RU72198U1 - AIRCRAFT WITH HIGH AERODYNAMIC QUALITY - Google Patents

Abstract

1. Самолет с высоким аэродинамическим качеством, содержащий фюзеляж, крыло, силовую установку, несущее переднее горизонтальное оперение, вертикальное оперение, систему управления и шасси, отличающийся тем, что крыло по своим концам снабжено цилиндрическими законцовками, вырабатывающими из набегающего потока вихревые потоки, противоположные по направлению вращения возникающим концевым крыльевым вихрям.2. Самолет с повышенным аэродинамическим качеством по п.1, отличающийся тем, что переднее горизонтальное оперение (ПГО) шарнирно установлено вокруг оси, направленной вдоль его размаха и выполнено самоустанавливающимся на заданный угол атаки.3. Самолет с повышенным аэродинамическим качеством по п.1, отличающийся тем, что ПГО выполнено с системой управления, снабженной демпфером продольных колебаний самолета, работающим параллельно и независимо от летчика.4. Самолет с повышенным аэродинамическим качеством по п.1, отличающийся тем, что привод переднего горизонтального оперения выполнен электрогидравлическим с электрической системой дистанционного управления (ЭДСУ), выполненной с автоматом балансировки и устойчивости.1. Aircraft with high aerodynamic quality, comprising a fuselage, a wing, a power plant carrying a front horizontal tail, a vertical tail, a control system and a landing gear, characterized in that the wing is provided at its ends with cylindrical tips generating vortex flows from the incoming flow that are opposite in direction of rotation of the resulting end wing vortices. 2. Aircraft with increased aerodynamic quality according to claim 1, characterized in that the front horizontal tail (PGO) is pivotally mounted around an axis directed along its span and is self-adjusting to a predetermined angle of attack. Aircraft with increased aerodynamic quality according to claim 1, characterized in that the PGO is made with a control system equipped with a longitudinal vibration damper operating in parallel and independently of the pilot. Aircraft with increased aerodynamic quality according to claim 1, characterized in that the front horizontal tail unit is electro-hydraulic with an electric remote control system (EDSU) made with an automatic balancing and stability.

Description

Область техникиTechnical field

Полезная модель относится к авиации, более конкретно, к конструктивным и аэродинамическим элементам летательных аппаратов тяжелее воздуха, и может быть использована в конструкции пассажирских, транспортных самолетов для повышения их аэродинамического качества и, как следствие, - повышение транспортной эффективности.The utility model relates to aviation, more specifically, to structural and aerodynamic elements of aircraft heavier than air, and can be used in the design of passenger and transport aircraft to increase their aerodynamic quality and, as a result, increase transport efficiency.

Уровень техникиState of the art

Известны самолеты схемы «утка», содержащие фюзеляж, крыло, силовую установку, вертикальное оперение, систему управления, шасси и несущее переднее горизонтальное оперение (ПГО), позволяющее улучшить аэродинамические характеристики.Known aircraft scheme "duck" containing the fuselage, wing, powerplant, vertical tail, control system, landing gear and bearing the front horizontal tail (PGO), which allows to improve aerodynamic performance.

Первым реактивным самолетом схемы «утка», производящимся серийно, стал шведский сверхзвуковой истребитель SAAB AJ-37 «Вигген» (1967 г.). Самолет оснащен ПГО большой площади, создающим значительную подъемную силу. При этом, крыло выполнено с элевонами (для продольного и поперечного управления), а ПГО установлено в непосредственной близости от передней кромки крыла и снабжено закрылками для увеличения подъемной силы при взлете и посадке.The first production aircraft of the “duck” scheme, produced in series, was the Swedish supersonic fighter SAAB AJ-37 “Wiggen” (1967). The aircraft is equipped with large-area PGO, creating significant lift. At the same time, the wing is made with elevons (for longitudinal and lateral control), and the PGO is installed in close proximity to the leading edge of the wing and is equipped with flaps to increase lift when taking off and landing.

