BRPI0717627B1 - Estrutura de asa de fluxo laminar supersônica melhorada - Google Patents

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Abstract

estrutura de asa de fluxo laminar supersônica melhorada estrutura de asa de fluxo laminar supersônica melhorada, em uma aeronave supersônica, tendo um ou mais do seguinte: strake se estendendo para frente da extensão interna de asa, ponta de asa inclinada, filete invertido na junção de strake ou fuselagem, flape de borda de ataque interno se estendendo através de menos que cerca de 15% da extensão de painel de asa interno, flape plano dividido híbrido tendo uma porção de superfície inferior inclinável para baixo relativa à extensão de flape plano.

Description

“ESTRUTURA DE ASA DE FLUXO LAMINAR SUPERSÔNICA MELHORADA”
FUNDAMENTO DA INVENÇÃO [001] Esta invenção relaciona-se geralmente a configurações de asa de aeronave de fluxo laminar supersônica eficiente. Mais especificamente, relaciona-se a melhorias nas áreas de configuração seguintes:
a) strake;
b) ponta de asa inclinada;
c) junção de asa inclinada de filete invertido;
d) flape de borda de ataque interno;
e) flape de plano dividido híbrido.
[002] Certas patentes US anteriores emitidas para Richard Tracy expõem uma asa de fluxo laminar para vôo supersônico eficiente (#5.322.242, #5.518.204, #5.897.076 e #6.149.101). Recentes desenvolvimentos conduziram a cinco áreas de melhoria, beneficiando principalmente características de baixa velocidade de aeronave usando a asa. A asa descrita nas patentes de Tracy anteriores tem um aerofólio biconvexo modificado aguçado, com menos que aproximadamente 30 graus de perfil de borda de ataque a fim de manter um amortecedor preso a condições supersônicas de cruzeiro, e relação de espessura-corda (t/c) de cerca de 2% ou menos como uma média de extensão através da maioria da asa. O último exclui uma zona perto da extremidade interna, que pode ser mais grossa até aproximadamente 4% t/c em combinação com domínio de área de fuselagem.
[003] Há várias características únicas da asa de fluxo laminar supersônica que põe desafios, especialmente em vôo de baixa velocidade. Estas incluem sua borda de ataque aguçada que causa uma bolha de separação a quase qualquer ângulo de ataque em vôo subsônico, seu aerofólio extremamente fino que impõe uma penalidade de peso estrutural quando relação de aspecto é aumentada, e a borda de ataque não perfilada que limita a
Petição 870190086666, de 04/09/2019, pág. 9/17 / 7 efetividade de domínio de área do corpo de asa para minimizar arrasto de onda supersônica. Estas (e outras características) são únicas à asa laminar supersônica e são mitigadas substancialmente pelas melhorias reivindicadas aqui, atuando individualmente ou junto, em combinação com este tipo de asa. SUMÁRIO DA INVENÇÃO [004] Duas de tais melhorias utilizam características que foram usadas em projeto de aeronave, mas não junto com a asa de fluxo de laminar supersônica sob consideração. Estas são um strake e uma ponta inclinada. Três características adicionais são únicas à asa laminar supersônica. Estas são um filete inverso, um flape desenvolvível na extremidade interna da borda de ataque, e um sistema de flape de plano dividido híbrido. Todos os cinco são descritos abaixo.
STRAKE [005] O strake é uma porção altamente perfilada da asa entre a fuselagem e a extremidade interna do painel de asa principal não varrido. A borda de ataque do strake é perfilada preferivelmente adiante da asa a uma interseção com a fuselagem, e sua borda de fuga pode ser uma continuação da borda de fuga de asa exterior, ou pode ser perfilada ademais atrás a uma interseção de fuselagem. A borda de ataque preferivelmente é perfilada mais que o ângulo de Mach na velocidade de cruzeiro supersônica máxima a fim de ter uma borda de ataque subsônica. Esta condição assegura uma onda de choque destacada e permite a borda de ataque do strake ser um pouco cega e curvada para menos arrasto supersônico, e capacidade de elevação de baixa velocidade aumentada da asa, ou seu coeficiente de elevação máximo.
[006] O strake executa várias funções além de aumentar elevação máxima no presente pedido, enquanto afetando favoravelmente desempenho de cruzeiro supersônico. Estes são como segue: 1. Aumenta a extensão da asa para eficiência de elevação melhorada com menos penalidade de peso estrutural; 2. Melhora a distribuição longitudinal de fuselagem e área de seção
Petição 870190086666, de 04/09/2019, pág. 10/17 / 7 transversal de asa para arrasto de onda supersônica mais baixo; 3. Provê volume adicional para combustível na parte dianteira da aeronave; 4. Cria um vórtice a ângulos moderados e altos de ataque em vôo subsônico que tende a manter o fluxo preso através da superfície de asa interna superior para melhor elevação e qualidade de fluxo de entrada de motor; 5. Ajuda a manter fluxo laminar através da porção interna da asa; e 6. Provê um ponto rígido estrutural para montagem de trem de pouso e espaço para retração de trem de pouso. PONTA INCLINADA [007] A ponta inclinada é uma borda lateral altamente perfilada, ou ponta de asa, da asa, que pode ter tanto uma borda aguçada ou ligeiramente cega contanto que tenha mais perfil do que o ângulo de Mach na velocidade de cruzeiro máxima. A ponta adiciona dois atributos importantes ao tipo de asa sob consideração.
[008] Adiciona à extensão e assim à relação de aspecto sem tanto arrasto associado causando área molhada e flexão estrutural como seria uma ponta arredondada ou cega convencional. Mais importantemente, em vôo de baixa velocidade gera um vórtice rolado para cima até a ângulos moderados de ataque, que permanece preso à superfície superior da ponta de asa. O vórtice de ponta preso atrasa o crescimento da bolha de separação de borda de ataque e perda resultante de elevação sobre a porção exterior da asa. Isto, por sua vez, aumenta a elevação máxima da asa e previne, ou atrasa, o movimento interno do vórtice de ponta associado com perda de elevação de asa exterior. O resultado é uma derivada de mergulho mais baixa com ângulo de ataque sobre a cauda horizontal, provendo maior estabilidade longitudinal e tendência reduzida para arfada.
FILETE INVERTIDO [009] A junção de strake de asa (ou fuselagem de asa) na maioria das aeronaves está sujeita a tratamento de detalhe em forma de um filete ou superfície côncava misturando suavemente com as superfícies de asa e
Petição 870190086666, de 04/09/2019, pág. 11/17 / 7 fuselagem. Este filete está associado geralmente com uma curva côncava em vista de cima entre a borda de ataque e a fuselagem.
