RU2145563C1 - Method of control of aerodynamic loads acting on aircraft compartments and device for realization of this method (versions) - Google Patents

Method of control of aerodynamic loads acting on aircraft compartments and device for realization of this method (versions) Download PDF

Info

Publication number
RU2145563C1
RU2145563C1 RU99112891A RU99112891A RU2145563C1 RU 2145563 C1 RU2145563 C1 RU 2145563C1 RU 99112891 A RU99112891 A RU 99112891A RU 99112891 A RU99112891 A RU 99112891A RU 2145563 C1 RU2145563 C1 RU 2145563C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
compartment
pressure
drainage hole
aircraft
gas medium
Prior art date
Application number
RU99112891A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
В.А. Болотин
А.А. Дядькин
М.И. Казаков
В.И. Лебедев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева"
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 Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева" filed Critical Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им.С.П.Королева"
Priority to RU99112891A priority Critical patent/RU2145563C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2145563C1 publication Critical patent/RU2145563C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Traffic Control Systems (AREA)

Abstract

FIELD: rocketry. SUBSTANCE: method is based on change of pressure of gas medium in compartment relative to pressure on its surface through efflux of gas medium from compartment at action of aerodynamic flow. Change in pressure inside compartment is preliminarily determined by the flight trajectory. Efflux of gas medium is effected to local zone of surface at outside pressure equal to pressure inside compartment in mode of maximum pressure drops in the flight trajectory. In some versions, device have drainage holes whose positions are selected taking into account gradient of change of outside pressure in the flight trajectory; effective area is selected taking into account volume of compartment occupied by gas medium, flow coefficient of drainage hole and maximum drop of pressure between cavity of compartment and outside pressure. EFFECT: enhanced strength. 4 cl, 9 dwg

Description

Изобретение относится к области аэродинамики летательных аппаратов (ЛА) и может быть использовано в ракетостроении и авиации при определении и регулировании аэродинамических нагрузок, действующих на отсек, его элементы (оболочку, монтажные, технологические люки и др. элементы) и изделия (блоки полезной нагрузки, полезные грузы (ПГ), блоки автоматики системы управления и др.), размещенные в отсеке. The invention relates to the field of aerodynamics of aircraft (LA) and can be used in rocket science and aviation in determining and regulating aerodynamic loads acting on a compartment, its elements (shell, mounting, technological hatches and other elements) and products (payload blocks, payloads (GH), control system automation units, etc.) located in the compartment.

Известен и широко применяется в ракетостроении способ регулирования аэродинамических нагрузок (перепады давлений, приходящиеся на единицу площади конструкции), действующих на отсек ЛА, включающий изменение давления газовой среды внутри отсека, например, герметичного топливного бака [1] ракеты-носителя (РН), герметичных отсеков самолета [2] или орбитального корабля. (ОК) "Буран" [3] , выводимого ракетой-носителем (РН), по отношению к давлению на его поверхности путем вдува газовой среды в замкнутый объем при воздействии аэродинамического потока. Known and widely used in rocket science is a method for regulating aerodynamic loads (pressure drops per unit area of a structure) acting on an aircraft compartment, including a change in the pressure of the gaseous medium inside the compartment, for example, a sealed fuel tank [1] of a launch vehicle (LV), sealed compartments of an airplane [2] or an orbital ship. (OK) "Buran" [3], launched by the launch vehicle (LV), in relation to the pressure on its surface by blowing a gaseous medium into a closed volume under the influence of an aerodynamic flow.

Согласно этим техническим решениям в отсеке реализуют положительное по отношению к наружному избыточное давление газовой среды, необходимое для наддува герметичных бака, отсека или модуля ЛА, что приводит к значительным нагрузкам, действующим на элементы конструкции отсека по траектории полета ЛА. According to these technical solutions, the positive gas pressure in relation to the outside is realized in the compartment necessary to pressurize the airtight tank, compartment or module of the aircraft, which leads to significant loads acting on the structural elements of the compartment along the flight path of the aircraft.

Известен также в ракетостроении способ регулирования аэродинамических нагрузок, действующих на отсек летательного аппарата, включающий изменение давления газовой среды внутри замкнутого объема отсека, например, космической головной части (КГЧ) РН [4] по отношению к давлению на его поверхности путем истечения газовой среды в атмосферу при воздействии аэродинамического потока. Also known in rocket science is a method for regulating aerodynamic loads acting on an aircraft compartment, including changing the pressure of the gaseous medium inside the enclosed volume of the compartment, for example, the space head part (CGP) of the launch vehicle [4] with respect to the pressure on its surface by the outflow of the gaseous medium into the atmosphere when exposed to aerodynamic flow.

К недостаткам этого технического решения следует отнести неупорядоченное движение газовой среды внутри отсека, обусловленное наличием технологических отверстий при существенно неравномерном распределении наружного давления по длине отсека, что приводит к неравномерному распределению перепадов давления по длине отсека. Поскольку внутри замкнутой емкости принимают значение давления, равное атмосферному [5], что снижает достоверность получения аэродинамических нагрузок. The disadvantages of this technical solution include the disordered movement of the gas medium inside the compartment, due to the presence of technological holes with a substantially uneven distribution of external pressure along the length of the compartment, which leads to an uneven distribution of pressure drops along the length of the compartment. Since a pressure equal to atmospheric pressure is adopted inside a closed container [5], which reduces the reliability of obtaining aerodynamic loads.