Такое выполнение самолета позволило получить хорошие взлетно-посадочные характеристики - эксплуатацию его с This embodiment of the aircraft allowed to obtain good takeoff and landing characteristics - its operation with

предельно коротких площадок, а также взлета с автострад. (См. Д.А.Соболев. Самолеты особых схем, М., «Машиностроение», 1989 г. стр.133, 134.)extremely short platforms, as well as take-off from freeways. (See D.A. Sobolev. Airplanes of special schemes, M., "Mechanical Engineering", 1989, pp. 133, 134.)

Дальнейшим развитием схемы «утка» явились самолеты: JAS-39 «Грипен» (Швеция), «Рафаил» (Франция), ЕАР (Великобритания) - 1986-1987 гг. и др., реализовавшие преимущества использования ПГО на маневренных статически неустойчивых самолетах. При этом использование ПГО характеризовалось следующими особенностями:Further development of the “duck” scheme was the aircraft: JAS-39 Gripen (Sweden), Rafail (France), EAP (UK) - 1986-1987. and others who realized the advantages of using PGO on maneuverable statically unstable aircraft. The use of PGO was characterized by the following features:

- «Рафаил» - снабжен поворотным ПГО и оборудован цифровой системой активного управления, обеспечивающей эксплуатацию статически неустойчивого аппарата [1]; ПГО и др. рули (предкрылки, элевоны и руль направления) управляются от четырехканальной электрической системы дистанционного управления (ЭДСУ), работающей в автоматическом и директорном режимах и позволяющей реализовать автоматическое отклонение рулевых поверхностей при выполнении эволюции с целью повышения маневренности самолета, а также обеспечить непосредственное управление подъемной силой [2];- “Raphael” - is equipped with a rotary PGO and is equipped with a digital active control system that ensures the operation of a statically unstable apparatus [1]; PGO and other rudders (slats, elevons and rudders) are controlled from a four-channel electric remote control system (EDSU), operating in automatic and director modes and allowing automatic steering surfaces to be deflected during evolution in order to increase aircraft maneuverability, as well as provide direct lift control [2];

- «Грипен» - снабжен системой искусственной устойчивости, а ПГО - цельноповоротное [1];- “Gripen” - equipped with a system of artificial stability, and PGO - all-turning [1];

- ЕАР - управление осуществляется с помощью четырехканальной цифровой системой ЭДСУ, обеспечивающей автоматическое отклонение ПГО, носков и флаперонов в зависимости от скорости полета и угла атаки с целью достижения максимального аэродинамического качества при маневрировании и минимального аэродинамического сопротивления при прямолинейном полете [2].- EAP - control is carried out using a four-channel digital EMDS system, which provides automatic deflection of PGO, socks and flaperons depending on the flight speed and angle of attack in order to achieve maximum aerodynamic quality during maneuvering and minimum aerodynamic drag during straight flight [2].

(См. [1] - Д.А.Соболев. Самолеты особых схем. М., «Машиностроение», 1989 г. стр.134-136;(See [1] - D. A. Sobolev. Aircraft of special schemes. M., "Mechanical Engineering", 1989, pp. 134-136;

[2]. П.Бауэрс. Летательные аппараты нетрадиционных схем. М., «Мир», 1991 г., стр.29-31.)[2]. P. Bowers. Aircraft of unconventional schemes. Moscow, Mir, 1991, pp. 29-31.)

Вышеназванные самолеты - это высокоманевренные военные самолеты. Их опыт постройки и эксплуатации свидетельствует, что использование ПГО с новыми системами управления позволяет значительно улучшить характеристики самолета: аэродинамическое качество, взлетно-посадочные и др. характеристики. К их недостаткам можно отнести то, что выполненные с крыльями малого удлинения, они теряют в аэродинамическом качестве из-за потерь, вызванных крыльевыми концевыми вихрями.The above aircraft are highly maneuverable military aircraft. Their experience in construction and operation indicates that the use of PGO with new control systems can significantly improve the characteristics of the aircraft: aerodynamic quality, takeoff and landing, and other characteristics. Their disadvantages include the fact that those made with wings of small elongation, they lose in aerodynamic quality due to losses caused by wing end vortices.

В настоящее время отсутствуют пассажирские самолеты с ПГО, хотя существует потребность улучшения и их характеристик для повышения транспортной эффективности.Currently, there are no passenger aircraft with PGO, although there is a need to improve their characteristics to improve transport efficiency.

