RU2491206C2 - Method and device for lift generation for vtol aircraft - Google Patents
Method and device for lift generation for vtol aircraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2491206C2 RU2491206C2 RU2011145426/11A RU2011145426A RU2491206C2 RU 2491206 C2 RU2491206 C2 RU 2491206C2 RU 2011145426/11 A RU2011145426/11 A RU 2011145426/11A RU 2011145426 A RU2011145426 A RU 2011145426A RU 2491206 C2 RU2491206 C2 RU 2491206C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wing
- annular
- flow
- air
- source
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к транспортному машиностроению, в частности к авиационно-космической технике и может быть использовано для перемещения людей и грузов в атмосфере планет, выполнения транспортно-технологических операций со значительными по массе и габаритам грузами, для монтажа и/или демонтажа конструкций, или например, для тушения пожаров с воздуха и др.The invention relates to transport engineering, in particular to aerospace engineering and can be used to move people and goods in the atmosphere of the planets, perform transport and technological operations with significant mass and dimensions of cargo, for mounting and / or dismantling structures, or for example, for extinguishing fires from the air, etc.
Известен способ создания подъемной силы, для летательного аппарата (ЛА) с вертикальным влетом и посадкой, реализованный в ЛА - вертолете [1], заключающийся в том, что необходимая подъемная сила для его взлета, полета и посадки создается несущим винтом (ротором), а не крылом. Для создания подъемной силы вертолет не нуждается в поступательном перемещении.A known method of creating a lifting force for an aircraft (LA) with vertical take-off and landing, implemented in an LA-helicopter [1], which consists in the fact that the necessary lifting force for its take-off, flight and landing is created by the rotor (rotor), and not a wing. To create lift, the helicopter does not need translational movement.
К недостаткам данного способа и устройства для его реализации следует отнести следующие [1]:The disadvantages of this method and device for its implementation include the following [1]:
необходимость уравновешивания реактивного момента;the need to balance the reactive moment;
существенные, до 10% потери мощности в трансмиссии при передаче крутящего момента от двигателя к несущему и рулевому винтам, а в самой конструкции используются длинные валы, что приводит к нежелательным вибрациям в этом ЛА;significant, up to 10% power loss in the transmission when transmitting torque from the engine to the main and tail rotors, and the design uses long shafts, which leads to undesirable vibrations in this aircraft;
сложность управления вертолетом из-за требования строгого соответствия между шагом хвостового винта, шагом несущего винта и мощностью двигателя.the difficulty of controlling the helicopter due to the requirement of strict correspondence between the pitch of the tail rotor, the pitch of the rotor and engine power.
Известен так же способ поучения подъемной силы для ЛА с вертикальным взлетом, заключающийся в обдуве газо-воздушным потоком под требуемым углом атаки, аэродинамически профилированных плоскостей большого удлинения и реализованный в устройстве [2], которое содержит: фюзеляж, крылья, установленные по обеим сторонам фюзеляжа, силовые установки (СУ) и движители, крылья своими длинными сторонами расположены параллельно продольной оси фюзеляжа, причем крылья выполнены в вариантах моноплана или n-плана и снабжены элеронами, СУ выполнены в виде турбореактивных двигателей (ТРД), установленных вертикально в ряд вдоль продольной оси фюзеляжа и снабжены соплами, направляющими потоки газов в стороны крыльев, на фюзеляже установлены экраны, образующие с соплами эжекторы для смешивания потоков газов с воздухом и движители, выполненные в виде комплектов щитков, установленных вертикально с возможностью поворота и расположены на пути газо-воздушных потоков.There is also known a method of learning the lifting force for an aircraft with vertical take-off, which consists in blowing a gas-air stream at the desired angle of attack, aerodynamically profiled planes of large elongation and implemented in a device [2], which contains: a fuselage, wings mounted on both sides of the fuselage , power plants (SU) and propulsors, wings with their long sides are parallel to the longitudinal axis of the fuselage, and the wings are made in versions of a monoplane or n-plan and are equipped with ailerons, the SU is made in the form of t of jet engines (turbojet engines) mounted vertically in a row along the longitudinal axis of the fuselage and equipped with nozzles directing gas flows to the sides of the wings, screens are installed on the fuselage forming ejectors with nozzles for mixing gas flows with air and propulsors made in the form of sets of shields installed vertically rotatable and located on the path of gas-air flows.
При включении ГТД истекающие из них газы, смешиваются с воздухом, образуют газо-воздушные потоки, с высокой скоростью обтекающие крылья, создавая на них подъемную силу. Газовоздушные потоки, движущиеся над верхней поверхностью фюзеляжа, создают дополнительную подъемную силу. ЛА получает движение вертикально вверх. Для сообщения ЛА дополнительного движения «вперед», щитки разворачивают в определенное положение. Газовоздушные потоки, сработав на крыльях и имея запас скорости, воздействуют на щитки, создавая на них горизонтальное тяговое усилие, которое и движет ЛА в горизонтальном направлении.When the gas turbine engine is turned on, the gases flowing out of them mix with the air, form gas-air flows that flow around the wings at high speed, creating lift on them. Gas flows moving above the upper surface of the fuselage create additional lifting force. The aircraft receives a vertical upward movement. To report the aircraft additional movement "forward", the flaps are deployed in a certain position. Gas-air flows, having worked on the wings and having a reserve of speed, act on the flaps, creating a horizontal traction force on them, which moves the aircraft in the horizontal direction.
К недостаткам данного способа можно отнести то обстоятельство, что поскольку, создание подъемной силы на фюзеляже и на крыльях, а также тяговое усилие создается одними и теми же ГТД, то управление ЛА по каналам «вверх-вниз» и «вперед-назад» не всегда будет раздельным, что может затруднить движение ЛА по заданному эшелону высоты с заданным курсом, например при сильном ветре.The disadvantages of this method include the fact that since the creation of the lifting force on the fuselage and on the wings, as well as the traction force are created by the same gas turbine engines, the control of the aircraft along the “up-down” and “forward-backward” channels is not always will be separate, which can impede the movement of the aircraft along a given level echelon with a given course, for example, in strong winds.
