Изобретение относится к ракетной технике, а именно к стабилизации допустимого температурного режима рулей гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА), совершающих полет со сверх- и гиперзвуковыми скоростями и предназначено для повышения надежности конструкции руля в условиях его аэродинамического нагрева.The invention relates to rocket technology, namely to stabilize the permissible temperature regime of the rudders of hypersonic aircraft (GLA), flying at supersonic and hypersonic speeds and is intended to increase the reliability of the design of the steering wheel in conditions of its aerodynamic heating.
В настоящее время в ракетно-космической технике известны различные активные и пассивные устройства, обеспечивающие надежность частей ГЛА (крыльев, рулей, носовых частей и др.) при их аэродинамическом нагреве.Currently, various active and passive devices are known in rocket and space technology that ensure the reliability of GLA parts (wings, rudders, bow parts, etc.) during their aerodynamic heating.
Элементы ГЛА с пассивной тепловой защитой, обеспечивающей надежность ГЛА, широко используются в конструкциях многоразовых транспортных космических кораблей в виде многослойных покрытий из металлокерамических плиток (Нейланд В.Я., Тумин A.M., «Аэротермодинамика воздушно-космических самолетов. Конспект лекций». - г. Жуковский: ФАЛТМФТИ, 1991 г., 201 с., с. 131-137).GLA elements with passive thermal protection ensuring GLA reliability are widely used in the design of reusable transport spacecraft in the form of multilayer coatings from cermet tiles (Neiland V.Ya., Tumin AM, “Aerothermodynamics of aerospace aircraft. Lecture notes.” - g. Zhukovsky: FALTMTI, 1991, 201 p., Pp. 131-137).
Такая пассивная тепловая защита имеет высокую стоимость, уменьшает полезную массу носимого груза за счет увеличения балластного веса ГЛА и не обеспечивает требуемой надежности в связи с имевшимися повреждениями тепловой защиты. Материалы такой тепловой защиты имеют низкие допустимые тепловые нагрузки, что приводит к увеличению габаритов крыльев и элементов корпуса ГЛА в ущерб минимизации аэродинамического сопротивления.Such passive thermal protection has a high cost, reduces the payload mass of the load due to an increase in the ballast weight of the GLA and does not provide the required reliability due to damage to the thermal protection. Materials of such thermal protection have low permissible thermal loads, which leads to an increase in the dimensions of the wings and elements of the GLA hull to the detriment of minimizing aerodynamic drag.
Ближайшим из аналогов по технической сущности к заявленному изобретению является аэродинамический руль, описанный в книге Юмашева Л.П. «Конструкции ракет-носителей (вспомогательные системы): Учебное пособие». - Самара: Самарский государ. аэрокосмич. ун-т, 1999. - 190 с. (с. 150-159, рис. 3.8), который имеет обшивку, носок (переднюю кромку), сотовый или пенопластовый заполнитель, лонжерон. Главным недостатком этого варианта является низкая надежность в условиях аэродинамического нагрева при гиперзвуковых скоростях, приводящая к расплавлению как передней кромки и обшивки, так и заполнителя, и, как следствие, к потере прочности руля и его разрушению.The closest of the analogues in technical essence to the claimed invention is the aerodynamic steering wheel described in the book of Yumashev L.P. "Designs of launch vehicles (auxiliary systems): A training manual." - Samara: Samara sovereign. aerospace Univ., 1999 .-- 190 p. (p. 150-159, Fig. 3.8), which has a skin, a toe (leading edge), honeycomb or foam core, spar. The main disadvantage of this option is the low reliability under conditions of aerodynamic heating at hypersonic speeds, leading to the melting of both the leading edge and casing, and the aggregate, and, as a result, to a loss of rudder strength and its destruction.
Технический результат изобретения - повышение надежности руля за счет термостабилизации как внутреннего объема, а также передней кромки и обшивки путем уменьшения температуры элементов руля ГЛА в условиях его аэродинамического нагрева.The technical result of the invention is improving the reliability of the steering wheel due to thermal stabilization of both the internal volume, as well as the leading edge and casing by reducing the temperature of the elements of the steering wheel of the GLA under conditions of its aerodynamic heating.
