RU214617U1

RU214617U1 - Reconfigurable wing frame

Info

Publication number: RU214617U1
Application number: RU2022116655U
Authority: RU
Inventors: Алексей Васильевич Ивченко; Михаил Юрьевич Ветлицын; Николай Геннадиевич Шаронов
Filing date: 2022-06-21
Publication date: 2022-11-08

Abstract

Настоящая полезная модель относится к области аэродинамики и может найти применение в авиационной технике, например, в конструкциях трансформируемой несущей поверхности адаптивных крыльев, обеспечивающей заданное плавное изменение его геометрии. Реконфигурируемый каркас крыла состоит из последовательно соединенных узлов, выполненных в виде двутавров, с подвижным сочленением между собой, обшивки из сдвижных пластинчатых покрывных элементов. При этом на каждой полке каждого двутавра выполнены соединительные пазы типа «ласточкин хвост», на каждой торцевой поверхности стенки каждого двутавра выполнено по два симметрично расположенных вала, на которых перекрестно с обеих сторон двутавров установлены связующие балки, с чередованием подвижных сочленений между двутаврами в рядах так, что в каждом нечетном ряду соединены соседние двутавры, а в каждом четном ряду двутавры соединены через один со смещением на один двутавр по обе стороны ряда. Технический результат заключается в повышении надежности конструкции каркаса и повышении устойчивости крыла. 5 ил.

This utility model relates to the field of aerodynamics and can be used in aviation technology, for example, in the design of a transformable load-bearing surface of adaptive wings, which provides a given smooth change in its geometry. The reconfigurable wing frame consists of serially connected nodes made in the form of I-beams with a movable joint between themselves, a skin of sliding plate covering elements. At the same time, on each flange of each I-beam, connecting grooves of the "dovetail" type are made, on each end surface of the wall of each I-beam, two symmetrically located shafts are made, on which connecting beams are installed crosswise on both sides of the I-beams, with alternating movable joints between the I-beams in rows as follows that in each odd row adjacent I-beams are connected, and in each even row the I-beams are connected through one with an offset of one I-beam on both sides of the row. The technical result consists in increasing the reliability of the frame structure and increasing the stability of the wing. 5 ill.

Description

Настоящая полезная модель относится к области аэродинамики и может найти применение в авиационной технике, например, в конструкциях трансформируемой несущей поверхности адаптивных крыльев, обеспечивающей заданное плавное изменение его геометрии.This utility model relates to the field of aerodynamics and can be used in aviation technology, for example, in the design of a transformable load-bearing surface of adaptive wings, which provides a given smooth change in its geometry.

Известно устройство аэродинамическое крыло летательного аппарата с адаптивно изменяющейся поверхностью [патент РФ на изобретение №2660191, МПК: B64C 23/06, G06F 19/00, G01P 5/14, опубл. 05.07.20218 г.]. Устройство аэродинамическое крыло с адаптивно изменяющейся поверхностью для компенсации турбулентности содержит подвижные пластины, которые имеют две оси вращения, опирающиеся на элементы каркаса крыла. Каркас выполнен жестким и неподвижным и состоит из рядов несущих лонжеронов, на которые надеты ряды нервюр. К нервюрам с помощью поворотного соединения присоединены покрывные пластины имеющих форму правильных многоугольников. Вращение пластин осуществляется посредством двух исполнительных сервомеханизмов.A known device is an aerodynamic wing of an aircraft with an adaptively changing surface [RF patent for the invention No. 2660191, IPC: B64C 23/06, G06F 19/00, G01P 5/14, publ. 07/05/20218]. The aerodynamic wing device with an adaptively changing surface to compensate for turbulence contains movable plates that have two axes of rotation based on the elements of the wing frame. The frame is made rigid and immovable and consists of rows of load-bearing spars, on which rows of ribs are put on. Covering plates having the shape of regular polygons are attached to the ribs with the help of a swivel joint. The rotation of the plates is carried out by means of two actuating servomechanisms.

Недостатком такого аэродинамического крыла летательного аппарата являются ограниченный лимит изменения кривизны поверхности крыла, что идет в ограничение характеристик крыла в процессе полета. Отсутствует единый неразрывный геометрический контур, что ухудшает устойчивость крыла. The disadvantage of such an aerodynamic wing of an aircraft is the limited limit of change in the curvature of the surface of the wing, which leads to the limitation of the characteristics of the wing during the flight. There is no single inseparable geometric contour, which worsens the stability of the wing.

