RU2570745C2

RU2570745C2 - Control over aircraft equipped with engine with jet nozzles

Info

Publication number: RU2570745C2
Application number: RU2014115241/11A
Authority: RU
Inventors: Михаил Михайлович Ерахтин; Анатолий Петрович Мищенко; Юрий Николаевич Семененко; Леонид Александрович Чернов
Priority date: 2014-04-17
Filing date: 2014-04-17
Publication date: 2015-12-10
Also published as: RU2014115241A

Abstract

FIELD: aircraft engineering.

SUBSTANCE: this control method consists fitting at least three jet nozzles at aircraft airframe bottom edge and in intermittent feed of spoiler ailerons by push-and-pull drive to gas jet of jet nozzle adjacent spoiler gas jet. At least three spoilers are used for control over aircraft arranged between different adjacent jet nozzles. Said push-and-pull drive feed intermittently every spoiler to whatever jet nozzle gas jet adjacent to spoiler.

EFFECT: higher efficiency of aircraft roll control.

7 dwg

Description

Изобретение относится к управлению летательным аппаратом (ЛА) в полете с использованием реактивной силы струи двигательной установки.The invention relates to the control of an aircraft (LA) in flight using the reactive power of a jet of a propulsion system.

Известны способы управления движением ЛА воздействием на струю газов реактивного сопла двигательной установки (И.Х.Фахрутдинов, А.В.Котельников, "Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива". М.: Машиностроение, 1987 г., стр.215-253). Наиболее простой способ управления летательным аппаратом, снабженным двигательной установкой с реактивным соплом, принятый за прототип, представлен на стр.236-239, рис.9.30а и 9.316 и заключается в периодическом введении интерцепторов реверсным приводом в различные участки по периферии газовой струи за срезом реактивного сопла, в зависимости от необходимого направления движения летательного аппарата. Интерцептор вводится в газовую струю периодически, на время создания управляющего усилия. Для управления ЛА по трем каналам (тангаж, рыскание и крен) используют восемь интерцепторов, расположенных вне реактивного сопла по его периферии. Четыре интерцептора, расположенные попарно противоположно, обеспечивают управление ЛА по курсу и тангажу, а остальные четыре, также расположенные попарно противоположно, используются для управления по крену, при этом плоскости их поверхностей, направленные навстречу потоку газов в струе, скошены под углом к оси, с попарно противоположным направлением угла скоса. Для создания управляющего момента по крену достаточен небольшой угол скоса (1-2°). Известный способ может быть реализован и при размещении нескольких реактивных сопел двигательной установки на донном срезе корпуса летательного аппарата вокруг продольной оси.Known methods of controlling the movement of an aircraft by affecting a gas stream of a jet nozzle of a propulsion system (I.Kh. Fakhrutdinov, A.V. Kotelnikov, "Design and design of solid propellant rocket engines". M: Engineering, 1987, pp. 215-253 ) The simplest way to control an aircraft equipped with a jet engine with a jet nozzle, adopted as a prototype, is presented on pages 236-239, Figs. 9.30a and 9.316 and consists in the periodic introduction of interceptors by a reverse drive to various sections along the periphery of the gas stream behind a jet cut nozzles, depending on the required direction of movement of the aircraft. The interceptor is introduced into the gas stream periodically during the creation of the control effort. To control the aircraft through three channels (pitch, yaw and roll), eight interceptors are used located outside the jet nozzle at its periphery. Four interceptors arranged in opposite pairs provide control of the aircraft along the course and pitch, and the other four, also located opposite in pairs, are used for roll control, while the planes of their surfaces directed towards the gas flow in the jet are beveled at an angle to the axis, s pairwise opposite direction of the bevel angle. To create a control moment along the roll, a small bevel angle (1-2 °) is sufficient. The known method can be implemented by placing several jet nozzles of the propulsion system on the bottom slice of the aircraft body around the longitudinal axis.

