RU2632550C1 - Летательный аппарат - Google Patents
Летательный аппарат Download PDFInfo
- Publication number
- RU2632550C1 RU2632550C1 RU2016142526A RU2016142526A RU2632550C1 RU 2632550 C1 RU2632550 C1 RU 2632550C1 RU 2016142526 A RU2016142526 A RU 2016142526A RU 2016142526 A RU2016142526 A RU 2016142526A RU 2632550 C1 RU2632550 C1 RU 2632550C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aircraft
- differential
- console
- angle
- plane
- Prior art date
Links
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007123 defense Effects 0.000 description 4
- 238000003032 molecular docking Methods 0.000 description 3
- 238000009304 pastoral farming Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C5/00—Stabilising surfaces
- B64C5/06—Fins
-
- G—PHYSICS
- G05—CONTROLLING; REGULATING
- G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
- G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
- G05D1/10—Simultaneous control of position or course in three dimensions
- G05D1/101—Simultaneous control of position or course in three dimensions specially adapted for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Automation & Control Theory (AREA)
- Feedback Control In General (AREA)
Abstract
Изобретение относится к авиации. Самолет содержит крыло, фюзеляж, в хвостовой части которого установлено цельноповоротное вертикальное оперение (ЦПВО), выполненное в виде двух поворотных консолей с возможностью их синфазного и дифференциального поворотов, силовую установку. Консоли ЦПВО дифференциально поворачиваются вокруг осей вращения на заданные углы задней кромкой к плоскости симметрии самолета в зависимости от числа Маха и угла атаки полета самолета. Изобретение направлено на снижение симметричных нагрузок на ЦПВО, направленных к плоскости симметрии самолета, и повышение эффективности управления летательным аппаратом по крену. 4 ил.
Description
Изобретение относится к авиации и может использоваться для различных самолетов, в том числе для многорежимных, эксплуатируемых как при до-, так и при сверхзвуковых скоростях полета.
Для обеспечения маневренных характеристик, устойчивости и управляемости, в том числе на больших углах атаки, используется двухкилевое вертикальное оперение (ВО): кили с отклоняемыми рулями направления или консоли цельноповоротного вертикального оперения (ЦПВО). Применение двухкилевой схемы ведет к увеличению нагрузок на ВО по сравнению с однокилевой схемой, так как к основным параметрам нагружения, обусловленным углом скольжения β и углом отклонения цельноповоротных консолей ВО δво, добавляются симметричные нагрузки, направленные к плоскости симметрии самолета, вызванные обтеканием двухкилевого ВО воздушным потоком под углом атаки а и соответствующими скосами воздушного потока за головной частью фюзеляжа самолета на различных числах Маха полета самолета.
Поэтому применение двухкилевого ВО приводит к более высокому уровню нагружения как самого ВО, так и хвостовой части фюзеляжа в зоне стыковки с ВО, что требует увеличения прочности конструкции планера самолета, что в свою очередь приводит к увеличению массы этих частей и, как следствие, к увеличению массы самолета в целом. Например, на самолетах, подобных самолетам по патентам США №№4354646 и 4538779, проблема повышенного уровня нагружения килей и хвостовой части фюзеляжа решается путем усилением конструкции килей и узлов их стыковки с фюзеляжем.
В качестве ближайшего аналога принят самолет по патенту РФ №2440916 «Самолет интегральной аэродинамической компоновки», на котором вертикальное оперение выполнено цельноповоротным с возможностью синфазного и дифференциального отклонений.
В качестве недостатка данного самолета можно указать отсутствие способа снижения постоянно действующей нагрузки на цельноповоротные консоли вертикального оперения на всех режимах в течение всего полета для обеспечения оптимального веса конструкции самолета (ВО и узлов его стыковки с фюзеляжем).
Техническим результатом, на достижение которого направлено данное изобретение, является снижение симметричных нагрузок на ВО, направленных к плоскости симметрии самолета, и повышение эффективности управления летательным аппаратом по крену.
