RO125709A2

RO125709A2 - Process ensuring aerodyne stability at any incidence and aircraft carrying out said process

Info

Publication number: RO125709A2
Application number: ROA200900268A
Authority: RO
Inventors: Augustin Marius Abuşeanu
Original assignee: Augustin Marius Abuşeanu
Priority date: 2009-03-30
Filing date: 2009-03-30
Publication date: 2010-09-30

Abstract

The invention relates to a process ensuring an aerodyne stability, at any incidence, and to an aircraft using said process. According to the invention, the process comprises the continuous aspiration of the boundary layer at the required parameters for the boundary layer not to break out, by one, two or more tandem thrusters, the first ones located in the leading edge and the other ones at the rear extremity, where the first ones deliver compressed air taken from some extrados thruster blowers, thereby contributing to increased flow speed and electrostatic field potential, while those located in the rear part perform the continuous aspiration of the boundary layer. The claimed aircraft comprises a body (1), some thrusters (2 and 3), a front one and a rear one, respectively, a nozzle (4) for the absorption of compressed air, a slot (5) for the extrados blow-out, some horizontal tail groups (6) and two fins (7).

Description

PROCEDEU PENTRU ASIGURAREA STABILITĂȚII AERODINELOR LA ORICE INCIDENȚE ȘI APARAT DE ZBOR CE UTILIZEAZĂ ACEST PROCEDEUPROCEDURE FOR AIRCRAFT STABILITY IN THE EVENT OF ANY INCIDENTS AND FLIGHT EQUIPMENT USING THIS PROCEDURE

Invenția se referă la un procedeu pentru asigurarea stabilității aerodinelor la orice incidențe și la un aparat de zbor ce utilizează acest procedeu, care spre deosebire de procedeele și aparatele de zbor cunoscute până acum, asigură nedesprinderea stratului limită indiferent de incidență și totodată posibilitatea realizării decolării și aterizării scurte sau chiar pe verticală a aparatului de zbor. Din lucrarea „ Efectul Coandă, scurt istoric și noi tehnologii previzibile în următorii ani”, care am prezentat-o în sesiunea CRIFST din 15 oct. 2008 la Academia Română, unde faceam cunoscută pentru prima dată într-un cadru academic descoperirea mea privind natura fenomenului ce produce efectul Coandă, se cunoaște că aerul are tendința de a adera la suprafața pe care are loc scurgerea datorită unor forțe de natură electrostatică.The invention relates to a method for ensuring the stability of airplanes in any incident and to an aircraft using this method, which, unlike the methods and aircraft known so far, ensures that the boundary layer does not detach regardless of incidence and also the possibility of taking off. short or even vertical landing of the aircraft. From the paper "The Coanda effect, a short history and new technologies foreseeable in the coming years", which I presented in the CRIFST session on October 15. 2008 at the Romanian Academy, where I made known for the first time in an academic setting my discovery on the nature of the phenomenon that produces the Coanda effect, it is known that air tends to adhere to the surface on which leakage occurs due to electrostatic forces.

Se cunoaște că aerul are o oarecare vâscozitate. La nivelul suprafeței (chiar în contactul direct cu suprafața), forțele electrostatice, de vâscozitate și de frecare se opun scurgerii atât de mult încât pot fi considerate oprite în aceste puncte de contact cu suprafața; puțin mai departe de suprafață, efectul de frânare se reduce treptat iar viteza scurgerii crește pe măsură ce se îndepărtează de suprafață. De asemenea, se cunoaște că stratul limită este acea zonă unde viteza scurgerii este încetinită de suprafața pe care se deplasează. Ea începe de la contactul cu suprafața unde viteza scurgerii este în mod practic nulă și se întinde până acolo unde viteza scurgerii devine egală cu aceea a fluxului liber ( fluxul ce nu mai este influențat de frecarea cu suprafața pe care are loc scurgerea). ( Fig.l) —| scurgere ......liberăIt is known that the air has a certain viscosity. At the surface (even in direct contact with the surface), electrostatic, viscosity and frictional forces oppose leakage so much that they can be considered stopped at these points of contact with the surface; a little farther from the surface, the braking effect gradually decreases and the leakage speed increases as it moves away from the surface. It is also known that the boundary layer is the area where the flow rate is slowed by the surface on which it moves. It starts from the contact with the surface where the leakage speed is practically zero and extends to where the leakage speed becomes equal to that of the free flow (the flow that is no longer influenced by the friction with the surface on which the leakage takes place). (Fig. 1) - | leakage ...... free

