RU2724026C1 - Способ снижения влияния обледенения на аэродинамическую поверхность - Google Patents
Способ снижения влияния обледенения на аэродинамическую поверхность Download PDFInfo
- Publication number
- RU2724026C1 RU2724026C1 RU2019128251A RU2019128251A RU2724026C1 RU 2724026 C1 RU2724026 C1 RU 2724026C1 RU 2019128251 A RU2019128251 A RU 2019128251A RU 2019128251 A RU2019128251 A RU 2019128251A RU 2724026 C1 RU2724026 C1 RU 2724026C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- icing
- aerodynamic surface
- blowing
- compressed air
- air
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 238000007664 blowing Methods 0.000 claims abstract description 30
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003570 air Substances 0.000 description 33
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 11
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 4
- 208000036758 Postinfectious cerebellitis Diseases 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 238000004378 air conditioning Methods 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000012010 growth Effects 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C21/00—Influencing air flow over aircraft surfaces by affecting boundary layer flow
- B64C21/02—Influencing air flow over aircraft surfaces by affecting boundary layer flow by use of slot, ducts, porous areas or the like
- B64C21/04—Influencing air flow over aircraft surfaces by affecting boundary layer flow by use of slot, ducts, porous areas or the like for blowing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D15/00—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft
- B64D15/02—De-icing or preventing icing on exterior surfaces of aircraft by ducted hot gas or liquid
- B64D15/04—Hot gas application
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
Abstract
Изобретение относится к авиационной технике. Способ снижения влияния обледенения на аэродинамическую поверхность заключается в том, что через продольное щелевое сопло на верхней плоскости аэродинамической поверхности производят тангенциальный выдув струи сжатого воздуха. Выдув осуществляют на основании сигналов об обледенении поверхности на расстоянии от 1% до 20% хорды от передней кромки аэродинамической поверхности, с коэффициентом импульса струи сжатого воздуха Сμ ≥ 0.02. Изобретение направлено на повышение надежности и безопасности полета. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано для устранения негативных последствий обледенения летательных аппаратов.
Одним из наиболее опасных природных воздействий на летательный аппарат (ЛА) в полете является обледенение, которое может приводить к возникновению аварийных ситуаций. Для борьбы с обледенением в полете как правило используют различные противообледенительные системы (ПОС), которые характеризуются высокой энергоемкостью, работа которых также может приводит к формированию барьерного льда.
Известен «Способ борьбы с обледенением крыльев летательных аппаратов» (патент РФ 2504502, МПК B64D 15/00, 20.01.2014 г.). В данном способе поверхности, подверженные обледенению, нагревают до температуры таяния льда и образовавшуюся в результате этого процесса воду собирают в специальные емкости. Способ позволяет бороться с образованием барьерного льда, образующегося в процессе работы ПОС. Недостатком способа является усложнение ПОС дополнительными элементами (насосы, емкости и т.д.), что повышает энергоемкость, снижает надежность и эффективность всей системы. Кроме того, данный способ не снижает вредного влияния обледенения на аэродинамические характеристики ЛА.
Известен также способ, описанный в изобретении «Противообледенительная система для самолетов» («Anti-icing system for aircraft», патент US 5114100, МПК B64C 21/04, 19.05.1992 г.). Данная система предназначена для ламинаризации передней кромки крыла применением всасывания пограничного слоя через перфорированную обшивку и для управления пограничным слоем путем выдува струи горячего газа. К каждому отверстию в обшивке по передней кроме крыла подводят трубопроводы, которые служат для отсоса пограничного слоя или выдува воздуха. Выдув горячего воздуха на переднюю кромку крыла обеспечивает защиту от обледенения. Недостатком такой системы является сложность конструкции с множеством коллекторов, клапанов и трубопроводов для обеспечения работы ПОС и управления пограничным слоем аэродинамической поверхности путем отсоса. Кроме того, отбор горячего сжатого воздуха от двигателя может приводить к прогару трубопроводов, тем самым снижая надежность системы. Отверстия для выдува находятся в зоне образования льда и в случае их обледенения выдув будет невозможен до тех пор, пока лед не будет растоплен. При этом аэродинамические характеристики ЛА будут продолжать снижаться.
