RU2070145C1

RU2070145C1 - Aircraft with short take-off and landing run

Info

Publication number: RU2070145C1
Application number: RU93033382A
Authority: RU
Inventors: Мохаммед Аль-Хейли Шариф; Мухамед Юсиф Араби; Владимир Александрович Комаров
Original assignee: Мохаммед Аль-Хейли Шариф; Мухамед Юсиф Араби; Владимир Александрович Комаров
Priority date: 1993-06-28
Filing date: 1993-06-28
Publication date: 1996-12-10

Abstract

FIELD: aircraft manufacture. SUBSTANCE: aircraft has fuselage 1 with crew cabin if nose portion, wing 3 with turbojet engines mounted on it and high-lift devices in form of tiltable flaps on trailing edge of wing 3 and vertical tail 6 and horizontal tail 7 of standard configuration. Innovation of invention consists in availability of additional lifting surfaces 8 above wing 3 in area of its tip and mounting of load-bearing pylons 10 made in form of partitions in area of joint of wing 3 and fuselage 1, as well as on engine along its axis and in center portion of wing 3. Pylons 10 are provided with guides 9 for motion of additional lifting surfaces over them; lifting surfaces 8 have convex upper surface and flat lower surface. Additional lifting surfaces are mounted under wing 3 in such position that they form convergent passage with upper surface of wing 3 and walls of pylons 10 in entire range of their motion along pylons 10. EFFECT: enhanced reliability. 3 dwg

Description

Изобретение относится к области самолетостроения, а именно, к самолетам с укороченной длиной разбега и пробега. The invention relates to the field of aircraft construction, namely, to aircraft with a shortened take-off and run length.

Известен самолет с укороченной длиной разбега и пробега, содержащий фюзеляж с кабиной экипажа в носовой части, крыло с установленными на нем турбовинтовыми двигателями и с механизацией в виде поворотных закрылков на задней кромке крыла, кили, расположенные на законцовках крыла и дополнительные несущие поверхности, расположенные в носовой части фюзеляжа перед крылом [1]
Недостатком известного самолета является то, что переднее расположение несущих (дополнительных) поверхностей относительно основного крыла не обеспечивает тех положительных эффектов, которые позволяют повысить подъемную силу крыла на взлетных и посадочных режимах, а именно, не обеспечивается дополнительный обдув с большей скоростью потока верхней поверхности крыла при выпущенной механизации. Передние дополнительные несущие поверхности работают одинаково на всех режимах полета, а не применительно к каждому из них. Нет дополнительного прироста подъемной силы на крыле, кроме как от выпущенной механизации в виде закрылков.Known aircraft with a shortened take-off and run length, comprising a fuselage with a cockpit in the bow, a wing with turboprop engines mounted on it and with mechanization in the form of rotary flaps on the trailing edge of the wing, keels located on the wingtips and additional bearing surfaces located in fuselage bow in front of the wing [1]
A disadvantage of the known aircraft is that the front location of the bearing (additional) surfaces relative to the main wing does not provide those positive effects that can increase the lifting force of the wing during takeoff and landing modes, namely, additional airflow is not provided with a higher flow rate of the upper wing surface at mechanization issued. Front additional bearing surfaces work identically in all flight modes, and not with respect to each of them. There is no additional increase in lift on the wing, except from the issued mechanization in the form of flaps.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является самолет с укороченной длиной разбега и пробега, содержащий фюзеляж с кабиной экипажа в носовой части, крыло с установленными на нем турбовинтовыми двигателями и механизацией в виде поворотных закрылков на задней кромке крыла, вертикальное и горизонтальное оперение нормальной схемы [2]
Недостатком самолета, выбранного в качестве прототипа, является то, что механизация в виде поворотных закрылков на задней кромке крыла не обеспечивает значительного прироста подъемной силы крыла на режимах взлета и посадки, а тем более, на крейсерских режимах полета, когда дополнительный прирост подъемной силы можно получить за счет "прилипания" потока воздуха, обтекающего крыло, к тангенциально криволинейной поверхности, образованной профилем крыла и отклоненным закрылком. Величина прироста подъемной силы в этом случае зависит от сложности и, как следствие, от массы конструкции механизации задней кромки крыла, что приводит к увеличению С_x крыла и уменьшению величины аэродинамического качества [3]
Цель изобретения улучшение взлетно-посадочных характеристик самолета и крейсерских режимов полета.The closest technical solution, selected as a prototype, is an aircraft with a shortened take-off and run length, containing a fuselage with a cockpit in the bow, a wing with turboprop engines mounted on it and mechanization in the form of rotary flaps at the trailing edge of the wing, vertical and horizontal tail normal circuit [2]
The disadvantage of the aircraft selected as a prototype is that the mechanization in the form of rotary flaps on the trailing edge of the wing does not provide a significant increase in the lifting force of the wing during takeoff and landing, and even more so in cruising flight modes, when an additional increase in the lifting force can be obtained due to the “sticking” of the air stream flowing around the wing to the tangentially curved surface formed by the wing profile and the deflected flap. The magnitude of the increase in lift in this case depends on the complexity and, as a consequence, on the mass of the structure of the mechanization of the trailing edge of the wing, which leads to an increase in C _x wing and a decrease in the value of aerodynamic quality [3]
The purpose of the invention is the improvement of the take-off and landing characteristics of the aircraft and cruising flight modes.