На фиг. 1 показан общий вид аэродинамического руля ГЛА.In FIG. 1 shows a General view of the aerodynamic steering wheel GLA.
Руль имеет клиновидный профиль, состоит из обшивки 1 и передней кромки 2, выполненных из жаропрочного сплава; лонжерона 3; пластины 4 из теплопроводного сплава (металла), например, меди или ее сплавов, с температурой плавления ниже температуры плавления материала передней кромки и обшивки. На внутренней поверхности обшивки 1, перпендикулярно к передней кромке 2, выполнены канавки 5. Пластина 4 поджата к передней кромке от лонжерона пружинными толкателями, выполненными в виде двух опор 7 с витыми пружинами 6, установленными между ними. Для крепления к корпусу ГЛА и поворотов руля используется ось 8. Плоская пластина 4 может иметь на своих плоскостях поверхностное покрытие из сплава (металла) с температурой плавления ниже температуры плавления материала пластины.The steering wheel has a wedge-shaped profile, consists of a casing 1 and a leading edge 2 made of heat-resistant alloy; spar 3; plates 4 of a heat-conducting alloy (metal), for example, copper or its alloys, with a melting point below the melting temperature of the material of the leading edge and lining. On the inner surface of the skin 1, perpendicular to the front edge 2, grooves are made 5. The plate 4 is pressed against the front edge of the side member by spring pushers made in the form of two supports 7 with coil springs 6 installed between them. The axis 8 is used for fastening to the GLA body and steering wheel turns. Flat plate 4 may have on its planes a surface coating of an alloy (metal) with a melting temperature below the melting temperature of the plate material.
Заявленная конструкция руля работает следующим образом. При полете ГЛА с большими гиперзвуковыми скоростями происходит аэродинамический нагрев жаропрочных передней кромки 2 и оболочки 1, при этом максимальная температура нагрева реализуется в зоне передней кромки 2. Поток тепла от зоны передней кромки за счет теплопроводности материала жаропрочной оболочки передается на пластину 4, выполненную, например, из меди или ее сплавов. При достижении температуры, равной температуре плавления материала пластины, происходит плавление поверхности пластины, контактирующей с внутренней поверхностью оболочки крыла в зоне передней кромки 2. Расплавленный металл пластины 4 из зоны внутренней поверхности кромки 2 пружинными толкателями 6, опирающимися на лонжерон 3, выдавливается в канавки 5 внутренней полости руля и твердая (еще не расплавленная) часть пластины оказывается во все время воздействия аэродинамического нагрева в полете перемещаема и прижата к внутренней поверхности передней кромки. Поверхностное покрытие пластины 4 (например, цинковое покрытие) расплавляется быстрее, чем сам материал пластины, создавая условия жидкостного трения для перемещения пластины без сопротивления под действием пружинных толкателей 6 в сторону передней кромки 2. Таким образом достигается снижение температуры материала кромки и оболочки руля в передней зоне и общая стабилизация теплового режима руля с температурой, близкой к температуре плавления материала пластины 4.The claimed design of the steering wheel operates as follows. When flying GLA with high hypersonic speeds, aerodynamic heating of the heat-resistant leading edge 2 and shell 1 takes place, while the maximum heating temperature is realized in the zone of the leading edge 2. The heat flux from the leading edge zone is transferred to the plate 4 made, for example, by the heat conductivity of the heat-resistant shell material, for example , of copper or its alloys. Upon reaching a temperature equal to the melting temperature of the plate material, the plate surface in contact with the inner surface of the wing shell melts in the region of the leading edge 2. The molten metal of the plate 4 is extruded into grooves 5 from the zone of the inner surface of the edge 2 by spring pushers 6 resting on the side member 3 of the steering wheel’s inner cavity and the solid (not yet molten) part of the plate turns out to be movable and pressed against the inner surface during the whole time of aerodynamic heating in flight front edge. The surface coating of the plate 4 (for example, zinc coating) melts faster than the material of the plate itself, creating liquid friction conditions for moving the plate without resistance under the action of spring pushers 6 towards the front edge 2. Thus, the temperature of the edge material and the steering wheel shell in the front are reduced zone and the overall stabilization of the thermal regime of the rudder with a temperature close to the melting temperature of the plate material 4.