Существенными признаками прототипа, совпадающими с предлагаемым способом? являются следующие: способ управления летательным аппаратом, снабженным двигательной установкой с реактивными соплами, заключающийся в размещении не менее трех реактивных сопел на донном срезе корпуса летательного аппарата вокруг продольной оси и периодическом введении интерцепторов реверсным приводом в газовую струю соседнего с интерцептором реактивного сопла, в зависимости от необходимого направления движения летательного аппарата.Salient features of the prototype, coinciding with the proposed method? are the following: a control method for an aircraft equipped with a jet engine with jet nozzles, comprising placing at least three jet nozzles on the bottom slice of the aircraft body around a longitudinal axis and periodically introducing the interceptors with a reverse drive into the gas stream of a jet nozzle adjacent to the interceptor, depending on the necessary direction of movement of the aircraft.

В прототипе для управления движением ЛА используется восемь интерцепторов и восемь приводов для их вращения, что усложняет систему управления. Кроме того, для создания управляющего момента по крену площадь поверхности четырех интерцепторов используется с эффективностью 1,7-3,5% (пропорционально тангенсу угла скоса их поверхности), что увеличивает затраты энергии двигательной установки на управление по крену ЛА.In the prototype, eight interceptors and eight drives for their rotation are used to control the movement of the aircraft, which complicates the control system. In addition, to create a control moment for the roll, the surface area of the four interceptors is used with an efficiency of 1.7-3.5% (in proportion to the tangent of the bevel angle of their surface), which increases the energy costs of the propulsion system for controlling the roll of the aircraft.

Техническим результатом, на решение которого направлено изобретение, является уменьшение количества интерцепторов и их приводов и увеличение эффективности управления интерцепторами по крену ЛА.The technical result, the solution of which the invention is directed, is to reduce the number of interceptors and their drives and increase the efficiency of control of interceptors along the aircraft roll.

Для решения поставленной задачи в способе управления летательным аппаратом, снабженным двигательной установкой с реактивными соплами, заключающемся в размещении не менее трех реактивных сопел на донном срезе корпуса летательного аппарата вокруг продольной оси и периодическом введении интерцепторов реверсным приводом в газовую струю соседнего с интерцептором реактивного сопла, в зависимости от необходимого направления движения летательного аппарата, для управления летательным аппаратом используют по меньшей мере три интерцептора, которые располагают между различными соседними реактивными соплами, и реверсным приводом обеспечивают периодический ввод каждого интерцептора в любую, необходимую для управления, газовую струю соседних с интерцептором реактивных сопел.To solve the problem in a method of controlling an aircraft equipped with a propulsion system with jet nozzles, which consists in placing at least three jet nozzles on the bottom slice of the aircraft body around the longitudinal axis and periodically introducing the interceptors with a reverse drive into the gas stream of the jet nozzle adjacent to the interceptor, in depending on the desired direction of movement of the aircraft, at least three interceptors are used to control the aircraft, which are located between different adjacent jet nozzles, and a reverse drive provide a periodic input of each interceptor into any gas stream, necessary for control, of the jet nozzles adjacent to the interceptor.

Отличительными признаками способа управления летательным аппаратом, снабженным двигательной установкой с реактивными соплами, являются следующие - для управления летательным аппаратом используют по меньшей мере три интерцептора, которые располагают между различными соседними реактивными соплами, и реверсным приводом обеспечивают периодический ввод каждого интерцептора в любую, необходимую для управления, газовую струю соседних с интерцептором реактивных сопел.The distinguishing features of the control method for an aircraft equipped with a jet engine with jet nozzles are as follows - at least three interceptors are used to control the aircraft, which are located between different adjacent jet nozzles, and the reverse drive provides periodic input of each interceptor to any necessary for control gas jet adjacent to the interceptor jet nozzles.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий технический результат: для управления движением ЛА достаточно трех интерцепторов и трех реверсных приводов, при этом уменьшаются затраты энергии на управление по крену.Due to the presence of these distinctive features in conjunction with the known, the following technical result is achieved: to control the movement of the aircraft, three interceptors and three reverse drives are sufficient, while the energy consumption for roll control is reduced.