Поставленная цель достигается тем, что на самолете с укороченной длиной разбега и пробега, содержащем фюзеляж с кабиной экипажа в носовой части, крыло с установленными на нем турбовинтовыми двигателями и механизацией в виде поворотных закрылков на задней кромке крыла, вертикальное и горизонтальное оперение нормальной схемы, крыло снабжено дополнительными несущими поверхностями, установленными над крылом, и силовыми пилонами в виде перегородок, установленными на крыле соответственно в районе стыка крыла и фюзеляжа, по оси двигателя и в средней части крыла, при этом дополнительные несущие поверхности расположены над крылом в его передней части и выполнены с возможностью перемещения относительно носка крыла пилонов, а профиль дополнительных несущих поверхностей и стенки пилонов образуют с крылом сужающийся канал, причем сужающийся профиль канала обеспечивается на всем диапазоне перемещений дополнительной несущей поверхности вдоль пилонов по направляющим. This goal is achieved by the fact that on an airplane with a shortened take-off and mileage, containing the fuselage with the cockpit in the bow, a wing with turboprop engines mounted on it and mechanization in the form of rotary flaps at the trailing edge of the wing, vertical and horizontal tailings of the normal pattern, wing equipped with additional bearing surfaces mounted above the wing, and power pylons in the form of partitions mounted on the wing, respectively, at the junction of the wing and fuselage, along the axis of the engine and in the middle part of the wing, with additional bearing surfaces located above the wing in its front part and configured to move relative to the nose of the pylon wing, and the profile of the additional bearing surfaces and pylon walls form a tapering channel with the wing, and the tapering channel profile is provided over the entire range of additional bearing surface along the pylons along the guides.

Достижение поставленной цели действительно возможно, так как конструктивное выполнение перемещающихся дополнительных несущих поверхностей вдоль пилонов технически осуществимо, например, по направляющим, установленным на внутренних частях пилонов. Привод может быть как гидравлическим, так и механическим (или электромеханическим). Сужающийся канал образовывается кривизной профиля крыла и дополнительной несущей поверхностью с односторонне выпуклым профилем (верхней частью профиля). Дополнительная несущая поверхность, как малое крыло, создает свою подъемную силу, а при совместной работе с крылом, путем сужения канала, где скорость потока над крылом возрастает, дает дополнительный прирост подъемной силы (Δ Y), при этом поток воздуха, выходящий из канала, задней кромкой дополнительной несущей поверхности прижимается к верхней поверхности крыла, что позволяет оттянуть срыв потока с основного крыла на взлетных и посадочных углах атаки. В этом случае большая часть крыла обтекается ламинарным потоком. Данные мероприятия позволяют уменьшить скорость взлета (V_в) и посадки (V_пос), уменьшить длину разбега (l_разб) и пробега (l_проб). Для повышения эффекта обтекания нижняя поверхность дополнительной несущей поверхности выполняется плоской или несколько вогнутой. Для горизонтального полета, осуществляемого в основном на крейсерском режиме, дополнительные несущие поверхности перемещаются вперед по полету вдоль пилонов до положения приблизительно 1/3 своей хорды относительно носка крыла. При этом положении дополнительной несущей поверхности относительно крыла будет достигаться наибольший эффект их совместной работы. При кабрировании дополнительные несущие поверхности смещаются назад (в сторону киля) до положения, при котором носок крыла выступает относительно дополнительных несущих поверхностей на 1/3 хорды последних.Achieving this goal is indeed possible, since the constructive implementation of moving additional bearing surfaces along the pylons is technically feasible, for example, along rails installed on the inner parts of the pylons. The drive can be either hydraulic or mechanical (or electromechanical). The tapering channel is formed by the curvature of the wing profile and an additional bearing surface with a one-sided convex profile (upper part of the profile). The additional bearing surface, like a small wing, creates its lift, and when working together with the wing, by narrowing the channel, where the flow velocity above the wing increases, it gives an additional increase in lift (Δ Y), while the air flow leaving the channel the trailing edge of the additional bearing surface is pressed against the upper surface of the wing, which allows to delay the stall from the main wing at take-off and landing angles of attack. In this case, most of the wing is flowed around in a laminar flow. These measures allow to reduce the take-off velocity (V _c) and landing (V _pos) reduce runway length (l _dil) and the path (l _samples). To increase the flow around the bottom surface of the additional bearing surface is flat or somewhat concave. For horizontal flight, carried out mainly on cruise mode, additional bearing surfaces move forward in flight along the pylons to a position of approximately 1/3 of their chord relative to the wing tip. With this position of the additional bearing surface relative to the wing, the greatest effect of their joint work will be achieved. When cabling, additional bearing surfaces are shifted backward (towards the keel) to a position where the wing toe protrudes relative to the additional bearing surfaces by 1/3 of the chords of the latter.

