RU2724036C1

RU2724036C1 - Aircraft fuselage

Info

Publication number: RU2724036C1
Application number: RU2019136570A
Authority: RU
Inventors: Мурад Абрамович Брутян; Андрей Викторович Волков; Александр Владимирович Потапчик
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2020-06-18

Abstract

FIELD: aviation.SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly, to aircraft fuselage with subsonic and near-sonic flight speeds. Aircraft fuselage comprises air outlet channels located on its surface, outlets of channels are made with axes inclined at angles 30–60° to fuselage surface and angles 30–60° between projections of channel axes on fuselage surface and flow directions at channel outlets on cruise flight mode of aircraft, outlets of channels for air blowing are located at distance from fodder aft end of fuselage fodder equal to 0.5–1.5 of equivalent diameter of fuselage midship. Inlets of channels for air blowing are connected to cabin of fuselage of aircraft.EFFECT: such design solution will allow to reduce power consumption for creation of air jets and reduction of resistance created by stern part of fuselage.3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационной техники, преимущественно к фюзеляжам самолетов с дозвуковыми и околозвуковыми скоростями полета.The invention relates to the field of aviation technology, mainly to the fuselages of aircraft with subsonic and transonic speeds.

Фюзеляж является одним из основных элементов самолета и предназначен для размещения перевозимых грузов, экипажа, пассажиров и различного оборудования. В фюзеляже самолета могут размещаться двигательные установки самолета и топливо для их работы. Фюзеляж не вносит существенного вклада в создание подъемной силы, но создает значительную долю аэродинамического сопротивления самолета [Кюхеман Д. Аэродинамическое проектирование самолетов. М.: Машиностроение, 1983].The fuselage is one of the main elements of the aircraft and is designed to accommodate the transported goods, crew, passengers and various equipment. The aircraft fuselage can accommodate aircraft propulsion and fuel for their operation. The fuselage does not make a significant contribution to the creation of lift, but creates a significant share of the aerodynamic drag of an airplane [Kucheman D. Aerodynamic design of airplanes. M.: Mechanical Engineering, 1983].

Для уменьшения сопротивления фюзеляжа ему, как правило, придают хорошо обтекаемую «сигарообразную» форму, включающую среднюю часть цилиндрической формы, носовую и хвостовую части овальной формы (см. например, Jame's All the World's Aircraft. Пассажирские самолеты марки Ту, Ил, Ан, Фирм Боинг, Аэрбас).To reduce the resistance of the fuselage, it is usually given a well-streamlined “cigar-shaped” shape, including the middle part of the cylindrical shape, the nose and tail parts of the oval shape (see, for example, Jame's All the World's Aircraft. Passenger aircraft brand Tu, Il, An, Firm Boeing, Airbus).

Уменьшение сопротивление фюзеляжа выполняют также путем уменьшения площади его миделевого сечения (поперечного сечения фюзеляжа наибольшей площади), что приводит к значительным неудобствам при размещении пассажиров и перевозимых грузов.Reducing the resistance of the fuselage is also performed by reducing the area of its mid-section (the cross section of the fuselage of the largest area), which leads to significant inconvenience when placing passengers and goods carried.

Описанные выше модификации формы фюзеляжа не дают значительного снижения сопротивления фюзеляжа. У современных пассажирских и транспортных самолетов аэродинамическое сопротивление фюзеляжа составляет около 50% от полного сопротивления самолета.The modifications to the fuselage shape described above do not give a significant reduction in fuselage drag. In modern passenger and transport aircraft, the aerodynamic drag of the fuselage is about 50% of the total drag of the airplane.

