RU196133U1

RU196133U1 - DEVICE FOR CONTROL OF A HYPERSONIC AIRCRAFT FLOW CONTROL

Info

Publication number: RU196133U1
Application number: RU2019114612U
Authority: RU
Inventors: Николай Анатольевич Галкин; Владимир Вячеславович Юдин; Илья Владимирович Бородин; Арслан Тимурович Караханов; Даниил Вячеславович Крылов
Priority date: 2019-05-13
Filing date: 2019-05-13
Publication date: 2020-02-18

Abstract

Полезная модель относится к области ракетной и космической техники. Технический результат - упрощение конструкции при одновременном уменьшении массовых затрат на управление обтеканием ГЛА. Это обеспечивается тем, что известное устройство для управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата, имеющее осесимметричную носовую часть 1, содержащее систему управления 5, предлагается снабдить центральным 3 и дополнительными 4 стержневыми ультразвуковыми излучателями, размещенными неподвижно в цилиндрических каналах 2 заподлицо с поверхностью носовой части 1 аппарата.The utility model relates to the field of rocket and space technology. The technical result is a simplification of the design while reducing the mass cost of managing the flow around the GLA. This is ensured by the fact that the known device for controlling the flow around a hypersonic aircraft, having an axisymmetric nose 1, containing a control system 5, it is proposed to provide a central 3 and additional 4 rod ultrasonic emitters, which are stationary in the cylindrical channels 2 flush with the surface of the nose 1 of the device.

Description

Полезная модель относится к области ракетной и космической техники. Преимущественная область использования - совершенствование аэродинамических характеристик маневрирующих в атмосфере гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА) на основе управления их обтеканием.The utility model relates to the field of rocket and space technology. The predominant area of use is the improvement of the aerodynamic characteristics of hypersonic aircraft maneuvering in the atmosphere based on the control of their flow around.

Известны устройства для управления обтеканием летательных аппаратов (Краснов Н.Ф. и др. Аэродинамика отрывных течений: Уч. пособие для втузов (Н.Ф. Краснов, В.Н. Кошевой, В.Т. Калугин; Под ред. Н.Ф. Краснова. - М.: Высшая школа, 1988. - 480 с.), содержащие выдвижные аэродинамические поверхности (закрылки, интерцепторы, аэродинамические юбки и иглы). Недостатками указанных устройств являются сложность конструкции, большая дополнительная масса, нестабильность аэродинамических характеристик, снижающая статическую устойчивость ГЛА.Known devices for controlling the flow around aircraft (Krasnov N.F. et al. Separate currents aerodynamics: Textbook for technical colleges (N.F. Krasnov, V.N. Koshevoi, V.T. Kalugin; Edited by N.F. Krasnova. - Moscow: Vysshaya Shkola, 1988. - 480 p.), Containing retractable aerodynamic surfaces (flaps, spoilers, aerodynamic skirts and needles). The disadvantages of these devices are the design complexity, large additional mass, and the instability of aerodynamic characteristics, which reduces static GLA stability.

Известно устройство для управления аэродинамическим сопротивлением (Патент RU 2144652 от 21.01. 2000 г.), содержащее носовую часть с размещенным в ней направляющим каналом, аэродинамические иглы, размещенные в устройстве для хранения и подачи аэродинамических игл, устройство для хранения и подачи аэродинамических игл с емкостью для сжатого газа и систему управления, причем устройство для хранения и подачи аэродинамических игл выполнено в виде неподвижного цилиндрического герметичного корпуса, а емкость для сжатого газа соединена через клапан с подающим каналом, конец которого присоединен к направляющему каналу и снабжен датчиком положения аэродинамической иглы. За счет обеспечения постоянной длины выдвинутой части аэродинамической иглы сохраняется постоянным положение центра давления ГЛА и, тем самым, повышается его статическая устойчивость. Недостатками указанного устройства является то, что наличие и использование сжатого газа существенно снижает взрывобезопасность устройства в целом, а размещение устройства хранения и подачи аэродинамических игл, содержащего емкость для сжатого газа, требует дополнительного объема в корпусе аппарата, что снижает плотность компоновки аппарата и усложняет конструкцию в целом.A device for controlling aerodynamic drag is known (Patent RU 2144652 dated January 21, 2000), comprising a nose with a guide channel placed therein, aerodynamic needles placed in a device for storing and feeding aerodynamic needles, a device for storing and feeding aerodynamic needles with a container for compressed gas and a control system, the device for storing and feeding aerodynamic needles is made in the form of a stationary cylindrical sealed housing, and the container for compressed gas is connected through a valve to the feed channel, the end of which is connected to the guide channel and is equipped with a position sensor for the aerodynamic needle. By ensuring a constant length of the extended part of the aerodynamic needle, the position of the GLA pressure center is kept constant and, thereby, its static stability is increased. The disadvantages of this device is that the presence and use of compressed gas significantly reduces the explosion safety of the device as a whole, and the placement of a device for storing and feeding aerodynamic needles containing a container for compressed gas requires additional volume in the device’s body, which reduces the density of the device’s arrangement and complicates the design whole.