Известно устройство аэродинамический элемент с деформируемой внешней обшивкой [патент Германии № DE102009026457, МПК: B64C3/44, опубл. 09.12.2010 г.]. Изобретение относится к аэродинамическому элементу, в частности к крылу, посадочному закрылку, руля высоты тангажа, руля направления рыскания, киля или хвостового оперения. Аэродинамический компонент содержит внешнюю оболочку и по меньшей мере один поддерживающий элемент, поддерживающий указанную внешнюю оболочку. Привод вращает опорный элемент. Между опорным элементом и внешней оболочкой создается поддерживающая область. Опорная область передает деформационные силы от привода через опорный элемент к внешней оболочке. Опорный элемент разработан и сконфигурирован для изменения расстояния от опорной области от продольной плоскости аэродинамического элемента с вращением опорного элемента. На внешней оболочке имеется область упругой деформации.A known device is an aerodynamic element with a deformable outer skin [German patent No. DE102009026457, IPC: B64C3/44, publ. 09.12.2010]. The invention relates to an aerodynamic element, in particular to a wing, landing flap, pitch elevator, yaw rudder, fin or tail unit. The aerodynamic component contains an outer shell and at least one supporting element supporting said outer shell. The drive rotates the support element. A support area is created between the reference element and the outer shell. The support area transmits the deformation forces from the drive through the support element to the outer shell. The support element is designed and configured to change the distance from the support area from the longitudinal plane of the aerodynamic element with rotation of the support element. The outer shell has a region of elastic deformation.

Недостатком известной упругой структуры адаптивного крыла летательного аппарата являются ограниченные варианты изменения кривизны поверхности крыла из-за используемой конструкции кривого вала, криволинейную форму которого повторяет гибкая обшивка. Также наличие деформаций, обусловленных упругой структурой обшивки крыла при изменении геометрии профиля.A disadvantage of the known elastic structure of the adaptive wing of an aircraft is limited options for changing the curvature of the wing surface due to the design of the curved shaft, the curvilinear shape of which repeats the flexible skin. Also, the presence of deformations due to the elastic structure of the wing skin when changing the profile geometry.

Наиболее близким является упругодеформируемая панель адаптивной несущей поверхности [патент РФ №2749679, МПК: B64C 3/44, опубл. 16.06.2021 г.]. Деформируемая панель имеет единое эластичное подвижное сочленение и состоит из множества блоков, соединенных между собой последовательным объединением связей с переменным положением относительно поворотной оси, образующей собой каркас, при этом каркас служит несущей поверхностью крыла самолета. Каркас крыла состоит из трех модулей, соединенных между собой, а в центральной части крыла, между двумя модулями, расположен узел изменения геометрии крыла, состоящего из искривлённого в одной плоскости вала-рычага, проходящего через пазы в промежуточных элементах панели.The closest is elastically deformable panel adaptive bearing surface [RF patent №2749679, IPC: B64C 3/44, publ. June 16, 2021]. The deformable panel has a single elastic movable joint and consists of a plurality of blocks connected to each other by a series of links with a variable position relative to the rotary axis, which forms the frame, while the frame serves as the bearing surface of the aircraft wing. The wing frame consists of three modules connected to each other, and in the central part of the wing, between the two modules, there is a node for changing the geometry of the wing, consisting of a shaft-lever curved in one plane, passing through the grooves in the intermediate elements of the panel.

Недостатками такого технического решения являются малый угол изгиба в шарнирном механизме с взаимообратными связями, что идет в ограничение характеристик крыла в процессе полета. Так же стоит отметить, что данная конструкция склонна к частым поломкам, поскольку имеет ненадежное подвижное сочленение, а в случае поломки, невозможно заменить поврежденные элементы, только заменить всю панель целиком.The disadvantages of this technical solution are the small bending angle in the hinged mechanism with mutual feedback, which leads to the limitation of the characteristics of the wing during flight. It is also worth noting that this design is prone to frequent breakdowns, since it has an unreliable movable joint, and in the event of a breakdown, it is impossible to replace damaged elements, only to replace the entire panel.

