RU2015942C1 - Apparatus to control boundary layer on aerodynamic surface of aircraft - Google Patents

Apparatus to control boundary layer on aerodynamic surface of aircraft Download PDF

Info

Publication number
RU2015942C1
RU2015942C1 SU5004220/23A SU5004220A RU2015942C1 RU 2015942 C1 RU2015942 C1 RU 2015942C1 SU 5004220/23 A SU5004220/23 A SU 5004220/23A SU 5004220 A SU5004220 A SU 5004220A RU 2015942 C1 RU2015942 C1 RU 2015942C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vortex
receiver
flow
chambers
canal
Prior art date
Application number
SU5004220/23A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Л.Н. Щукин
А.П. Шибанов
И.Л. Щукин
В.Г. Карелин
А.И. Савицкий
А.М. Масс
Р.М. Пушкин
С.В. Фищенко
Original Assignee
Научно-производственное предприятие "Триумф"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-производственное предприятие "Триумф" filed Critical Научно-производственное предприятие "Триумф"
Priority to SU5004220/23A priority Critical patent/RU2015942C1/en
Priority to CA002098278A priority patent/CA2098278A1/en
Priority to EP92922809A priority patent/EP0564662B1/en
Priority to ES92922809T priority patent/ES2115681T3/en
Priority to DE69224515T priority patent/DE69224515T2/en
Priority to JP5507631A priority patent/JPH07503427A/en
Priority to PCT/RU1992/000186 priority patent/WO1993008076A1/en
Priority to US08/070,417 priority patent/US5417391A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2015942C1 publication Critical patent/RU2015942C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: aviation. SUBSTANCE: apparatus has swirl chamber 1, made in the form of a cavity, located in rear part of the aerodynamic surface and connected with a low pressure source 4. A streamlined body 2 is placed in swirl chamber 1. Space between bode 2 and walls of the chamber forms ring-shaped canal 3. Several swirl chambers may be positioned on surface of the rear part. In the case chambers are provided with spillways 6 with exits into common for all chambers gas dynamic canal 7, connected with source of low pressure 4. Spillway 6 with walls of the gas dynamic canal are functioning a ejectors. The gas dynamic canal may be made in the form of a canal with receiver 8. In the case, entering the receiver part of the canal from ejectors side is made in the form of diffuser 9. The receiver may be communicated with area of low pressure in flowing around stream by canals 10 with control shutters 11. Turning shutters 12 and 13 may be mounted in canals 7 and ejectors. Source of low pressure may be made as ejector 16, formed at the entrance in the diffuser of turbine-jet engine 15. EFFECT: apparatus ensures aircraft aerodynamic surface continuous air streamlining with low energy consumption. 6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к авиации, а именно к устройствам управления пограничным слоем для изменения аэродинамических характеристик летательного аппарата (ЛА). The invention relates to aviation, and in particular to boundary layer control devices for changing the aerodynamic characteristics of an aircraft.

При обтекании потоком воздуха толстых аэродинамических профилей в кормовой части реализуется течение с положительным градиентом давления, который препятствует движению газа в области пограничного слоя, где скорости относительно малы. Результатом такого воздействия могут быть отрыв пограничного слоя от поверхности в кормовой части и, как следствие, значительное увеличение аэродинамического сопротивления профиля при снижении подъемной силы, что вместе приводит к снижению аэродина- мического качества обтекаемой поверхности. When air flows around thick aerodynamic profiles in the stern, a flow with a positive pressure gradient is realized, which prevents the gas from moving in the region of the boundary layer, where the velocities are relatively small. The result of such an impact can be the separation of the boundary layer from the surface in the stern and, as a result, a significant increase in the aerodynamic drag of the profile with a decrease in lift, which together leads to a decrease in the aerodynamic quality of the streamlined surface.

Для улучшения аэродинамических характеристик профилей, при обтекании которых положительный градиент давления в потоке вызывает в кормовой части профиля отрыв пограничного слоя от поверхности, прибегают к отсосу пограничного слоя с поверхности, что приводит к увеличению скорости в пристеночной области и позволяет потоку преодолевать без отрыва реализуемые в кормовой части положительные градиенты давления. Для отсоса пограничного слоя с поверхности перфорирует достаточно разнообразная форма отверстий и щелей, используемых для перфорации. Перфорированная поверхность сообщена с камерой разрежения, размещенной во внутренней поверхности обтекаемого профиля. Такое конструктивное решение позволяет осуществить необходимый отбор массы из пристеночной области пограничного слоя (отсос) улучшить условия обтекания профиля. To improve the aerodynamic characteristics of the profiles, during the flow of which a positive pressure gradient in the flow causes the separation of the boundary layer from the surface in the aft part of the profile, they resort to suction of the boundary layer from the surface, which leads to an increase in the velocity in the near-wall region and allows the flow to overcome the separation realized in the feed parts are positive pressure gradients. For the boundary layer to be sucked off, a rather diverse shape of the holes and slots used for perforation is perforated. The perforated surface is in communication with the rarefaction chamber located in the inner surface of the streamlined profile. Such a constructive solution allows the necessary selection of mass from the near-wall region of the boundary layer (suction) to improve the flow around the profile.

