UA72744C2

UA72744C2 - Method and apparatus for reduction of vortex formation behind moving aircraft

Info

Publication number: UA72744C2
Application number: UA2001042480A
Authority: UA
Original assignee: Eads Airbus Gmbh
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2001-04-12
Publication date: 2005-04-15
Also published as: EP1145954B1; US6513761B2; ATE270217T1; US20010030264A1; EP1145954A1; ES2223674T3; RU2268844C2; DE10018389C2; DE50102706D1; DE10018389A1

Description

Опис винаходу

Винахід відноситься до пристрою і способу зменшення вихорів, виникаючих позаду літака, що знаходиться в 2 режимі заходу на посадку, причому літак для створення підіймальної сили містить праве і ліве крила, що включають в себе системи створення великої підіймальної сили.

На крилах літака, зокрема дозвукового транспортного літака, є системи створення великої підіймальної сили, з тим щоб при польоті з малою швидкістю, наприклад, при заході на посадку, створити необхідну підіймальну силу. Подібні системи створення великої підіймальної сили складаються, як правило, з передкрилків 710 посадочних закрилків. Коли крило створює підіймальну силу, то за крилом завжди виникають вихрові потоки.

При цьому спочатку в зоні зовнішнього кінця відповідного посадочного закрилка утвориться вихор закрилка, а в зоні кінця крила - крайовий вихор. Ця вихрова система обертається, одночасно окремі вихори обертаються самі навколо себе, причому вся вихрова система в спіралеподібному рушенні уноситься течією. Вихори, що створюються великими транспортними літаками представляють небезпеку для подальшого повітряного сполучення, зокрема на пожвавлених дільницях підльоту. Передбачувані безпечні відстані між підлітаючими літаками зменшують небезпеку, однак обмежують також пропускну здатність посадочної смуги, оскільки необхідне для дотримання безпеки польоту горизонтальна відстань між літаками, що приземляються стає тим більшою, ніж більше або важче стають літаки, а інтенсивність вихорів залежить від маси літака. Використання великих літаків нового покоління, наприклад, АЗХХ, а також зростаюче повітряне сполучення вимагають, однак, зменшення "щиро" призначених безпечних відстаней. Тому необхідно передбачити в літаку можливість зменшення інтенсивності вихорів і їх завчасного руйнування.

Відомі результати дослідження можливостей боротьби з вихорами. Зокрема, із заявки МО 99/00297 відоме рішення, згідно з яким за рахунок безперервного керування відхилення елерона і близького до фюзеляжу закрилка збуджуються поперечні коливання повітря, що приводять до завчасного руйнування вихорів. Однак, тут с йде мова про вихори малої інтенсивності. Ге)

З В 2051706А1 відомий пристрій, що встановлюється безпосередньо на кінці посадочного закрилка, який має зменшити опір літака. Завдяки використанню такого пристрою вихори меншають. Пристрій, однак, не придатний для створення контрольованого збурюючого вихору, як за допомогою запропонованого винаходу. Про спосіб зменшення вихорів не повідомляється. М

В основі даного винаходу лежить задача запропонувати пристрій і спосіб, щоб можна було зменшити вихори «ж позаду літаків, що знаходяться в режимі заходу на посадку, і сприяти своєчасному руйнуванню подібних вихорів.

Ця задача вирішується тим, що на кожному крилі (3, 4) літака в зоні його задньої кромки (ЗВ, 48) поблизу в зовнішніх, висунених кінців (7А, 8А) посадочних закрилків встановлений вихровий генератор (9, 10) для Га створення контрольованого збурюючого вихору (13, 14). 325 За допомогою винаходу запобігається виникнення небезпечної вихрової течії позаду літаків при заході на - посадку і, тим самим, підвищується безпека повітряного сполучення. Безпечні відстані між літаками, що приземляються можуть бути скорочені, що підвищує пропускну здатність посадочної смуги і враховує зростаюче повітряне сполучення. Зокрема, для великих літаків з високою масою, для яких в цей час загроза вихорів « розглядається як основна проблема, пристрій згідно з винаходом застосовний як простий і ефективний захід. З 50 Переважні варіанти виконання винаходу приведені в п.п.2-11 і 13-16 формули винаходу. с Залежний п.2 формули винаходу розкриває переважне виконання пристрою у вигляді додаткового закрилка,

Із» який виконаний у вигляді простої невеликої деталі і може бути просто розміщений на крилі. Вказана також переважна область розміщення його на крилі.