strat limitâ raprafat*reported boundary layer *

Fig.lFigs

După cum se știe, stratul limită face legătura între fluxul liber și suprafața pe care are loc scurgerea. Pentru a obține portanță, este necesară deplasarea cu o viteză suficient de mare a fluxului dinspre bordul de atac spre bordul de fugă al profilului și de o aderență suficient de mare a acestui flux pentru a continua să urmeze curbura profilului spre bordul de fugă, sau cu alte cuvinte este necesară o viteză suficientă creierii forțelor și câmpului electrostatic care să asigure aderența. Dacă unghiul de atac al aripii este prea mare, aerul nu va mai putea urma curbura profilului, stratul limită nu va mai putea fi antrenat de către flux, el are tendința de a se opri și a se desprinde de suprafața profilului, aspirat de depresiunea existentă puțin mai sus (acolo unde fluxul este încă în mișcare), înainte de a se desprinde,el recade sub formă de turbulentă ca în schița din (Fig-2)As it is known, the boundary layer connects the free flow with the surface on which the runoff takes place. In order to achieve lift, it is necessary to move the flow from the leading edge to the trailing edge of the profile with a sufficiently high speed and a sufficiently high adhesion of this flow to continue to follow the curvature of the profile towards the trailing edge, or with in other words, it is necessary to have a sufficient speed to create forces and an electrostatic field to ensure adhesion. If the angle of attack of the wing is too large, the air will no longer be able to follow the curvature of the profile, the boundary layer will no longer be able to be entrained by the flow, it will tend to stop and detach from the profile surface, sucked by the existing depression. slightly higher (where the flow is still moving), before it detaches, it falls back in the form of a turbulence as in the sketch in (Fig-2)

Iwd oo 2Q ' ' - ¹ ' 1 r · ' r — ·. t- W Δ « s C 4 * IIwd oo 2Q '' - ¹ '1 r ·' r - ·. t- W Δ «s C 4 * I

0 - 03- 2009 * r ' · * ^Λ i * n a· r λ a w ț0 - 03- 2009 * r '· * ^Λ i * na · r λ aw ț

I ^-- 2 0 0 9 - 0 0 2 6 8 -3 Ο 03- 2009I ^ - 2 0 0 9 - 0 0 2 6 8 -3 Ο 03- 2009

Fluxul de aer care vine inițial cu o energie cinetică către punctul A situat pe extremitatea bordului de atac, pe măsură ce se apropie de acest punct își transformă energia cinetică în energie de presiune. Apoi fluxul se deplasează în continuare cu pierderi continue de energie prin frecări până în punctul B unde nu mai are viteză suficientă pentru a urma conturul profilului, întâlnește o zonă de presiune ridicată, în timp ce deasupra se află continuarea zonei depresionare ce începe imediat după bordul de atac. Ca urmare particulele fluxului sunt atrase către zona depresionară și totodată împinse înapoi în stratul limită formându-se astfel vârtejuri care evoluează către bordul de fugă, provocând mari pierderi suplimentare de energie și ca urmare creșteri însemnate ale consumului sistemului de propulsie și scăderea randamentului zborului.The airflow that initially comes with a kinetic energy to point A located at the end of the attack board, as it approaches this point transforms its kinetic energy into pressure energy. Then the flow continues to move with continuous loss of energy by friction to point B where it no longer has enough speed to follow the contour of the profile, meets a high pressure zone, while above is the continuation of the depression zone that begins immediately after the board attack. As a result, the flow particles are attracted to the depression area and pushed back into the boundary layer, forming vortices that evolve towards the flight edge, causing large additional energy losses and consequently significant increases in propulsion system consumption and decreased flight efficiency.