Задачей заявляемой полезной модели является создание новой адаптивной реконфигурируемой управляемой структуры крыла, обеспечивающей плавное изменение пространственной конфигурации и характеризующейся повышенной надежностью работы. The objective of the claimed utility model is to create a new adaptive reconfigurable controllable wing structure that provides a smooth change in the spatial configuration and is characterized by increased reliability.

Технический результат заключается в повышении надежности конструкции каркаса и повышение устойчивости крыла.The technical result consists in increasing the reliability of the frame structure and increasing the stability of the wing.

Технический результат достигается в реконфигурируемом каркасе крыла, состоящем из последовательно соединенных узлов, выполненных в виде двутавров, с подвижным сочленением между собой, обшивки из сдвижных пластинчатых покрывных элементов, причем на каждой полке каждого двутавра выполнены соединительные пазы типа «ласточкин хвост», на каждой торцевой поверхности стенки каждого двутавра выполнено по два симметрично расположенных вала, на которых перекрестно с обеих сторон двутавров установлены связующие балки, с чередованием подвижных сочленений между двутаврами в рядах так, что в каждом нечетном ряду соединены соседние двутавры, а в каждом четном ряду двутавры соединены через один со смещение на один двутавр по обе стороны ряда.The technical result is achieved in a reconfigurable wing frame, consisting of series-connected nodes made in the form of I-beams, with a movable joint between them, a skin made of sliding plate covering elements, and on each shelf of each I-beam, dovetail-type connecting grooves are made, on each end On the surface of the wall of each I-beam, two symmetrically located shafts are made, on which connecting beams are installed crosswise on both sides of the I-beams, with alternating movable joints between the I-beams in rows so that in each odd row adjacent I-beams are connected, and in each even row the I-beams are connected through one with an offset of one I-beam on both sides of the row.

Использование двутавра, в качестве несущих элементов каркаса, (двутаврового профиля) характеризуется повышенной жесткостью за счет равномерного распределения нагрузки по всей своей площади сечения. Выполнение соединительных блоков в форме двутавров позволяет повысить жесткость и прочность механизма. А установка соединительных балок на валах, выполненных на каждой торцевой поверхности стенки каждого двутавра, позволяет повысить простоту и надежность подвижного соединения, минимизировать повреждения элементов узла, тем самым увеличивая срок его службы. The use of an I-beam as the supporting elements of the frame (an I-beam profile) is characterized by increased rigidity due to the uniform distribution of the load over its entire cross-sectional area. The implementation of the connecting blocks in the form of I-beams allows you to increase the rigidity and strength of the mechanism. And the installation of connecting beams on the shafts, made on each end surface of the wall of each I-beam, makes it possible to increase the simplicity and reliability of the movable connection, to minimize damage to the assembly elements, thereby increasing its service life.

Стоит отметить, что при неисправности одного из составных элементов реконфигурируемого узла в каркасе крыла можно заменить только неисправный элемент узла, что снизит материалоемкость и упростит техническое обслуживание, а также позволит увеличить срок эксплуатации узла в целом. It should be noted that in the event of a failure of one of the components of the reconfigurable assembly in the wing frame, only the faulty element of the assembly can be replaced, which will reduce the consumption of materials and simplify maintenance, and will also increase the life of the assembly as a whole.

Соединительные пазы типа «ласточкин хвост», выполненные в полках двутавров обладают наибольшей, среди всех видов крепления, надежностью замка, что повышает жесткость соединения, а также сборка осуществляется без использования дополнительных средств соединения, например, гвоздей или скоб.Connecting grooves of the "dovetail" type, made in the shelves of I-beams, have the highest, among all types of fastening, the reliability of the lock, which increases the rigidity of the connection, and the assembly is carried out without the use of additional means of connection, for example, nails or staples.

Полки двутавров вместе с соединительными балками выполняют функцию стопора и ограничителя угла изгиба узла при достижении одного из крайних положений, что дополнительно облегчает управление, так как максимальный угол отклонения будет фиксированный. Shelves of I-beams, together with connecting beams, act as a stopper and limiter for the bending angle of the assembly when one of the extreme positions is reached, which further facilitates control, since the maximum deflection angle will be fixed.