Залежні п.п.3 і 4 формули розкривають переважний діапазон кута установки додаткового закрилка як вихрового генератора. 7 У залежних п.п.5-8 формули розкриті виконання додаткового закрилка, які створюють контрольований вихор ка у передньої кромки для утворення збурюючого вихору на додатковому закрилку. Згідно з п. 7 формули додатковий закрилок має форму трикутного крила, при цьому виникають два вихори, що обертаються назустріч і один одному у вигляді вихрової пари, утворюючі збурюючий вихор. «їз» 20 П.п.9-41 формули спрямовані на літак, причому приведені можливе розташування пристрою згідно з винаходом на крилах літака.

Т» У залежному п.13 формули розкриті етапи способу зменшення інтенсивності вихору.

Залежні п.п.14-16 формули розкривають альтернативні способи приведення в дію додаткових закрилків на літаку. 29 Приклади виконання винаходу більш детально зображені на фіг.1-9. На кресленнях однакові конструктивні

ГФ) елементи позначені однаковими позиціями. юю - Фіг.1: літак в перспективі з пристроєм згідно з винаходом; - Фіг.2: літак в базовій конфігурації; - Фіг.3: літак на вигляді зверху, з пристроєм згідно з винаходом; 60 - Фіг.4: літак у базовій конфігурації на вигляді зверху з виникаючими вихорами; - Фіг.5: літак з пристроєм згідно з винаходом на вигляді зверху з виникаючими вихорами; - Фіг.6-8: форми виконання пристрою згідно з винаходом; - Фіг.9: перетин крила з пристроєм згідно з винаходом.

На Фіг.1 літак 1 показаний в перспективному вигляді. Літак 1 являє собою дозвуковий транспортний літак, бо зокрема, для перевезення пасажирів. На фюзеляжі 2 літака 1 розташовані ліве З і праве 4 крила. Кожне крило 3,

4 для створення необхідної підіймальної сили при польоті з малою швидкістю, наприклад, при заході на посадку; містять системи 5, 6 створення великої підіймальної сили. Подібні системи 5, 6 створення великої підіймальної сили містять, в тому числі, посадочні закрилки 7, 8. На кожному крилі 3, 4 встановлений пристрій 9, 10 згідно

З винаходом для зменшення вихорів.

На Фіг.2, З на вигляді зверху зображені літаки з виникаючими вихорами. На Фіг.2 видна базова конфігурація літака 1, причому виникаючі на лівому З і правому 4 крилах вихори 11,12 показані за допомогою стрілок. На кінці ЗА, 4А крила 3, 4 виникає крайовий вихор 11А, 12А. Вихор 118, 128 у закрилка виникає на задній кромці

ЗВ, 48 крила в зоні збігаючої вихрової течії. "Слабким місцем" вихрової течії є зовнішній в напрямі розмаху 7/о Кінець 7А, ВА висуненого посадочного закрилка 7 крила З або посадочного закрилка 8 крила 4. Вихор 1 ІВ, 128, виникаючий в зоні кінця 7А, 8А посадочного закрилка 7, 8, є, в основному, потужним вихором, який приносить з собою вже названі складності для повітряного сполучення.

Для того, щоб зменшити інтенсивність цього вихору, згідно з винаходом в процес виникнення течії вводять утворену контрольовану збурюючу течію. Цим вже порушують виникнення небезпечної вихрової течії. Для /5 Генерування збурюючого вихору 13. 14 призначений пристрій 9, 10 для зменшення вихорів, якій надалі називається додатковим закрилком 9, 10, який розташований на крилі 3, 4 в зоні кінців 7А, ВА посадочних закрилків 7, 8. В збільшеному зображенні на Фіг.З видно, що (контрольовано створюваний маленький) збурюючий вихор 13, 14 взаємодіє із збігаючими із задньої кромки ЗВ, 48 крила вихорами, тобто, в основному, з вихором 118, 12В у закрилка. Принцип дії збурюючого вихору 13 або 14 більш детально пояснюється нижче.