Известно работающее по описанному выше принципу устройство управления пограничным слоем, выполненное в виде ряда расположенных с внутренней стороны профиля вихревых камер с отверстиями, размещенными поперек внешнего потока (1). It is known that the boundary layer control device operating according to the principle described above is made in the form of a series of vortex chambers located on the inside of the profile with openings placed across the external flow (1).

Вихревое движение внутри камер поддерживается за счет гидродинамического взаимодействия вихревого движения в камере с внешним течением в зоне отверстия. При этом скорость внешнего потока в пристеночной области возрастает, что приводит к безотрывному обтеканию профиля. The vortex motion inside the chambers is supported by the hydrodynamic interaction of the vortex motion in the chamber with the external flow in the zone of the hole. In this case, the external flow velocity in the wall region increases, which leads to a continuous flow around the profile.

Однако известное устройство имеет недостатки, основными из которых являются: сложность конструкции, высокий уровень сопротивления профиля и большие энергозатраты на отсос вихревого потока. However, the known device has disadvantages, the main of which are: design complexity, a high level of profile resistance and high energy consumption for suction of the vortex flow.

Сложность конструкции состоит в большом количестве вихревых камер и камер отбора массы. The complexity of the design consists in a large number of vortex chambers and mass selection chambers.

Высокий уровень сопротивления возникает из-за значительного профильного сопротивления, обусловленного плохо обтекаемой квадратной формой камеры, и из-за увеличения сопротивления трения на поверхности вихревых камер. A high level of resistance arises from a significant profile resistance due to the poorly streamlined square shape of the chamber, and due to an increase in the friction resistance on the surface of the vortex chambers.

Большие энергозатраты на отсос потока объясняются большим сопротивлением магистралей, соединяющих вихревые камеры с источником низкого давления. Дросселирующий эффект магистралей особенно велик для звукового течения, реализующегося в известном устройстве. Кроме того, при малых скоростях внешнего потока и небольших значениях положительного градиента давления энергосистема устройства работает в неэкономическом режиме, так как она, настроенная на максимальные значения скоростей потока и градиентов давления, осуществляет отсос больше необходимого, что приводит к излишним энергозатратам. The high energy consumption for the flow suction is explained by the high resistance of the lines connecting the vortex chambers to a low pressure source. The throttling effect of the highways is especially great for the sound flow realized in a known device. In addition, at low external flow rates and small values of a positive pressure gradient, the device’s energy system operates in a non-economic mode, since it, tuned to the maximum values of flow velocities and pressure gradients, sucks more than necessary, which leads to excessive energy consumption.

Известно устройство управления пограничным слоем, в котором вихревые камеры цилиндрической формы, что позволяет уменьшить их профильное сопротивление (2). Однако из-за малой величины щели, соединяющей пристеночную область потока с вихревой камерой, область взаимодействия течения в камере и внешнего потока является недостаточно протяженной, чтобы в случае больших положительных градиентов давления обеспечить необходимое увеличение скорости потока в приcтеночной области для предотвращения отрыва пограничного слоя. A boundary layer control device is known in which vortex chambers are cylindrical in shape, which makes it possible to reduce their profile resistance (2). However, due to the small size of the gap connecting the near-wall region of the flow with the vortex chamber, the region of interaction between the flow in the chamber and the external flow is not sufficiently extended so that, in the case of large positive pressure gradients, the necessary increase in the flow velocity in the near-wall region is possible to prevent separation of the boundary layer.

Известно устройство управления пограничным слоем, в котором множество вихревых камер с отверстиями, соединяющими их полость с пристеночным течением, образуют аэродинамический профиль в виде волнистой поверхности с установленным в ее лобовой поверхности вихреобразователем (3). A boundary layer control device is known in which a plurality of vortex chambers with openings connecting their cavity with a wall flow form an aerodynamic profile in the form of a wavy surface with a vortex generator installed in its frontal surface (3).

В этом устройстве устранен недостаток, связанный с малой протяженностью области взаимодействия внешнего и внутреннего вихревого потока, однако оно не может использоваться для широкого диапазона режимов течений, так как частота схода вихрей с вихреобразователем должна совпадать с частотой прохождения внешним потоком волнообразных структур поверхности, что может быть реализовано конструкцией только для одного режима обтекания. This device eliminates the disadvantage associated with the small extent of the interaction region of the external and internal vortex flow, however, it cannot be used for a wide range of flow regimes, since the frequency of vortex vanishing with the vortex generator must coincide with the frequency of passage of the wave-like surface structures by the external flow, which can be implemented by design for only one flow mode.