Известен «Самолет с фиксированным крылом и тандемными стабилизирующими поверхностями» фирмы Эрбас (Франция), содержащий фюзеляж, крыло, силовую установку, несущее переднее горизонтальное оперение (ПГО), хвостовое горизонтальное оперение (ГО), вертикальное оперение, систему управления и шасси. При этом система управления обеспечивает установление рулей ПГО и ГО в оптимальное положение в соответствии с режимом полета. (См. патент США №4598888, В64С 13/16, 1986 г.).The famous "Airplane with a fixed wing and tandem stabilizing surfaces" firm Airbus (France), containing the fuselage, wing, power plant, bearing the front horizontal tail (PGO), tail horizontal tail (GO), vertical tail, control system and landing gear. At the same time, the control system ensures that the rudders of the PGO and GO are in the optimal position in accordance with the flight mode. (See US patent No. 4598888, B64C 13/16, 1986).

Однако, фирма Эрбас, проведя исследования, установила, что «...третья несущая поверхность (т.е. ПГО) позволила бы создать статически неустойчивый пассажирский самолет. Тем не менее, работы над этой компоновкой в последнее время замедлились, так как не было выявлено какого-либо However, Airbus, after conducting research, found that “... a third bearing surface (i.e., PGO) would allow the creation of a statically unstable passenger aircraft. However, work on this layout has slowed down recently, as no

значительного ее преимущества....» (Т.И.ЦАГИ. Выпуск 1-2, 2001 г., стр.64.)its significant advantages .... ”(T.I. TSAGI. Issue 1-2, 2001, p. 64.)

Более того, существует нормативное требование, устанавливающее наличие запаса продольной статической устойчивости у пассажирских самолетов при отказе автоматических систем обеспечения устойчивости.Moreover, there is a regulatory requirement establishing the stock of longitudinal static stability in passenger aircraft in case of failure of automatic stability systems.

Сущность полезной модели.The essence of the utility model.

Задачей полезной модели является разработка аэродинамической схемы такого пассажирского (транспортного) самолета, который имел бы высокое аэродинамическое качество при обеспечении статической продольной устойчивости, позволяющее значительно повысить транспортную эффективность самолета обычной конструкции.The objective of the utility model is to develop the aerodynamic design of such a passenger (transport) aircraft, which would have high aerodynamic quality while providing static longitudinal stability, which can significantly increase the transport efficiency of a conventional aircraft.

Кроме того, самолет должен быть оснащен системой управления обеспечивающей его безопасную эксплуатацию.In addition, the aircraft must be equipped with a control system ensuring its safe operation.

Поставленная задача достигается тем, что в самолете, содержащем фюзеляж, крыло, силовую установку, несущее переднее горизонтальное оперение, вертикальное оперение, систему управления и шасси, крыло по своим концам снабжено цилиндрическими законцовками, вырабатывающими из набегающего потока вихревые потоки противоположные по направлению вращения, возникающим концевым крыльевым вихрям.The problem is achieved in that in an airplane containing a fuselage, a wing, a power plant carrying a front horizontal tail, a vertical tail, a control system and a landing gear, the wing is provided at its ends with cylindrical tips generating vortex flows from the incident flow that are opposite in the direction of rotation that arise end wing vortices.

Кроме того, в самолете ПГО шарнирно установлено вокруг оси, направленной вдоль его размаха и выполнено самоустанавливающимся на заданный угол атаки.In addition, in an aircraft, the PGO is pivotally mounted around an axis directed along its span and is self-adjusting to a predetermined angle of attack.

Возможно выполнение ПГО с системой управления, снабженной демпфером продольных колебаний самолета, работающим параллельно и независимо от летчика, или с It is possible to perform PGO with a control system equipped with a longitudinal vibration damper of the aircraft operating in parallel and independently of the pilot, or with

приводом переднего горизонтального оперения выполненным электрогидравлическим с электрической системой дистанционного управления (ЭДСУ), выполненной с автоматом балансировки и устойчивости.front horizontal tail unit made electro-hydraulic with an electric remote control system (EDSU), made with automatic balancing and stability.