Pentru evitarea acestor desprinderi sau pentru a le întârzia, se urmărește ca stratul limită să primească energie destulă în locul celei pierdute prin frecare, fiind cunoscute mai multe tehnici, ca :In order to avoid these delays or to delay them, it is intended that the boundary layer receives enough energy instead of the one lost by friction, being known several techniques, such as:

1) Aspirația stratului limită: sunt realizate o serie de găuri pe extradosul aripii, prin care se aspiră stratul limită. Acest sistem este puțin folosit, fiind greu de aplicat și costisitor.1) Aspiration of the boundary layer: a series of holes are made on the extrados of the wing, through which the boundary layer is aspirated. This system is little used, being difficult to apply and expensive.

2) Suflajul stratului limită : un anumit debit de aer comprimat prelevat de la compresorul sistemului de propulsie, este injectat în stratul limită în sensul scurgerii. Este utilizat în prezent pentru creșterea vitezei ascensionale și la avioanele cu decolare și aterizare scurtă, dar nu asigură nedesprinderea stratului limită, pierderile prin vârtejuri nu sunt evitate chiar și la incidențe relativ mici, iar aparatele de zbor care îl folosesc în prezent au un consum ridicat de combustibil față de avioanele convenționale .2) Blowing of the boundary layer: a certain flow of compressed air taken from the compressor of the propulsion system, is injected into the boundary layer in the direction of leakage. It is currently used to increase the speed of ascent and in aircraft with take-off and short landing, but does not ensure the detachment of the boundary layer, vortex losses are not avoided even at relatively low incidences, and aircraft currently using it have a high consumption compared to conventional aircraft.

3) Utilizarea sistemului cu fantă bord de atac unde aerul ce trece prin fantă este dirijat pe extrados în sensul scurgerii, nu are nevoie de aer comprimat și de compresor, dar este eficientă doar într-o gamă limitată de incidențe de zbor.3) The use of the dashboard system where the air passing through the slot is directed to the extrados in the direction of leakage, does not need compressed air and compressor, but is effective only in a limited range of flight incidences.

4) Crearea de vârtejuri transversale (față de direcția de zbor), este practicată pentru devierea vârtejurilor longitudinale care se deplasează în contrasens fața de scurgerile aerodinamice, le frânează și pot anula portanța. Deplasarea laterală a vârtejurilor (realizarea unei componente laterale a vitezei) se obține prin forma trapezoidală a aripii. Și această tehnică este eficientă doar într-o gamă limitată de incidențe de zbor.4) The creation of transverse vortices (relative to the direction of flight), is practiced for the deviation of longitudinal vortices that move in the opposite direction to the aerodynamic leaks, slow them down and can cancel the lift. The lateral displacement of the vortices (realization of a lateral component of the speed) is obtained by the trapezoidal shape of the wing. And this technique is effective only in a limited range of flight incidences.