Известно устройство управления пограничным слоем, примененное в конструкции ЛА, выполненного в виде толстого аэродинамического профиля с размещенными в его кормовой части ряда щелевых канавок, расположенных перпендикулярно потоку и соединенных с источником низкого давления (4). Недостатками этого устройства являются большие энергетические затраты, обусловленные большим перепадом давления, который преодолевается пристеночным потоком, так как отсос воздуха производится в местах обтекаемой поверхности, где давление минимальное, а вдув - в местах, где давление максимальное. Большие энергозатраты не позволяют получить высокое аэродинамическое качество ЛА. A boundary layer control device is known that is used in the design of aircraft, made in the form of a thick aerodynamic profile with a number of slotted grooves located in its aft part located perpendicular to the flow and connected to a low pressure source (4). The disadvantages of this device are the high energy costs due to the large pressure drop that is overcome by the near-wall flow, since air is sucked out in places of a streamlined surface, where the pressure is minimum, and blowing in places where the pressure is maximum. Large energy costs do not allow to obtain high aerodynamic quality of the aircraft.

Задача изобретения состоит в создании устройства управления пограничным слоем, обеспечивающего при малых энергозатратах безотрывное обтекание аэродинамической поверхности ЛА. Это достигается тем, что в устройстве управления пограничным слоем, содержащим вихревую камеру, выполненную в форме полости, в кормовой части поверхности и сообщенной с источником низкого давления в полости вихревой камеры размещено удобообтекаемое тело с образованием между стенками камеры и поверхностью тела кольцевого вихревого канала. The objective of the invention is to create a boundary layer control device that ensures, at low energy consumption, a continuous flow around the aerodynamic surface of an aircraft. This is achieved by the fact that in the boundary layer control device containing a vortex chamber made in the form of a cavity, a streamlined body is placed in the aortic chamber cavity in communication with the low pressure source in the vortex chamber cavity with the formation of an annular vortex channel between the chamber walls and the body surface.

Устройство может содержать несколько вихревых камер, размещенных друг за другом, при этом вихревые камеры должны быть снабжены эжекторами в форме каналов, соединяющих их полости с проточной частью общего для всех камер газодинамического тракта, сообщенного с источником низкого давления. The device may contain several vortex chambers placed one after another, while the vortex chambers must be equipped with ejectors in the form of channels connecting their cavities with the flow part of the common gas-dynamic path communicated to all chambers, connected to a low pressure source.

Газодинамический тракт может быть выполнен в виде канала с ресивером, при этом входная часть канала в ресивер со стороны эжекторов выполнена в виде диффузора. The gas-dynamic path can be made in the form of a channel with a receiver, while the input part of the channel to the receiver from the ejectors is made in the form of a diffuser.

Желательно соединить полость ресивера с областью низкого давления над обтекаемой поверхностью каналами с управляе- мыми на выходе каналов заслонками. В каналах газодинамического тракта целесообразно разместить управляющие заслонки. It is advisable to connect the receiver cavity with the low-pressure region above the streamlined surface of the channels with the dampers controlled at the channel exit. It is advisable to place control dampers in the channels of the gas-dynamic path.

Источник низкого давления может быть выполнен в виде эжектора, расположенного во входном диффузоре турбореактивного двигателя. The low pressure source can be made in the form of an ejector located in the inlet diffuser of a turbojet engine.

Наличие обтекаемого тела в полости вихревой камеры позволяет за счет естественного градиента давления получить циркуляционный режим течения, обеспечива- ющий безотрывное обтекание поверхности при малых уровнях отсоса и тем самым снизить энергозатраты в несколько раз по сравнению с прототипом. The presence of a streamlined body in the cavity of the vortex chamber allows, due to the natural pressure gradient, to obtain a circulating flow regime that ensures continuous flow around the surface at low suction levels and thereby reduce energy consumption by several times compared to the prototype.

Применение системы из нескольких вихревых камер, снабженных эжекторами, объединенными общим газодинамическим трактом, позволяет еще более снизить энергозатраты. The use of a system of several vortex chambers equipped with ejectors, united by a common gas-dynamic path, can further reduce energy costs.

Система эжекторов с единым газодинамическим трактом позволяет использовать для эжекции высоконапорный воздух, отбираемый в больших количествах из кормовых ячеек, что также снижает энергозатраты на отсос. The system of ejectors with a single gas-dynamic path allows the use of high-pressure air, which is taken in large quantities from the feed cells, for ejection, which also reduces the energy consumption for suction.

Наличие диффузора позволяет восстановить давление в ресивере, что ведет к снижению потребного уровня пониженного давления, обеспечиваемого источником отсоса, и тем самым дополнительно уменьшает энергозатраты. The presence of a diffuser allows you to restore the pressure in the receiver, which leads to a decrease in the required level of reduced pressure provided by the suction source, and thereby further reduces energy consumption.

Соединение ресивера с областью низкого давления в потоке, обтекающем поверхность, позволяет сбросить часть отсасываемого воздуха в эту область, обеспечив еще большее снижение энергозатрат на работу источника отсоса. The connection of the receiver with the low-pressure region in the stream flowing around the surface allows one to discharge part of the suction air into this region, providing an even greater reduction in energy consumption for the operation of the suction source.