Сопоставительный анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что заявляемый самолет с укороченной длиной разбега и пробега отличается тем, что крыло самолета снабжено дополнительными несущими поверхностями, установленными над крылом, и силовыми пилонами в виде перегородок, установленными соответственно в районе стыка крыла и фюзеляжа, по оси двигателя и в средней части крыла, при этом дополнительные несущие поверхности расположены над крылом в его передней части и выполнены с возможностью перемещения относительно носка крыла вдоль пилонов, а профиль дополнительных несущих поверхностей и стенки пилонов образуют с крылом сужающийся канал, причем сужающийся профиль канала обеспечивается на всем диапазоне перемещений дополнительной несущей поверхности вдоль пилонов по направляющим. A comparative analysis of the proposed technical solution with the prototype shows that the claimed aircraft with a shortened take-off and mileage is characterized in that the wing of the aircraft is equipped with additional load-bearing surfaces installed above the wing and power pylons in the form of partitions installed respectively in the area of the junction of the wing and fuselage the axis of the engine and in the middle part of the wing, with additional bearing surfaces located above the wing in its front part and made to move the relative of the sock along the wing pylon and additional profile bearing surfaces and pylons walls define a tapered channel with a wing, wherein the tapered channel profile is provided on the entire range of movement of the additional airfoil pylons along guides.

Таким образом, заявляемый самолет с укороченной длиной разбега и пробега соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the inventive aircraft with a shortened take-off and mileage meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемый самолет от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". Comparison of the claimed technical solution not only with the prototype, but also with other technical solutions in this technical field, did not reveal the signs that distinguish the claimed aircraft from the prototype, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences" is met.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 показан общий вид самолета, на фиг.2 представлен самолет с укороченной длиной разбега и пробега на двух проекциях в плане, на фиг.3 показана схема расположения крыла и дополнительных несущих поверхностей (а), схема образования сужающегося канала по сечениям (б) и схема распределения аэродинамических нагрузок (в). The invention is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a general view of an aircraft, Fig. 2 shows a plane with a shortened take-off and run length on two projections in plan, Fig. 3 shows a layout of a wing and additional bearing surfaces (a), a formation diagram tapering channel over sections (b) and distribution pattern of aerodynamic loads (c).