Известен также способ создания подъемной или движущей силы для ЛА вертикального взлета [3], взятый в качестве прототипа, в котором крыло выполняют полым в форме кольца, в центральной части которого через радиально-щелевое сопло создают поток воздуха, который нагнетают так, что он обеспечивает образование двух зон пониженного давления у верхней и нижней плоскости крыла с возможностью регулирования разрежения клапанами. Воздух нагнетают в центральную полость крыла, которую разделяют винглетами на обоих стенках, с образованием равных сегментов. Воздух нагнетают через радиально-щелевое сопло, имеющее в разрезе форму конуса или сопла Лаваля. В каждом сегменте сверху и/или снизу крыла выполняют щели, ведущие в сегменты с возможностью перекрытия посредством открытия/закрытия клапанов и регулирования скорости потоков через радиально-щелевое сопло. Изобретение направлено на усиление подъемной силы и резкости смены курса.There is also a method of creating a lifting or driving force for an aircraft of vertical take-off [3], taken as a prototype in which the wing is hollow in the form of a ring, in the central part of which an air flow is created through a radial slot nozzle, which is pumped so that it provides the formation of two zones of reduced pressure at the upper and lower plane of the wing with the possibility of regulating the vacuum by valves. Air is pumped into the central cavity of the wing, which is separated by winglets on both walls, with the formation of equal segments. Air is pumped through a radial slot nozzle having a sectional shape of a cone or Laval nozzle. In each segment, slots are provided at the top and / or bottom of the wing leading to the segments with the possibility of overlapping by opening / closing the valves and controlling the flow rate through the radial slot nozzle. The invention is aimed at enhancing the lifting force and sharpness of the course change.
К недостатку предложенного способа создания подъемной силы следует отнести следующее: поскольку, области пониженного давления создаются в едином замкнутом контуре полого крыла на внутренних верхней и нижней стенках, а регулирование давления на соответствующей поверхности осуществляется, в частности, открытием клапана, то при этом будет происходить подмешивание к потоку воздуха с большим разрежением потока воздуха с меньшим разрежением, поступающего через клапан из зоны регулирования, а это приведет к безусловным энергопотерям при создании подъемной силы.The disadvantage of the proposed method of creating a lifting force should include the following: since, areas of reduced pressure are created in a single closed loop of the hollow wing on the inner upper and lower walls, and the pressure on the corresponding surface is controlled, in particular, by opening the valve, mixing will occur to the air stream with a large rarefaction of the air stream with a lower vacuum entering through the valve from the control zone, and this will lead to unconditional energy losses when building lift.
Известно, так же устройство [4] для создания подъемной силы крыла, содержащее крыло, установленное под определенным углом атаки к направлению дозвукового незакрученного набегающего или нагнетаемого потока жидкости или газа на входе устройства, отличающееся тем, что крыло с оптимизированным для заданного скоростного диапазона профилем размещено между профилированной отклоняющей поверхностью дефлектором с верхней выпуклой стороны профиля крыла и наклонной или изогнутой плитой с противоположной стороны профиля крыла, расположенными на определенных расстояниях от профиля, а также двумя продольными вертикально-симметричными боковыми стенками, плоскими или многогранными, или криволинейными, по концам крыла, дефлектора и плиты, в которые они упираются своими концами, образуя сквозной симметричный профилированный проточный канал, соответствующий квадратному, прямоугольному, треугольному, многоугольному, круглому, овальному или иной вертикально-симметричной форме поперечного сечения канала, в который встраивается крыльевое устройство.It is also known a device [4] for generating wing lift, comprising a wing installed at a certain angle of attack to the direction of a subsonic swirling incoming or injected fluid or gas flow at the device inlet, characterized in that the wing with a profile optimized for a given speed range is placed between a profiled deflecting surface by a deflector on the upper convex side of the wing profile and an inclined or curved plate on the opposite side of the wing profile located on certain distances from the profile, as well as two longitudinal vertically symmetric side walls, flat or multifaceted, or curved, at the ends of the wing, deflector and plate, into which they abut at their ends, forming a through symmetrical shaped flow channel corresponding to a square, rectangular, triangular , polygonal, round, oval or other vertically symmetrical cross-sectional shape of the channel into which the wing device is embedded.
К недостатку предложенного устройства можно отнести его перегруженность сопутствующими крыльевому устройству элементами - дефлектором, плитой и боковыми стенками и соответственно невозможность получения больших значений подъемной силы ввиду того, что крыльевое устройство встраивается в замкнутый контур образованный этими элементами и разница давлений (разрежений) на крыльевом устройстве будет воздействовать дополнительно на эти элементы, а не только на крыло.The disadvantage of the proposed device can be attributed to its overload associated with the wing device elements - deflector, plate and side walls and, accordingly, the impossibility of obtaining large values of lift due to the fact that the wing device is built into a closed loop formed by these elements and the pressure difference (vacuum) on the wing device will be act additionally on these elements, and not just on the wing.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение области применения способа получения подъемной силы, увеличение этой силы и/или снижение энергозатрат на его применение путем рационального распределения энергии газо-воздушного потока посредством регулирования с одной стороны - параметров самого потока, а с другой - условий обтекания этим потоком аэродинамически профилированного крыла, выполненного в форме кольца, носком внутрь.The technical result of the invention is to expand the scope of the method of obtaining lift, increase this force and / or reduce energy consumption for its application by rational distribution of energy of the gas-air stream by regulating, on the one hand, the parameters of the stream itself and, on the other, the flow conditions around this stream aerodynamically shaped wing, made in the form of a ring, with the toe inward.