Известен также в ракетостроении способ регулирования аэродинамических нагрузок, действующих на отсек летательного аппарата, включающий изменение давления газовой среды внутри отсека, например отсека полезной нагрузки ОК "Буран" [6], по отношению к давлению на его поверхности путем истечения газовой среды в атмосферу при воздействии аэродинамического потока. Also known in rocket science is a method for regulating aerodynamic loads acting on an aircraft compartment, including changing the pressure of the gaseous medium inside the compartment, for example, the payload compartment of the Buran OK [6], with respect to the pressure on its surface by the outflow of the gaseous medium into the atmosphere when exposed aerodynamic flow.

Это техническое решение принято авторами за прототип. Приведенное техническое решение, по сравнению с аналогами, позволяет уменьшить аэродинамические нагрузки, действующие на отсек за счет выравнивания давления внутри отсека по сравнению с наружным. К недостаткам следует отнести неупорядоченное течение газовой среды в замкнутом объеме, что приводит к понижению точности определения аэродинамических нагрузок. This technical decision was made by the authors for the prototype. The given technical solution, in comparison with analogues, allows to reduce aerodynamic loads acting on the compartment due to equalization of pressure inside the compartment compared to the outside. The disadvantages include the disordered flow of a gaseous medium in a closed volume, which leads to a decrease in the accuracy of determining aerodynamic loads.

Известно устройство регулирования аэродинамических нагрузок, действующих на отсек ЛА, например, на герметичный топливный бак [1] РН, герметичный отсек самолета [2] или ОК "Буран" [3], содержащее оболочку отсека, систему подачи и регулирования давления газовой среды в замкнутом объеме отсека. A device for regulating aerodynamic loads acting on an aircraft compartment, for example, on a sealed fuel tank [1] LV, an airtight compartment of an airplane [2] or OK "Buran" [3], containing a shell of the compartment, a system for supplying and regulating the pressure of the gas medium in a closed compartment volume.

К недостаткам технического решения следует отнести значительные нагрузки, действующие на элементы конструкции отсека по траектории полета. К тому же, для обеспечения требуемого давления в герметичном отсеке устанавливают систему наддува и регулирования по заданной программе изменения давления для штатного функционирования отсеков, что приводит к увеличению веса его конструкции. The disadvantages of the technical solution include significant loads acting on the structural elements of the compartment along the flight path. In addition, to ensure the required pressure in the sealed compartment, a pressurization and control system is installed according to a predetermined pressure change program for the normal functioning of the compartments, which leads to an increase in the weight of its structure.

Известно устройство регулирования аэродинамических нагрузок, действующих на отсек ЛА, например, отсек ПГ ОК "Буран" [6], содержащее оболочку отсека, дренажные отверстия, выполненные в оболочке отсека, створки, установленные в дренажных отверстиях, привода и систему управления створками. A device is known for regulating aerodynamic loads acting on an aircraft compartment, for example, a compartment of the GC OK "Buran" [6], containing a compartment shell, drainage holes made in the compartment shell, sashes installed in drainage holes, an actuator and a sash control system.

Это техническое решение принято авторами за прототип устройства. This technical decision was made by the authors for the prototype device.

Предназначенные для снижения нагрузок путем выравнивания давлений, действующих внутри и снаружи отсека, створки снабжены системой управления с приводами для закрытия и открытия дренажных отверстий по траектории полета в соответствии с фиксированной для этой траектории циклограммой работы створок. Это приводит к усложнению конструкции отсека, а также обуславливает необходимость привязки циклограммы к расчетной траектории. Тем самым снижаются эксплуатационные возможности технического решения. The flaps are designed to reduce loads by balancing the pressures acting inside and outside the compartment with a control system with actuators for closing and opening drainage holes along the flight path in accordance with the shutter operation sequence fixed for this path. This leads to a complication of the compartment design, and also necessitates the attachment of the cyclogram to the calculated trajectory. This reduces the operational capabilities of the technical solution.

Так как дренажные отверстия размещены на различных расстояниях по длине отсека, из-за неравномерности распределения давления снаружи отсека, особенно существенной при трансзвуковых скоростях полета, возможно возникновение локальных течений внутри отсека, что может привести к недопустимым нагрузкам, действующим на размещенные внутри отсека изделия, например, элементы ПГ. Since the drainage holes are located at different distances along the length of the compartment, due to the uneven distribution of pressure outside the compartment, especially significant at transonic flight speeds, local flows inside the compartment may occur, which can lead to unacceptable loads acting on the products located inside the compartment, for example GHG elements.

Задачей изобретения является увеличение точности регулирования аэродинамических давлений по траектории полета ЛА и, как следствие, обеспечение заданных из условий прочности аэродинамических нагрузок, действующих на отсек и изделия, размещаемые в отсеке, при одновременном упрощении конструкции для осуществления способа регулирования. The objective of the invention is to increase the accuracy of regulation of aerodynamic pressures along the flight path of an aircraft and, as a result, to ensure that aerodynamic loads acting on the compartment and products placed in the compartment are specified from the strength conditions, while simplifying the design for implementing the regulation method.

Техническим результатом изобретения является:
- обеспечение заданных из условий прочности аэродинамических нагрузок, действующих на отсек и одновременно на изделия, размещаемые в отсеке, за счет изменения по траектории расхода газовой среды из отсека в локальную зону поверхности отсека;
- повышение достоверности определения аэродинамических нагрузок за счет определения давления газовой среды в отсеке по траектории полета ЛА;
- упрощение конструкции отсека за счет исключения управляемых по траектории устройств обеспечения выравнивания давлений снаружи и внутри отсека.
The technical result of the invention is:
- providing aerodynamic loads specified from the strength conditions acting on the compartment and at the same time on products placed in the compartment, due to changes in the path of the gas medium from the compartment to the local area of the compartment surface;
- increasing the reliability of determining aerodynamic loads by determining the pressure of the gas medium in the compartment along the flight path of the aircraft;
- simplification of the compartment design by eliminating trajectory-controlled devices for ensuring equalization of pressure outside and inside the compartment.