Известна конструкция фюзеляжа самолета с выходами каналов для выдува высоконапорных струй воздуха в направлении поперек оси фюзеляжа по размаху крыла вдоль задней кромки крыла самолета и выдува реактивной струи вдоль оси фюзеляжа из торца его кормовой части (см. патент США 4,648,571). В данном техническом решении уменьшение сопротивления фюзеляжа осуществляется путем выдува реактивной струи двигателя из торца кормовой части фюзеляжа. Выдув высоконапорных струи воздуха от компрессора реактивного двигателя, расположенного внутри фюзеляжа, поперек оси фюзеляжа и вдоль задней кромки крыла самолета приводит к улучшению обтекания крыла, увеличению подъемной силы и уменьшению сопротивления самолета.A known aircraft fuselage design with channel outlets for blowing high-pressure air jets in the direction transverse to the fuselage axis along the wing span along the rear edge of the aircraft wing and blowing a jet stream along the fuselage axis from the end of its stern (see U.S. Patent 4,648,571). In this technical solution, the reduction in fuselage resistance is carried out by blowing a jet stream of the engine from the end of the stern of the fuselage. Blowing a high-pressure jet of air from a jet engine compressor located inside the fuselage, across the axis of the fuselage and along the trailing edge of the wing of the aircraft, improves flow around the wing, increases lift and decreases drag.

По техническим признакам данная конструкция фюзеляжа является наиболее близким аналогом заявляемого изобретения и его прототипом, у которого на участке фюзеляжа выполнены выходы для выдува высоконапорных струй в поперечном и продольном направлениях к оси фюзеляжа.On technical grounds, this fuselage design is the closest analogue of the claimed invention and its prototype, in which exits for blowing high-pressure jets in the transverse and longitudinal directions to the fuselage axis are made on the fuselage section.

Недостатком фюзеляжа прототипа являются большие энергетические затраты для создания высоконапорных струй.The disadvantage of the fuselage of the prototype is the high energy costs for creating high-pressure jets.

Задачей и техническим результатом заявляемого изобретения являются уменьшение энергетических затрат на создание воздушных струй и уменьшение сопротивления, создаваемого кормовой частью фюзеляжа.The objective and the technical result of the claimed invention is to reduce the energy costs of creating air jets and reducing the resistance created by the stern of the fuselage.

Решение задачи и технический результат, достигаются тем, что в фюзеляже самолета, включающем кормовую часть и, расположенные на его поверхности выходы каналов для выдува струй воздуха, выходы каналов выполнены с осями наклоненными под углами 30°-60° к поверхности фюзеляжа и под углами 30°-60° между проекциями осей каналов на поверхность фюзеляжа и направлениями потока у поверхности фюзеляжа на крейсерском режиме полета самолета. При этом выходы каналов для выдува воздуха расположены на поверхности фюзеляжа на расстоянии от конца кормовой части равном 0.5-1.5 эквивалентного диаметра миделя фюзеляжа, а входы каналов для выдува струй воздуха могут быть соединены с салоном фюзеляжа самолета.The solution of the problem and the technical result are achieved by the fact that in the fuselage of the aircraft, including the aft and outlets of the channels for blowing air jets located on its surface, the outlets of the channels are made with axes inclined at angles of 30 ° -60 ° to the surface of the fuselage and at angles 30 ° -60 ° between the projections of the channel axes onto the fuselage surface and the flow directions near the fuselage surface in the cruise airplane flight mode. At the same time, the outlets of the channels for blowing air are located on the fuselage surface at a distance from the end of the aft part equal to 0.5-1.5 of the equivalent diameter of the midsection of the fuselage, and the entrances of the channels for blowing air jets can be connected to the cabin of the fuselage of the aircraft.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в создании вихревых жгутов на поверхности кормовой части фюзеляжа путем выдува струй воздуха из выходов каналов под углами 30°-60° к поверхности фюзеляжа и углами 30°-60° между проекциями осей каналов на поверхность фюзеляжа и направлением потока у поверхности фюзеляжа при полете самолета на крейсерском режиме полета.The essence of the invention consists in the creation of vortex tows on the surface of the aft fuselage by blowing air jets from the channel exits at angles of 30 ° -60 ° to the fuselage surface and angles of 30 ° -60 ° between the projections of the channel axes onto the fuselage surface and the flow direction at the fuselage surface when flying in cruise flight mode.