Благодаря такому выполнению обеспечиваются хорошие взлетно-посадочные характеристики заявляемого самолета при высоком аэродинамическом качестве.Thanks to this embodiment, good takeoff and landing characteristics of the claimed aircraft with high aerodynamic quality are provided.

Перечень фигур на чертежах.The list of figures in the drawings.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором показан общий вид самолета, выполненного в соответствии с полезной моделью, при виде ³/₄ спереди.Utility model illustrated by a drawing, which shows a general view of an aircraft configured in accordance with the utility model, when a _^3/4 front.

Осуществление полезной модели.Implementation of a utility model.

Самолет, выполненный в соответствии с полезной моделью, включает в себя (см. фиг.1) крыло 1, фюзеляж 2, переднее горизонтальное оперение (ПГО) 3, вертикальное хвостовое оперение 4, силовую установку 5, шасси (на черт. не показано).The aircraft, made in accordance with the utility model, includes (see FIG. 1) wing 1, fuselage 2, front horizontal tail unit (PGO) 3, vertical tail unit 4, power unit 5, landing gear (not shown) .

Самолет выполнен по схеме «низкоплан» и содержит другие известные системы и оборудования, необходимые для выполнения безопасного полета.The aircraft is designed according to the “low-wing” scheme and contains other well-known systems and equipment necessary for a safe flight.

Крыло 1 (см. фиг.2) выполнено состоящим из центроплана, скрытого на чертеже зализами крыла 8, правой и левой стреловидных консолей крыла 9, 10, связанных с центропланом.Wing 1 (see Fig. 2) is made up of a center wing, hidden in the drawing by the flaps of the wing 8, right and left swept consoles of the wing 9, 10, associated with the center wing.

Правая и левая консоли крыла 9, 10 снабжены элеронами 11, 12 и закрылками 13, 14. Элероны могут быть выполнены «зависающими», выполняющими роль закрылков на этапе The right and left wing consoles 9, 10 are equipped with ailerons 11, 12 and flaps 13, 14. The ailerons can be made “hanging”, performing the role of flaps at the stage

взлета и посадки. Закрылки 13,14 выполнены щелевыми, выдвигающимися на взлете и посадке.takeoff and landing. The flaps 13,14 are made slotted, retractable on takeoff and landing.

Фюзеляж 2 выполнен герметичным и снабжен кабиной пилотов, пассажирским салоном на верхней палубе и грузовым помещением на нижней палубе.The fuselage 2 is sealed and equipped with a cockpit, a passenger compartment on the upper deck and a cargo room on the lower deck.

Вертикальное хвостовое оперение 4 выполнено однокилевым, установлено в хвостовой части фюзеляжа и снабжено рулем направления.The vertical tail 4 is made single, installed in the rear of the fuselage and equipped with a rudder.

ПГО 3 выполнено в виде двух цельноповоротных правой и левой поверхностей 15, 16, установленных в передней части фюзеляжа 2. Поверхности 15, 16 ПГО выполнены с единым рулевым приводом.PGO 3 is made in the form of two all-turning right and left surfaces 15, 16 mounted in front of the fuselage 2. Surfaces 15, 16 of the PGO are made with a single steering gear.

Рулевой привод ПГО может быть выполнен с механической системой управления от штурвала летчика. При этом, ПГО шарнирно установлено вокруг оси, направленной вдоль его размаха и выполнено самоустанавливающимся на заданный угол атаки за счет того, что поверхности 15, 16 снабжены серворулями и выполнены с трубчатыми лонжеронами, концы которых закреплены шарнирно в подшипниковых узлах, установленных в носовой части фюзеляжа, и связаны между собой, а шарнирные тяги серворулей связаны с системой управления.The steering gear PGO can be performed with a mechanical control system from the helm of the pilot. At the same time, the PGO is pivotally mounted around an axis directed along its span and made self-adjusting to a predetermined angle of attack due to the fact that surfaces 15, 16 are equipped with servo gears and are made with tubular spars, the ends of which are pivotally mounted in bearing assemblies installed in the nose of the fuselage , and are interconnected, and the articulated rods of the servomotors are connected to the control system.