Технический результат достигается тем, что в предложенном способе регулирования аэродинамических нагрузок, действующих на отсек летательного аппарата, включающем изменение давления газовой среды в отсеке по отношению к давлению на его поверхности путем истечения газовой среды из отсека при воздействии аэродинамического потока, согласно изобретению предварительно по траектории полета определяют изменение давления внутри отсека, а истечение газовой среды осуществляют в локальную зону поверхности отсека с наружным давлением, равным давлению внутри отсека, на режиме максимальных перепадов давлений по траектории полета ЛА. The technical result is achieved by the fact that in the proposed method of regulating aerodynamic loads acting on the compartment of the aircraft, including changing the pressure of the gas medium in the compartment with respect to the pressure on its surface by the outflow of the gas medium from the compartment when exposed to the aerodynamic flow, according to the invention, previously along the flight path determine the change in pressure inside the compartment, and the outflow of the gas medium is carried out in the local zone of the surface of the compartment with an external pressure equal to The pressure inside the chamber, at the time of the flight trajectory of the aircraft maximum differential pressure.

В устройстве (вариант 1) для регулирования аэродинамических нагрузок, действующих на отсек ЛА, содержащем оболочку, на боковой поверхности которой выполнено дренажное отверстие, согласно изобретению дренажное отверстие выполнено в локальной зоне поверхности отсека с заданными координатами, соответствующими минимальному градиенту изменения наружного давления по траектории полета, при этом эффективную площадь дренажного отверстия, отнесенную к объему отсека, занимаемому газовой средой, определяют из соотношения:

Figure 00000002

где S, см2 - площадь дренажного отверстия,
V, м3 - объем отсека, занимаемый газовой средой,
μ - коэффициент расхода дренажного отверстия,
ΔPвн. , кГс/см2 - максимальный по траектории перепад давлений между полостью отсека и наружным давлением;
a, b, c, d - коэффициенты, зависящие от параметров траектории летательного аппарата.In the device (option 1) for regulating aerodynamic loads acting on an aircraft compartment containing a shell, on the side surface of which a drainage hole is made, according to the invention, a drainage hole is made in a local area of the compartment surface with predetermined coordinates corresponding to a minimum gradient of external pressure change along the flight path while the effective area of the drainage hole, related to the volume of the compartment occupied by the gas medium, is determined from the ratio:
Figure 00000002

where S, cm 2 - the area of the drainage hole,
V, m 3 - the volume of the compartment occupied by the gaseous medium,
μ is the discharge coefficient of the drainage hole,
ΔP ext. , kgf / cm 2 - maximum path differential pressure between the compartment cavity and external pressure;
a, b, c, d - coefficients depending on the parameters of the trajectory of the aircraft.

В устройстве (вариант 2) для регулирования аэродинамических нагрузок, действующих на отсек ЛА, в отличие от варианта 1, согласно изобретению в дренажном отверстии или его окрестности смонтировано устройство отрыва аэродинамического потока. In the device (option 2) for regulating the aerodynamic loads acting on the aircraft compartment, in contrast to option 1, according to the invention, a device for separating the aerodynamic flow is mounted in the drainage hole or its vicinity.

Устройство отрыва аэродинамического потока может быть выполнено в виде аэродинамически спрофилированной надстройки с дренажным отверстием на ее поверхности, соединенным с дренажным отверстием оболочки. The aerodynamic flow separation device can be made in the form of an aerodynamically profiled superstructure with a drainage hole on its surface connected to a drainage hole of the shell.

Изобретение обеспечивает заданные из условий прочности аэродинамические нагрузки, действующие на отсек по траектории полета, при повышении достоверности определения нагрузок за счет изменения давления газовой среды в отсеке и характера его изменения по траектории полета, а также определения координат и эффективной площади дренажного отверстия для достижения этих нагрузок. The invention provides aerodynamic loads specified from strength conditions acting on the compartment along the flight path, while increasing the reliability of determining the loads due to changes in the pressure of the gas medium in the compartment and the nature of its change along the flight path, as well as determining the coordinates and effective area of the drainage hole to achieve these loads .

Сущность изобретения поясняется на примерах решения поставленной задачи применительно к отсеку ЛА, смонтированному за головной частью РН с размещенным в нем изделием, например блоком ПГ. The essence of the invention is illustrated by examples of solving the problem with reference to the compartment of the aircraft mounted behind the head part of the launch vehicle with the product placed in it, for example, the steam generator unit.

На фиг. 1 и 2 приведены схемы отсека, выполненные соответственно по варианту 1 с цилиндрической частью и по варианту 2 - с конической частью отсека. Здесь же стрелками показано направление течения газовой среды. In FIG. Figures 1 and 2 show the compartment diagrams, made respectively according to option 1 with a cylindrical part and according to option 2, with a conical part of the compartment. Here, arrows indicate the direction of flow of the gas medium.

1 - отсек;
2, 4, 6 - дренажные отверстия;
3 - расширяющаяся (сужающаяся) часть;
5 - надстройка.
1 - compartment;
2, 4, 6 - drainage holes;
3 - expanding (tapering) part;
5 - add-in.