Самолет с укороченной длиной разбега и пробега (фиг.1, фиг.2) содержит фюзеляж 1 с кабиной 2 экипажа в носовой части, крыло 3 с установленными на нем турбовинтовыми двигателями 4 и механизацией в виде поворотных закрылков 5 на задней кромке крыла 3, вертикальное 6 и горизонтальное 7 оперение нормальной схемы. Над крылом 3 установлены дополнительные несущие поверхности 8, которые имеют возможность перемещаться по направляющим 9 силовых пилонов 10. Силовые пилоныESC}(поз.10) установлены соответственно в месте стыка крыла 3 и фюзеляжа 1, сверху двигателей 4 по их продольной оси, и в средней части крыла 3. Профиль дополнительных несущих поверхностей 8 выполнен таким образом, что содержит выпуклую верхнюю поверхность и прямую (или несколько вогнутую) нижнюю поверхность (фиг.3,а, б). Расположение поверхностей 8 над крылом 3 и относительно стенок пилонов 10 создает сужающийся канал, причем сужающийся профиль канала (фиг.3,б) обеспечивается дополнительной несущей поверхностью 8 во всем диапазоне перемещений последней вдоль пилонов 10 по направляющим 9. A plane with a shortened take-off and run length (FIG. 1, FIG. 2) contains a fuselage 1 with a cockpit 2 in the bow, a wing 3 with turboprop engines 4 mounted on it and mechanization in the form of rotary flaps 5 on the trailing edge of the wing 3, vertical 6 and horizontal 7 plumage of the normal circuit. Above the wing 3, additional bearing surfaces 8 are installed, which have the ability to move along the guides 9 of the power pylons 10. The power pylons ESC} (pos. 10) are installed respectively at the junction of the wing 3 and the fuselage 1, on top of the engines 4 along their longitudinal axis, and in the middle parts of the wing 3. The profile of the additional bearing surfaces 8 is made in such a way that it contains a convex upper surface and a straight (or somewhat concave) lower surface (Fig. 3, a, b). The location of the surfaces 8 above the wing 3 and relative to the walls of the pylons 10 creates a tapering channel, and the tapering profile of the channel (Fig.3, b) is provided by an additional bearing surface 8 in the entire range of movements of the latter along the pylons 10 along the guides 9.

Самолет с укороченной длиной разбега и пробега эксплуатируется (работает) следующим образом. A plane with a shortened take-off and run length is operated (works) as follows.

Взлет самолета производится по нормальной схеме для самолета с трехопорным шасси с носовым колесом. При этом, закрылки 5 на задней кромке крыла 3 устанавливаются во взлетное положение. Происходит требуемое аэродинамическое искривление несущей поверхности крыла 3. Одновременно с выпуском закрылков 5 дополнительные несущие поверхности 8 перемещаются назад (в сторону киля) по направляющим 9 на силовых пилонах 10, отслеживая угол атаки самолета. При этом, смещение назад будет тем больше, чем больше угол атаки (кабрирования). Воздушный поток V_о (фиг.3,б) от воздушных винтов двигателя 4 и набегающего потока воздуха обтекает крыло 3 по сужающемуся каналу, образованному верхней поверхностью крыла 3, нижней поверхностью дополнительной несущей поверхности 8 и стенками пилонов 10, и, проходя в щель, образованную задней кромкой поверхности 8 и крылом 3, обтекает отклоненный закрылок 5. За счет организованного обтекания с увеличенной скоростью (V₃ > V_о) потока верхней поверхности крыла 3 и отклоненного закрылка 5, значительно увеличивается подъемная сила крыла (суммарная подъемная сила). Это происходит за счет увеличения перепада давления D-P на верхней и нижней поверхности крыла 3 (фиг.3, в).Aircraft take-off is performed according to the normal scheme for an aircraft with a three-axle landing gear with a nose wheel. At the same time, the flaps 5 on the trailing edge of the wing 3 are installed in the take-off position. The required aerodynamic curvature of the bearing surface of the wing 3 occurs. Simultaneously with the release of the flaps 5, the additional bearing surfaces 8 are moved back (towards the keel) along the guides 9 on the power pylons 10, tracking the angle of attack of the aircraft. At the same time, the displacement back will be the greater, the greater the angle of attack (pitching). The air flow V _about (Fig.3, b) from the propellers of the engine 4 and the incoming air stream flows around the wing 3 along the tapering channel formed by the upper surface of the wing 3, the lower surface of the additional bearing surface 8 and the walls of the pylons 10, and passing into the slot, formed by the rear edge surface 8 and the wing 3, flows deflected flap 5. Due organized flow with increased speed (V _3> V _o) the top surface flow of the wing 3 and the flap 5, significantly increases the lifting force of the wing (total under emnaya force). This is due to an increase in the pressure drop DP on the upper and lower surface of the wing 3 (Fig.3, c).