Встановлена, переважно, під кутом 195-252 (відносно прибраного стану) додаткова поверхня (вихровий генератор) 9, 10 створює на своїй передній кромці з боку всмоктування контрольований вихор, що живиться обірваною течією передньої кромки. Цей вихор покидає додаткову поверхню 9, 10 на її задній кромці і як вільний збурюючий вихор 13, 14 взаємодіє з вихором 118, 128 у закрилка, що починає виникати на кінці 7А. ВА закрилка (за рахунок зменшення інтенсивності вихору, який стікає вздовж задньої кромки як нестабільний с вихровий шар). Ефект настільки інтенсивний, що виникаючий вихор 118, 128 у закрилка приводиться в поперечні коливання, а це значно порушує процес його концентрації. Внаслідок коливань вихор 118, 128 у о закрилка втрачає інтенсивність, причому максимальна інтенсивність в ядрі результуючого вихору значно меншає, що добре видно на Фіг.4, зокрема, на Фіг.5. На Фіг.5 показана інтенсивність зображеного як приклад вихору 12, причому внаслідок збурюючого вихору 14 вихор 128 у закрилка є сильно осцилуючим і, тим самим, «ф зо зменшує свою інтенсивність. На Фіг.4 в протилежність цьому показана інтенсивність вихорів літака без пристрою 9, 10 згідно з винаходом. Вихор 11, 12 такого літака має явно виражене ядро., що виражається вершиною в - центрі вихору. Чим вище ця вершина, тим більше інтенсивність вихору. ї-

На Фіг.6-8 показані форми виконання додаткового закрилка 9 згідно з винаходом (відповідає додатковому закрилку 10 на крилі 4). с

Основа 9 відносно маленького додаткового закрилка 9 розміщена на крилі З в зоні кінця 7А посадочного ї- закрилка 7, переважно, на 60-80956 глибини профілю базового крила, причому під глибиною профілю потрібно розуміти розріз базового крила в напрямі польоту. Основа 9' додаткового закрилка 9 розташована переважно в зоні, яка, будучи виміряна від кінця 7А посадочного закрилка, тягнеться з обох сторін ліворуч або праворуч на 1095 напіврозмахи. Напіврозмахом називається відстань від середини фюзеляжу до кінця крила. «

Додатковий закрилок 9 повинен бути протягом своєї дії встановлений у течію, що виникла, причому шщ с переважний кут установки показаний на Фіг.9. Додатковий закрилок У має таку форму, що на його передній й кромці виникає контрольований вихор (маленький), який, покидаючи додатковий закрилок 9, являє собою високу "» турбулентну вихрову течію. Ця багата енергією додаткова течія покидає додатковий закрилок 9 і проникає в "слабе місце" виникаючої основної течії, тобто збуджує інтенсивні коливання основного вихору і придушує при цьому процес концентрації, який в іншому випадку привів би до сильного основного вихору 11. -і У переважному виконанні додатковий закрилок 9 (або 10) діє як пасивна деталь, тобто висувається і залишається при підльоті в стаціонарному положенні. Можна, однак приводити додатковий закрилок 9 в дію де навперемінно або одночасно з додатковим закрилком 10 на крилі 4. За рахунок цього можуть виникнути подовжні -І коливання у вихорі, придатні для подальшого прискорення процесу його руйнування.

На Фіг.6 зображена перша переважна форма виконання додаткового закрилка 9. Додатковий закрилок 9 має ть форму 9А крила невеликої протяжності зі стрілоподібністю передньої кромки з одного боку зліва приблизно 6052. «з» Інша сторона переважно нестрілоподібна.

На фіг.7 зображена інша можлива форма 9В. Додатковий закрилок 9 виконаний тут у вигляді крила невеликої протяжності зі стрілоподібністю передньої кромки з одного боку праворуч приблизно 602, а інша сторона нестрілоподібна.