Заявленный технический результат достигается тем, что в самолете, содержащем крыло, силовую установку, фюзеляж, в хвостовой части которого установлено цельноповоротное вертикальное оперение, выполненное в виде двух поворотных консолей с возможностью их синфазного и дифференциального поворотов, консоли ЦПВО дифференциально поворачиваются вокруг своих осей вращения на заданные углы δво диф задней кромкой к плоскости симметрии самолета в зависимости от числа Маха и угла атаки полета самолета, определяемые по формуле:
δво диф=Кδ+Кα,
где Кδ - коэффициент, зависящий следующим образом от числа Маха полета самолета:
Кδ=-1,25° при М≤1,
Кδ=-0,75°при М>1,
М - текущее число Маха полета самолета;
Кα - коэффициент, зависящий следующим образом от угла атаки α полета самолета:
Кα=-0,1⋅α+1,0°,
причем из-за неточности отклонения консоли ЦПВО в реальном осуществлении самолета, обусловленной особенностями конструкции самолета и его системы управления, значение Кδ может колебаться в пределах ±0,25°, от указанной вычисляемой величины, а значение Кα может колебаться в пределах ±0,5°, от указанной вычисляемой величины.
При этом на правой и левой консолях ЦПВО возникают дополнительные аэродинамические силы, направленные в сторону от плоскости симметрии самолета. Это приводит к снижению симметричных аэродинамических нагрузок, действующих на консоли ЦПВО.
В дальнейшем изобретение поясняется примерами его выполнения со ссылками на прилагаемые рисунки и графики, на которых изображены:
Фиг. 1 - общий вид самолета.
Фиг. 2 - аэродинамические силы, действующие на неповернутые консоли ЦПВО.
Фиг. 3 - аэродинамические силы, действующие на консоли ЦПВО, дифференциально повернутые задней кромкой к плоскости симметрии самолета.
Фиг. 4 - зависимость аэродинамических нагрузок, действующих на консоли ЦПВО без и с их дифференциальными поворотами.
На фиг. 1 изображен самолет, на котором средняя часть фюзеляжа (1) состыкована с правой (2) и левой (3) консолями крыла, с головной (4) и хвостовой (5) частями фюзеляжа. На хвостовой части фюзеляжа установлено цельноповоротное вертикальное оперение, выполненное в виде левой (6) и правой (7) консоли. Самолет снабжен силовой установкой (не представлена).
На фиг. 2 изображены аэродинамические силы (Рво), действующие на консоли 6 и 7 ЦПВО в положении без отклонения, когда плоскости консолей ЦПВО параллельны плоскости симметрии самолета. Плоскость симметрии самолета - это условная плоскость, относительно которой симметричны правая и левая стороны самолета.
На фиг. 3 показаны аэродинамические силы (ΔРво (δво диф)), действующие на консоли 6 и 7 ЦПВО при их дифференциальном отклонении, когда задние кромки консолей 6 и 7 ЦПВО повернуты в сторону плоскости симметрии самолета на угол δво диф.
На фиг. 4 изображены зависимости аэродинамических нагрузок, действующих на консоли ЦПВО без (Рво) и с (ΔРво (δво диф)) их дифференциальными поворотами вокруг своих осей вращения на заданные углы δВО диф задней кромкой к плоскости симметрии самолета, а также суммарная аэродинамическая сила (РΣ).
Аэродинамическая нагрузка в виде аэродинамических сил, действующих на левую или правую консоль ЦПВО, определяется следующей формулой:
Рво=Сz во⋅q⋅Sво,
где Cz во - безразмерный коэффициент аэродинамической боковой силы, действующей на консоль ЦПВО;
q - скоростной напор;
Sво - площадь консоли ЦПВО.
где Cz0 во - безразмерный коэффициент аэродинамической боковой силы при нулевом угле атаки самолета α=0°;
Сz во α - безразмерный коэффициент аэродинамической производной боковой силы по углу атаки самолета;
α - угол атаки самолета;
Cz во β - безразмерный коэффициент аэродинамической производной боковой силы по углу скольжения самолета;
β - угол скольжения самолета;
- безразмерный коэффициент аэродинамической производной боковой силы по синфазному углу поворота консоли ЦПВО;
δво синф - синфазный угол поворота консоли ЦПВО;
Сz во(δфл, ϕго, …) - безразмерный коэффициент аэродинамической боковой силы, зависящий от углов отклонения (поворота) различных органов управления: флаперонов, горизонтального оперения и др.;
Cz во(ω) - безразмерный коэффициент аэродинамической боковой силы, зависящий от угловых скоростей вращения самолета.