Предложенное техническое решение может найти применение в космической и авиационной технике при полетах с большой скоростью, когда управление движением ЛА посредством отклонения аэродинамических поверхностей в обтекающем потоке воздуха невозможно или малоэффективно.The proposed technical solution can find application in space and aviation technology during high-speed flights, when controlling the movement of an aircraft by deflecting aerodynamic surfaces in a stream of air is impossible or ineffective.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами.The essence of the proposed solution is illustrated by drawings.

На фиг.1 представлен вид хвостовой части ЛА с установленными на донном срезе его корпуса реактивными соплами и интерцепторами.Figure 1 presents a view of the tail of the aircraft with jet nozzles and interceptors mounted on the bottom slice of its body.

На фиг.2 и 3 представлен вид сзади на хвостовую часть ЛА с положением интерцепторов при управлении движением ЛА по каналу рыскания в левую и правую сторону, соответственно.Figure 2 and 3 presents a rear view of the tail of the aircraft with the position of the interceptors when controlling the movement of the aircraft along the yaw channel to the left and right side, respectively.

На фиг.4 и 5 представлен вид сзади на хвостовую часть ЛА с положением интерцепторов при управлении движением ЛА по каналу тангажа на кабрирование (набор высоты) и на пикирование (уменьшение высоты полета), соответственно.Figures 4 and 5 show a rear view of the tail of the aircraft with the position of the interceptors when controlling the movement of the aircraft along the pitch channel for cabling (climb) and diving (decrease in flight height), respectively.

На фиг.6 и 7 представлен вид сзади на хвостовую часть ЛА с положением интерцепторов при управлении движением ЛА по каналу крена, по часовой стрелке и против часовой стрелки, соответственно.Figures 6 and 7 show a rear view of the tail of the aircraft with the position of the interceptors when controlling the movement of the aircraft along the roll channel, clockwise and counterclockwise, respectively.