Поверхности 15, 16 ПГО могут быть выполнены и без серворулей. В этом случае управление цельноповоротных поверхностей ПГО может выполняться с системой управления, снабженной демпфером продольных колебаний, работающего параллельно и независимо от летчика. Принцип работы демпфера колебаний основан на замере угловой скорости вращения самолета в продольной плоскости и отклонении поверхностей ПГО против этого вращения.Surfaces 15, 16 PGO can be performed without servo-steering. In this case, the control of all-rotating surfaces of the VSS can be performed with a control system equipped with a longitudinal vibration damper operating in parallel and independently of the pilot. The principle of operation of the vibration damper is based on measuring the angular velocity of rotation of the aircraft in the longitudinal plane and the deviation of the VGE surfaces against this rotation.

Привод поверхностей 15, 16 может быть электрогидравлическим с электрической системой дистанционного управления (ЭДСУ), выполненной с автоматом балансировки и устойчивости, обеспечивающими автоматическую установку ПГО на заданный угол атаки и улучшение продольной устойчивости самолета.The drive surfaces 15, 16 can be electro-hydraulic with an electric remote control system (EDSU), made with an automatic balancing and stability, providing automatic installation of PGO at a given angle of attack and improving the longitudinal stability of the aircraft.

В простейшем варианте (для легких самолетов) поверхности ПГО могут быть выполнены с S-образным профилем, рассчитанным на определенную нагрузку, обеспечивающим балансировку на крейсерском режиме, а сам самолет выполнен с задним горизонтальным оперением, обеспечивающим продольное управление самолетом.In the simplest version (for light aircraft), PGO surfaces can be made with an S-shaped profile, designed for a certain load, providing balancing on a cruising mode, and the aircraft itself is made with a rear horizontal tail that provides longitudinal control of the aircraft.

Силовая установка 5 выполнена в виде турбореактивных двигателей, установленных на пилонах в хвостовой части фюзеляжа.The power plant 5 is made in the form of turbojet engines mounted on pylons in the rear of the fuselage.

Крыло 1 по своим концам снабжено правой и левой цилиндрическими законцовками 17, 18, установленными на консолях 9,10 и вырабатывающими из набегающего потока вихревые потоки противоположные по направлению вращения, возникающим концевым крыльевым вихрям. Цилиндрические законцовки 17, 18 выполнены в виде пустотелых гондол и совмещенных с ними кожухов, простирающихся вдоль концевой части крыла. Гондола включает воздухозаборник, диффузор с направляющими лопатками на своей поверхности, отклоняющими воздушный поток по его периферии у поверхности диффузора в одном направлении, вызывая закручивание потока и превращение его в вихревой. Направление отклонения направляющих лопаток в правой и левой законцовках выбрано таким, чтобы направление вращения вихревого потока было бы противоположным Wing 1 at its ends is equipped with right and left cylindrical tips 17, 18 mounted on consoles 9,10 and generating vortex flows opposite in the direction of rotation from the incident flow, resulting in wing end vortices. The cylindrical endings 17, 18 are made in the form of hollow nacelles and combined casings, extending along the end of the wing. The nacelle includes an air intake, a diffuser with guide vanes on its surface, deflecting the air flow along its periphery at the surface of the diffuser in one direction, causing the flow to swirl and turn into a vortex. The direction of deviation of the guide vanes in the right and left tips is chosen so that the direction of rotation of the vortex flow would be opposite

направлению вращения возникающих концевых крыльевых вихрей на каждой консоли крыла. На выходе вихревой поток взаимодействует с возникающим концевым вихрем крыла, ослабляя его и улучшая обтекание концевых частей крыла, и повышая аэродинамическое качество крыла и самолета в целом.the direction of rotation of the resulting end wing vortices on each wing console. At the exit, the vortex flow interacts with the resulting end wing vortex, weakening it and improving the flow around the end parts of the wing, and increasing the aerodynamic quality of the wing and the aircraft as a whole.

Самолет функционирует следующим образом.The aircraft operates as follows.

При взлете механизация крыла (закрылки, элероны на консолях крыла и закрылки на центроплане), устанавливается во взлетное положение и самолет производит разбег, отрыв и разгон да малой высоте до достижения необходимой скорости полета, после чего производится набор высоты.During take-off, the mechanization of the wing (flaps, ailerons on the wing consoles and flaps on the center wing) is installed in the take-off position and the aircraft takes off, takes off and accelerates at low altitude until the desired flight speed is reached, after which climb is made.