Все безразмерные коэффициенты зависят от числа М полета, что обусловлено формой самолета и характером обтекания самолета воздушным потоком.
На левую (6) и правую (7) консоли ЦПВО действуют симметричные аэродинамические силы, обусловленные обтеканием двухкилевого ВО воздушным потоком под углом атаки α, направленные к плоскости симметрии самолета. Зависимость этих сил от угла атаки α и числа Маха полета самолета обусловлена обтеканием самолета воздушным потоком, влиянием вихрей, сходящих с головной (4) части фюзеляжа, взаимным влиянием левой (6) и правой (7) консолей ЦПВО друг на друга, «условно» образующих стенки аэродинамического канала, внутри которого при обтекании набегающим воздушным потоком образуется зона пониженного давления. Вихри, сходящие с головной (4) части фюзеляжа, располагаются близко к корневым частям консолей ЦПВО, и создаваемые ими скосы воздушного потока порождают аэродинамические силы Рво, направленные к плоскости симметрии самолета.
В результате описанных выше явлений аэродинамическая нагрузка, действующая на консоли ЦПВО, при полете направлена в основном к плоскости симметрии самолета и достигает значительных величин.
Дифференциальные повороты консолей ЦПВО вокруг своих осей вращения на углы δво диф задней кромкой к плоскости симметрии самолета приводят к появлению дополнительных симметричных аэродинамических сил, действующих на консоли ЦПВО, и направленных в противоположных Рво направлениях, т.е. от плоскости симметрии самолета, и снижающих суммарную нагрузку РΣ (см. фиг. 3, 4):
где - безразмерный коэффициент аэродинамической производной боковой силы по дифференциальному углу поворота консоли ЦПВО;
δво диф - дифференциальный угол поворота консоли ЦПВО.
Угол дифференциального поворота консоли δво диф подбирается оптимальным образом в зависимости от числа Маха и угла атаки полета самолета:
δво диф=Кδ+Кα,
где Кδ - коэффициент, зависящий следующим образом от числа Маха полета самолета:
Кδ=-1,25° при М≤1,
Кδ=-0,75° при М>1,
М - текущее число Маха полета самолета;
Кα - коэффициент, зависящий следующим образом от угла атаки полета самолета α:
Кα=-0,1⋅α+1,0°,
причем из-за неточности отклонения консоли ЦПВО в реальном осуществлении самолета, обусловленной особенностями конструкции самолета и его системы управления, значение Кδ может колебаться в пределах ±0,25° от указанной вычисляемой величины, а значение Кα может колебаться в пределах ±0,5° от указанной вычисляемой величины.
При этом суммарная аэродинамическая сила, действующая на консоль ЦПВО, складывается из двух компонент (без дифференциального поворота и с дифференциальным поворотом консоли)
РΣ=Рво+ΔРво(δво диф).