Использование в системе управляющих заслонок позволяет оптимизировать уровни отсоса на различных режимах обтекания. Кроме того, наличие заслонок при торможении летательного аппарата обеспечивает частичный или полный отрыв потока (в зависимости от интенсивности торможения) при незначительном снижении подъемной силы. The use of control flaps in the system allows optimizing suction levels at various flow modes. In addition, the presence of flaps during braking of the aircraft provides a partial or complete separation of the flow (depending on the intensity of braking) with a slight decrease in lift.

Использование в качестве источника низкого давления эжектора на входе турбореактивного двигателя позволяет получить эффективный источник отсоса. The use of an ejector at the inlet of a turbojet engine as a source of low pressure makes it possible to obtain an effective source of suction.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено сечение ЛА в виде толстого аэродинамического профиля с устройством управления пограничным слоем с четырьмя вихревыми камерами, расположенными на кормовой части поверхности; на фиг. 2 - сечение одной из вихревых камер с эжектирующим каналом; на фиг. 3 - сечение вихревой камеры (первый по потоку) с диффузорной частью газодинамического тракта, ресивером и управляющей заслонкой; на фиг. 4 - распределение давления на поверхности толстого аэродинамического профиля при отрывном и безотрывном обтекании. The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a section of an aircraft in the form of a thick aerodynamic profile with a boundary layer control device with four vortex chambers located on the aft part of the surface; in FIG. 2 - section of one of the vortex chambers with an ejection channel; in FIG. 3 is a cross section of a vortex chamber (first downstream) with a diffuser part of the gas-dynamic path, a receiver and a control flap; in FIG. 4 - pressure distribution on the surface of a thick aerodynamic profile during tear-off and tear-off flow.

Устройство управления пограничным слоем состоит из нескольких вихревых камер 1, размещенных друг за другом в кормовой части ЛА. В полости камер размещено удобообтекаемое тело 2 с образованием со стенками камеры кольцевого канала 3. Камеры сообщены с источником низкого давления 4. Первая камера 5 может не иметь устройства для отсоса. Каждая из камер снабжена эжектором в виде канала 6, соединяющего полости камеры с проточной частью общего для всех каналов газодинамического тракта, соединенного с источником низкого давления 4. Последняя камера не имеет эжектора, а ее канал отсоса является началом газодинамического тракта, который выполнен в виде канала 7 с ресивером 8. При этом вход газодинамического тракта в ресивер выполнен в форме диффузора 9. Полость ресивера 8 сообщена с областью низкого давления в обтекающем потоке каналами 10 с управляющими заслонками 11. В канале 7 газодинамического тракта и каналах эжекторов также могут быть установлены управляющие заслонки 12, 13 и 14. Источником низкого давления может служить турбореактивный двигатель 15 с эжектором 16, установленным во входом диффузоре. Возможен вариант выполнения устройства (фиг. 3), в котором первая по потоку вихревая камера 5 не имеет эжектора. The boundary layer control device consists of several vortex chambers 1, placed one after another in the aft part of the aircraft. In the cavity of the chambers a streamlined body 2 is placed with the formation of an annular channel 3 with the chamber walls. The chambers are in communication with a low pressure source 4. The first chamber 5 may not have a suction device. Each of the chambers is equipped with an ejector in the form of a channel 6, connecting the chamber cavities with the flowing part of the gas-dynamic path common to all channels, connected to a low-pressure source 4. The last chamber does not have an ejector, and its suction channel is the beginning of the gas-dynamic path, which is made in the form of a channel 7 with the receiver 8. At the same time, the entrance of the gas-dynamic path to the receiver is made in the form of a diffuser 9. The cavity of the receiver 8 is in communication with the low-pressure region in the flowing stream by channels 10 with control dampers 11. In the channel 7 ha The control channel 12, 13 and 14 can also be installed on the architechtical path and the ejector channels. A turbojet engine 15 with an ejector 16 installed in the inlet of the diffuser can serve as a low pressure source. A possible embodiment of the device (Fig. 3), in which the first downstream swirl chamber 5 does not have an ejector.

Принцип работы устройства управления пограничным слоем заключается в следующем. The principle of operation of the boundary layer control device is as follows.

При включении источника отсоса воздуха 15 низкий уровень давления распространяется от эжектора 16 на ресивер 8, диффузор 9 и канал 7. В канале 7 на выходе эжекторов 6 настройкой эжекторов и заслонок 14 устанавливается уровень давления, обеспечивающий отсос из вихревых камер, необходимый для безотрывного обтекания поверхности. Уровень давления в канале 7 повышается в направлении кормовых вихревых камер примерно по тому же закону, по которому возрастает давление во внешнем потоке в направлении к кормовой части обтекаемой поверхности. When you turn on the source of air exhaust 15, a low level of pressure propagates from the ejector 16 to the receiver 8, diffuser 9 and channel 7. In channel 7, at the outlet of the ejectors 6, by setting the ejectors and dampers 14, a pressure level is established that ensures suction from the vortex chambers necessary for continuous flow around the surface . The pressure level in the channel 7 rises in the direction of the feed swirl chambers according to approximately the same law according to which the pressure in the external flow increases towards the stern of the streamlined surface.