Посадка производится следующим образом: самолет производит последовательно снижение, выравнивание и выдерживание, уменьшая скорость, после чего происходит приземление и пробег по ВПП до полной остановки. Снижение, выравнивание и выдерживание производится с механизацией, выпущенной в посадочное положение. При пробеге включается реверс двигателей для уменьшения дистанции пробега.Landing is as follows: the aircraft sequentially reduces, levels and maintains, decreasing speed, after which there is a landing and run along the runway to a complete stop. Decrease, alignment and keeping is made with the mechanization released in landing position. When running, the reverse of the engines is switched on to reduce the distance traveled.

Применение несущего ПГО вносит существенную добавку в повышение аэродинамического качества самолета на крейсерском режиме полета, создавая необходимую подъемную силу, обусловленную балансировкой. Более того, устраняются балансировочные потери на взлете-посадке.The use of carrier GW makes a significant addition to improving the aerodynamic quality of the aircraft at the cruise flight mode, creating the necessary lift due to balancing. Moreover, balancing losses on takeoff and landing are eliminated.

Использование цилиндрических законцовок на крыле также компенсируют потери качества от невысокого удлинения крыла за счет ослабления концевых вихрей.The use of cylindrical wingtips also compensates for quality losses from low elongation of the wing due to the weakening of the end vortices.

Кроме того, за счет системы управления исключаются дестабилизирующие моменты от ПГО и носовой части In addition, due to the control system, destabilizing moments from PGO and the nose are eliminated

фюзеляжа, обеспечивается продольная устойчивость самолета и повышение безопасности в течение всего полета.fuselage, provides longitudinal stability of the aircraft and increased safety throughout the flight.

Таким образом, обеспечиваются хорошие взлетно-посадочные характеристики заявляемого самолета при его высоком аэродинамическом качестве.Thus, it provides good takeoff and landing characteristics of the inventive aircraft with its high aerodynamic quality.

Claims (4)

1. Самолет с высоким аэродинамическим качеством, содержащий фюзеляж, крыло, силовую установку, несущее переднее горизонтальное оперение, вертикальное оперение, систему управления и шасси, отличающийся тем, что крыло по своим концам снабжено цилиндрическими законцовками, вырабатывающими из набегающего потока вихревые потоки, противоположные по направлению вращения возникающим концевым крыльевым вихрям.1. Aircraft with high aerodynamic quality, comprising a fuselage, a wing, a power plant carrying a front horizontal tail, vertical tail, a control system and a landing gear, characterized in that the wing is provided at its ends with cylindrical tips generating vortex flows from the incoming flow that are opposite in direction of rotation of the resulting end wing vortices. 2. Самолет с повышенным аэродинамическим качеством по п.1, отличающийся тем, что переднее горизонтальное оперение (ПГО) шарнирно установлено вокруг оси, направленной вдоль его размаха и выполнено самоустанавливающимся на заданный угол атаки.2. Aircraft with increased aerodynamic quality according to claim 1, characterized in that the front horizontal tail (PGO) is pivotally mounted around an axis directed along its span and made self-adjusting to a given angle of attack. 3. Самолет с повышенным аэродинамическим качеством по п.1, отличающийся тем, что ПГО выполнено с системой управления, снабженной демпфером продольных колебаний самолета, работающим параллельно и независимо от летчика.3. Aircraft with increased aerodynamic quality according to claim 1, characterized in that the PGO is made with a control system equipped with a longitudinal vibration damper of the aircraft, operating in parallel and independently of the pilot. 4. Самолет с повышенным аэродинамическим качеством по п.1, отличающийся тем, что привод переднего горизонтального оперения выполнен электрогидравлическим с электрической системой дистанционного управления (ЭДСУ), выполненной с автоматом балансировки и устойчивости.

4. Aircraft with increased aerodynamic quality according to claim 1, characterized in that the front horizontal tail drive is electro-hydraulic with an electric remote control system (EDSU) made with automatic balancing and stability.