На фиг. 3 приведено распределение коэффициента Cp избыточного наружного давления по длине отсека при М = 1 для этих вариантов. Здесь Cp = ΔPнар./q, где q - скоростной напор.In FIG. Figure 3 shows the distribution of the coefficient Cp of excess external pressure along the length of the compartment at M = 1 for these options. Here Cp = ΔP nar. / q, where q is the velocity head.

На фиг. 4 приведено изменение коэффициента Cp по числам М в характерных точках отсека, выполненного в варианте 1 (тт. a, a1, a2) и в варианте 2 (тт. b, b1, b2), а также выделены зоны расположения дренажных отверстий для этих вариантов. In FIG. Figure 4 shows the change in the coefficient Cp by the numbers M at the characteristic points of the compartment made in option 1 (vols. A, a1, a2) and in option 2 (vols. B, b1, b2), and also the areas of drainage holes for these options are highlighted .

На фиг. 5 приведено типичное изменение по времени полета предельных перепадов ΔP, действующих на отсек, по сравнению с допустимыми ΔPдоп., а также приведены составляющие перепадов ΔPнар., ΔPвн. Здесь ΔPнар.= Pнар.- Pн, ΔPвн. = Pвн - Pн, где Pн - атмосферное давление.In FIG. Figure 5 shows a typical change in the flight time of the limiting differences ΔP acting on the compartment, in comparison with the permissible ΔP add. , as well as the components of the differences ΔP nar. , ΔP ext. Here ΔP nar. = P nar. - P n , ΔP int. = P nn - P n , where P n - atmospheric pressure.

На фиг. 6 приведено изменение избыточного давления внутри отсека ΔPвн. по времени при различной относительной проходной площади дренажного отверстия S. Здесь S - площадь дренажного отверстия, отнесенная к объему отсека, занимаемому газовой средой.In FIG. 6 shows the change in overpressure inside the compartment ΔP ext. in time at different relative passage areas of the drainage hole S. Here S is the area of the drainage hole, referred to the volume of the compartment occupied by the gas medium.

На фиг. 7 приведена обобщенная зависимость максимального давления ΔPвн. от относительной площади S.In FIG. 7 shows a generalized dependence of the maximum pressure ΔP ext. from the relative area S.

На фиг. 8 приведены зависимости давлений Pнар., Pвн. и их перепадов, действующих на отсек, по траектории полета РН.In FIG. 8 shows the pressure dependencies P nar. , P ext. and their differences acting on the compartment along the flight path of the LV.

На фиг. 9 приведены аналогичные зависимости по траектории спуска ЛА. In FIG. Figure 9 shows similar dependences along the descent trajectory of an aircraft.

Отсек РН (фиг. 1 и 2) содержит оболочку 1 с силовыми элементами, на боковой поверхности которого выполнено дренажное отверстие 2 или 4. Оболочка 1 может иметь расширяющуюся (или сужающуюся) часть 3. The PH compartment (Figs. 1 and 2) contains a shell 1 with power elements, on the lateral surface of which a drainage hole 2 or 4 is made. The shell 1 may have an expanding (or tapering) part 3.

По варианту 1 (фиг. 1) дренажное отверстие 2 выполнено в локальной зоне поверхности отсека (узел I) с координатами, соответствующими минимальному градиенту изменения наружного давления ΔPнар. по траектории полета (фиг. 4, зона а1-а2).According to option 1 (Fig. 1), the drainage hole 2 is made in the local area of the compartment surface (node I) with coordinates corresponding to the minimum gradient of the external pressure ΔP nar. along the flight path (Fig. 4, zone a1-a2).

По варианту 2 (фиг. 2) в дренажном отверстии 4, размещенном на поверхности отсека с координатами, отличными от варианта 1, установлена аэродинамически спрофилированная надстройка 5 (узел II). Надстройку выбирают из ряда надстроек, позволяющих изменять давление в локальной зоне на поверхности отсека и, следовательно, давление внутри отсека. Она может быть выполнена, например, в виде полой аэродинамической надстройки, установленной в окрестности этого дренажного отверстия (узел II, 7, 8), либо в дренажном отверстии 4 отсека (узел II, 9, 10). Ее дренажное отверстие 6 выполнено на боковой или донной поверхности надстройки и сообщено с дренажным отверстием 4 оболочки, размещенным в надстройке. According to option 2 (Fig. 2), an aerodynamically profiled superstructure 5 (assembly II) is installed in the drainage hole 4 located on the surface of the compartment with coordinates different from option 1. The add-in is selected from a number of add-ons, allowing you to change the pressure in the local area on the surface of the compartment and, therefore, the pressure inside the compartment. It can be performed, for example, in the form of a hollow aerodynamic superstructure installed in the vicinity of this drainage hole (unit II, 7, 8), or in the drainage hole 4 of the compartment (unit II, 9, 10). Its drainage hole 6 is made on the side or bottom surface of the superstructure and communicated with the drainage hole 4 of the shell placed in the superstructure.