Для достижения этого результата предлагается способ создания подъемной силы, заключающийся в обдуве управляемым потоком газовоздушной смеси (ГВС) с управляемыми параметрами последней, кольцевого крыла (КК). Кольцевое крыло выполняют аэродинамически профилированным снаружи, лонжеронным или моноблочным и герметичным, при этом носок кольцевого крыла направляют, внутрь кольца, к геометрическому центру последнего. Для получения подъемной силы поток ГВС берут от источника, выравнивают и с заданными параметрами: температурой, плотностью, давлением и скоростью (расходом), подают по кольцевому в сечении каналу, далее через кольцевое регулируемое сопло, направляют ГВС на носок кольцевого крыла. Воздействуя через источник на вышеназванные параметры ГВС, изменяют динамику обтекания профиля КК, а посредством регулируемого сопла или его части изменяют характер обтекания потоком газо-воздушной смеси КК или меняют направление потока по отношению к носку КК или его части, чем обеспечивают оптимальное управление подъемной силой, возникающей на КК при обтекании его потоком ГВС.To achieve this result, a method for creating lift is proposed, which consists in blowing with a controlled flow of a gas-air mixture (DHW) with controlled parameters of the last, annular wing (CC). The annular wing is performed aerodynamically profiled from the outside, spar or monoblock and sealed, while the toe of the annular wing is directed, inside the ring, to the geometric center of the latter. To obtain the lifting force, the DHW flow is taken from the source, equalized with the given parameters: temperature, density, pressure and speed (flow rate), fed through the annular channel in cross section, then through the annular adjustable nozzle, the DHW is sent to the tip of the ring wing. By acting on the above-mentioned DHW parameters through the source, the dynamics of the flow around the spacecraft profile is changed, and by means of an adjustable nozzle or part of it, the nature of the flow around the gas-air mixture of the spacecraft is changed or the direction of the flow relative to the toe of the spacecraft or its part is changed, which ensures optimal control of the lifting force, arising on the spacecraft during its flow around the hot water supply.
Известно [5], что в аэродинамике широко применяется «Принцип обращения движения», который заключается в том, что силы, действующие на ЛА, не зависят от того, рассматривается ли движение тела в воздушной среде или, наоборот, воздушный поток набегает с той же скоростью на тело.It is known [5] that in aerodynamics the “principle of motion reversal” is widely used, which consists in the fact that the forces acting on the aircraft do not depend on whether the body’s movement in the air is considered or, on the contrary, the air flow runs with the same speed to the body.
Известно, так же [5], что аэродинамические силы, действующие на тело, помещенное в воздушный поток, определяются силами трения и давления.It is also known [5] that the aerodynamic forces acting on a body placed in an air stream are determined by the forces of friction and pressure.
Рассмотрим последние. Так, силы давления зависят от формы тела, ориентации его относительно потока и параметров самого потока - температуры, плотности, давления и скорости (расхода). Помещенное в поток тело, деформирует его. На фиг.1 показана картина обтекания профиля крыла при дозвуковой скорости потока [5]. Вблизи передней кромки поток разделяется на два, а границей является критическая точка К. Каждый из потоков можно представить в виде струйки воздуха, которая, обтекая профиль, деформируется, однако, через каждое сечение струйки за одно и то же время проходит одинаковая масса воздуха что приводит согласно уравнению постоянства расходаConsider the latter. So, the pressure forces depend on the shape of the body, its orientation relative to the flow and the parameters of the flow itself - temperature, density, pressure and speed (flow rate). A body placed in a stream deforms it. Figure 1 shows a picture of the flow around a wing profile at a subsonic flow rate [5]. Near the leading edge, the flow is divided into two, and the critical point K is the boundary. Each of the flows can be represented as a trickle of air, which, deforming around the profile, is deformed, however, the same mass of air passes through each trickle section at the same time, which leads to according to the equation of constant flow
где ρ - плотность;where ρ is the density;
f - площадь сечения струйки;f is the cross sectional area of the trickle;
V - скорость воздуха;V is the air velocity;
к изменению скорости и плотности, а значит, и к изменению давления на обтекаемой поверхности, что следует из уравнения энергии Бернулли, для случая когда сжимаемостью воздуха можно пренебречь,to a change in speed and density, and hence to a change in pressure on the streamlined surface, which follows from the Bernoulli energy equation, for the case when the compressibility of air can be neglected,
где
P - статическое давление.P is the static pressure.
Иначе говоря, сумма скоростного напора и статического давления в струйке есть величина постоянная. Так например, с увеличением площади сечения струйки, в ней снижается скорость потока, а значит и скоростной напор q - динамическая составляющая энергии потока также снижается, но в этом случае увеличивается ее статическая составляющая - P и наоборот, если площадь сечения струйки уменьшается, то скорость потока в ней, а следовательно скоростной напор q увеличивается, но тогда снижается статическое давление P.In other words, the sum of the pressure head and the static pressure in the stream is a constant value. So, for example, with an increase in the cross-sectional area of the trickle, the flow velocity decreases in it, and hence the velocity head q - the dynamic component of the flow energy also decreases, but in this case its static component - P increases, and vice versa, if the cross-sectional area of the trickle decreases, then the velocity flow in it, and hence the pressure head q increases, but then the static pressure P.
Так, на фиг.2 изображена векторная диаграмма распределения давления по профилю крыла при его обтекании [6]. Стрелками показаны величины разности местного и атмосферного давлений в каждой точке профиля. Положительное избыточное давление (атмосферное давление меньше местного) отмечено стрелкой направленной к контуру, а отрицательное или разрежение (атмосферное давление больше местного) - стрелкой направленной от контура.So, figure 2 shows a vector diagram of the pressure distribution along the profile of the wing during its flow [6]. The arrows indicate the difference between local and atmospheric pressures at each point in the profile. Positive overpressure (atmospheric pressure less than local) is indicated by an arrow directed to the circuit, and negative or negative pressure (atmospheric pressure is greater than local) is marked by an arrow directed from the circuit.