Диффузор 9, соединяющий канал 7 с ресивером 8, уменьшает скорость отсасываемого воздуха, повышает давление в ресивере 8 и тем самым улучшает условия работы эжектора 16 на входе в диффузор турбореактивного двигателя, снижая потери последнего за счет снижения уровня его дросселирования. The diffuser 9, connecting the channel 7 with the receiver 8, reduces the speed of the suction air, increases the pressure in the receiver 8 and thereby improves the working conditions of the ejector 16 at the inlet to the diffuser of the turbojet engine, reducing the loss of the latter by reducing its throttling level.

В момент запуска устройства отсос из вихревых камер осуществляется по двум каналам 17 и 18 (направление движения потока в камере обозначено толстыми линиями на фиг. 2). At the time of starting the device, suction from the vortex chambers is carried out through two channels 17 and 18 (the direction of flow in the chamber is indicated by thick lines in Fig. 2).

После присоединения потока в кормовой части обтекаемого тела на его поверхности реализуется давление с положитель- ным градиентом в направлении кормы. Характер изменения давления иллюстрируется на фиг. 4 сплошной линией. Положительный градиент давления способствует созданию циркуляционного движения в вихревых камерах вокруг обтекаемого тела 2. На режиме запуска после присоединения потока целесообразно уменьшить уровни отсоса, что осуществляется путем перекрытия канала 6 эжектора заслонкой 14 или канала 7 заслонкой 12. При этом интенсивность отсоса по каналам 17 и 18 снижается. Поскольку на входе в канал 17 давление меньше, чем на входе в канал 18, то при снижении интенсивности отсоса при определенной его величине полностью прекращается отсос воздуха по каналу 17 и продолжается по каналу 18. Дальнейшее снижение уровня отсоса приводит к возникновению циркуляции вокруг тела 2, поддерживаемой перепадом давления в канале 3, обусловленным разностью давления в точках "А" и "В" (фиг. 2), т.е. разностью давления в каналах 17 и 18. В полости камеры в кольцевом канале 3 вокруг тела 2 образуется вихрь (тонкие линии на фиг. 2). При этом передний участок канала 17 действует как канал вдува, а начальный участок канала 18 - как канал отсоса. After the flow is attached in the aft part of the streamlined body, pressure with a positive gradient in the direction of the stern is realized on its surface. The nature of the pressure change is illustrated in FIG. 4 solid line. A positive pressure gradient contributes to the creation of circulating motion in the vortex chambers around the streamlined body 2. In the start-up mode, after connecting the flow, it is advisable to reduce the suction levels, which is done by blocking the ejector channel 6 by the shutter 14 or the channel 7 by the shutter 12. At the same time, the suction intensity along the channels 17 and 18 declining. Since the pressure at the inlet to the channel 17 is lower than that at the entrance to the channel 18, with a decrease in the suction intensity at a certain value, the suction of air completely stops at the channel 17 and continues along the channel 18. A further decrease in the level of suction leads to circulation around the body 2, supported by the pressure drop in the channel 3, due to the pressure difference at points "A" and "B" (Fig. 2), i.e. the pressure difference in the channels 17 and 18. In the cavity of the chamber in the annular channel 3 around the body 2 a vortex is formed (thin lines in Fig. 2). In this case, the front section of the channel 17 acts as an injection channel, and the initial section of the channel 18 acts as a suction channel.

На фиг. 4 показано, как меняется профиль скорости в пристеночной области течения в нескольких сечениях потока (его наполнение) обусловлен возникновением циркуляционного вихревого движения вокруг тела 2, что и свидетельствует о создании условий безотрывного обтекания поверхности. In FIG. Figure 4 shows how the velocity profile in the near-wall region of the flow changes in several sections of the flow (its filling) due to the occurrence of a circular vortex motion around body 2, which indicates the creation of conditions for continuous flow around the surface.