Введение надстройки обусловлено особенностью изменения эпюры ΔPнар. по длине отсека, по которой установить локальную зону истечения газовой среды с обеспечением искомого в отсеке давления ΔPвн. для достижения заданных перепадов ΔP по траектории, одновременно выполнив конструктивные требования, не представляется возможным, или необходимостью совместить дренажное отверстие, например, с трубопроводом системы термостатирования, который необходимо смонтировать в требуемом сечении отсека. В зависимости от особенностей распределения ΔPнар. дренажное отверстие 4 может быть выполнено как на образующей с нулевым, так и отрицательным или положительным углом наклона ее к оси отсека.The introduction of the add-in is due to the peculiarity of changing the plot ΔP bunks. along the length of the compartment, along which to establish the local zone of the outflow of the gaseous medium with the required pressure ΔP int. in order to achieve the given differences ΔP along the trajectory, at the same time having fulfilled the design requirements, it is not possible or necessary to combine a drainage hole, for example, with the thermostatic system piping, which must be mounted in the required section of the compartment. Depending on the characteristics of the distribution ΔP nar. the drainage hole 4 can be made both on the generatrix with zero, and negative or positive angle of inclination to the axis of the compartment.

Дренажное отверстие 4 выполняют также в локальной зоне поверхности отсека с координатами, соответствующими минимальному градиенту изменения наружного давления по траектории полета (фиг. 4, зона b-b2). A drainage hole 4 is also performed in the local area of the compartment surface with coordinates corresponding to the minimum gradient of the external pressure change along the flight path (Fig. 4, zone b-b2).

Эффективную площадь дренажных отверстий 2, 4 или 6 определяют по формуле (1). The effective area of the drainage holes 2, 4 or 6 is determined by the formula (1).

Предлагаемый способ регулирования перепада давлений ΔP и, следовательно, аэродинамических нагрузок, действующих на отсек и его элементы по траектории полета, на боковой поверхности которого выполнено дренажное отверстие, реализуется следующим образом. The proposed method for controlling the pressure drop ΔP and, therefore, aerodynamic loads acting on the compartment and its elements along the flight path, on the side surface of which a drainage hole is made, is implemented as follows.

Предварительно для всего диапазона изменения чисел М известными методами (см. [7] ) определяют распределение наружного давления ΔPнар. по длине отсека. На фиг. 3 для вариантов 1 (вар. 1) и 2 (вар. 2) иллюстрируется распределение коэффициента давления Cp по длине отсека, например, при М = 1.Preliminarily, for the entire range of changes in the numbers M, the distribution of the external pressure ΔP nar. along the length of the compartment. In FIG. 3 for options 1 (version 1) and 2 (version 2) illustrates the distribution of the pressure coefficient C p along the length of the compartment, for example, at M = 1.

Для прототипа при определении ΔP (ΔP = ΔPнар.-ΔPвн.), действующих на отсек, давление в отсеке по траектории полета принимают равным атмосферному ΔPвн.= 0 (см. [6]). Тем самым снижают достоверность определения нагрузок.For the prototype, when determining ΔP (ΔP = ΔP nar. -ΔP int . ) Acting on the compartment, the pressure in the compartment along the flight path is taken equal to atmospheric ΔP int. = 0 (see [6]). Thus, the reliability of determining the loads is reduced.

Для решения поставленной задачи по результатам исследований распределения давлений при всех числах М устанавливают изменение давлений в характерных точках отсека и по нему - координаты локальной зоны, соответствующие минимальному градиенту изменения давления по траектории (фиг. 4). Из фиг. 4 следует, что этому требованию отвечают координаты зоны a1-a2 для варианта 1 и зоны b1-b2 - для варианта 2 по сравнению с изменением давлений, например, в т. a и т. b соответственно для этих вариантов. To solve the problem, according to the results of studies of the pressure distribution for all numbers M, the pressure change is established at the characteristic points of the compartment and the coordinates of the local zone corresponding to the minimum gradient of the pressure change along the path are determined from it (Fig. 4). From FIG. 4 it follows that the coordinates of zone a1-a2 for option 1 and zone b1-b2 for option 2 meet this requirement in comparison with the change in pressure, for example, in t. A and t. B, respectively, for these options.

Определяют также предельные по траектории перепады ΔPнар. с учетом изменения углов атаки и крена. Далее, исходя из заданных ограничений по допустимым перепадам давления ΔPдоп., действующим на элементы отсека, определяют максимальные уровни перепадов ΔPвн., необходимые для обеспечения перепадов ΔP, действующих по траектории, и не превышающие допустимые (фиг. 5). На фиг. 5 иллюстрируется изменение этих перепадов.The path extreme differences ΔP bunk are also determined . taking into account changes in angles of attack and roll. Further, based on the given restrictions on permissible pressure drops ΔP add. acting on the elements of the compartment, determine the maximum levels of differences ΔP ext. necessary to ensure the differences ΔP, acting along the trajectory, and not exceeding the permissible (Fig. 5). In FIG. 5 illustrates the change in these differences.

В соответствии с изобретением для расчетной траектории для выбранного дренажного отверстия с координатой li устанавливают также зависимости избыточного давления внутри отсека ΔPвн. по времени полета с различной площадью дренажного отверстия S (фиг. 6). При этом ΔPвн. определяют, используя величины давления в локальной зоне на поверхности отсека с координатой li, в месте истечения газовой среды в атмосферу с учетом интерференции с аэродинамическим потоком. Выявляют также их экстремальные значения. Из фиг. 6 следует, что зависимость ΔPвн. от времени по траектории имеет характерный максимум, соответствующий трансзвуковым скоростям полета.In accordance with the invention, for the calculated trajectory for the selected drainage hole with coordinate li, dependencies of excess pressure inside the compartment ΔP ext. by flight time with a different area of the drainage hole S (Fig. 6). Moreover, ΔP ext. determined using the pressure in the local zone on the surface of the compartment with coordinate li, at the place of the outflow of the gas medium into the atmosphere, taking into account interference with the aerodynamic flow. Their extreme values are also revealed. From FIG. 6 it follows that the dependence ΔP ext. from time to time along the trajectory has a characteristic maximum corresponding to transonic flight speeds.