За прототип выбран способ, реализуемый в изобретении «Устройство контроля управления пограничным слоем и противообледенения крыла самолета» («Boundary layer control and anti-icing apparatus for an aircraft wing», патент US 3917193, МПК B64C 21/04, B64D 15/02, 04.11.1975 г.). При данном способе для управления пограничным слоем крыла и работы противообледенительной системы используют горячий воздух, отбираемый от двигателя. Устройство, реализующее способ, содержит ряд трубопроводов, объединенных в коллектор, и с помощью щелевого сопла на предкрылке и эжекторного сопла на передней кромке крыла осуществляют выдув струи горячего воздуха из двигателя. Для снижения температуры струи выдуваемую струю воздуха смешивают с набегающим потоком в эжекторном сопле и смешанный воздух выдувают из сопла на верхнюю поверхность крыла. От эффекта управления пограничным слоем обеспечивают некоторую дополнительную подъемную силу, которая компенсируют потери тяги двигателя от отбора воздуха. Недостатком этого способа является использование горячего воздуха, который смешивают с воздухом внешней среды. Другим недостатком является выдув воздуха в зоне образования льда. Таким образом, выдув будет невозможен до тех пор, пока не будет растоплен лед в зоне расположения сопла, аэродинамические характеристики будут снижаться, что может привести к возникновению аварийной ситуации.
Предлагается способ снижения влияния обледенения на аэродинамическую поверхность, когда уже наросты льда образовались и отрицательно воздействуют на аэродинамические свойства поверхности.
Задачей является разработка способа снижения влияния обледенения на аэродинамическую поверхность, который обеспечивает следующие технические результаты:
• Повышение безопасности полета в условиях обледенения;
• Восстановление управляемости с учетом уровня интенсивности обледенения, в том числе при несимметричном обледенении крыла или иной аэродинамической поверхности;
• Предотвращение образования барьерного льда на аэродинамической поверхности.
Технический результат достигается тем, что в способе снижения влияния обледенения на аэродинамическую поверхность через продольное щелевое сопло на верхней плоскости аэродинамической поверхности производят тангенциальный выдув струи сжатого воздуха так, что выдув осуществляют на основании сигналов об обледенении поверхности на расстоянии от 1% до 20% хорды от передней кромки аэродинамической поверхности с коэффициентом импульса струи сжатого воздуха Сμ ≥ 0.02.
Дополнительный технический результат получают, если отбор сжатого воздуха для выдува струи осуществляют от автономного источника или вспомогательной силовой установки.
Дополнительный технический результат получают, если для выдува струи используют воздух с температурой от 0°С до 25°С.
Дополнительный технический результат получают, если для выдува используют сопло с длиной от 20% до 100% от продольного размера аэродинамической поверхности.
Дополнительный технический результат получают, если выдув струи воздуха осуществляют в соответствии с заданной программой в зависимости от сигналов об обледенении поверхности.
Дополнительный технический результат получают, осуществляют дифференциальный выдув струи воздуха различной интенсивности, как минимум, в двух местах аэродинамической поверхности при несимметричном обледенении поверхности.
Дополнительный технический результат получают, если осуществляют теплообмен между участками выдува струи сжатого воздуха и смежными участками аэродинамической поверхности.
Изобретение поясняется фигурой 1. На Фиг. 1 представлена принципиальная схема реализации предлагаемого способа.
Рассмотрим реализацию способа снижения влияния обледенения на аэродинамическую поверхность на примере профиля крыла самолета.
Способ снижения влияния обледенения на аэродинамическую поверхность реализуется в зависимости от режима полета, метеоусловий, этапа полета, а также интенсивности образования льда. В передней части кромки крыла 1 образуется лед 2, который приводит к отрыву пограничного слоя с аэродинамической поверхности, что приводит к резкому снижению аэродинамических характеристик крыла. Дополнительное негативное влияние на обтекание и снижение аэродинамических характеристики крыла оказывает и образование барьерного льда 3. Для снижения влияния обледенения обоих типов производят тангенциальный выдув струи воздуха 4 по сигналам об уровне обледенении передней кромки аэродинамической поверхности из сопла 5, расположенного на расстоянии от 1% до 20% хорды от передней кромки поверхности, т.е. вне зоны образования льда. Сигналы об обледенении поверхности получают от датчиков об обледенении. Положение сопла относительно хорды зависит от типа аэродинамической поверхности и формы льда. Конструктивно сопло с длиной от 20% до 100% от продольного размера аэродинамической поверхности может быть расположено не по всей длине аэродинамической поверхности и может быть размещено секционно.