Создание вихревых жгутов приводит к повышению энергии пограничного слоя в кормовой части фюзеляжа и задержке возникновения отрыва потока, что приводит к уменьшению аэродинамического сопротивления, создаваемого кормовой частью фюзеляжа. Для создания вихревых жгутов не требуется больших затрат энергии. Проведенные экспериментальные исследования показали, что необходимая интенсивность вихревых жгутов обеспечивается путем выдува воздушных струй с небольшим перепадом давления 0.4-0.6 атм. при значительно меньших энергетических затратах чем при использовании высоконапорных струй. Для наибольшей эффективности влияния вихревых жгутов выходы каналов выполняются на поверхности фюзеляжа на расстоянии от конца его кормовой части фюзеляжа равном 0.5-1.5 эквивалентного диаметра миделя фюзеляжа.The creation of vortex bundles leads to an increase in the energy of the boundary layer in the aft of the fuselage and a delay in the separation of the flow, which leads to a decrease in the aerodynamic drag created by the aft of the fuselage. To create vortex bundles does not require large amounts of energy. The conducted experimental studies showed that the necessary intensity of the vortex bundles is ensured by blowing air jets with a small pressure drop of 0.4-0.6 atm. at significantly lower energy costs than when using high-pressure jets. For the greatest efficiency of the influence of the vortex bundles, the channel exits are performed on the fuselage surface at a distance from the end of its aft fuselage equal to 0.5-1.5 equivalent fuselage midsection diameter.

На фиг. 1 приведен рисунок фюзеляжа самолета с выходами каналов для выдува воздуха в кормовой части.In FIG. 1 shows a drawing of the fuselage of the aircraft with the exits of the channels for blowing air in the stern.

На фиг. 2 приведен рисунок сечения выхода одного из каналов для выдува воздуха в стенке кормовой части фюзеляжа.In FIG. Figure 2 shows a cross section of the outlet of one of the channels for blowing air in the wall of the aft fuselage.

На фиг. 3 показаны углы ориентации оси одного из выходов каналов на поверхности фюзеляжа.In FIG. 3 shows the orientation angles of the axis of one of the channel exits on the fuselage surface.

Предлагаемый фюзеляж самолета включает кормовую часть 1 выходы каналов 2 для выдува струй воздуха, расположенные на поверхности фюзеляжа (фиг. 1). Подводящие каналы 3 к выходам каналов 2 для выдува воздуха выполняются с внутренней стороны обшивки фюзеляжа 4 (фиг. 2). Выходы каналов 2 выполнены с осями 5, направленными под углами 6 к поверхности фюзеляжа равными 30°-60° и углами 7 между проекциями 8 осей каналов на поверхность фюзеляжа и направлением потока 9 у поверхности фюзеляжа на крейсерском режиме полета самолета равными 30°-60° (фиг. 3). Направление потока 9 у выходов каналов на поверхности фюзеляжа может быть определено экспериментальными или расчетными способами. Приближенно, для наиболее распространенных умеренно искривленных форм кормовых частей фюзеляжей, направлением потока у его поверхности можно считать проекцию оси фюзеляжа на его поверхность. Выдувы струй воздуха из выходов каналов на поверхности фюзеляжа с указанными углами к поверхности фюзеляжа и углами к потоку на поверхности фюзеляжа создают вихревые жгуты 10 (фиг. 2), которые перемешивают пограничный слой, увеличивают его кинетическую энергию, устойчивость вблизи обтекаемой поверхности и ослабляют отрыв потока в кормовой части фюзеляжа, что приводит к уменьшению его сопротивления. Проведенные экспериментальные исследования показали, что вихревые жгуты с интенсивностью достаточной для ослабления отрыва потока создаются при выдуве струй с перепадом давления 0.4-0.6 атм при значительно меньших энергетических затратах по сравнению с затратами при выдуве высоконапорных струй с перепадом давления в несколько атмосфер.The proposed fuselage of the aircraft includes aft 1 outlets of channels 2 for blowing air jets located on the surface of the fuselage (Fig. 1). The supply channels 3 to the outputs of the channels 2 for blowing air are performed on the inside of the fuselage skin 4 (Fig. 2). The outputs of the channels 2 are made with axes 5 directed at angles 6 to the surface of the fuselage equal to 30 ° -60 ° and angles 7 between the projections of 8 axis of the channels on the surface of the fuselage and the direction of flow 9 at the surface of the fuselage at a cruise plane flight of 30 ° -60 ° (Fig. 3). The direction of flow 9 at the channel exits on the surface of the fuselage can be determined experimentally or by calculation methods. Approximately, for the most common moderately curved forms of the aft parts of the fuselage, the projection of the fuselage axis on its surface can be considered the direction of flow at its surface. Blowing air jets from the channel exits on the fuselage surface with the indicated angles to the fuselage surface and the angles to the flow on the fuselage surface create vortex bundles 10 (Fig. 2) that mix the boundary layer, increase its kinetic energy, stability near the streamlined surface and weaken the flow separation in the stern of the fuselage, which leads to a decrease in its resistance. Experimental studies have shown that vortex bundles with an intensity sufficient to weaken the flow separation are created when blowing jets with a pressure drop of 0.4-0.6 atm at significantly lower energy costs compared to the costs when blowing high-pressure jets with a pressure drop of several atmospheres.