На фиг. 7 для расчетной траектории приведена установленная по результатам этих исследований обобщенная зависимость (ΔPвн.) от S с использованием сетки зависимостей, приведенных на фиг. 6, и дано ее математическое описание в виде формулы (1). В этой формуле a, b, с, d - коэффициенты, зависящие от параметров траектории (числа М, высоты полета Н).In FIG. 7, for the calculated trajectory, the generalized dependence (ΔP ext. ) On S established using the results of these studies is shown using the grid of dependencies shown in FIG. 6, and its mathematical description is given in the form of formula (1). In this formula, a, b, c, d are coefficients that depend on the parameters of the trajectory (number M, flight altitude H).

Для отсека, выполненного в варианте 1 (фиг. 1), изменение перепада давления ΔP осуществляют путем истечения газовой среды в локальную зону поверхности отсека через дренажное отверстие 2, при этом истечение газовой среды реализуют в зоне a1-a2 с наружным давлением ΔPнар., равным давлению внутри отсека ΔPвн. на режиме максимальных перепадов давлений по траектории полета.For the compartment made in embodiment 1 (Fig. 1), the change in pressure drop ΔP is carried out by the outflow of the gas medium into the local area of the compartment surface through the drainage hole 2, while the outflow of the gas medium is realized in the zone a1-a2 with an external pressure ΔP of the bunk. equal to the pressure inside the compartment ΔP ext. at the mode of maximum pressure drops along the flight path.

Аналогично для отсека, выполненного в варианте 2 (фиг. 2), изменение ΔP осуществляют путем истечения газовой среды через дренажные отверстия 4 либо 6 (в зависимости от варианта надстройки), при этом истечение газовой среды реализуют в зоне b1 - b2 с наружным давлением ΔPнар., равным давлению внутри отсека ΔPвн. на режиме максимальных перепадов давлений по траектории полета.Similarly, for the compartment made in option 2 (Fig. 2), the change in ΔP is carried out by the outflow of the gaseous medium through the drain holes 4 or 6 (depending on the option of the superstructure), while the outflow of the gaseous medium is realized in zone b1 - b2 with an external pressure ΔP Nar equal to the pressure inside the compartment ΔP ext. at the mode of maximum pressure drops along the flight path.

В зависимости от необходимости увеличить или уменьшить ΔPвн. по траектории истечение осуществляют через отверстия 2, 4 или 6 соответственно с большим или меньшим давлением на поверхности отсека, либо меньшей или большей площадью дренажного отверстия S.Depending on the need to increase or decrease ΔP ext. along the path, the outflow is carried out through openings 2, 4 or 6, respectively, with a greater or lesser pressure on the surface of the compartment, or a smaller or larger area of the drainage hole S.

Тем самым обеспечивают непревышение заданных максимального ΔP1 и минимального ΔP2 избыточного давлений по траектории полета и соответственно аэродинамических нагрузок, действующих на отсек и его элементы. This ensures that the specified maximum ΔP1 and minimum ΔP2 excess pressures along the flight path and, accordingly, aerodynamic loads acting on the compartment and its elements are not exceeded.

На фиг. 8 иллюстрируется изменение перепадов ΔP1 и ΔP2, действующих на отсек в различные моменты времени по траектории полета РН по сравнению с давлением внутри отсека Pвн. и атмосферным Pн. Данные получены для отсека с объемом газовой среды V = 50 м3, в нем выполнено дренажное отверстие 2 или 4 площадью S = 30 см2.In FIG. Figure 8 illustrates the change in the differences ΔP1 and ΔP2 acting on the compartment at different points in time along the flight path of the LV compared to the pressure inside the compartment P ext. and atmospheric P n . The data were obtained for a compartment with a volume of gas medium V = 50 m 3 , a drainage hole 2 or 4 with an area S = 30 cm 2 was made in it .

Таким образом, по траектории полета РН реализуют заданные из условий прочности аэродинамические нагрузки, действующие на элементы отсека и размещенные в нем изделия. Одновременно повышают надежность эксплуатации элементов конструкции отсека и изделий, размещаемых в отсеке, а также упрощают конструкцию отсека за счет исключения управляемых по траектории устройств обеспечения изменения давления внутри отсека. Thus, along the flight path of the launch vehicle, aerodynamic loads specified from the conditions of strength are realized, acting on the compartment elements and the products placed in it. At the same time, they increase the reliability of operation of the structural elements of the compartment and products placed in the compartment, as well as simplify the design of the compartment by eliminating trajectory-controlled devices for providing pressure changes inside the compartment.

Техническое решение может быть использовано для регулирования аэродинамических нагрузок, действующих на отсек на участке спуска ЛА. При этом в формуле (1) знак у ΔPвн. следует изменить на противоположный. На фиг. 9 иллюстрируется изменение перепадов ΔP3 и ΔP4, действующих на отсек по сравнению с Pвн. и Pн, на участке спуска ЛА.The technical solution can be used to control aerodynamic loads acting on the compartment in the aircraft launch site. Moreover, in the formula (1) the sign of ΔP ext. should be reversed. In FIG. 9 illustrates the change in the differences ΔP3 and ΔP4 acting on the compartment compared to P ext. and P n , on the descent section of the aircraft.

Техническое решение может быть использовано для определения допустимой площади технологических зазоров в местах стыка конструктивных элементов отсека между собой, используя формулу (1). The technical solution can be used to determine the allowable area of technological gaps at the junction of the structural elements of the compartment with each other using the formula (1).