Procedeul conform invenției înlătură deficiențele și limitele procedeelor și sistemelor existente de suflaj aerodinamic , prin aceea că, bazat pe cunoașterea și aplicarea principiilor din noul capitol „Aeroelectrodinamica aparatelor de ^2009-00268-3 Ο -03- 2009 zbor” rezultat al cunoașterii naturii electrostatice a efectului Coandă, asigură nedesprinderea stratului limită indiferent de incidență și posibilitatea realizării decolării și aterizării scurte sau chiar pe verticală. Potrivit acestor principii, cu cât diferențele de potențial și câmpul electrostatic pe suprafețele aparatelor de zbor sunt mai mari, cu atât aderența fluxului de aer este mai mare. Potrivit procedeului ce face obiectul invenției, se asigură aspirarea continuă a stratului limită la parametrii necesari nedesprinderii stratului limită prin unul sau mai multe propulsoare turboventilatoare,turbopropulsoare sau cu elice, amplasate în tandem, primele în bordul de atac și celelalte la extremitatea din spate a aparatului de zbor, cele din bordul de atac debitând aer comprimat prelevat de la suflantele propulsoarelor pe extrados, contribuind la creșterea vitezei scurgerilor și a potențialului câmpului electrostatic iar cele amplasate în spate aspiră continuu stratul limită. în funcție de determinările experimentale de repartiția presiunilor și a potențialului câmpului electrostatic pe suprafețele aerodinei, se alcătuiește integrala presiunii și a diferențelor de potențial și se determină coeficienții de rezistență la înaintare și respectiv de portanță la diferite unghiuri de atac. Apoi se modelează suprafața exterioară, experimental, sau prin simulare numerică pe calculator, până la obținerea parametrilor optimi.The process according to the invention removes the shortcomings and limitations of existing aerodynamic blowing processes and systems, in that, based on the knowledge and application of the principles of the new chapter "Aeroelectrodynamics of aircraft" resulting from the knowledge of the nature of electrostatics of the Coandă effect, ensures the non-detachment of the boundary layer regardless of the incidence and the possibility of short or even vertical take-off and landing. According to these principles, the greater the potential differences and the electrostatic field on the surfaces of the aircraft, the greater the adhesion of the air flow. According to the process object of the invention, the continuous aspiration of the boundary layer is ensured at the parameters necessary not to detach the boundary layer by one or more turbofan, turboprop or propeller propellers, placed in tandem, the first in the attack board and the others at the rear end of the apparatus. of flight, those in the attack board delivering compressed air taken from the blowers of the propellers on the extrados, contributing to the increase of the leakage speed and the potential of the electrostatic field and those located in the back continuously aspirate the boundary layer. Depending on the experimental determinations of the distribution of the pressures and the potential of the electrostatic field on the aerodynamic surfaces, the integral of the pressure and the potential differences is compiled and the coefficients of resistance to advance and bearing capacity at different angles of attack are determined. Then the outer surface is modeled, experimentally, or by numerical simulation on the computer, until the optimal parameters are obtained.

Se dă în cele ce urmează un exemplu de realizare a invenției în legătură cu Fig.l, 2, 3 și 4, care reprezintă;The following is an embodiment of the invention in connection with Fig. 1, 2, 3 and 4, which represent;

- Fig.l, un desen în perspectivă a unei aerodine ce utilizează procedeul ce face obiectul invenției,- Fig. 1, a perspective drawing of an airframe using the process which is the subject of the invention,

- Fig.2, un desen în trei vederi a aerodinei din Fig.l,- Fig.2, a three-view drawing of the aerodynamic of Fig.l,

- Fig.3, schiță ce prezintă prelevarea aerului de la propulsoarele din față și inițierea suflajului pe extrados,- Fig. 3, sketch showing the sampling of air from the front thrusters and the initiation of blowing on the extrados,

- Fig.4, schiță ce prezintă felul cum sunt amplasate propulsoarele din spate pentru absorbirea continuă a stratului limită.- Fig.4, sketch showing the way the rear thrusters are placed for the continuous absorption of the boundary layer.

Aparatul de zbor conform invenției cuprinde : corpul aerodinei 1, propulsoarele din față 2, propulsoarele din spate 3, ajutajul de prelevare a aerului comprimat 4, fanta pentru suflaj pe extrados 5, ampenajele orizontale 6 și bideriva 7. Motoarele nu sunt reprezentate detaliat, nu fac obiectul revendicărilor, fiind din punct de vedere al soluțiilor constructive de felul celor deja cunoscute, diferind doar modul de adaptare al lor la cerințele impuse de procedeul și noul fel de aparat de zbor conform invenției. Nu sunt reprezentate nici dispozitivele de control prin jet și sistemul automat de control al comenzilor pentru motoare și dispozitive și acestea fiind de felul celor deja cunoscute.The aircraft according to the invention comprises: the airframe 1, the front thrusters 2, the rear thrusters 3, the compressed air sampling nozzle 4, the extrados blower 5, the horizontal tailpipes 6 and the derailleur 7. The engines are not shown in detail, no are the subject of the claims, being from the point of view of constructive solutions of the kind already known, differing only in their adaptation to the requirements imposed by the process and the new type of aircraft according to the invention. Jet control devices and automatic control system for motors and devices are also not represented, as they are already known.