Представленное на чертежах устройство содержит корпус 1, включающий систему 2 управления, двигательную установку 3 с реактивными соплами 4-6, установленными на донном срезе 7 корпуса 1 вокруг продольной оси, а также интерцепторы 8-10, установленные сбоку от реактивных сопел 4-6, за уровнем их среза, на поворотных осях 11-13, соединенных с реверсными приводами 14-16, сообщенными с системой 2 управления. Реверсный привод 14 выполнен с возможностью периодического введения интерцептора 8 в любую необходимую для управления движением ЛА газовую струю соседних с ним реактивных сопел 4 или 6. Реверсный привод 15 выполнен с возможностью периодического введения интерцептора 9 в любую необходимую для управления движением ЛА газовую струю соседних с ним реактивных сопел 4 или 5. Реверсный привод 16 выполнен с возможностью периодического введения интерцептора 10 в любую необходимую для управления движением ЛА газовую струю соседних с ним реактивных сопел 5 или 6.The device shown in the drawings comprises a housing 1, including a control system 2, a propulsion system 3 with jet nozzles 4-6 mounted on the bottom slice 7 of the housing 1 around a longitudinal axis, as well as interceptors 8-10 mounted to the side of the jet nozzles 4-6, beyond the level of their cut, on the rotary axes 11-13, connected to the reverse drives 14-16, in communication with the control system 2. The reverse drive 14 is made with the possibility of periodically introducing the interceptor 8 into any gas jet of neighboring jet nozzles 4 or 6 necessary for controlling the LA movement. The reverse drive 15 is made with the possibility of periodically introducing the interceptor 9 into any gas stream adjacent to it necessary for controlling the LA motion jet nozzles 4 or 5. The reverse drive 16 is made with the possibility of periodically introducing the interceptor 10 into any gas stream of the adjacent jet ate 5 or 6.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Для управления движением ЛА по каналу рыскания, налево от направления движения корпуса 1 (фиг.1), система 2 управления задействует реверсный привод 16 (фиг.2) для вращения оси 13 по часовой стрелке, а реверсные приводы 14 и 15 - для вращения осей 11 и 12 против часовой стрелки. При этом установленный на оси 13 интерцептор 10 вводится в газовую струю за срезом реактивного сопла 6, а интерцепторы 8 и 9, установленные на осях 11 и 12, вводятся в газовые струи за срезом реактивных сопел 6 и 4, соответственно. На участках стенок реактивных сопел 4 и 6 перед поверхностями стенок интерцепторов, соответственно 8-10, образуются зоны повышенного давления за счет торможения газового потока, которые формируют силу F10, действующую на стенку реактивного сопла 6 и через его крепление (на чертежах не показано) на заднюю часть корпуса 1 направо от направления его движения, момент силы F10 относительно продольной оси корпуса 1, направленный на вращение корпуса 1 против часовой стрелки, а также силу F8, действующую на противоположную стенку реактивного сопла 6, и силу F9, действующую на стенку реактивного сопла 5. При этом приводы 14 и 15 поворачивают оси 11 и 12 на меньший угол, по сравнению с углом поворота оси 13 приводом 16, таким образом, чтобы момент вращения корпуса 1 силами F8 и F9 по часовой стрелке уравновешивал момент вращения корпуса 1 силой против часовой стрелки. При этом под действием горизонтальных составляющих сил F8-F10 корпус 1 поворачивался относительно оси, перпендикулярной его продольной оси и проходящей через центр тяжести (ЛА) с направлением носовой части корпуса 1 налево от направления движения, совершая маневр по каналу рыскания в левую сторону без вращения вокруг своей оси. Изменение движения ЛА по каналу рыскания, направо от направления движения корпуса 1, фиг.3, осуществляется аналогично. Отличие заключается в том, что система 2 управления задействует привод 16 для вращения оси 13 против часовой стрелки и интерцептор 10 погружается в газовую струю реактивного сопла 5, а приводы 14 и 15 задействуются для вращения осей, соответственно 11 и 12 по часовой стрелке, обеспечивая погружение интерцепторов 8 и 9 в газовые струи реактивных сопел, соответственно 4 и 5. При этом соотношение сил F8, F9 и F10 сохраняется, а их направление меняется, обеспечивая маневр корпуса 1 ЛА по каналу рыскания, направо от направления его движения и без вращения вокруг его продольной оси. Для изменения движения ЛА по каналу тангажа вверх от направления движения корпуса 1 (фиг.4, набор высоты) приводы 14 и 15 поворачивают оси, соответственно, 11 по часовой стрелке, а 12 против часовой стрелки, на одинаковый угол, обеспечивая погружение интерцепторов 8 и 9 в газовую струю реактивного сопла 4, с формированием сил F8 и F9, направленных вниз, с наклоном к вертикальной плоскости симметрии корпуса 1. Силы F8 и F9 раскладываются на боковые составляющие F8-1 и F9-1 уравновешивающие друг друга, и вертикальные составляющие