Представленное техническое решение может быть также использовано в авиации, например, в самолетостроении, при решении задач транспортировки грузов различного назначения, размещаемых в негерметичных отсеках самолета. The presented technical solution can also be used in aviation, for example, in aircraft construction, in solving the problems of transporting goods of various purposes placed in unpressurized compartments of the aircraft.

В настоящее время предлагаемое техническое решение внедряется на разрабатываемых предприятием ЛА и является обязательным элементом аэродинамического проектирования. Currently, the proposed technical solution is being implemented in aircraft developed by the enterprise and is an obligatory element of aerodynamic design.

Источники информации
1. Космонавтика. Энциклопедия. Под ред. В.П. Глушко.- М.: Сов. Энциклопедия, 1985, стр. 339.
Sources of information
1. Cosmonautics. Encyclopedia. Ed. V.P. Glushko.- M.: Sov. Encyclopedia, 1985, p. 339.

2. Авиация. Энциклопедия. -М.: ЦАГИ, 1994, стр. 397. 2. Aviation. Encyclopedia. -M .: TsAGI, 1994, p. 397.

3. Космический комплекс. Многоразовый орбитальный корабль "Буран". Под ред. Ю.П. Семенова, Г.Е. Лозино-Лозинского, В.Л. Лапыгина, В.А. Тимченко. - М.: Машиностроение, 1995, стр. 223-225. 3. The space complex. Reusable orbiter "Buran". Ed. Yu.P. Semenova, G.E. Lozino-Lozinsky, V.L. Lapygina, V.A. Timchenko. - M.: Mechanical Engineering, 1995, pp. 223-225.

4. Основы конструирования ракет-носителей космических аппаратов. Под ред. акад. В. П. Мишина и проф. В.К. Карраска. -М.: Машиностроение, 1991, стр. 187-190. 4. Fundamentals of designing spacecraft launch vehicles. Ed. Acad. V.P. Mishin and prof. VK. Carrasque -M .: Engineering, 1991, pp. 187-190.

5. Основы конструирования ракет-носителей космических аппаратов. Под ред. акад. В. П. Мишина и проф. В.К. Карраска. -М.: Машиностроение, 1991, стр. 290. 5. The basics of designing spacecraft launch vehicles. Ed. Acad. V.P. Mishin and prof. VK. Carrasque -M.: Engineering, 1991, p. 290.

6. Космический комплекс. Многоразовый орбитальный корабль "Буран". Под ред. Ю. П. Семенова, Г.Е. Лозино-Лозинского, В.Л. Лапыгина, В.А. Тимченко. -М.: Машиностроение, 1995, стр. 148- 150. 6. The space complex. Reusable orbiter "Buran". Ed. Yu. P. Semenova, G.E. Lozino-Lozinsky, V.L. Lapygina, V.A. Timchenko. -M.: Engineering, 1995, p. 148-150.

7. А. Поуп, К. Гойн. Аэродинамические трубы больших скоростей. -М.: Мир, 1968, стр. 311-316. 7. A. Pope, C. Heun. Wind tunnels of high speeds. -M.: Mir, 1968, p. 311-316.

Claims (4)

1. Способ регулирования аэродинамических нагрузок, действующих на отсек летательного аппарата, включающий изменение давления газовой среды в отсеке по отношению к давлению на его поверхности путем истечения газовой среды из отсека при воздействии аэродинамического потока, отличающийся тем, что предварительно по траектории полета определяют изменение давления внутри отсека, а истечение газовой среды осуществляют в локальную зону поверхности отсека с наружным давлением, равным давлению внутри отсека на режиме максимальных перепадов давлений по траектории полета летательного аппарата. 1. The method of regulating aerodynamic loads acting on the compartment of the aircraft, including changing the pressure of the gaseous medium in the compartment relative to the pressure on its surface by the outflow of the gaseous medium from the compartment when exposed to an aerodynamic flow, characterized in that the change in pressure inside the flight path is determined compartment, and the outflow of the gas medium is carried out in the local zone of the compartment surface with an external pressure equal to the pressure inside the compartment at the maximum differential pressure occurrences along the trajectory of the aircraft flight. 2. Устройство для регулирования аэродинамических нагрузок, действующих на отсек летательного аппарата, содержащее оболочку, на боковой поверхности которой выполнено дренажное отверстие, отличающееся тем, что дренажное отверстие выполнено в локальной зоне поверхности отсека с заданными координатами, соответствующими минимальному градиенту изменения наружного давления по траектории полета, при этом эффективную площадь дренажного отверстия, отнесенную к объему отсека, занимаемому газовой средой, определяют из соотношения
Figure 00000003

где S - площадь дренажного отверстия, см2;
V - объем отсека, занимаемый газовой средой, м3;
μ - коэффициент расхода дренажного отверстия;
ΔPвн. - максимальный по траектории перепад давлений между полостью отсека и наружным давлением, кГс/см2;
a, b, c, d - коэффициенты, зависящие от параметров траектории летательного аппарата.
2. Device for regulating aerodynamic loads acting on the compartment of the aircraft containing a shell, on the side surface of which a drainage hole is made, characterized in that the drainage hole is made in the local area of the compartment surface with predetermined coordinates corresponding to the minimum gradient of the external pressure change along the flight path while the effective area of the drainage hole, related to the volume of the compartment occupied by the gas medium, is determined from the ratio
Figure 00000003

where S is the area of the drainage hole, cm 2 ;
V is the volume of the compartment occupied by the gas medium, m 3 ;
μ is the discharge coefficient of the drainage hole;
ΔP ext. - the maximum path differential pressure between the cavity of the compartment and the external pressure, kgf / cm 2 ;
a, b, c, d - coefficients depending on the parameters of the trajectory of the aircraft.
3. Устройство для регулирования аэродинамических нагрузок, действующих на отсек летательного аппарата, содержащее оболочку, на боковой поверхности которой выполнено дренажное отверстие с устройством отрыва аэродинамического потока, отличающееся тем, что дренажное отверстие выполнено в локальной зоне поверхности отсека с заданными координатами, соответствующими минимальному градиенту изменения наружного давления по траектории полета, при этом эффективную площадь дренажного отверстия, отнесенную к объему отсека, занимаемому газовой средой, определяют из соотношения
Figure 00000004