Выдув струи воздуха с коэффициентом импульса струи сжатого воздуха Сμ ≥ 0.02 позволяет ликвидировать отрыв потока и восстановить аэродинамические характеристики крыла.
Коэффициент импульса выдуваемой струи воздуха Сμ определяется по известной формуле:
где m - массовый расход выдуваемого воздуха, Vj - скорость воздуха в струе на срезе сопла, q∞ - скоростной напор, S - площадь аэродинамической поверхности участков выдува.
Участки выдува охватывают площадь аэродинамической поверхности, на которую распространяется влияние выдува струи сжатого воздуха.
Численные расчеты показывают, что, например, при посадке в сложных метеоусловиях с максимальным наростом льда тангенциальный выдув по заданной программе струи воздуха с коэффициентом импульса Сμ от 0.05 до 0.07 для восстановления аэродинамических характеристик в течении посадки ЛА.
Исследования показали, что образование льда уменьшает максимальную подъемную силу крыла аэродинамической поверхности от 42 до 66% и критического угла атаки от 7 до 12% (Павленко О.В. «Численное исследование особенностей обтекания модели крыла с имитаторами льда», журнал «Ученые записки ЦАГИ», том XLVII №1, 2016 г., стр. 62-68). Для восстановления до необходимого уровня подъемной силы аэродинамической поверхности, обеспечивающей безопасный полет, производят выдув струи воздуха с заданной интенсивностью Сμ ≥ 0.02. Подъемную силу восстанавливают до необходимого уровня при различных условиях обледенения по заданной программе, выполняющейся в зависимости от сигналов об обледенении аэродинамической поверхности. При несимметричном наросте льда на местах аэродинамической поверхности и уменьшении управляемости от этих наростов осуществляют дифференциальный выдув различной интенсивности, как минимум, в двух местах аэродинамической поверхности. Отбор сжатого воздуха для выдува струи на современных ЛА возможно осуществлять от автономного источника, не связанного с работой двигателя, а например для обеспечения кондиционирования воздуха, и для выдува струи обеспечивают воздух с температурой от 0°С до 25°С.
Дополнительным результатом выдува струи воздуха является нагрев поверхности за соплом от воздействия трения о поверхность крыла выдуваемого сжатого воздуха со скоростью превышающей скорость набегающего потока в 3 раза и более раз в соответствии с эмпирически полученной авторами формулой приращения температуры ΔT от коэффициента импульса выдуваемой струи воздуха Сμ:
ΔТ=9754.5 Сμ2+1948.1Сμ+1.1537
Из приведенной формулы видно, что чем больше по значению коэффициент импульса струи выдува Сμ, тем выше приращение температуры ΔT и более эффективен теплообмен между участками выдува струи сжатого воздуха и смежными участками аэродинамической поверхности, что препятствует образованию барьерного льда.
Таким образом, нагрев при выдуве аэродинамической поверхности за соплом препятствует образованию барьерного льда.
Задачи и технический результат достигаются совокупностью существенных признаков предложенного способа снижения влияния обледенения на аэродинамическую поверхность: выдув осуществляют на основании сигналов об обледенении поверхности, на расстоянии от 1% до 20% хорды от передней кромки аэродинамической поверхности, с коэффициентом импульса струи сжатого воздуха Сμ ≥ 0.02.
Claims (7)
1. Способ снижения влияния обледенения на аэродинамическую поверхность, заключающийся в том, что через продольное щелевое сопло на верхней плоскости аэродинамической поверхности производят тангенциальный выдув струи сжатого воздуха, отличающийся тем, что выдув осуществляют на основании сигналов об обледенении поверхности, на расстоянии от 1% до 20% хорды от передней кромки аэродинамической поверхности, с коэффициентом импульса струи сжатого воздуха Сμ ≥ 0.02.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что отбор сжатого воздуха для выдува струи осуществляют от автономного источника или вспомогательной силовой установки.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для выдува используют сопло с длиной от 20% до 100% от продольного размера аэродинамической поверхности.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдув струи воздуха осуществляют в соответствии с заданной программой в зависимости от сигналов об обледенении поверхности.