На крейсерском режиме полета закрылки 5 убираются в нулевом положении. При этом одновременно дополнительные несущие поверхности 8 перемещаются в переднее положение, соответствующее выступанию последних на 1/3 своей хорды над носком крыла 3. Такое взаимное расположение поверхностей 8 и крыла 3 дает наибольший аэродинамический эффект обтекания крыла на крейсерских режимах полета. In cruising flight mode, the flaps 5 are retracted in the zero position. At the same time, additional bearing surfaces 8 are moved to the front position corresponding to the protrusion of the latter 1/3 of their chord above the wing tip 3. Such a mutual arrangement of the surfaces 8 and wing 3 gives the greatest aerodynamic effect of flow around the wing during cruising flight modes.

Привод для перемещения дополнительных несущих поверхностей 8 по направляющим 9 на пилонах 10, может быть конструктивно различным (например, гидравлическим или электромеханическим). Перемещение поверхностей 8 может производиться автоматически, отслеживая угол атаки самолета, или они могут устанавливаться фиксированно в определенные положения по командам экипажа. The drive for moving additional bearing surfaces 8 along the guides 9 on the pylons 10 can be structurally different (for example, hydraulic or electromechanical). The movement of the surfaces 8 can be done automatically, tracking the angle of attack of the aircraft, or they can be fixed fixed in certain positions according to the commands of the crew.

При посадке (или при пикировании), отслеживая команды на перемещение и угол атаки, дополнительные несущие поверхности 8 перемещаются вновь назад относительно передней кромки крыла 3, позволяя тем самым оттянуть срыв потока с основного крыла на посадочных углах атаки. Одновременно с перемещением поверхностей 8 назад (относительно носка крыла 3), закрылки 5 устанавливаются в посадочное положение (на посадочный угол). При этом за счет организованного обтекания потоком, выходящим из щели (фиг.3,б, сечение 3-3), верхней поверхности крыла 3 и отклоненного закрылка 5, возрастает подъемная сила крыла. When landing (or diving), tracking commands for movement and angle of attack, additional bearing surfaces 8 move again back relative to the leading edge of the wing 3, thereby delaying the stall from the main wing at landing angles of attack. Simultaneously with the movement of the surfaces 8 backward (relative to the nose of the wing 3), the flaps 5 are installed in the landing position (at the landing angle). In this case, due to the organized flow around the stream exiting from the slit (Fig. 3, b, section 3-3), the upper surface of the wing 3 and the deflected flap 5, the lift force of the wing increases.

Применение дополнительных несущих поверхностей, установленных над крылом самолета с возможностью продольных перемещений относительно хорды основного крыла, будет способствовать организации обтекания поверхности крыла безотрывным ламинарным потоком воздуха на всех эксплуатационных режимах полета самолета, включая режимы взлета и посадки. Варьирование взаимного расположения дополнительных несущих поверхностей относительно носка крыла, позволит увеличить подъемную силу (суммарную подъемную силу от совместного использования основного крыла и дополнительных несущих поверхностей как дополнительного крыла) крыла на режимах взлета и посадки, улучшить обтекания крыла на крейсерских режимах полета с убранной механизацией, обеспечивая дополнительный прирост подъемной силы. Все это позволит уменьшить длину разбега и пробега заявляемого самолета и улучшить его аэродинамические характеристики. The use of additional bearing surfaces mounted above the wing of the aircraft with the possibility of longitudinal displacements relative to the chord of the main wing will contribute to the organization of the flow around the wing surface with an uninterrupted laminar air flow at all operational flight modes of the aircraft, including take-off and landing modes. Varying the relative position of the additional bearing surfaces relative to the nose of the wing will increase the lifting force (total lifting force from the joint use of the main wing and additional bearing surfaces as an additional wing) of the wing in take-off and landing modes, improve the flow around the wing in cruising flight modes with retracted mechanization, providing additional increase in lifting force. All this will reduce the take-off and run lengths of the claimed aircraft and improve its aerodynamic characteristics.

Claims

A plane with a short take-off and take-off length, comprising a fuselage with a cockpit in the bow, a wing with turboprop engines mounted on it and mechanization in the form of rotary flaps on the trailing edge of the wing, vertical and horizontal tailings of a normal circuit, characterized in that it is equipped with additional load-bearing surfaces mounted above the wing, and power pylons in the form of partitions, installed respectively in the area of the junction of the wing and the fuselage, along the axis of the engine and in the middle part of the wing, body-bearing bearing surfaces are located above the wing in its front part and are movable relative to the wing toe along the pylons, and the profile of the additional bearing surfaces and pylon walls form a narrowing channel with the wing, and the narrowing channel profile is provided over the entire range of movements of the additional bearing surface along the pylons along guides.