F8-2 и F9-2, которые поворачивают корпус 1 в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести ЛА, с увеличением тангажа (угла наклона продольной оси корпуса 1 к горизонту). Уменьшение угла тангажа осуществляется аналогично. Отличие заключается в том, что система 2 (фиг.1) управления ЛА задействует приводы 14 и 15 (фиг.5) для вращения осей, соответственно, 11 против часовой стрелки, и 12 по часовой стрелке, при этом интерцепторы 8 и 9 погружаются в газовые струи реактивных сопел, соответственно, 6 и 5 (фиг.5), силы F8 и F9, направлены вверх, под углом к вертикальной плоскости симметрии корпуса 1 ЛА, а их вертикальные составляющие F8-2 и F9-2 обеспечивают поворот корпуса 1 в вертикальной плоскости относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести корпуса 1, с уменьшением угла тангажа. Для управления по каналу крена, с поворотом корпуса 1 вокруг продольной оси по часовой стрелке, система 2 (фиг.1) управления задействует приводы 14-16 (фиг.6) для поворота осей, соответственно, 11-13 против часовой стрелки на одинаковый угол, при этом интерцепторы 8-10 погружаются в газовые струи реактивных сопел, соответственно, 6, 4 и 5, с формированием сил, соответственно F8 - F10, их равнодействующая сила (векторная сумма равна нулю), а действующий на корпус 1 момент вращения, относительно его продольной оси равный сумме произведений величины каждой силы на кратчайшее расстояние (перпендикуляр) от точки ее приложения до продольной оси корпуса 1, поворачивает корпус 1 вокруг его продольной оси по часовой стрелке. Управление по каналу крена с поворотом корпуса 1 вокруг продольной оси против часовой стрелки осуществляется аналогично. Отличие заключается в том, что система 2 (фиг.1) управления ЛА задействует приводы 14-16 (фиг.7) для поворота осей, соответственно, 11-13 по часовой стрелке на одинаковый угол, при этом интерцепторы 8-10 погружаются в газовые струи реактивных сопел, соответственно, 4, 5 и 6, с формированием сил F8 - F10, поворачивающих корпус 1 вокруг его продольной оси против часовой стрелки. Возможны также и более сложные варианты управления движением ЛА, представляющие собой комбинацию описанных вариантов, например поворот корпуса 1 по каналу рыскания с поворотом по каналу крена, с набором высоты или снижением, при этом система 2 управления ЛА варьирует углами поворота интерцепторов 8-10 и периодом (импульсом) их введения в газовые струи реактивных сопел 4-6, обеспечивая необходимое движение ЛА.To control the movement of the aircraft along the yaw channel, to the left of the direction of movement of the housing 1 (Fig. 1), the control system 2 uses a reverse drive 16 (Fig. 2) to rotate the axis 13 clockwise, and reverse drives 14 and 15 to rotate the axes 11 and 12 counterclockwise. In this case, the interceptor 10 installed on the axis 13 is introduced into the gas stream behind the jet nozzle 6 cut, and the interceptors 8 and 9 installed on the axes 11 and 12 are introduced into the gas jet behind the jet nozzle cut 6 and 4, respectively. In the wall sections of the jet nozzles 4 and 6 in front of the surfaces of the walls of the interceptors, respectively 8-10, zones of increased pressure are formed due to the inhibition of the gas flow, which form the force F10 acting on the wall of the jet nozzle 6 and through its fastening (not shown in the drawings) to the back of the housing 1 to the right of its direction of motion, the moment of force F10 relative to the longitudinal axis of the housing 1, directed to the rotation of the housing 1 counterclockwise, as well as the force F8 acting on the opposite wall of the jet nozzle 6, and forces F9 acting on the wall of the jet nozzle 5. In this case, the actuators 14 and 15 rotate the axes 11 and 12 by a smaller angle compared to the angle of rotation of the axis 13 of the actuator 16, so that the moment of rotation of the housing 1 forces F8 and F9 counter clockwise the moment of rotation of the housing 1 by force counterclockwise. In this case, under the action of the horizontal component forces F8-F10, the housing 1 was rotated relative to the axis perpendicular to its longitudinal axis and passing through the center of gravity (LA) with the direction of the nose of the housing 1 to the left of the direction of movement, performing a maneuver along the yaw channel to the left side without rotation around its axis. The change in the movement of the aircraft along the yaw channel, to the right of the direction of movement of the housing 1, figure 3, is carried out similarly. The difference is that the control system 2 activates the actuator 16 to rotate the axis 13 counterclockwise and the spoiler 10 is immersed in the gas stream of the jet nozzle 5, and the actuators 14 and 15 are used to rotate the axes, respectively 11 and 12 clockwise, providing immersion the spoilers 8 and 9 into the gas jets of the jet nozzles, respectively 4 and 5. The ratio