Чередование подвижных сочленений в рядах, а именно длинных и коротких связующих балок, уменьшает необходимое прикладываемое усилие для осуществления отклонения всего каркаса, что дает возможность плавного изменения геометрии крыла на различных режимах взлета, полета и посадки, таким образом повышая устойчивость крыла, снижая аэродинамическое сопротивление (расход топлива) и аэродинамические нагрузки.The alternation of movable joints in rows, namely long and short connecting beams, reduces the required applied force to deflect the entire frame, which makes it possible to smoothly change the geometry of the wing in various takeoff, flight and landing modes, thus increasing the stability of the wing, reducing aerodynamic drag ( fuel consumption) and aerodynamic loads.

На фиг.1 показан реконфигурируемый узел.Figure 1 shows a reconfigurable node.

На фиг.2 показан реконфигурируемый узел в трех стадиях.Figure 2 shows a reconfigurable node in three stages.

На фиг.3 показан реконфигурируемый каркас крыла.Figure 3 shows a reconfigurable wing frame.

На фиг.4 показан реконфигурируемый каркас крыла в трех положениях.Figure 4 shows a reconfigurable wing frame in three positions.

На фиг.5 показана последовательность рядов реконфигурируемого каркаса крыла.Figure 5 shows the sequence of rows of the reconfigurable wing frame.

Реконфигурируемый каркас крыла состоит из последовательно соединенных узлов, выполненных в виде двутавров 1. На каждой торцевой поверхности стенки каждого двутавра 1 выполнено по два вала 2, расположенных симметрично относительно стенки двутавра 1. Двутавры 1 соединены между собой подвижным сочленением, выполненным посредством перекрестно установленных на валах 2 связующих балок 3. А на каждой полке каждого двутавра 1 выполнены соединительные пазы 4 типа «ласточкин хвост», расположенные параллельно валам 2, служащие для жесткой фиксации нескольких рядов соединенных блоков и установки в них обшивки из сдвижных пластинчатых покрывных элементов 5.The reconfigurable wing frame consists of serially connected units made in the form of I-beams 1. On each end surface of the wall of each I-beam 1, two shafts 2 are made, located symmetrically relative to the wall of the I-beam 1. The I-beams 1 are interconnected by a movable joint made by means of cross-mounted on the shafts 2 connecting beams 3. And on each shelf of each I-beam 1, connecting grooves 4 of the dovetail type are made, located parallel to the shafts 2, serving for rigid fixation of several rows of connected blocks and installation of sheathing from sliding plate covering elements 5 in them.

Подвижные сочленения в рядах чередуются так, что в каждом нечетном ряду (I) двутавры 1 соединены двумя перекрестно установленными на валах 2 связующими балками 3. В каждом четном ряду (II) двутавры 1 соединены связующими балками 3, перекрестно установленными на валах 2, через один двутавр 1, и смещены на один двутавр 1 по обе стороны ряда (если на одной стороне ряда связующие балки 3 установлены на первом и третьем двутаврах 1, то с другой стороны ряда они будут установлены на втором и четвертом двутаврах 1 и т.д.). Количество последовательно соединенных узлов (рядов и двутавров 1 в ряду) зависит от габаритов и ширины крыла.Movable joints in rows alternate so that in each odd row (I) I-beams 1 are connected by two connecting beams 3 cross-mounted on shafts 2. In each even row (II), I-beams 1 are connected by connecting beams 3, cross-mounted on shafts 2, through one I-beam 1, and shifted by one I-beam 1 on both sides of the row (if on one side of the row connecting beams 3 are installed on the first and third I-beams 1, then on the other side of the row they will be installed on the second and fourth I-beams 1, etc.) . The number of units connected in series (rows and I-beams 1 in a row) depends on the dimensions and width of the wing.

Реконфигурируемый каркас крыла работает следующим образом.Reconfigurable wing frame works as follows.

Реконфигурируемый узел, входящий в состав каркаса, может пребывать в трех стадиях, с плавным переходом из одного состояния в другое. Для осуществления движения необходимо зафиксировать один из двутавров 1 и приложить механическое усилие ко второму двутавру 1 или к одной из соединительных балок 3. Вследствие приложенного усилия второй двутавр 1 изменяет свое положение, а соединительные балки 3 движутся по окружной траектории вслед за вторым двутавром 1, проворачиваясь на валах 2 обоих двутавров 1. Соединительные балки 3 при достижении одного из крайних положений выполняют функцию стопора и ограничителя угла изгиба узла.The reconfigurable node, which is part of the frame, can be in three stages, with a smooth transition from one state to another. To carry out the movement, it is necessary to fix one of the I-beams 1 and apply a mechanical force to the second I-beam 1 or to one of the connecting beams 3. Due to the applied force, the second I-beam 1 changes its position, and the connecting beams 3 move along a circular path after the second I-beam 1, turning on shafts 2 of both I-beams 1. Connecting beams 3, when one of the extreme positions is reached, perform the function of a stopper and limiter of the bending angle of the assembly.

