RU2108270C1

RU2108270C1 - Method of draining liquid from flying vehicle

Info

Publication number: RU2108270C1
Application number: RU94012947A
Authority: RU
Inventors: Н.В. Керин; В.П. Махров; А.А. Пушкарев; Д.В. Сивец
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Машгидротех"
Priority date: 1994-04-12
Filing date: 1994-04-12
Publication date: 1998-04-10

Abstract

FIELD: extinguishing fires from flying vehicle. SUBSTANCE: liquid is drained from flying vehicle in parallel with incoming flow to side opposite to direction of flight; liquid is drained through swivel elbow having rectilinear outlet section; method includes also creation of increased pressure of air in proximity of outlet branch pipe shear; pressure rises with removal of boundary of liquid from axis of jet and air flow incoming on frontal surface of jet is deflected downward. EFFECT: enhanced efficiency. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к способу слива жидкости с летательного аппарата-танкера, например, для борьбы с пожарами. The invention relates to the field of aviation technology, in particular to a method for draining liquid from an aircraft tanker, for example, to fight fires.

Для оперативной доставки в заданное место требуемого объема жидкости и покрытия ею определенной площади с воздуха используются летательные аппараты, снабженные расположенной на борту емкостью. Слив жидкости осуществляется на безопасных режимах полета. При этом, например, для борьбы с пожарами необходимо, чтобы слив запасенной на борту летательного аппарата жидкости на поверхность земли осуществлялся с максимальной концентрацией на единицу смачиваемой площади (не менее заданной величины), смачиваемая площадь была максимальной, а распределение концентрации по ширине было бы равномерным. Это может быть достигнуто за счет уменьшения распыла образованной струи жидкости. =Известны способы слива жидкости с летательного аппарата, когда слив жидкости осуществляется непосредственно через отверстие в днище бака (емкости) под действием гравитационных сил вертикально вниз (Fire retardant ground dastribution patterns from the CL-215 airtanker, US Departament of Agriculture Forest Service Reserch Paper, 1975, JNT-165) или с отклонением струи жидкости от вертикали за счет воздействия на нее преградой (например, крышкой бака (патент Польши N 127704, A 62 C 28/00, 1982) с дополнительным воздействием избыточного давления воздуха на зеркало жидкости в баке. For the prompt delivery to the specified place of the required volume of liquid and covering it with a certain area from the air, aircraft equipped with a tank located on board are used. Liquid is drained in safe flight conditions. In this case, for example, to fight fires, it is necessary that the liquid stored on board the aircraft is drained to the earth's surface with a maximum concentration per unit of wettable area (at least a given value), the wettable area is maximum, and the concentration distribution across the width is uniform . This can be achieved by reducing the atomization of the formed liquid stream. = There are known methods of draining liquid from an aircraft, when the liquid is drained directly through a hole in the bottom of the tank (tank) under the influence of gravitational forces vertically down (Fire retardant ground dastribution patterns from the CL-215 airtanker, US Departament of Agriculture Forest Service Reserch Paper, 1975, JNT-165) or with a deviation of the liquid stream from the vertical due to exposure to an obstacle (for example, a tank cap (Polish patent N 127704, A 62 C 28/00, 1982) with the additional effect of excess air pressure on the liquid mirror in the tank .

Однако за счет воздействия встречного потока воздуха струя сильно разрушается и желаемого результата по распределению концентрации жидкости и размеров смачиваемой поверхности достичь не удается. However, due to the influence of the oncoming air flow, the jet is greatly destroyed and the desired result on the distribution of the liquid concentration and the dimensions of the wetted surface cannot be achieved.

Известен способ (заявка Франции N 2610894, B 64 D 1/16, 1988) сбрасывания жидкости и другого аналогичного вещества с летательного аппарата, при котором жидкость сбрасывается в сторону, противоположную полету, через патрубок, выступающий наружу из самолета. Причем сброс происходит как под действием гравитации, так и под действием избыточного относительно окружающей атмосферы давления порядка 0,5 бар, создаваемого системой наддува. A known method (application of France N 2610894, B 64 D 1/16, 1988) dropping liquid and other similar substances from an aircraft, in which the liquid is discharged in the direction opposite to the flight, through a pipe protruding outward from the aircraft. Moreover, the discharge occurs both under the action of gravity and under the influence of an excess pressure relative to the surrounding atmosphere of the order of 0.5 bar created by the boost system.

Известен способ слива жидкости с самолета (патент Канады N 975738, 244-104, 1075), при котором жидкость сливается вниз через отверстие в днище бака, при этом масса жидкости дробится на мелкие фрагменты, проходя через решетку профилей, расположенную в выходном сечении. A known method of draining liquid from an aircraft (Canadian patent N 975738, 244-104, 1075), in which the liquid is drained down through an opening in the bottom of the tank, while the mass of liquid is crushed into small fragments, passing through a grating of profiles located in the outlet section.