5. Способ по п. 2, отличающийся тем, что для выдува используют воздух с температурой от 0°С до 25°С.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют дифференциальный выдув струи воздуха различной интенсивности, как минимум, в двух местах аэродинамической поверхности при несимметричном обледенении поверхности.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что осуществляют теплообмен между участками выдува струи сжатого воздуха и смежными участками аэродинамической поверхности.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019128251A RU2724026C1 (ru) | 2019-09-09 | 2019-09-09 | Способ снижения влияния обледенения на аэродинамическую поверхность |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019128251A RU2724026C1 (ru) | 2019-09-09 | 2019-09-09 | Способ снижения влияния обледенения на аэродинамическую поверхность |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2724026C1 true RU2724026C1 (ru) | 2020-06-18 |
Family
ID=71096117
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019128251A RU2724026C1 (ru) | 2019-09-09 | 2019-09-09 | Способ снижения влияния обледенения на аэродинамическую поверхность |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2724026C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3276727A (en) * | 1965-04-26 | 1966-10-04 | Clark Herbert | Compensating boundary layer control nozzle |
US3917193A (en) * | 1974-01-21 | 1975-11-04 | Boeing Co | Boundary layer control and anti-icing apparatus for an aircraft wing |
US4117995A (en) * | 1977-02-28 | 1978-10-03 | Runge Thomas M | Aircraft wing lift augmentation device |
US4508295A (en) * | 1982-06-09 | 1985-04-02 | S.N.E.C.M.A. | Device for detecting and preventing the formation of ice on contoured surfaces |
RU2362708C2 (ru) * | 2004-05-13 | 2009-07-27 | Эйрбас Дойчланд Гмбх | Часть летательного аппарата |
-
2019
- 2019-09-09 RU RU2019128251A patent/RU2724026C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3276727A (en) * | 1965-04-26 | 1966-10-04 | Clark Herbert | Compensating boundary layer control nozzle |
US3917193A (en) * | 1974-01-21 | 1975-11-04 | Boeing Co | Boundary layer control and anti-icing apparatus for an aircraft wing |
US4117995A (en) * | 1977-02-28 | 1978-10-03 | Runge Thomas M | Aircraft wing lift augmentation device |
US4508295A (en) * | 1982-06-09 | 1985-04-02 | S.N.E.C.M.A. | Device for detecting and preventing the formation of ice on contoured surfaces |
RU2362708C2 (ru) * | 2004-05-13 | 2009-07-27 | Эйрбас Дойчланд Гмбх | Часть летательного аппарата |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8622334B2 (en) | System and method for reducing the noise of pusher type aircraft propellers | |
US8485476B2 (en) | Discrete co-flow jet (DCFJ) airfoil | |
US8262031B2 (en) | Co-flow jet aircraft | |
US20110260008A1 (en) | Fluid flow control device for an aerofoil | |
CN205891234U (zh) | 用于直升机旋翼叶片的联合射流控制装置 | |
CN106005396A (zh) | 用于直升机旋翼叶片的联合射流控制装置及其控制方法 | |
EP4015392B1 (en) | Ice protection system for a component of an aerodynamic system | |
US9701399B1 (en) | Parasitic drag induced boundary layer reduction system and method | |
CN112977836B (zh) | 一种防冰装置 | |
RU2724026C1 (ru) | Способ снижения влияния обледенения на аэродинамическую поверхность | |
RU2325307C1 (ru) | Способ взлета самолета | |
Lachmann | Boundary layer control | |
Campbell | Patterns in the sky: natural visualization of aircraft flow fields | |
WO2012098809A1 (ja) | 防氷装置、翼、航空機および防氷方法 | |
US20160229544A1 (en) | Ice accretion prevention | |
Johns | The aircraft engine inlet vortex problem | |
EP3085619A1 (en) | Combination aircraft wing | |
RU2435707C2 (ru) | Летательный аппарат вертикального взлета и посадки | |
RU2604951C1 (ru) | Самолет короткого взлета и посадки | |
RU2504502C1 (ru) | Способ борьбы с обледенением крыльев летательных аппаратов | |
RU2696681C1 (ru) | Крыло летательного аппарата | |
US20150377131A1 (en) | System and Method for Preventing Objects From Entering the Intake of a Jet Engine | |
RU2768992C1 (ru) | Устройство для предотвращения образования барьерного льда на крыле летательного аппарата | |
YUNG | Impingement Flow Study on Temperature Profile of Concave Plate | |
RU2463216C1 (ru) | Способ защиты силовой установки противопожарного самолета-амфибии от попадания посторонних предметов и разрушения вихрей на входе в воздухозаборники трдд |