of the forces F8, F9 and F10 is maintained, and their direction changes, providing maneuver of the aircraft body 1 along the yaw channel, to the right of the direction of its movement and without rotation around its longitudinal axis. To change the movement of the aircraft along the pitch channel upward from the direction of movement of the housing 1 (Fig. 4, climb), the drives 14 and 15 rotate the axes, respectively, 11 clockwise and 12 counterclockwise, at the same angle, providing immersion of the interceptors 8 and 9 into the gas jet of the jet nozzle 4, with the formation of forces F8 and F9 directed downward, inclined to the vertical plane of symmetry of the housing 1. The forces F8 and F9 are decomposed into the side components F8-1 and F9-1 balancing each other, and the vertical components F8 -2 and F9-2, which turn towards building 1 in a vertical plane around a horizontal axis passing through the center of gravity of the aircraft, with increasing pitch (angle of inclination of the longitudinal axis of the hull 1 to the horizontal). Pitch angle reduction is similar. The difference lies in the fact that the aircraft control system 2 (Fig. 1) uses actuators 14 and 15 (Fig. 5) to rotate the axes, respectively, 11 counterclockwise and 12 clockwise, while the spoilers 8 and 9 are immersed in gas jets of jet nozzles, respectively, 6 and 5 (Fig. 5), forces F8 and F9, are directed upward, at an angle to the vertical plane of symmetry of the aircraft body 1, and their vertical components F8-2 and F9-2 provide rotation of the housing 1 in vertical plane relative to the horizontal axis passing through the center of gravity of the housing 1, with a decrease pitch angle. To control the roll channel, with the rotation of the housing 1 around the longitudinal axis clockwise, the control system 2 (Fig. 1) uses actuators 14-16 (Fig. 6) to rotate the axes, respectively, 11-13 counterclockwise at the same angle while the interceptors 8-10 are immersed in the gas jets of the jet nozzles, respectively, 6, 4 and 5, with the formation of forces, respectively, F8 - F10, their resultant force (the vector sum is zero), and the moment of rotation acting on the housing 1, relative its longitudinal axis equal to the sum of the products of the magnitude of each force the shortest distance (perpendicular) from the point of its application to the longitudinal axis of the housing 1, rotates the housing 1 around its longitudinal axis in a clockwise direction. The control along the roll channel with the rotation of the housing 1 around the longitudinal axis counterclockwise is carried out similarly. The difference lies in the fact that the aircraft control system 2 (Fig. 1) uses actuators 14-16 (Fig. 7) to rotate the axes, respectively, 11-13 clockwise at the same angle, while the interceptors 8-10 are immersed in gas jet nozzles, respectively, 4, 5 and 6, with the formation of forces F8 - F10, turning the housing 1 around its longitudinal axis counterclockwise. There are also more complex options for controlling the movement of the aircraft, which is a combination of the described options, for example, the rotation of the housing 1 along the yaw channel with rotation along the roll channel, with climb or decrease, while the aircraft control system 2 varies the rotation angles of the interceptors 8-10 and the period (pulse) of their introduction into the gas jets of jet nozzles 4-6, providing the necessary movement of the aircraft.

Claims

Способ управления летательным аппаратом, снабженным двигательной установкой с реактивными соплами, заключающийся в размещении не менее трех реактивных сопел на донном срезе корпуса летательного аппарата вокруг продольной оси и периодическом введении интерцепторов реверсным приводом в газовую струю соседнего с интерцептором реактивного сопла, в зависимости от необходимого направления движения летательного аппарата, отличающийся тем, что для управления летательным аппаратом используют по меньшей мере три интерцептора, которые располагают между различными соседними реактивными соплами, и реверсным приводом обеспечивают периодический ввод каждого интерцептора в любую, необходимую для управления, газовую струю соседних с интерцептором реактивных сопел. A control method for an aircraft equipped with a jet engine with jet nozzles, comprising placing at least three jet nozzles on the bottom slice of the aircraft body around the longitudinal axis and periodically introducing the interceptors with a reverse drive into the gas stream of the jet nozzle adjacent to the interceptor, depending on the required direction of movement aircraft, characterized in that for controlling the aircraft using at least three interceptors, which are distributed lag between different adjacent jet nozzles, and provide periodic reverse drive input each interceptor to any required to control the gas jet spoiler neighboring jet nozzles.