Наиболее близким к заявляемому решению является способ (Арцыбашев Е.С. Лесные пожары и борьба с ними. - М.: Лесная промышленность, 1974, с. 123), заключающийся в сливе жидкости с летательного аппарата параллельно (в пределах угла атаки летательного аппарата) набегающему потоку воздуха в сторону, противоположную направлению полета, через поворотное колено с прямолинейным выходным участком (патрубком), вынесенным наружу из летательного аппарата. Closest to the claimed solution is a method (Artsybashev ES Forest fires and the fight against them. - M .: Forest industry, 1974, p. 123), which consists in draining the liquid from the aircraft in parallel (within the angle of attack of the aircraft) the incoming air flow in the direction opposite to the direction of flight, through a rotary elbow with a straight exit section (pipe), carried out from the aircraft.

Экспериментально установлено, что данный способ слива жидкости приводит к меньшему распылу, нежели при сливе такого же количества жидкости вертикально вниз или с некоторым ее отклонением от вертикали установкой препятствия. It was experimentally established that this method of draining the liquid leads to a smaller spray than when draining the same amount of liquid vertically down or with some deviation from the vertical by setting an obstacle.

Однако непосредственно после выхода из патрубка (как показывают модельные эксперименты) свободная струя начинает совершать волнообразные колебания с увеличивающейся амплитудой и в сочетании с дополнительным воздействием увеличивающегося поперечного скоростного потока быстро деформируется и распадается на капли. Кроме того, поле скоростей вокруг летательного аппарата усиливает распыл за счет сообщения начальных скоростей частицам истекающей жидкости в поперечном направлении (особенно для летательных аппаратов с винтом, расположенным в передней части аппарата). Перечисленные обстоятельства уменьшают концентрацию жидкости на смоченной полосе. However, immediately after exiting the nozzle (as model experiments show), the free jet begins to make wave-like oscillations with increasing amplitude and, in combination with the additional action of the increasing transverse velocity flow, quickly deforms and breaks up into droplets. In addition, the velocity field around the aircraft enhances atomization by communicating the initial velocities to the particles of the outflowing fluid in the transverse direction (especially for aircraft with a screw located in front of the aircraft). These circumstances reduce the concentration of liquid in the wetted strip.

Техническим результатом изобретения является повышение концентрации насадков при сливе жидкости с летательного аппарата в режиме прототипа за счет уменьшения деформации струи набегающим потоком воздуха. The technical result of the invention is to increase the concentration of nozzles when draining liquid from an aircraft in prototype mode by reducing deformation of the jet by an incoming air stream.

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемом способе слива жидкости с летательного аппарата в сторону, противоположную направлению полета, параллельно (в пределах угла атаки летательного аппарата) набегающему воздушному потоку воздуха через поворотное колено с прямолинейным выходным участком (патрубком), вынесенным наружу из летательного аппарата, на свободную струю воздействуют областью повышенного относительно статического давления, возрастающего с удалением границы жидкости от оси струи, которую создают, например, аэродинамическими поверхностями, расположенными в непосредственной близости от выходного среза патрубка. В области повышенного давления граница струи поджимается к оси струи, приобретая более удобообтекаемую форму в поперечном сечении. Рост избыточного давления с удалением границы жидкости от оси струи способствует уменьшению амплитуды волнообразных колебаний на протяжении области повышенного давления, вследствие чего момент распада струи затягивается до меньших высот. Экспериментально установлено, что предлагаемый способ слива обеспечивает повышенную концентрацию осадков по сравнению с прототипом, при этом важную роль играет положение области повышенного давления относительно среза патрубка, величина избыточного давления и градиент его роста от оси струи. При создании, например, области повышенного давления крыльями, охватывающими свободную струю и находящимися при этом в воздушном потоке, наибольший эффект достигается при установке их передних кромок на расстоянии 0,2 - 0,5 поперечного размера среза патрубка d, а задних кромок (0,6 - 0,8)d от оси струи. Кроме того, согласно изобретению, воздушный поток, набегающий на фронтальную поверхность струи, отклоняют вниз, вследствие изменения направления скорости воздушного потока уменьшается ее составляющая, перпендикулярная струе, а следовательно, импульс, передаваемый фронтальной поверхности струи и ее деформация. Указанное явление можно, например, реализовать с помощью специальных аэродинамических поверхностей, расположенных перед струей, ниже сливного патрубка, или за счет особой профилактики кольцевого крыла, охватывающего струю. This goal is achieved by the fact that in the inventive method of draining the liquid from the aircraft in a direction opposite to the direction of flight, parallel to (within the angle of attack of the aircraft) the incoming air flow through the rotary elbow with a straight outlet section (pipe), carried out from the aircraft , the free jet is affected by a region of increased relative to static pressure, increasing with the removal of the fluid boundary from the axis of the jet, which is created, for example, by an aerodynamic nomic surfaces located in the vicinity of the output cut-off nozzle. In the area of high pressure, the jet boundary is pressed against the axis of the jet, acquiring a more streamlined shape in the cross section. The increase in overpressure with the removal of the liquid boundary from the axis of the jet contributes to a decrease in the amplitude of wave-like oscillations over the high-pressure region, as a result of which the moment of jet decay is delayed to lower heights. It was experimentally established that the proposed method of discharge provides a higher concentration of precipitation compared to the prototype, while the position of the region of increased pressure relative to the cut of the nozzle, the magnitude of the excess pressure and its growth gradient from the axis of the jet play an important role. When creating, for example, an area of increased pressure with wings covering the free stream and while being in the air stream, the greatest effect is achieved when their front edges are installed at a distance of 0.2 - 0.5 of the transverse section size of the nozzle d, and the rear edges (0, 6 - 0.8) d from the axis of the jet. In addition, according to the invention, the air flow running onto the front surface of the jet is deflected downward, due to a change in the direction of the air flow velocity, its component perpendicular to the jet decreases and, consequently, the impulse transmitted to the front surface of the jet and its deformation. This phenomenon can, for example, be realized with the help of special aerodynamic surfaces located in front of the jet, below the drain pipe, or due to the special prevention of the annular wing covering the jet.