[0010] Para a asa de fluxo laminar, a necessidade de evitar fluxo transversal de camada de limite excessiva pode ser muito difícil na junção de borda de ataque de asa a strake (ou fuselagem) porque o grande lança para cima na junção causa ondas de Mach (perturbações de pressão) e gradientes de pressão como corda localmente mais altos na superfície de asa. Estes efeitos podem causar níveis localmente críticos de fluxos transversais de camada de limite, que podem por sua vez desestabilizar o fluxo laminar através de uma porção significativa da asa interna, resultando em uma camada de limite turbulenta e arrasto de fricção de superfície mais alto. Porém, fazendo o perfil de borda de ataque convexo na junção de strake (ou fuselagem), assim para eliminar, ou até mesmo inverter ligeiramente, a varredura localmente na junção de strake, fluxos transversais podem ser reduzidos a níveis abaixo de críticos e transição para turbulência substancialmente reduzida.
FLAPE DE BORDA DE ATAQUE INTERNO [0011] Uma segunda conseqüência da forte elevação perto da junção de borda de ataque com o strake (ou fuselagem) em combinação com a borda de ataque aguçada é um crescimento prematuro da bolha de separação de borda de ataque conduzindo à perda precoce de elevação através da porção interna da asa. Isto resulta em um atraso de elevação máxima a ângulos altos de ataque. Flapes de borda de ataque de extensão total podem atrasar a formação e crescimento da bolha de borda de ataque, mas tais dispositivos são inadequados mecanicamente com a borda de ataque aguçada muito fina da asa laminar, e são difíceis, se não impossíveis, de implementar sem qualquer abertura de superfície ou perturbação que impediria fluxo laminar.
[0012] Uma solução mais prática é um flape de borda de ataque se estendendo só 15% interno ou perto disso, da extensão de painel de asa
Petição 870190086666, de 04/09/2019, pág. 12/17 / 7 externo do strake ou fuselagem. Tal dispositivo, por exemplo uma flape de Kruger se estendendo adiante da borda de ataque, foi mostrado por testes de proprietário ser muito efetivo neste tipo de asa. Pode ser desdobrado do strake (ou fuselagem) com um mínimo de mecanização de borda de ataque por vários meios, tal como mover o flape lateralmente de uma cavidade no strake (ou fuselagem), ou oscilá-lo sobre um eixo de pivô vertical de uma posição alojada no strake (ou fuselagem).
FLAPE DE PLANO DIVIDIDO HÍBRIDO [0013] A asa de fluxo laminar fina não é adequada para flapes chanfrados de multi-elemento, flapes 'fowler' chanfrados, ou até mesmo flapes zap, por causa de falta de espaço interior e a inconveniência de dobradiças e trilhas externas. Por estas razões, uma flape de borda de fuga articulado plano é a abordagem mais prática. Porém, o incremento de elevação que pode ser gerado, especialmente com a asa de borda de ataque aguçada, está limitado por separação da superfície superior de flape.
[0014] Um flape dividido simples (superfície inferior só inclinada) tem capacidade de elevação máxima ligeiramente mais alta do que um flape plano, mas a uma penalidade em arrasto. Em todo caso, um flape dividido não seria consistente com a necessidade por quantidades pequenas de deflexão de flape para cruzeiro subsônico e transônico eficiente, que é requerido para a maioria das aplicações da asa supersônica laminar.
[0015] Para este tipo de asa, uma combinação híbrida de flape dividido e plano oferece vantagens únicas. O flape dividido híbrido é configurado tal que uma porção da superfície inferior de flape possa se inclinar abaixo relativa ao flape plano. A linha de dobradiça de flape dividido pode estar co-localizada com a dobradiça de flape plano, ou preferivelmente atrás disto, próxima a meia corda do flape plano. Quando inclinado, o flape dividido atrasa a separação na superfície superior do flape plano abaixando a pressão de esteira e reduzindo o gradiente de pressão adverso na borda de
Petição 870190086666, de 04/09/2019, pág. 13/17 / 7 fuga de superfície superior de flape. Desde que as porções exteriores do flape plano são mais vulneráveis a tal separação, o flape dividido também mitiga estol de ponta e o mergulho aumentado que resultaria como descrito com relação à ponta inclinada acima.
DESCRIÇÃO DE DESENHOS [0016] Figura 1 mostra aqui uma asa de aeronave supersônica, strake, flape e flape de borda de ataque;
Figura 2 é uma vista de cima de uma asa supersônica mostrando locais da estrutura de flape da Figura 3; e
Figura 3 é uma vista de seção do aerofólio de asa de uma asa de fluxo laminar supersônica, mostrando estruturas de flape de borda de fuga e borda de ataque interna.
DESCRIÇÃO DETALHADA [0017] Nos desenhos, a aeronave supersônica 10 preferida tem uma fuselagem 11, asa de fluxo laminar supersônica fina 12 incluindo seções de asa esquerda e direita 12a e 12b, motores a jato 13 proximamente perto a lados opostos da fuselagem, e cauda 14.
[0018] O strake é mostrado em 15, como uma porção altamente perfilada da asa entre a fuselagem 11 e a extremidade interna 16 do painel de asa principal de perfil baixo. Outras características de strake são referidas acima.
[0019] A ponta inclinada de cada seção de asa é mostrada em 17, e tem características como referido acima.
[0020] Configuração de filete invertido, para cada junção de borda de ataque de strake-fuselagem, é indicado em 19, e tem características como referido acima.
[0021] O flape de borda de ataque interno é mostrado, para cada seção de asa, em 18, e tem características como referido acima, e pode ter associação com cavidades na fuselagem ou strake.
Petição 870190086666, de 04/09/2019, pág. 14/17 / 7 [0022] Flape de plano dividido híbrido, para cada seção de asa, é provido em 21, e tem características como referido acima, e inclui flape plano 21a e flape dividido 21b. Atuadores adequados para os flapes são indicados esquematicamente em 35, e podem ter cavidades de associação na fuselagem ou strake. A linha de dobradiça para 21b está em 21c. Na Figura 3, a linha de dobradiça para o flape dividido pode estar co-localizada na ou atrás de 21c, com respeito a flape plano 21a.
[0023] Na Figura 3, flape plano 21a está inclinado para baixo por um primeiro ângulo relativo a um plano substancialmente coincidente com o plano de vento e flape dividido 21b está inclinado para baixo por um segundo ângulo relativo a dito plano, onde o segundo ângulo excede o primeiro ângulo.
[0024] Relações semelhantes existem onde a linha de dobradiça para o flape dividido está co-localizada em 21c.