Из диаграммы на фиг.2, видно, что при обтекании профиля дозвуковым потоком, разрежение на верхней поверхности выше, чем на нижней, вследствие чего и возникает на профиле подъемная сила, направленная в сторону большего разрежения, т.е. вверх.From the diagram in figure 2, it can be seen that when the subsonic stream flows around the profile, the rarefaction on the upper surface is higher than on the lower one, as a result of which a lifting force arises on the profile directed towards a larger rarefaction, i.e. up.
В отличие от обычного обтекания крыла самолета или лопасти несущего винта вертолета, где набегающий поток, обладая определенным запасом энергии делится в критической точке на два потока и далее на создание подъемной силы расходуется разность их энергий, в предлагаемом устройстве, реализующем предлагаемый способ, существует возможность посредством управляемого сопла, обдувать потоком ГВС преимущественно верхнюю поверхность профиля. В этом случае на создание подъемной силы будет расходоваться преимущественно вся энергия потока. Векторная диаграмма фиг.2 распределения давления по профилю крыла примет вид - фиг.3. Поэтому мощность источника потока ГВС может быть существенно ниже.In contrast to the usual flow around a wing of an airplane or a rotor blade of a helicopter, where the incoming flow, having a certain supply of energy, is divided into two flows at a critical point and then the difference in their energies is spent on creating a lifting force, in the proposed device that implements the proposed method, there is a possibility by controlled nozzle, blow with the flow of hot water mainly the upper surface of the profile. In this case, the creation of the lifting force will be spent mainly all the energy of the flow. The vector diagram of figure 2 of the pressure distribution over the wing profile will take the form - figure 3. Therefore, the power of the DHW flow source can be significantly lower.
Одновременно, важным является и то обстоятельство, что после торможения потока в критической точке К на носке КК, последующее уменьшение скорости за счет расширения сечения и, как следствие - увеличение давления в струйке на поверхности КК, осуществляется не только за счет кривизны профиля, но и за счет, собственно кольцевой формы.At the same time, the fact that after the flow decelerates at the critical point K on the KK nose is also important, the subsequent decrease in speed due to the expansion of the cross section and, as a consequence, the pressure increase in the stream on the KK surface is carried out not only due to the curvature of the profile, but also due to the actual ring shape.
Рассмотрим КК в плане, фиг.4 и выделим на его носке две точки А и В, на некотором расстоянии друг от друга, условно соизмеримом с диаметром сечения струйки потока, как на фиг.1. Если провести через эти точки из геометрического центра O кольцевого крыла, до пересечения с задней кромкой последнего, в точках C и D два луча Oi и Oj, то окажется, что расстояние CD будет больше, чем AB.Consider the spacecraft in plan, Fig. 4 and select on its toe two points A and B, at a certain distance from each other, conditionally commensurate with the diameter of the cross section of the stream of flow, as in Fig. 1. If we draw through these points from the geometric center O of the annular wing, before intersecting with the trailing edge of the latter, at points C and D, two rays Oi and Oj, it turns out that the distance CD will be greater than AB.
Очевидно, что форма КК сама по себе создает возможность увеличения сечения струйки потока, (f2 больше f1) при движении его по радиусу от носка к периферии по поверхности КК. Поэтому бесспорным является тот факт, что вышеизложенный характер обтекания КК позволяет провести аналогию с обтеканием стреловидного крыла, которое имеет ряд преимуществ по сравнению с прямым [5]:Obviously, the shape of the spacecraft in itself creates the possibility of increasing the cross section of the trickle of the stream, (f 2 is greater than f 1 ) when it moves along the radius from the nose to the periphery along the surface of the spacecraft. Therefore, it is indisputable that the above character of the flow around the spacecraft allows us to draw an analogy with the flow around a swept wing, which has several advantages over direct [5]:
больше критическое число М;more critical number M;
более плавное изменение коэффициентов подъемной силы Су и лобового сопротивления Сх по числу M при постоянном угле атаки α=const;a smoother change in the coefficients of the lifting force Su and the frontal resistance Cx in terms of the number M at a constant angle of attack α = const;
более плавно меняются моментные характеристики.moment characteristics change more smoothly.
В то же время КК лишено и присущего стреловидному крылу существенного недостатка - тенденции к концевому срыву потока, поскольку у кольцевого крыла нет концов.At the same time, the spacecraft is also devoid of a significant drawback inherent to the swept wing - the tendency to end stall of the flow, since the annular wing has no ends.
При сверхзвуковом обтекании, когда скорость потока больше скорости звука, на профиле наблюдается развитие сверхзвуковых зон и скачков уплотнения, происходит перераспределение давления по профилю и зона разрежения потока смещается к его задней кромке, что оказывает влияние на аэродинамические силы, действующие на ЛА [5]. У кольцевого крыла тоже будет наблюдаться это явление, но влияния на КК оно не окажет, поскольку при равномерном обтекании носка КК равнодействующие аэродинамических сил будут приложены к некоторой окружности на КК, центр которой совпадает с центром КК, при сверхзвуковом же обтекании увеличится лишь радиус этой окружности.In a supersonic flow around when the flow velocity is greater than the speed of sound, the development of supersonic zones and shock waves develops on the profile, pressure redistributes along the profile and the rarefaction zone moves to its trailing edge, which affects the aerodynamic forces acting on the aircraft [5]. This phenomenon will also be observed in the annular wing, but it will not have an effect on the spacecraft, because with uniform flow around the spacecraft nose the resultant aerodynamic forces will be applied to a certain circle on the spacecraft, whose center coincides with the center of the spacecraft, while in a supersonic flow, only the radius of this circle will increase .