В первых вихревых камерах циркуляционный режим течения может сохраниться даже при полном прекращении отсоса из камер (полном перекрытии канала эжектора заслонкой 14). В этом случае прижатие внешнего потока к поверхности обеспечивается отсосом из последующих, расположенных вниз по потоку, камер. Вызванный присоединенным потоком положительный градиент давления обусловливает условия, необходимые для поддержания циркуляционного режима течения в первых вихревых камерах при полном отсутствии отсоса из них. Описанный выше механизм обтекания поверхности объясняет целесообразность выполнения первой по потоку вихревой камеры без отсоса из ее полости (фиг. 3). По каналу 19, соединяющем камеры 5 с ресивером 8, газ может вдуваться в полость камеры 5 в тангенциальном направлении по отношению к внешнему потоку, что интенсифицирует вихревое движение в первой вихревой камере. Отсутствие отсоса из первой камеры 5 приводит к понижению давления в канале 7, уменьшает уровни разрежения, необходимого для безотрывного обтекания и тем самым обусловливает более экономичный режим работы устройства управления пограничным слоем. Циркуляционное течение в первой камере устанавливается автоматически даже на режиме запуска устройства. In the first vortex chambers, the circulation mode of flow can be maintained even when the suction from the chambers is completely stopped (the ejector channel is completely blocked by the shutter 14). In this case, the pressing of the external flow to the surface is ensured by suction from the subsequent chambers located downstream. The positive pressure gradient caused by the attached flow determines the conditions necessary for maintaining the circulating flow regime in the first vortex chambers in the complete absence of suction from them. The above-described surface flow mechanism explains the feasibility of performing the first downstream vortex chamber without suction from its cavity (Fig. 3). Through the channel 19 connecting the chamber 5 with the receiver 8, the gas can be blown into the cavity of the chamber 5 in a tangential direction with respect to the external flow, which intensifies the vortex movement in the first vortex chamber. The lack of suction from the first chamber 5 leads to a decrease in pressure in the channel 7, reduces the levels of vacuum required for continuous flow and thereby leads to a more economical mode of operation of the boundary layer control device. The circulation flow in the first chamber is set automatically even in the device startup mode.

Перенос поворотных заслонок из каналов 6 в канал 7 газодинамического тракта, общего для всех эжекторов, упрощает устройство, однако при этом необходима настройка эжекторов всех вихревых камер на оптимальный режим отсоса. The transfer of rotary dampers from channels 6 to channel 7 of the gas-dynamic path, common to all ejectors, simplifies the device, however, it is necessary to set the ejectors of all vortex chambers to the optimal suction mode.

Для обеспечения нормального режима работы турбореактивного двигателя 15 на пусковых режимах служат управляющие заслонки 11 в каналах 10 ресивера 8. При открытии заслонок уменьшается разрежение на входе в диффузор турбореактивного двигателя, чем предотвращается возможный помпаж компрессора двигательной установки. Управляющие заслонки 11 на номинальных режимах работы системы отсоса позволяют сбросить в область пониженного давления во внешнем потоке, обтекающим поверхность, из ресивера 8 через каналы 10 часть отсасываемого воздуха, что снижает энергозатраты на отсос. Для управления пограничным слоем при посадке ЛА необходимо осуществить частичный отрыв потока в кормовой части поверхности. Для этого снижается уровень отсоса путем поворота заслонок 14, либо заслонок 12 в канале 7. Открытие перепускных клапанов 11 также способствует образованию локального отрыва в кормовой части поверхности. To ensure the normal operation of the turbojet engine 15 at the starting modes, the control flaps 11 in the channels 10 of the receiver 8 are used. When the shutters are opened, the vacuum at the inlet to the diffuser of the turbojet engine is reduced, which prevents possible surging of the compressor of the propulsion system. The control flaps 11 at the nominal operating modes of the suction system allow to discharge into the reduced pressure area in the external stream flowing around the surface from the receiver 8 through the channels 10 a portion of the suction air, which reduces the energy consumption for the suction. To control the boundary layer during aircraft landing, it is necessary to carry out a partial separation of the flow in the aft part of the surface. To do this, the suction level is reduced by turning the shutters 14 or shutters 12 in the channel 7. Opening the bypass valves 11 also contributes to the formation of a local separation in the aft part of the surface.

Исходя из физической природы механизма, реализующегося при работе устройства управления пограничным слоем, можно определить диапазон изменения параметров, характеризующих геометрические размеры вихревой камеры. Based on the physical nature of the mechanism that is realized during the operation of the boundary layer control device, it is possible to determine the range of variation of the parameters characterizing the geometric dimensions of the vortex chamber.

Максимальный размер L1 вихревой камеры и минимальный размер h5канала эжектора (фиг. 2) определяются соотношениями
L1

Figure 00000002
ρВU 2 В
Figure 00000003
;
Figure 00000004
=
Figure 00000005
, где dp/dx - градиент давления над вихревой камерой во внешнем потока;
ρb, Ub - соответственно плотность и скорость потока, циркулирующего в камере;
Uw - скорость на выходе из вихревой камеры во внешний поток.The maximum size L 1 of the vortex chamber and the minimum size h 5 of the ejector channel (Fig. 2) are determined by the relations
L 1
Figure 00000002
ρ V U 2 AT
Figure 00000003
;
Figure 00000004
=
Figure 00000005
where dp / dx is the pressure gradient above the vortex chamber in the external flow;
ρ b , U b - respectively, the density and speed of the flow circulating in the chamber;
U w is the velocity at the exit of the vortex chamber into the external flow.

Как следует из теории отрывных течений, оптимальные условия работы устройства определяются соотношением:
0,5 ≥

Figure 00000006
≥ 0,05; Uw/Uc - определяется из решений пограничного слоя;
Uc - скорость внешнего потока над вихревой камерой.As follows from the theory of separated flows, the optimal operating conditions of the device are determined by the ratio:
0.5 ≥
Figure 00000006
≥ 0.05; U w / U c - is determined from the solutions of the boundary layer;
U c is the velocity of the external flow above the vortex chamber.