Для наибольшей эффективности влияния вихревых жгутов выходы каналов выполняются на поверхности фюзеляжа на расстоянии от конца его кормовой части равном 0.5-1.5 эквивалентного диаметра миделя фюзеляжа. Эквивалентным диаметром миделя фюзеляжа принято называть диаметр окружности с площадью равной площади миделевого сечения фюзеляжа.For the greatest efficiency of the influence of the vortex bundles, the channel exits are performed on the fuselage surface at a distance from the end of its aft part equal to 0.5-1.5 equivalent fuselage midsection diameter. The equivalent diameter of the midsection of the fuselage is called the diameter of a circle with an area equal to the area of the midsection of the fuselage.

Перепад давления 0.4-0.6 атм, как правило, создается в фюзеляжах пассажирских и транспортных самолетов для обеспечения нормальных условий и кондиционирования воздуха для пассажиров и экипажа. Это может позволить использовать отработанный воздух для выдува струй воздуха и уменьшения сопротивления фюзеляжа. Для этого входы каналов для выдува струй воздуха могут быть соединены с салоном фюзеляжа самолета.The pressure drop of 0.4-0.6 atm, as a rule, is created in the fuselages of passenger and transport aircraft to ensure normal conditions and air conditioning for passengers and crew. This may allow the use of exhaust air to blow air jets and reduce fuselage drag. For this, the channel inputs for blowing air jets can be connected to the cabin of the fuselage of the aircraft.

Таким образом, достигнут технический результат: уменьшение энергетических затрат на создание воздушных струй и уменьшение сопротивления, создаваемого кормовой частью фюзеляжа.Thus, the technical result was achieved: reducing energy costs for creating air jets and reducing the resistance created by the stern of the fuselage.

Claims

1. The fuselage of the aircraft, including the aft and the outlets of the channels for blowing air, located on its surface, characterized in that the outlets of the channels are made with axes inclined at angles of 30 ° -60 ° to the surface of the fuselage and angles 30 ° -60 ° between the projections the axes of the channels to the surface of the fuselage and the flow directions at the exits of the channels in the cruise mode of the aircraft

2. The aircraft fuselage according to claim 1, characterized in that the outputs of the channels for blowing air are located at a distance from the end of the aft part of the fuselage equal to 0.5-1.5 equivalent diameter of the fuselage mid-section.

3. The fuselage of the aircraft according to claim 1, characterized in that the entrances of the channels for blowing air are connected to the cabin of the fuselage of the aircraft.