где S - площадь дренажного отверстия, см2;
V - объем отсека, занимаемый газовой средой, м3;
μ - коэффициент расхода дренажного отверстия;
ΔPвн. - максимальный по траектории перепад давлений между полостью отсека и наружным давлением, кГс/см2;
a, b, c, d - коэффициенты, зависящие от параметров траектории летательного аппарата.
3. Device for regulating aerodynamic loads acting on the compartment of the aircraft, containing a shell, on the side surface of which a drainage hole is made with a device for detaching the aerodynamic flow, characterized in that the drainage hole is made in the local area of the surface of the compartment with predetermined coordinates corresponding to the minimum gradient of change external pressure along the flight path, while the effective area of the drainage hole, referred to the volume of the compartment occupied by the gas medium, determined from the ratio
Figure 00000004

where S is the area of the drainage hole, cm 2 ;
V is the volume of the compartment occupied by the gas medium, m 3 ;
μ is the discharge coefficient of the drainage hole;
ΔP ext. - the maximum path differential pressure between the cavity of the compartment and the external pressure, kgf / cm 2 ;
a, b, c, d - coefficients depending on the parameters of the trajectory of the aircraft.
4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что устройство отрыва аэродинамического потока выполнено в виде аэродинамически спрофилированной надстройки с дренажным отверстием на ее поверхности, соединенным с дренажным отверстием оболочки. 4. The device according to claim 3, characterized in that the aerodynamic flow separation device is made in the form of an aerodynamically profiled superstructure with a drainage hole on its surface connected to a drainage hole of the shell.
RU99112891A 1999-06-25 1999-06-25 Method of control of aerodynamic loads acting on aircraft compartments and device for realization of this method (versions) RU2145563C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99112891A RU2145563C1 (en) 1999-06-25 1999-06-25 Method of control of aerodynamic loads acting on aircraft compartments and device for realization of this method (versions)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99112891A RU2145563C1 (en) 1999-06-25 1999-06-25 Method of control of aerodynamic loads acting on aircraft compartments and device for realization of this method (versions)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2145563C1 true RU2145563C1 (en) 2000-02-20

Family

ID=20221351

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99112891A RU2145563C1 (en) 1999-06-25 1999-06-25 Method of control of aerodynamic loads acting on aircraft compartments and device for realization of this method (versions)

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2145563C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2763917C1 (en) * 2021-07-13 2022-01-11 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Apparatus for heat protection of an aircraft

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2763917C1 (en) * 2021-07-13 2022-01-11 Акционерное общество "Военно-промышленная корпорация "Научно-производственное объединение машиностроения" Apparatus for heat protection of an aircraft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11649073B2 (en) Control surfaces for use with high speed vehicles, and associated systems and methods
US10266282B2 (en) Launch vehicles with ring-shaped external elements, and associated systems and methods
RU2556794C2 (en) Orbital injection means with stationary and unfolding deceleration surfaces and/or shaped fuel tanks and appropriate systems and methods
US4715399A (en) Liquid-propellant management system for rockets and space vehicles
WO2006104838A2 (en) Lifting body tuned for passive re-entry
US20060060706A1 (en) Inflatable aerodynamic wing and method
US6446905B1 (en) Janus reusable spacecraft system
WO2006119056A2 (en) Lighter than air supersonic vehicle
Bowlus et al. Challenges and opportunities in tailless aircraft stability and control
US5901929A (en) Control and augmentation of passive porosity through transpiration control
RU2145563C1 (en) Method of control of aerodynamic loads acting on aircraft compartments and device for realization of this method (versions)
US9845144B2 (en) Aircraft and air exchange systems for ventilated cavities of aircraft
RU2145564C1 (en) Method of control of aerodynamic loads acting of flying vehicle case and device for realization of this method (versions)
RU2083448C1 (en) Space vehicle for descent in atmosphere of planet and method of descent of space vehicle in atmosphere of planet
JP2013043638A (en) Inert gas supply system of fuel tank
US3103324A (en) High velocity high altitude v.t.o.l. aircraft
Laidlaw et al. Potential aerothermoelastic problems associated with advanced vehicle design
Blades et al. Aeroelastic analysis of the X-34 Launch Vehicle
EP1736405A1 (en) Semi-rigid airship
RU2283799C2 (en) Load-bearing panel of spacecraft case (versions)
RU2283798C2 (en) Load-bearing panel of spacecraft solar battery (versions)
Lau Implications of maneuvering-range constraints on lifting-vehicle design.
US4002313A (en) Aircraft conformal load carrying pallet
Nagabhushan et al. Dynamics and control of a heavy lift airship hovering in a turbulent cross wind
MILLER et al. Application of forward sweep wings to an air combat fighter

Legal Events

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

Effective date: 20180626