Реконфигурируемый каркас крыла может пребывать в трех стадиях, с плавным переходом из одного состояния в другое. Для осуществления движения необходимо зафиксировать двутавры 1, находящиеся в первой линии всех рядов, по ширине и приложить механическое усилие к одной или нескольким длинным соединительным балкам 3 из нечетного ряда. Вследствие приложенного усилия последовательные ряды двутавров 1 в направлении длины рядов изменяют свое положение, а все соединительные балки 3 движутся по окружной траектории, проворачиваясь на валах 2 двутавров. Соединительные балки 3 при достижении одного из крайних положений выполняют функцию стопора и ограничителя угла изгиба узла. Длинные соединительные балки 3 ограничивают амплитуду движения коротких соединительных балок 3. Вследствие чего происходит плавное изменение геометрии крыла. А обшивка из сдвижных пластинчатых покрывных элементов 5, установленных в соединительных пазах 4 типа «ласточкин хвост» двутавров 1 обеспечивают непрерывность поверхности каркаса крыла.The reconfigurable wing frame can be in three stages, with a smooth transition from one state to another. To carry out the movement, it is necessary to fix the I-beams 1, which are in the first line of all rows, in width and apply a mechanical force to one or more long connecting beams 3 from an odd row. Due to the applied force, successive rows of I-beams 1 in the direction of the length of the rows change their position, and all connecting beams 3 move along a circumferential path, turning on the shafts 2 of I-beams. Connecting beams 3, upon reaching one of the extreme positions, perform the function of a stopper and limiter of the bending angle of the assembly. Long connecting beams 3 limit the range of motion of short connecting beams 3. As a result, there is a smooth change in the geometry of the wing. And the sheathing of sliding plate covering elements 5 installed in the connecting grooves 4 of the dovetail type of the I-beams 1 ensure the continuity of the surface of the wing frame.

Таким образом, использование реконфигурируемого каркаса крыла, состоящего из последовательно соединенных узлов, выполненных в виде двутавров, на каждой полке каждого двутавра выполнены соединительные пазы типа «ласточкин хвост», на каждой торцевой поверхности стенки каждого двутавра выполнено по два симметрично расположенных вала, на которых перекрестно с обеих сторон двутавров установлены связующие балки, с чередованием подвижных сочленений между двутаврами в рядах так, что в каждом нечетном ряду соединены соседние двутавры, а в каждом четном ряду двутавры соединены через один со смещение на один двутавр по обе стороны ряда, на каждой полке каждого двутавра выполнены соединительные пазы, для размещения в них обшивки из сдвижных пластинчатых покрывных элементов, позволяет повысить надежность конструкции каркаса и повысить устойчивость крыла.Thus, the use of a reconfigurable wing frame, consisting of series-connected nodes made in the form of I-beams, on each shelf of each I-beam, dovetail-type connecting grooves are made, on each end surface of the wall of each I-beam, two symmetrically located shafts are made, on which crosswise connecting beams are installed on both sides of the I-beams, with alternating movable joints between the I-beams in rows so that in each odd row adjacent I-beams are connected, and in each even row the I-beams are connected through one with an offset of one I-beam on both sides of the row, on each shelf of each I-beams are made with connecting grooves to accommodate sheathing from sliding plate covering elements, which makes it possible to increase the reliability of the frame structure and increase the stability of the wing.

Claims

Reconfigurable wing frame, consisting of series-connected nodes, made in the form of I-beams, with a movable joint between themselves, skin made of sliding plate covering elements, characterized in that on each shelf of each I-beam, connecting grooves of the "dovetail" type are made, on each end surface The walls of each I-beam are made with two symmetrically located shafts, on which connecting beams are installed crosswise on both sides of the I-beams, with alternating movable joints between the I-beams in rows so that in each odd row adjacent I-beams are connected, and in each even row the I-beams are connected through one joint offset by one I-beam on both sides of the row.