверхности летательного аппарата и от максимальной толщины руля на нижней и верхней поверхностях установлены полуконусы, переходящие на задней кромке в полукруглый гофр с торцевым срезом и амплитудой не более половины максимальной толщины руля. The technical result is achieved by the fact that the rudder nose contour is made radially to the main profile of the aircraft bearing surface and half cones are installed on the lower and upper surfaces of the rudder thickness, turning at the trailing edge into a semicircular corrugation with an end cut and an amplitude of not more than half the maximum rudder thickness .

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого руля с осевой компенсацией в перспективе; на фиг. 2 - схема обтекания предлагаемого руля; на фиг. 3, 4 проиллюстрированы результаты испытаний модели самолета с известным и предлагаемым рулями-элеронами. In FIG. 1 shows a diagram of a steering wheel with axial compensation in perspective; in FIG. 2 is a flow diagram of the proposed steering wheel; in FIG. 3, 4, the test results of an airplane model with the known and proposed ailerons are illustrated.

Руль управления 1 с осевой компенсацией 2 несущей поверхности 3 и с обводом носка 4, выполненного по радиусу к основному профилю 5 несущей поверхности 3, у которого на нижней и верхней поверхностях от максимальной толщины 6 руля 2 установлены полуконусы 7, переходящие на задней кроме 8 в полукруглый гофр 9 с торцевым срезом 10 и амплитудой не более половины максимальной толщины 6 руля 1

(фиг. 1), где h - амплитуда гофра; C_max - максимальная толщина руля.Steering wheel 1 with axial compensation 2 of the bearing surface 3 and with the contour of the toe 4, made in radius to the main profile 5 of the bearing surface 3, in which on the lower and upper surfaces from the maximum thickness 6 of the steering wheel 2 there are semi-cones 7, passing on the rear except 8 in semicircular corrugation 9 with an end cut 10 and an amplitude of not more than half the maximum thickness 6 of the steering wheel 1

(Fig. 1), where h is the amplitude of the corrugation; C _max - maximum steering wheel thickness.

Если при обтекании существующего руля (фиг. 2) с осевой компенсацией 2 из-за наличия выступающего носка 4 руля 1 над основным профилем 5 несущей поверхности 3 и большой диффузорности руля 1 на нем возникают преждевременный срыв потока 11 и падание эффективности, то при обтекании предлагаемого руля благодаря установки в диффузорной части руля 1 полуконусов 7 с торцевым срезом 10 на задней кромке 8 происходят улучшение обтекания выступающего носка 4 и затягивание срыва потока 11, что обуславливает увеличение эффективности руля 1. If when flowing around an existing rudder (Fig. 2) with axial compensation 2 due to the presence of a protruding toe 4 of the rudder 1 above the main profile 5 of the bearing surface 3 and the high diffusivity of the rudder 1, a premature disruption of the flow 11 and a drop in efficiency occur, then when flowing around the proposed the rudder due to the installation in the diffuser part of the rudder 1 of semi-cones 7 with an end cut 10 at the trailing edge 8, there is an improvement in the flow around the protruding toe 4 and a delay in stalling the flow 11, which leads to an increase in the efficiency of the rudder 1.

Устранение срыва потока 11 достигается уменьшением диффузорности хвостовой части руля 1 путем установки там полуконусов 7 и осуществления отсоса пограничного слоя 12 за счет создания областей разрежения на торцевых срезах 10 полуконусов 7 на задней кромке 8 руля 1 (фиг. 2). The elimination of flow stall 11 is achieved by reducing the diffusivity of the tail end of the rudder 1 by installing there the cones 7 and suctioning the boundary layer 12 by creating rarefaction areas at the end sections 10 of the cones 7 at the trailing edge 8 of the steering wheel 1 (Fig. 2).

При высоте амплитуды гофра торцевого среза 10 большей половины максимальной толщины 6 руля 1

образующая полуконуса 7 и торцевой срез 10 будут выступать по высоте за максимальную толщину 6 руля 1, что приведет к дополнительному увеличению аэродинамического сопротивления и уменьшению аэродинамического качества летательного аппарата. Выбор высоты амплитуды гофра

определяется с учетом формы и толщины профиля руля, его размеров и конструкции.When the height of the amplitude of the corrugation of the end cut 10 more than half the maximum thickness of 6 steering 1

the half-cone generatrix 7 and the end cut 10 will protrude in height beyond the maximum thickness 6 of the rudder 1, which will lead to an additional increase in aerodynamic drag and a decrease in the aerodynamic quality of the aircraft. Corrugation amplitude height selection

determined taking into account the shape and thickness of the steering wheel profile, its size and design.

На фиг. 3 приведена зависимость момента крена М от угла отклонения элеронов M_x= f(δ_эл) , а на фиг. 4 - зависимости коэффициента подъемной силы С_у и аэродинамического качества K по углу атаки αC_y= f(α), K = f(α) модели спортивного самолета с крылом, имеющим удлинение λ = 5,5, относительную толщину профиля

и одинаковую относительную площадь элеронов 19% с осевой компенсацией 35% известных и предлагаемых элеронов. Видно, что при создании одинакового бокового момента M_x = 0,080 (фиг. 3) предлагаемые элероны, обладающие большей эффективностью, достаточно отклонить на δ_эл= ± 15^°, тогда как существующие элероны должны быть отклонены на δ_эл= ± 25^°.
Улучшение аэродинамических характеристик достигается во всем диапазоне углов атаки (фиг. 4). Для максимального коэффициента подъемной силы выигрыш составляет ΔC_y _max= 20%, а для максимального аэродинамического качества ΔK_max= 17%, что позволяет существенно улучшить летно-технические характеристики самолета.In FIG. 3 shows the dependence of the roll moment M on the angle of deviation of the ailerons M _x = f (δ _el ), and in FIG. 4 - dependences of the lifting force coefficient С _у and aerodynamic quality K by the angle of attack αC _y = f (α), K = f (α) of a model of a sports aircraft with a wing having an elongation λ = 5.5, relative thickness of the profile

and the same relative aileron area of 19% with axial compensation of 35% of known and proposed ailerons. It can be seen that when creating the same lateral moment M _x = 0,080 (Fig. 3) proposed ailerons, having a higher efficiency enough to reject _e δ = ± 15 ^°, whereas existing ailerons must be rejected at δ _e = ± 25 ^°.
Improving aerodynamic performance is achieved in the entire range of angles of attack (Fig. 4). For the maximum lift coefficient, the gain is ΔC _y _max = 20%, and for the maximum aerodynamic quality ΔK _max = 17%, which can significantly improve the flight performance of the aircraft.

Конкретный экономический эффект зависит от типа самолета, его конструкции, основных режимов полета и объема эксплуатации. The specific economic effect depends on the type of aircraft, its design, the main flight modes and the volume of operation.

Claims

Руль управления с осевой компенсацией, содержащий нижнюю и верхнюю поверхности, обвод носка, выполненного по радиусу к основному профилю несущей поверхности летательного аппарата, отличающийся тем, что на его нижней и верхней поверхностях от максимальной толщины руля установлены полуконусы, переходящие на задней кромке в гофр с торцевым срезом и амплитудой не более половины максимальной толщины руля. The steering wheel with axial compensation, containing the lower and upper surfaces, the contour of the toe, made along the radius to the main profile of the bearing surface of the aircraft, characterized in that on its lower and upper surfaces from the maximum thickness of the steering wheel there are semi-cones passing on the trailing edge into a corrugation with end cut and amplitude of not more than half the maximum thickness of the steering wheel.