Все вышеизложенное позволяет заключить, что задача получения подъемной силы на аэродинамическом профиле КК может решаться следующими путями:All of the above allows us to conclude that the task of obtaining lift on the aerodynamic profile of spacecraft can be solved in the following ways:
перераспределением энергии потока ГВС между верхней и нижней поверхностями КК путем изменения положения критической точки К на носке КК, т.е. изменением угла атаки, по отношению ко всему носку КК равномерно;redistribution of the energy of the DHW flow between the upper and lower surfaces of the spacecraft by changing the position of the critical point K on the spacecraft toe, i.e. a change in the angle of attack, in relation to the entire QC toe, uniformly;
перераспределением энергии потока ГВС по секторам КК, так же путем изменения положения критической точки К, т.е. изменением угла атаки не равномерно, а по секторам КК для обеспечения процесса управления ЛА по крену и тангажу, где может быть реализован данный способ;redistribution of the energy of the domestic hot water flow over the QC sectors, also by changing the position of the critical point K by changing the angle of attack not evenly, but across the QC sectors to ensure the aircraft control process in roll and pitch, where this method can be implemented;
управлением параметрами самого потока ГВС - температурой, давлением, скоростью (расходом), посредством воздействия на источник потока с целью управления динамикой вертикального перемещения;controlling the parameters of the DHW flow itself - temperature, pressure, speed (flow), by acting on the flow source to control the dynamics of vertical movement;
направлением потока ГВС по радиусу КК от носка к периферии, и соответственно перераспределением энергии потока при его движении по поверхности кольцевого крыла и как следствие - расширением диапазона рабочих скоростей ГВС.the direction of the DHW flow along the radius of the spacecraft from the nose to the periphery, and, accordingly, the redistribution of the energy of the flow when it moves along the surface of the annular wing and, as a result, the expansion of the range of operating speeds of the DHW.
Очевидным достоинством КК по сравнению с традиционным, крылом самолета или лопастью несущего винта вертолета, являются его меньшие в 3,14 (π) раз размеры диаметра по отношению к размаху. Так, если свернуть прямое крыло по его средней линии в кольцо, получается именно это соотношение.The obvious advantage of the spacecraft in comparison with the traditional one, the wing of an airplane or the rotor blade of a helicopter, is its 3.14 (π) times smaller diameter in relation to the span. So, if you straighten the straight wing along its midline into a ring, it turns out this ratio.
Отсюда следует вывод о том, что при прочих равных условиях и, в частности, при соизмеримых размерах но с учетом прочностных (строительных) свойств кольцевого сечения, таких, как момент инерции и момент сопротивления можно построить без существенного утяжеления конструкции КК существенно большего удлинения, которое для крыльев любой формы в плане [5] определяется выражением:It follows from this that, ceteris paribus, and, in particular, with commensurable dimensions, but taking into account the strength (construction) properties of the annular cross section, such as the moment of inertia and the moment of resistance, it is possible to construct without significantly aggravating the design of the spacecraft with significantly greater elongation, which for wings of any shape in plan [5] is determined by the expression:
где ℓ - размах крыла;where ℓ - wingspan;
S - площадь крыла.S - wing area.
Так, если для самолета Боинг В-52 [8], при размахе крыла 56,39 м и площади 371,6 квадратных метров значение λ составляет 8,5, то КК с таким же показателем λ будет иметь диаметр около 18 м.So, if for a Boeing B-52 aircraft [8], with a wing span of 56.39 m and an area of 371.6 square meters, the λ value is 8.5, then a spacecraft with the same λ value will have a diameter of about 18 m.
При этом удлинение λ крыла положительно влияет на аэродинамическое качество последнего [7], особенно при дозвуковом обтекании.Moreover, the elongation of the λ wing has a positive effect on the aerodynamic quality of the latter [7], especially with subsonic flow.
Таким образом, применение предлагаемых способа и устройства не только дает возможность создания подъемной силы, но и позволяет управлять ею, а форма КК обеспечивает получение ряда преимуществ с точки зрения ее влияния на аэродинамические, геометрические и прочностные (строительные) характеристики.Thus, the application of the proposed method and device not only makes it possible to create lift, but also allows you to control it, and the shape of the spacecraft provides a number of advantages in terms of its impact on aerodynamic, geometric and strength (construction) characteristics.
Вот в чем, по мнению авторов, выражается технический результат предлагаемых технических решений в интересах получения подъемной силы, их существенное отличие от других и их преимущество.That is, in the opinion of the authors, the technical result of the proposed technical solutions in the interests of obtaining lifting force, their significant difference from others and their advantage.
Предлагаемое для реализации способа техническое устройство изображено на фиг.5 и включает кольцевое крыло - 1, источник газовоздушной смеси, например двухконтурный турбовентиляторный авиационный двигатель - 2, трубчатый конический канал - 3, сформированный из наружного трубчатого кожуха - 4 и центрального тела - 5, оканчивающийся регулируемым кольцевым соплом - 6-61, с исполнительными механизмами - 7.The technical device proposed for implementing the method is shown in Fig. 5 and includes an annular wing - 1, a gas-air mixture source, for example, a turbofan aircraft engine - 2, a conical tubular channel - 3, formed from an outer tubular casing - 4 and a central body - 5, ending adjustable annular nozzle - 6-6 1 , with actuators - 7.