Potrivit invenției, corpul aparatului de zbor deși poate avea oricare dintre formele cunoscute, este recomandat sa fie acela de aerodină lenticulară sub formă de potcoavă ca în Fig.l sau circulară, iar pentru propulsoare, cele mai potrivite motoare pentru această categorie de aparate de zbor sunt cele turboventilatoare cu raport mare de diluție, în ansamblu cu suflante colaterale acționate de motorul central, fiecare ansamblu având la ieșire un ajutaj comun 8 dotat cu voleți 9 pentru orientarea jetului schițat în Fig.2-detaliu A-, caracterul de noutate fiind dat de amplasarea motoarelor în tandem potrivit principiului peAccording to the invention, the body of the aircraft, although it can have any of the known shapes, is recommended to be that of a horseshoe-shaped lenticular aerodynamic as in Fig. 1 or circular, and for engines, the most suitable engines for this category of aircraft. are the turbofans with high dilution ratio, as a whole with collateral blowers driven by the central engine, each assembly having at the outlet a common nozzle 8 equipped with flaps 9 for the orientation of the jet sketched in Fig.2-detail A-, the novelty being given by placing tandem motors according to the principle on

care se bazează invenția, astfel încât aerul comprimat debitat de propulsorul din față prin suflaj pe întreaga suprafața a extradosului să fie absorbit împreună cu stratul limită de către propulsorul din spate asigurându-se astfel stabilitatea stratului limită și implicit a aparatului de zbor. Decolarea șî aterizarea scurtă (DAS) sau decolarea și aterizarea verticală (DAV) se realizează cu procedeele cunoscute, prin folosirea tracțiunii vectoriale, propulsoarele fiind dotate cu voleții 9 de orientare a jetului și dispozitive de control prin jet.which is the basis of the invention, so that the compressed air discharged by the front thruster by blowing over the entire surface of the extrados is absorbed together with the boundary layer by the rear thruster thus ensuring the stability of the boundary layer and implicitly of the aircraft. Short take-off and landing (DAS) or vertical take-off and landing (DAV) are performed by known procedures, using vector traction, the thrusters being equipped with jet orientation flaps 9 and jet control devices.

Se recomandă ca toate motoarele și dispozitivele de control prin jet să fie dirijate prin calculator electronic —sistem FADEC (Full Authority Digital Engine Control)-, sistem cunoscut și aplicat la aparatele de zbor cu decolare și aterizare verticală (DAV).It is recommended that all jet engines and control devices be controlled by an electronic computer — FADEC (Full Authority Digital Engine Control) system — a system known and applied to vertical take-off (DAV) aircraft.

Prin construirea aparatului de zbor conform invenției se obțin următoarele avantaje:The following advantages are obtained by constructing the aircraft according to the invention:

- se asigură nedesprinderea stratului limită indiferent de incidență,- ensure that the boundary layer is not detached regardless of the incidence,

- creșterea mare a stabilității,- high stability increase,

- evitarea pierderilor de energie datorate vârtejurilor, reduceri însemnate ale consumului de combustibil și creșterea randamentului zborului.- avoidance of energy losses due to vortices, significant reductions in fuel consumption and increased flight efficiency.

- decolarea și aterizarea DAV sau DAS chiar și de pe suprafețe neamenajate.- take-off and landing DAV or DAS even from undeveloped surfaces.

Claims

2 6 8 - 3 Ο -Q3- 2009

demand

1. A method of ensuring the stability of airplanes at any incidence, characterized in that, unlike the procedures known so far, it ensures that the boundary layer does not detach regardless of incidence and also the possibility of short or even vertical take-off and landing by concomitant and continuous blowing and suction. the surfaces of the aircraft, with the application of the principles of aeroelectrodynamics and the use of tandem thrusters located at the extremities.

Aircraft according to claim 1, characterized in that its propulsion system consists of two distinct parts, one located at the front and the other at the rear, the first having the role of blowing the extrados and the second operating in tandem with the first continuously aspirating the boundary layer ensures its non-detachment and the stability of the aerodyne.