Наиболее близким к заявленному устройству является устройство для управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата (Патент RU 2268847 от 27.01.2006 г.), содержащее осесимметричную носовую часть, центральную и дополнительные аэродинамические иглы, выполненные в виде тонких цилиндрических стержней. Аэродинамические иглы расположены в цилиндрических каналах, выполненных в носовой части, причем один из каналов расположен на оси симметрии, а остальные - на расстоянии от оси симметрии и равномерно по окружности с центром на оси симметрии. Каждый из каналов снабжен механизмом подачи аэродинамических игл навстречу набегающему потоку с возможностью выдвижения каждой из игл для составления конфигурации набора аэродинамических игл, необходимой для совместной их работы по управлению обтеканием гиперзвукового летательного аппарата. Работу устройства обеспечивает система управления. Устройство обеспечивает неизменную координату центра давления гиперзвукового летательного аппарата, снижение силы лобового сопротивления и создание управляющих усилий и моментов для маневрировании в атмосфере.Closest to the claimed device is a device for controlling the flow around a hypersonic aircraft (Patent RU 2268847 dated January 27, 2006), which contains an axisymmetric nose, central and additional aerodynamic needles made in the form of thin cylindrical rods. Aerodynamic needles are located in cylindrical channels made in the bow, and one of the channels is located on the axis of symmetry, and the others are located at a distance from the axis of symmetry and uniformly around the circle with a center on the axis of symmetry. Each of the channels is equipped with a mechanism for feeding aerodynamic needles towards the incoming flow with the possibility of extending each of the needles to make up the configuration of a set of aerodynamic needles necessary for their joint work on controlling the flow around a hypersonic aircraft. The operation of the device provides a control system. The device provides an invariable coordinate of the center of pressure of a hypersonic aircraft, reducing the drag force and creating control forces and moments for maneuvering in the atmosphere.

Существенным недостатком указанного устройства является сложность конструкции, что приводит к увеличению дополнительной массы на управление и утяжеляет наконечник ГЛА. Также следует отметить снижение прочностных и теплотехнических характеристик конструкции наконечника ГЛА, воспринимающего основную тепловую нагрузку при движении на гиперзвуковых скоростях.A significant drawback of this device is the design complexity, which leads to an increase in the additional mass for control and makes the GLA tip heavier. It should also be noted a decrease in the strength and thermal characteristics of the design of the GLA tip, which perceives the main heat load when moving at hypersonic speeds.

Задачей полезной модели является упрощение конструкции при одновременном уменьшении массовых затрат на управление обтеканием ГЛА.The objective of the utility model is to simplify the design while reducing the mass cost of controlling the flow around the GLA.

Известно (Шутилов В.А. Основы физики ультразвука. - Л.: Из-во Ленинградского университета, 1980. - 280 с.), что вследствие малости длины ультразвуковой волны ультразвук может излучаться в виде узких направленных пучков (реализуется продольная волна - колебания частиц среды происходят в направлении распространения волны). Амплитуда скорости и ускорения колебаний движущихся частиц среды, а также амплитуда звукового давления в ультразвуковой волне во много раз больше соответствующих величин для слышимых звуков. Силы давления ультразвука совершают положительную работу. В процессе излучения ультразвука колеблющимся источником (излучателем, осциллятором) его энергия передается прилегающей среде в форме звуковой энергии. Следовательно, ультразвуковое излучение создает давление на среду, зависящее от характеристик излучателя. Чем больше частота и амплитуда колебаний, тем больше давление на среду излучателя. Регулируя характеристики излучателя, можно изменять расстояние скачка уплотнения до носовой части ГЛА и его конфигурацию, что позволяет обеспечивать неизменную координату центра давления гиперзвукового летательного аппарата, снижение силы лобового сопротивления или создание управляющих усилий и моментов для маневрирования в атмосфере.It is known (V. Shutilov, Fundamentals of Physics of Ultrasound. - L .: Because of Leningrad University, 1980. - 280 p.) That due to the small length of the ultrasonic wave, ultrasound can be emitted in the form of narrow directed beams (a longitudinal wave is realized - particle oscillations media occur in the direction of wave propagation). The amplitude of the speed and acceleration of vibrations of moving particles of the medium, as well as the amplitude of sound pressure in an ultrasonic wave are many times greater than the corresponding values for audible sounds. Ultrasound pressure forces do a positive job. In the process of ultrasound emission by an oscillating source (emitter, oscillator), its energy is transferred to the surrounding medium in the form of sound energy. Therefore, ultrasonic radiation creates pressure on the medium, depending on the characteristics of the emitter. The greater the frequency and amplitude of the oscillations, the greater the pressure on the medium of the emitter. By adjusting the characteristics of the emitter, you can change the distance of the shock wave to the nose of the GLA and its configuration, which allows you to provide an invariable coordinate of the center of pressure of a hypersonic aircraft, a decrease in drag, or the creation of control forces and moments for maneuvering in the atmosphere.