Кольцевое крыло выполнено в виде аэродинамического профиля - 8, а в плане, в виде кольца с геометрическим центром - O, фиг.3. Причем, носок профиля - 8, направлен к центру O кольца. Центральное тело - 5 (фиг.5), наружный трубчатый кожух - 4, с эжекторами - 9 и кольцевое крыло - 1, соединены между собой обтекаемыми и установленными радиально стойками - 10. Стойки размещенные внутри кольцевого канала служат еще для спрямления потока после источника. Причем, такими же стойками вся конструкция через крыло крепится к горизонтальной платформе - 11. На этой платформе могут быть размещены системы: технические, технологические, жизнеобеспечения и аварийного покидания, а также отсеки ЛА, в том числе обитаемые, кабины, запасы горючего, специальных жидкостей, газов, полезные грузы и др. - 12. Сама платформа может опираться на шасси - 13. Для осуществления горизонтального перемещения и путевой управляемости может быть использована автономная маршевая СУ - 14, с изменяемым вектором тяги. Эжекторы - 9 могут быть применены, как дополнительная мера для снижения температуры потока ГВС, подаваемого на КК. Несмотря на тот факт, что при работе ТРД в горении участвует 25…35% проходящего через его тракт воздуха [5], а в двухконтурном турбовентиляторном двигателе соотношение горячего и холодного воздуха т.е. степень двухконтурности, колеблется в пределах 0,23…3,5 [6], актуальным является снижение температуры потока ГВС, не столько затем, что бы увеличить его плотность, а в силу необходимости сократить мероприятия по температурной компенсации конструкции КК.The annular wing is made in the form of an aerodynamic profile - 8, and in plan, in the form of a ring with a geometric center - O, Fig.3. Moreover, the toe of the profile - 8, is directed to the center O of the ring. The central body - 5 (figure 5), the outer tubular casing - 4, with ejectors - 9 and the annular wing - 1, are interconnected streamlined and installed radially struts - 10. Racks located inside the annular channel also serve to straighten the flow after the source. Moreover, with the same racks the whole structure is attached through the wing to a horizontal platform - 11. On this platform, systems can be placed: technical, technological, life support and emergency abandonment, as well as aircraft compartments, including inhabited ones, cabins, fuel supplies, special liquids , gases, payloads, etc. - 12. The platform itself can rely on the chassis - 13. For the implementation of horizontal movement and directional control can be used autonomous marching SU - 14, with a variable traction vector. Ejectors - 9 can be used as an additional measure to reduce the temperature of the DHW flow supplied to the spacecraft. Despite the fact that during the operation of the turbojet engine 25 ... 35% of the air passing through its path is involved in combustion [5], and in the dual-circuit turbofan engine the ratio of hot and cold air i.e. the bypass ratio varies between 0.23 ... 3.5 [6], it is important to reduce the temperature of the hot water supply stream, not so much as to increase its density, but because of the need to reduce measures for temperature compensation of the spacecraft design.
Следует заметить, что ЛА, где может быть применено данное устройство, не претендует на высокую горизонтальную скорость полета, поскольку увеличение такой скорости неизбежно повлечет за собой снижение подъемной силы на той части КК, которая будет направлена по полету, так как при этом скорость полета будет вычитаться из скорости ГВС, подаваемой на КК от источника ГВС. Для исключения этого негативного воздействия может быть применен аэродинамический и весовой или моментный, по отношению к маршевой СУ, компенсатор - 15 в виде кольцевого полу-крыла, такого же диаметра и профиля, но носком по полету.It should be noted that the aircraft where this device can be used does not pretend to a high horizontal flight speed, since an increase in such speed will inevitably lead to a decrease in the lift on the part of the spacecraft that will be directed along the flight, since the flight speed will be deducted from the dhw speed supplied to the spacecraft from the dhw source. To eliminate this negative effect, aerodynamic and weight or moment, with respect to the march SU, can be applied, a compensator - 15 in the form of an annular half-wing, of the same diameter and profile, but with a toe on the flight.
Регулируемое кольцевое сопло 6-61 может быть сформировано соответственно, из двух контуров 6 и 61, каждый выполнен створчатым по типу створчатого реактивного сопла форсажного авиадвигателя, с управлением изменяемой геометрией выхода [7] и каждый из контуров может приводиться в действие исполнительными механизмами - 7, например гидроцилиндрами, как самостоятельно, так и совместно с другим, по заданной программе, обеспечивая потребные параметры потока ГВС направляемого на профиль КК.An adjustable annular nozzle 6-6 1 can be formed, respectively, from two circuits 6 and 6 1 , each made of a wing-type jet nozzle of an afterburner aircraft engine, with a variable output geometry controlled [7] and each of the circuits can be driven by actuators - 7, for example, with hydraulic cylinders, both independently and jointly with another, according to a given program, providing the required parameters of the DHW flow directed to the QC profile.
Работа устройстваDevice operation
После запуска, прогрева на малом газу и опробования источника ГВС на режимах, при этом, что бы устройство не взлетело, поток ГВС направляют на нижнюю поверхность профиля или любым известным способом осуществляют перепуск потока ГВС минуя КК, затем, на режиме малого газа прекращают перепуск ГВС и посредством регулируемого сопла - направляют его на КК под требуемым для взлета углом атаки и начинают увеличивать обороты источника потока ГВС, что повлечет за собой изменение параметров потока ГВС и, в частности, его скорости. Поток ГВС, от источника по трубчатому коническому каналу с заданными параметрами и направляемый регулируемым соплом натекает на носок КК и равномерно создает на нем требуемую для отрыва подъемную силу. Для дальнейшего вертикального перемещения увеличивают либо обороты источника ГВС, либо угол атаки набегающего потока ГВС на носок КК. Однако, с целью рационального использования ресурсов горючего и мощности источника ГВС, заранее на основе экспериментов, определяют качество К для кольцевого крыла (отношение коэффициента подъемной силы к коэффициенту лобового сопротивления при тех или иных углах атаки), строят график этой зависимости-поляру на которой и отмечают эти углы [5]. Пик кривой - покажет критический угол атаки αкр, когда коэффициент подъемной силы максимальный, но при этом и коэффициент лобового сопротивления профиля, так же высокий, а проведя к поляре касательную из центра координат, получают наивыгоднейшее для данного конкретного профиля значение угла атаки при котором качество профиля - К максимально и далее - полученные значения соотносят с потребными и располагаемыми режимами работы источника потока ГВС, которых может быть несколько.After starting, warming up with idle gas and testing the DHW source in modes, at the same time, so that the device does not take off, the DHW flow is directed to the bottom surface of the profile or by any known method, the DHW flow is bypassed bypassing the CC, then, at the low gas mode, the DHW bypass is stopped and through an adjustable nozzle - they direct it to the spacecraft at the angle of attack required for take-off and begin to increase the speed of the DHW flow source, which will entail a change in the parameters of the DHW flow and, in particular, its speed. The d.h.w.flow from a source through a tubular conical channel with predetermined parameters and guided by an adjustable nozzle flows onto the KK sock and evenly creates the lifting force required for detachment on it. For further vertical movement, either the speed of the DHW source is increased, or the angle of attack of the incoming DHW flow to the spacecraft toe. However, in order to rationally use the fuel resources and the power of the hot water supply source, in advance, based on experiments, determine the quality K for the annular wing (the ratio of the coefficient of lift to drag coefficient for various angles of attack), build a graph of this dependence, the polar on which and note these angles [5]. The peak of the curve will show the critical angle of attack α cr , when the lift coefficient is maximum, but the profile drag coefficient is also high, and by drawing the tangent from the center of coordinates to the polar, we get the angle of attack that is most suitable for this particular profile at which the quality profile - To the maximum and further - the obtained values are correlated with the required and available modes of operation of the source of the DHW flow, of which there may be several.