Claims (5)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Estrutura de asa de fluxo laminar supersônica melhorada, em uma aeronave supersônica incluindo uma fuselagem (11) e uma asa (12) aguçada que permite fluxo laminar biconvexo modificado, com menos que 30 graus de perfil de borda de ataque e relação de espessura-corda (t/c) de 2% ou menos como uma média de extensão através da maioria da asa, excluindo uma zona perto da extremidade interna, que pode ser mais grossa até aproximadamente 4% t/c em combinação com domínio de área de fuselagem, caracterizada pelo fato de que a asa é configurada para melhorar o fluxo laminar e melhorar o arraste incluindo:
    a) um strake (15) se estendendo para frente da extensão interna de asa; e,
    b) uma convexidade de borda de ataque da asa em vista plana na junção (19) do strake (15) com a borda de ataque da asa (12).
  2. 2. Estrutura de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o strake (15) tem uma borda de ataque perfilada maior que o ângulo de Mach à velocidade supersônica máxima da aeronave.
  3. 3. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o strake (15) tem uma borda de ataque cega e cambagem.
  4. 4. Estrutura de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada por um eixo de pivô associado com o strake ou fuselagem e por um flape de borda de ataque interno (18) se estendendo por menos do que 15% da extensão de painel de asa posicionado pelo desenvolvimento ao redor do eixo de pivô.
  5. 5. Estrutura de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que o flape de borda de ataque interno (18) é posicionado para desenvolvimento a partir de um furo no strake (15) ou na fuselagem (11).
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