Сущность полезной модели состоит в том, что известное устройство для управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата, имеющее осесимметричную носовую часть, содержащее систему управления, предлагается снабдить центральным и дополнительными стержневыми ультразвуковыми излучателями, размещенными неподвижно в цилиндрических каналах заподлицо с поверхностью носовой части аппарата.The essence of the utility model is that the known device for controlling the flow around a hypersonic aircraft, having an axisymmetric nose, containing a control system, is proposed to be equipped with central and additional rod ultrasonic emitters, which are mounted motionless in cylindrical channels flush with the surface of the nose of the device.

Положительный эффект предлагаемого устройства заключается в том, что замена аэродинамических игл на стержневые ультразвуковые излучатели, размещенные неподвижно в цилиндрических каналах заподлицо с поверхностью носовой части аппарата, позволяет исключить необходимость механизмов подачи игл, что упрощает конструкцию устройства и уменьшает дополнительную массу на управление обтеканием ГЛА, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень».The positive effect of the proposed device lies in the fact that the replacement of aerodynamic needles with rod ultrasonic emitters placed motionless in cylindrical channels flush with the surface of the bow of the apparatus eliminates the need for needle feed mechanisms, which simplifies the design of the device and reduces the additional mass for controlling the flow around the GLA, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step".

На фиг. 1 показан общий вид устройства для управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата.In FIG. 1 shows a general view of a device for controlling the flow around a hypersonic aircraft.

На фиг. 2 показан вид спереди устройства для управления обтеканием гиперзвукового летательного аппарата.In FIG. 2 shows a front view of a device for controlling flow around a hypersonic aircraft.

Устройство состоит из осесимметричной носовой части 1, вдоль продольной оси которой и по периферии на расстоянии от оси симметрии по окружности расположены цилиндрические каналы 2. В цилиндрических каналах 2 заподлицо с поверхностью носовой части 1 аппарата неподвижно размещаются центральный 3 и дополнительные 4 стержневые ультразвуковые излучатели. В конце носовой части 1 на шпангоутах крепится система управления 5.The device consists of an axisymmetric nose 1, along the longitudinal axis of which and on the periphery at a distance from the axis of symmetry around the circumference there are cylindrical channels 2. In the cylindrical channels 2 flush with the surface of the nose 1 of the apparatus the central 3 and additional 4 rod ultrasonic emitters are stationary. At the end of the bow 1, a control system 5 is attached to the frames.

Функционирование устройства заключается в следующем. По сигналу от системы управления 5 в соответствии с программой подается напряжение от бортового источника питания ГЛА на заданную комбинацию ультразвуковых излучателей 3(4). Ультразвуковое излучение создает давление на среду, зависящее от характеристик излучателей. Чем больше частота и амплитуда колебаний, тем больше давление на среду и тем дальше отходит скачок уплотнения от носовой части 1. Программно регулируя характеристики излучателей 3(4), можно изменять расстояние скачка уплотнения до носовой части 1 ГЛА, создавая требуемую конфигурацию скачков уплотнения.The operation of the device is as follows. According to the signal from the control system 5, in accordance with the program, voltage is supplied from the onboard power supply of the GLA to a given combination of ultrasonic emitters 3 (4). Ultrasonic radiation creates a pressure on the medium, depending on the characteristics of the emitters. The greater the frequency and amplitude of the oscillations, the greater the pressure on the medium and the farther the shock wave moves away from the nose 1. By programmatically adjusting the characteristics of the emitters 3 (4), you can change the distance of the shock wave to the nose 1 of the GLA, creating the desired configuration of the shock waves.

Предлагаемая конструктивная схема устройства для управления обтеканием ГЛА может быть использована при разработке и проектировании космических спускаемых аппаратов, осуществляющих планирующий спуск в атмосфере, при разработке и проектировании воздушно-космических самолетов, а также при разработке новых типов элементов боевого оснащения ракет.The proposed structural scheme of the device for controlling the flow around the GLA can be used in the development and design of space launch vehicles, which carry out planning descent in the atmosphere, in the development and design of aerospace aircraft, as well as in the development of new types of elements for military equipment of rockets.

Claims

A device for controlling the flow around a hypersonic aircraft having an axisymmetric nose containing a control system, characterized in that it is provided with a central and additional rod ultrasonic emitters, which are stationary in the cylindrical channels flush with the surface of the nose of the device.