Управление устройством по каналам крена и тангажа обеспечивается регулируемым соплом и состоит в увеличении или уменьшении угла атаки потока ГВС направляемого на профиль КК в противолежащих секторах, соответственно в этих секторах КК так же будут увеличиваться или уменьшаться аэродинамические силы, что создаст неравномерность моментов от этих сил.The device is controlled through the roll and pitch channels by an adjustable nozzle and consists in increasing or decreasing the angle of attack of the DHW flow directed to the spacecraft profile in opposite sectors, respectively, in these spacecraft sectors aerodynamic forces will also increase or decrease, which will create uneven moments from these forces.
Для выполнения некоторых транспортно-технологических операций может возникнуть необходимость вращения устройства относительно его собственной оси, для чего могут быть использованы щитки, как в вышеописанном устройстве [2].To perform some transport and technological operations, it may be necessary to rotate the device relative to its own axis, for which shields can be used, as in the above device [2].
Перечень фигур, чертежей и иных материалов.The list of figures, drawings and other materials.
Фиг.1 поясняет уравнение постоянства расхода.Figure 1 explains the equation of constancy of flow.
На фиг.2 изображена векторная диаграмма распределения давления по профилю крыла при его обтекании потоком сверху и снизу профиля.Figure 2 shows a vector diagram of the distribution of pressure along the profile of the wing when it flows around the flow from above and below the profile.
На фиг.3 показана векторная диаграмма распределения давления по поверхностям профиля при его обтекании преимущественно сверху.Figure 3 shows a vector diagram of the pressure distribution over the surfaces of the profile when it flows around mainly from above.
Фиг.4 поясняет форму кольцевого крыла и возможность увеличения сечения струйки на поверхности кольцевого крыла при его обтекании потоком от носка к периферии по аналогии с обтеканием стреловидного крыла.Figure 4 illustrates the shape of the annular wing and the possibility of increasing the cross section of the trickle on the surface of the annular wing when it flows around from the nose to the periphery by analogy with the flow around the swept wing.
На фиг.5 представлен пример устройства, с позициями основных элементов и связей между ними, где может быть реализован заявленный способ получения подъемной силы для ЛА с вертикальным взлетом и посадкой.Figure 5 presents an example of a device with the positions of the main elements and the connections between them, where the claimed method of obtaining lift for an aircraft with vertical take-off and landing can be implemented.
Источники информацииInformation sources
1. В.М. Коц, Д.Е. Липовский, В.Л. Вельский, И.П. Власов, В.Н. Зайцев, С.Н. Кан, В.П. Карножицкий. Конструкция летательных аппаратов. М.: Оборонгиз, 1963, (с.124, 131).1. V.M. Kots, D.E. Lipovsky, V.L. Velsky, I.P. Vlasov, V.N. Zaitsev, S.N. Kahn, V.P. Karozhitsky. The design of the aircraft. M .: Oborongiz, 1963, (p. 124, 131).
2. Заявка РФ 94022100/11 МПК6 B64C 29/00, 27.06.1996 г., автор В.А. Алексеев.2. Application of the Russian Federation 94022100/11 MPK6 B64C 29/00, 06/27/1996, author V.A. Alekseev.
3. Заявка РФ 2010101391/11 МПК B64C 15/00, B64C 39/06, 20.12.2010 г., автор Ю.П. Андреев3. RF application 2010101391/11 IPC B64C 15/00, B64C 39/06, 12/20/2010, author Yu.P. Andreev
4. Заявка на изобретение 2005131763/11, МПК B63B 1/00 20.04.2007 г., автор В.А. Кобелев4. Application for invention 2005131763/11, IPC B63B 1/00 04/20/2007, author V.A. Kobelev
5. Справочник авиационного техника. М.: Воениздат, 1964, (с.224, 225, 232, 233, 240, 241, 354, 243, 244, 238, 239).5. Reference aircraft technology. M .: Military Publishing House, 1964, (p. 224, 225, 232, 233, 240, 241, 354, 243, 244, 238, 239).
6. Т.И. Лигум. Аэродинамика и динамика полета турбореактивных самолетов. М.: Транспорт, 1967, (с.29, 69).6. T.I. Ligum. Aerodynamics and flight dynamics of turbojet aircraft. M .: Transport, 1967, (p. 29, 69).
7. Авиационный справочник под ред. В.М. Лавского. Военное издательство Министерства Обороны СССР, М.: 1964, (с.40, 98, рис.47, поз.31, 33, 34).7. Aviation Handbook, ed. V.M. Lavsky. Military Publishing House of the Ministry of Defense of the USSR, M .: 1964, (p.40, 98, fig. 47, pos.31, 33, 34).
8. Н.И. Рябинкин Современные боевые самолеты. Минск, ООО «Элайда», 1997, (с.209).8. N.I. Ryabinkin Modern combat aircraft. Minsk, LLC “Elaida”, 1997, (p.209).