Сопоставимый анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что на границе свободной струи жидкости в непосредственной близости от среза патрубка создается область давления, избыточного относительно давления воздушного потока, обтекающего остальную часть струи и возрастающего с удалением границы жидкости от оси струи. A comparable analysis of the proposed technical solution with the prototype shows that the proposed method differs from the known one in that a pressure region is created at the boundary of the free liquid stream in the immediate vicinity of the nozzle section, which is excess relative to the pressure of the air stream flowing around the rest of the stream and increasing with the removal of the liquid boundary from axis of the jet.

На фиг. 1 приведены сравнительные кривые распределения концентрации осадков в направлении, перпендикулярном смачиваемой полосе, построенные по данным экспериментов, где g(x) - концентрация осадков на единицу площади, равная отношению количества слитой жидкости, собранной на поверхности площадью d, ко всей жидкости, собранной со смоченной полосы длиной d, x - безразмерная координата в долях d перпендикулярно смоченной полосе; 1 - распределение концентрации при сливе жидкости с использованием заявляемого способа; 2 - при сливе способом, принятым за прототип; на фиг. 2 - пример реализации заявляемого технического решения в сливном агрегате. In FIG. Figure 1 shows the comparative curves of the distribution of sediment concentration in the direction perpendicular to the wetted strip, constructed according to the experimental data, where g (x) is the concentration of precipitation per unit area equal to the ratio of the amount of drained liquid collected on the surface with area d to the entire liquid collected with the wetted stripes of length d, x - dimensionless coordinate in fractions of d perpendicular to the wetted strip; 1 - concentration distribution when draining the liquid using the proposed method; 2 - when draining the method adopted for the prototype; in FIG. 2 - an example of the implementation of the proposed technical solution in the drain unit.

Предлагаемый способ слива жидкости с летательного аппарата может быть реализован, например, в сливном агрегате, содержащем поворотное колено с прямолинейным выходным участком круглого сечения (патрубок) 1, направленный параллельно строительной оси летательного аппарата в сторону, противоположную направлению полета, и вынесенный из летательного аппарата наружу; жестко связанный с патрубком пилонами 2 замкнутый крыльевой насадок 3, находящийся в воздушном потоке, охватывающий свободную струю жидкости 4 и спрофилированный так, что на внутренней стороне боковых поверхностей набегающим воздушным потоком создается область повышенного давления, растущего при приближении границы струи к внутренней поверхности насадка, а верхней и нижней поверхностями достигается отклонение воздушного потока, набегающего на фронтальную поверхность струи, вниз. The proposed method of draining liquid from an aircraft can be implemented, for example, in a drain unit containing a rotary elbow with a straight circular exit section (pipe) 1, directed parallel to the aircraft’s construction axis in the direction opposite to the direction of flight, and carried out of the aircraft ; a closed wing nozzle 3 rigidly connected to the nozzle by the pylons 2, located in the air stream, covering a free stream of liquid 4 and profiled so that a region of increased pressure is created on the inner side of the side surfaces by the incoming air stream, which increases as the boundary of the stream approaches the inner surface of the nozzle, and The upper and lower surfaces achieve a deviation of the air flow, which runs down the front surface of the jet.

Claims

A method of draining a liquid from an aircraft, the method being that the liquid is drained in parallel, within the angle of attack of the aircraft, to the incoming air flow in the direction opposite to the direction of flight, through a swivel elbow with a straight exit section (pipe), carried out from the aircraft characterized in that at the boundary of the free stream in the immediate vicinity of the cut-off of the outlet section of the nozzle, a pressure region is created on the sides of the free stream that is relatively excessive the pressure of the air flowing around the rest of the jet and increasing with the removal of the liquid boundary from the axis of the jet, in addition, the air flow incident on the frontal surface of the jet is deflected downward.