Выбор значения Ub/Uс определяется следующими закономерностями: рост отношения Ub/Uc приводит к возрастанию вихревой камеры, уменьшение Ub/Ucвызывает необходимость увеличения количества вихревых камер. Анализ на основе известных закономерностей позволяет получить ряд соотношений для основных габаритных размеров вихревой камеру
0,3 ≥

Figure 00000007
≥ 0;
0,3 ≥
Figure 00000008
≥ 0,01;
h3 ≈ h2 + (0÷2)h4, где h2, h3 - минимальные размеры каналов 17, 18.The choice of U b / U c is determined by the following laws: an increase in the U b / U c ratio leads to an increase in the vortex chamber, a decrease in U b / U c necessitates an increase in the number of vortex chambers. An analysis based on known patterns allows one to obtain a number of relations for the main overall dimensions of the vortex chamber
0.3 ≥
Figure 00000007
≥ 0;
0.3 ≥
Figure 00000008
≥ 0.01;
h 3 ≈ h 2 + (0 ÷ 2) h 4 , where h 2 , h 3 are the minimum sizes of channels 17, 18.

Высокий уровень эффективности патентуемого устройства обусловлен реализуемым при его работе низким уровнем отсоса, обеспечивающим безотрывное обтекание поверхности при положительном градиенте давления. The high level of efficiency of the patented device is due to the low suction level that is realized during its operation, which ensures continuous flow around the surface with a positive pressure gradient.

Значительное уменьшение интенсивности отсоса воздуха из вихревых камер по сравнению с прототипом достигнуто за счет конструктивных особенностей устройства, позволяющих создать вихревое движение на поверхности, повышающее скорость в пристеночной области и тем самым препятствующее отрыву потока. A significant reduction in the intensity of the suction of air from the vortex chambers compared to the prototype was achieved due to the design features of the device, allowing you to create a vortex motion on the surface, increasing speed in the wall region and thereby preventing separation of the flow.

Claims (6)

1. УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ПОГРАНИЧНЫМ СЛОЕМ НА АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, содержащее вихревую камеру, выполненную в форме полости в кормовой части поверхности и сообщенной с источником низкого давления, отличающееся тем, что оно снабжено обтекаемым телом, установленным в полости вихревой камеры с образованием между стенками камеры и поверхностью тела кольцевого вихревого канала. 1. DEVICE FOR MANAGEMENT OF A BOUNDARY LAYER ON THE AERODYNAMIC SURFACE OF Aircraft, containing a vortex chamber made in the form of a cavity in the aft part of the surface and in communication with a low pressure source, characterized in that it is provided with a streamlined body installed in the cavity of the vortex chamber with the formation between the walls and the surface of the body of the annular vortex channel. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено не менее чем двумя вихревыми камерами, выполненными с эжекторами в форме каналов, размещенными друг за другом, и газодинамическим трактом, соединенным с источником низкого давления, при этом вихревые камеры соединены с газодинамическим трактом через каналы. 2. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with at least two vortex chambers made with ejectors in the form of channels placed one after the other, and a gas-dynamic path connected to a low pressure source, while the vortex chambers are connected to a gas-dynamic path through the channels. 3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что газодинамический тракт выполнен в виде канала с ресивером, при этом входная часть канала в ресивер со стороны эжекторов выполнена в виде диффузора. 3. The device according to claim 2, characterized in that the gas-dynamic path is made in the form of a channel with a receiver, while the input part of the channel to the receiver from the ejectors is made in the form of a diffuser. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что ресивер сообщен с областью низкого давления над аэродинамической поверхностью каналами с размещенными на выходах управляющими заслонками. 4. The device according to claim 3, characterized in that the receiver is in communication with the low-pressure region above the aerodynamic surface of the channels with control flaps located at the outputs. 5. Устройство по пп.2 и 3, отличающееся тем, что в каналах газодинамического тракта размещены управляющие заслонки. 5. The device according to claims 2 and 3, characterized in that the control valves are located in the channels of the gas-dynamic path. 6. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что источник низкого давления выполнен в виде эжектора, расположенного во входном диффузоре турбореактивного двигателя. 6. The device according to claims 1 and 2, characterized in that the low-pressure source is made in the form of an ejector located in the inlet diffuser of the turbojet engine.
SU5004220/23A 1991-10-14 1991-10-14 Apparatus to control boundary layer on aerodynamic surface of aircraft RU2015942C1 (en)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5004220/23A RU2015942C1 (en) 1991-10-14 1991-10-14 Apparatus to control boundary layer on aerodynamic surface of aircraft
CA002098278A CA2098278A1 (en) 1991-10-14 1992-10-13 Method for control of the boundary layer on the aerodynamic surface of an aircraft, and the aircraft provided with the boundary layer control system
EP92922809A EP0564662B1 (en) 1991-10-14 1992-10-13 Method for controlling boundary layer on an aerodynamic surface of a flying vehicle, and a flying vehicle
ES92922809T ES2115681T3 (en) 1991-10-14 1992-10-13 METHOD FOR CONTROLLING THE LIMIT LAYER ON THE AERODYNAMIC SURFACE OF A FLYING VEHICLE AND A FLYING VEHICLE.
DE69224515T DE69224515T2 (en) 1991-10-14 1992-10-13 METHOD FOR CONTROLLING THE BORDER LAYER OVER THE AERODYNAMIC SURFACE OF AN AIRCRAFT, AND AIRCRAFT.
JP5507631A JPH07503427A (en) 1991-10-14 1992-10-13 Method for controlling boundary layer of an aircraft aerodynamic surface and aircraft provided with boundary layer control device
PCT/RU1992/000186 WO1993008076A1 (en) 1991-10-14 1992-10-13 Method for controlling boundary layer on an aerodynamic surface of a flying vehicle, and a flying vehicle
US08/070,417 US5417391A (en) 1991-10-14 1993-06-03 Method for control of the boundary layer on the aerodynamic surface of an aircraft, and the aircraft provided with the boundary layer control system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5004220/23A RU2015942C1 (en) 1991-10-14 1991-10-14 Apparatus to control boundary layer on aerodynamic surface of aircraft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2015942C1 true RU2015942C1 (en) 1994-07-15