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011145426/11A RU2491206C2 (en) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | Method and device for lift generation for vtol aircraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011145426/11A RU2491206C2 (en) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | Method and device for lift generation for vtol aircraft |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011145426A RU2011145426A (en) | 2013-05-20 |
RU2491206C2 true RU2491206C2 (en) | 2013-08-27 |
Family
ID=48788811
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011145426/11A RU2491206C2 (en) | 2011-11-10 | 2011-11-10 | Method and device for lift generation for vtol aircraft |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2491206C2 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2670361C1 (en) * | 2017-06-06 | 2018-10-22 | Борис Никифорович Сушенцев | Aircraft with shortened or vertical take-off and landing with propeller-driven, or turboprop, or turbo-propeller-driven engines (options) |
RU2670357C1 (en) * | 2017-03-07 | 2018-10-22 | Борис Никифорович Сушенцев | Method for increasing aircraft wing lifting power with jet propulsion of bypass turbojet engines (btje) with contour degree of greater than 2 and aircraft using this method (variants) |
RU217550U1 (en) * | 2023-02-22 | 2023-04-04 | Владимир Иванович Лапыгин | MULTI-BLADE DEVICE FOR CREATING LIFTING FORCE |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2061627C1 (en) * | 1993-06-21 | 1996-06-10 | Сергей Максимович Иванов | Flying vehicle |
DE102007051993A1 (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-07 | Viacheslav Pavlikov | Aircraft, has circular wings arranged in air channels, where air is reduced over upper surfaces of upper sphere for forming additional buoyancy when ventilator system or turbo-blower system or other drive systems is operated |
DE102007052288A1 (en) * | 2007-11-02 | 2009-05-20 | Rainer Langkitsch | Annular airfoil for missiles, airplanes and helicopters, has radial profile, and air is sucked upwards by radial blower and blown radially inwards at annular blade, which has classical wing profile running from inwards to outwards |
RU86560U1 (en) * | 2008-07-31 | 2009-09-10 | Олег Леонидович Тытаренко | VERTICAL TAKEOFF AND LANDING FLIGHT |
-
2011
- 2011-11-10 RU RU2011145426/11A patent/RU2491206C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2061627C1 (en) * | 1993-06-21 | 1996-06-10 | Сергей Максимович Иванов | Flying vehicle |
DE102007051993A1 (en) * | 2007-10-31 | 2009-05-07 | Viacheslav Pavlikov | Aircraft, has circular wings arranged in air channels, where air is reduced over upper surfaces of upper sphere for forming additional buoyancy when ventilator system or turbo-blower system or other drive systems is operated |
DE102007052288A1 (en) * | 2007-11-02 | 2009-05-20 | Rainer Langkitsch | Annular airfoil for missiles, airplanes and helicopters, has radial profile, and air is sucked upwards by radial blower and blown radially inwards at annular blade, which has classical wing profile running from inwards to outwards |
RU86560U1 (en) * | 2008-07-31 | 2009-09-10 | Олег Леонидович Тытаренко | VERTICAL TAKEOFF AND LANDING FLIGHT |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2670357C1 (en) * | 2017-03-07 | 2018-10-22 | Борис Никифорович Сушенцев | Method for increasing aircraft wing lifting power with jet propulsion of bypass turbojet engines (btje) with contour degree of greater than 2 and aircraft using this method (variants) |
RU2670361C1 (en) * | 2017-06-06 | 2018-10-22 | Борис Никифорович Сушенцев | Aircraft with shortened or vertical take-off and landing with propeller-driven, or turboprop, or turbo-propeller-driven engines (options) |
RU217550U1 (en) * | 2023-02-22 | 2023-04-04 | Владимир Иванович Лапыгин | MULTI-BLADE DEVICE FOR CREATING LIFTING FORCE |
RU2814979C1 (en) * | 2023-05-23 | 2024-03-11 | Алексей Михайлович Мирохин | Manned vtol aircraft with annular wing and motor-wheel drive |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011145426A (en) | 2013-05-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10766614B2 (en) | Method and system for improving transition lift-fan performance | |
US11987352B2 (en) | Fluid systems that include a co-flow jet | |
Mitchell et al. | Research into vortex breakdown control | |
US10358208B2 (en) | Hybrid flow control method for simple hinged flap high-lift system | |
Páscoa et al. | A review of thrust-vectoring in support of a V/STOL non-moving mechanical propulsion system | |
CN108137150A (en) | Fluid propellant system | |
JP2016509651A (en) | Energy efficiency improvement device for turbomachinery | |
US20240150026A1 (en) | Fluidic propulsive system | |
US20160152324A1 (en) | Fluidic fence for performance enhancement | |
US20160130011A1 (en) | Jet Noise Suppressor | |
RU2531432C2 (en) | Development of vtol aircraft drive forces and aircraft to this end | |
US2971724A (en) | Annular wing flying machines | |
US20150367934A1 (en) | Reaction drive helicopter with circulation control | |
US9656748B2 (en) | VTOL aircraft with a thrust-to-weight ratio smaller than 0.1 | |
CN106014684A (en) | Combined flow control method and structure for improving SERN for TBCC | |
Loth et al. | Circulation controlled STOL wing optimization | |
US20160090174A1 (en) | Reaction drive blade tip with turning vanes | |
RU2491206C2 (en) | Method and device for lift generation for vtol aircraft | |
CN105464838B (en) | Method and apparatus for being deflected by dynamicthrust guiding and plume | |
US9849975B2 (en) | Deflection cone in a reaction drive helicopter | |
US10377475B2 (en) | Nozzles for a reaction drive blade tip with turning vanes | |
Jain et al. | Study on fluidic thrust vectoring techniques for application in V/STOL aircrafts | |
RU2748769C1 (en) | Device for jet drive of the main rotor | |
EP4143086A2 (en) | Vertical take off and landing aircraft with fluidic propulsion system | |
US20170050719A1 (en) | Aerodynamic device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161111 |