Claims (8)
- Самолет, содержащий крыло, фюзеляж, в хвостовой части которого установлено цельноповоротное вертикальное оперение (ЦПВО), выполненое в виде двух поворотных консолей с возможностью их синфазного и дифференциального поворотов, силовую установку, отличающийся тем, что угол дифференциального поворота δво диф консоли ЦПВО задней кромкой к плоскости симметрии самолета зависит от числа Маха и угла атаки полета самолета и определяется по формуле
- δво диф=Kδ+Кα,
- где Кδ - коэффициент, зависящий следующим образом от числа Маха полета самолета:
- Кδ=-1,25° при М≤1,
- Кδ=-0,75° при М>1,
- М - текущее число Маха полета самолета;
- Кα - коэффициент, зависящий следующим образом от угла атаки α полета самолета:
- Кα=-0,1⋅α+1,0°.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016142526A RU2632550C1 (ru) | 2016-10-28 | 2016-10-28 | Летательный аппарат |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016142526A RU2632550C1 (ru) | 2016-10-28 | 2016-10-28 | Летательный аппарат |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2632550C1 true RU2632550C1 (ru) | 2017-10-05 |
Family
ID=60040851
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016142526A RU2632550C1 (ru) | 2016-10-28 | 2016-10-28 | Летательный аппарат |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2632550C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112407245A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-02-26 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种飞行器 |
RU2783020C1 (ru) * | 2022-07-26 | 2022-11-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно Инженерная Компания" | Многоцелевой транспортный самолёт |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2243126A (en) * | 1990-04-02 | 1991-10-23 | Jordan Valchev Georgiev | Directional stabilisation of aircraft with forward swept wings |
EP0505071A2 (en) * | 1991-03-20 | 1992-09-23 | Raytheon Company | A fin command mixing method |
RU2440916C1 (ru) * | 2010-07-28 | 2012-01-27 | Открытое акционерное общество "ОКБ Сухого" | Самолет интегральной аэродинамической компоновки |
-
2016
- 2016-10-28 RU RU2016142526A patent/RU2632550C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2243126A (en) * | 1990-04-02 | 1991-10-23 | Jordan Valchev Georgiev | Directional stabilisation of aircraft with forward swept wings |
EP0505071A2 (en) * | 1991-03-20 | 1992-09-23 | Raytheon Company | A fin command mixing method |
RU2440916C1 (ru) * | 2010-07-28 | 2012-01-27 | Открытое акционерное общество "ОКБ Сухого" | Самолет интегральной аэродинамической компоновки |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112407245A (zh) * | 2020-12-14 | 2021-02-26 | 中国科学院工程热物理研究所 | 一种飞行器 |
RU2783020C1 (ru) * | 2022-07-26 | 2022-11-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно Инженерная Компания" | Многоцелевой транспортный самолёт |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2440916C1 (ru) | Самолет интегральной аэродинамической компоновки | |
US9440740B2 (en) | Oblique blended wing body aircraft | |
US10077108B2 (en) | Vertical take-off and landing (VTOL) aircraft with exhaust deflector | |
US20150225079A1 (en) | Remotely or autonomously piloted reduced size aircraft with vertical take-off and landing capabilities | |
CN109489491B (zh) | 隐身大机动靶机以及隐身大机动靶机的控制方法 | |
US20210354804A1 (en) | Aircraft Design and Technology | |
CN110654534A (zh) | 旋翼机 | |
Srinivasan et al. | Computational fluid dynamic analysis of missile with grid fins | |
US10011350B2 (en) | Vertical take-off and landing drag rudder | |
Grant et al. | Design and analysis of biomimetic joints for morphing of micro air vehicles | |
RU163412U1 (ru) | Летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой | |
CN105059535A (zh) | 重力配平垂直升降飞机 | |
US20180334253A1 (en) | Aircraft comprising a wing formed by a plurality of distributed airfoils | |
CN105460202B (zh) | 一种可变机翼无人机 | |
RU2632550C1 (ru) | Летательный аппарат | |
GB2542664A (en) | Fluid flow control for an aerofoil | |
CN109050876A (zh) | 一种使用仿生机翼的新型微型无人机 | |
Hitzel | Flightphysical aspects and methods of future military aircraft designs | |
US11541999B2 (en) | Methods of vertical take-off/landing and horizontal straight flight of aircraft and aircraft for implementation | |
Sutrisno et al. | Sukhoi SU-47 Berkut and Eurofighter Typhoon Models Flow Visualization and Performance Investigation Using GAMA Water Tunnel | |
RU2593178C1 (ru) | Аэродинамический руль | |
CN113511333A (zh) | 一种变体飞翼式飞机及其变体方法 | |
Marqués | Advanced UAV aerodynamics, flight stability and control: an Introduction | |
US8474747B2 (en) | Pivoting stabilising surface for aircraft | |
RU2412861C1 (ru) | Крыло мухамедова |