Family

ID=21586233

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5004220/23A RU2015942C1 (en) 1991-10-14 1991-10-14 Apparatus to control boundary layer on aerodynamic surface of aircraft

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2015942C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004059162A1 (en) * 2002-12-30 2004-07-15 Iliya Lvovich Shchukin Method for increasing operating efficiency of the rotor blade of an aerogenerator (variants)
US7520722B2 (en) 2003-12-08 2009-04-21 Ilya Lvovich Shchukin Method for increasing a blade performance (variants)
RU194347U1 (en) * 2019-06-19 2019-12-06 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" CONTROLLED APPLIANCE

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Патент США N 4671474, кл. B 64C 21/06, 1987. *
2. Заявка Великобритании N 2178131, кл. B 64C 21/02, 1987. *
3. Патент США N 4434957, кл. B 64C 3/13, 1984. *
4. Патент ФРГ N 1273338, кл. 62b 60, 1969. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004059162A1 (en) * 2002-12-30 2004-07-15 Iliya Lvovich Shchukin Method for increasing operating efficiency of the rotor blade of an aerogenerator (variants)
US7234921B2 (en) 2002-12-30 2007-06-26 Iliya Lvovich Shchukin Method for increasing operating efficiency of the rotor blade of an aerogenerator (variants)
US7520722B2 (en) 2003-12-08 2009-04-21 Ilya Lvovich Shchukin Method for increasing a blade performance (variants)
RU194347U1 (en) * 2019-06-19 2019-12-06 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" CONTROLLED APPLIANCE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2318122C2 (en) Diffuser for gas turbine engine
US8029244B2 (en) Fluid flow amplifier
US2841344A (en) Boundary layer control
RU2379525C2 (en) Pipe assembly for gas turbine engine, bypass pipe and gas turbine engine
RU2472959C2 (en) Aircraft jet engine nacelle
US5593112A (en) Nacelle air pump for vector nozzles for aircraft
RU2399555C2 (en) Aerodynamic-shape body, aircraft and method to reduce friction losses
US3524458A (en) Intakes for fluid flow
US2912821A (en) Valveless inlet for pulse jet
US4311291A (en) Nozzle structure with notches
EP0564662A1 (en) Method for controlling boundary layer on an aerodynamic surface of a flying vehicle, and a flying vehicle
RU2496680C1 (en) Streamlined body, primarily for aircraft
US3446223A (en) Air intake for gas turbine engines
US5222359A (en) Nozzle system and method for supersonic jet engine
US3508561A (en) Method of and means for controlling fluid flows
US4346662A (en) Self-contained backflush/start system for suction LFC undersea vehicle
RU2015942C1 (en) Apparatus to control boundary layer on aerodynamic surface of aircraft
US3749316A (en) Sound suppressing thrust augmenting apparatus
US3027714A (en) Combined thrust reversing and noise suppressing device for turbo-jet engines
US3664611A (en) Aerodynamic vehicle
CN114919732A (en) Loop volume control method suitable for wings
RU2670664C1 (en) Asymmetrical air-scoop for three flow engine of faster-than-sound aircraft
US4671474A (en) Fluid control apparatus and method utilizing cellular array containing mini-vortex flow patterns
RU2731780C2 (en) Device with grids for ejection of microjets to reduce noise of jet stream of gas turbine engine
JP2018516167A (en) Multistage axial cyclone separator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20051015

NF4A Reinstatement of patent
REG Reference to a code of a succession state

Ref country code: RU

Ref legal event code: MM4A

Effective date: 20071015