Третя форма 9С виконання зображена на Фіг.8. Ця форма 9С виконання відрізняється крилом невеликий о протяжності зі стрілоподібністю передньої кромки з обох сторін приблизно 602 (трикутне крило). У випадку ко трикутного крила як додаткового закрилка 9 виникають два вихори, що обертаються назустріч один одному у вигляді вихрової пари, які як збурюючий вихор повинні контрольовано заважати виникненню основного вихору. бо Всім трьом формам виконання властиво те, що переважно стрілоподібні передні кромки загострені подібно лезу ножа, з тим щоб примусити відрив течії. Стрілоподібні передні кромки виконані переважно прямолінійними, однак можуть бути також криволінійними аналогічно крилу надзвукового літака "Конкорд". Задня кромка додаткового закрилка 9А, 9В або 9С виконана переважно прямолінійною і проходить переважно перпендикулярно напряму польоту. 65 На Фіг.9 показаний перетин крила 3, 4. Видні також посадочні закрилки 7, 8 як частина системи 5, 6 створення більшої підіймальної сили. Додатковий закрилок 9, 10 висувають при заході на посадку, причому кут

15 установки додаткового закрилка 9. 10 повинен становити переважно 12-25 відносно верхньої сторони крила

З, 4. При куті установки більше за 302 може статися неконтрольований відрив течії, що небажано саме з точки зору утворення контрольованого збурюючого вихору 13, 14.

Не показано, як в неробочому стані додатковий закрилок 9, 10 забирається в крило 3. 4 не порушуючи, тим самим, геометрію крила для крейсерського польоту. Механізми прибирання спойлерів відомі з рівня техніки і застосовні також для додаткового закрилка 9,10.

Перелік позицій на кресленнях 1 - літак 2 - фюзеляж літака

З - ліве крило

ЗА - кінець крила

ЗВ - задня кромка крила 4 - праве крило 4А - кінець крила 48 - задня кромка крила 5 - система створення великої підіймальної сили (зліва) 6 - система створення великої підіймальної сили (праворуч) 7 - посадочні закрилки (зліва)

Т7А - зовнішній кінець закрилка 8 - посадочні закрилки (праворуч) 8А - зовнішній кінець закрилка 9 - пристрій для зменшення вихорів/додатковий закрилок 9 - основа Га 10 - пристрій для зменшення вихорів/додатковий закрилок о 11 - основний вихор (зліва) ПА - крайовий вихор 118 - вихор закрилка 12 - основний вихор (праворуч) 12А - крайовий вихор 128 - вихор закрилка «І 13 - додатковий вихор (збурюючий вихор) зліва 14 - додатковий вихор (збурюючий вихор) праворуч З 15 - кут установки ч- 1 2 сч і - х "о, 4 Ге 10 з

З є що / й 2 « ча, дя ю г» у их вен - по пшя-- т й ту ц іа

К-т ї ) ще КУ я

І» в Де ь я " 5 5/ у

Й вх КО ---

Фіг -І іме) -І щ» с» іме) 60 б5

А А о

Фіз 7 р - ге Дпллштвлятя пяппжттттоте яв ж ї2в й 118 с 3 а нн: ЕНН

ЗК ад о мі ні 12А у й ШИ Кк Що и

Фіг. З т Ф/ пт "ла А Да отх во. жу Ж зі 4 з й. зав

І Ії 48 / -

В и чи і ЗВ КІ х 7 з їв з Мю А й м б сша кевя па

Ех ру ШІ . М в - й м 45 т іо с т лов Го) шен н-- (З я

Пр теле офротттт ї ще т й

К

І сСплбфдонятттютВття» - д Де петанк нрегооверотне 7 «

Мернячня пи пити ' в. с

І : ч-

З Фіг. 6

У - с з ;» 7?

ОА т , Фіг. 7 іме)

З це. - їз 50

Я» ; й 7 - 5Б . за у-

І І Фіг. 8 ю уд й ік) З 60 2-82 Вітя 7 2 р / 7 й і б5 но с :

9 (10) яти? йА- 7 реч 3 (8) Ж (В 5 (6) 70 Фіг. 9

Claims

Формула винаходу

1. Пристрій для зменшення вихорів, що виникають позаду літака, що рухається, який містить для створення підіймальної сили праве і ліве крила, що включають в себе, в тому числі, посадочні закрилки як системи створення великої підіймальної сили, при цьому на кожному крилі в зоні його задньої кромки поблизу зовнішніх, висунених кінців посадочних закрилків встановлений вихровий генератор, який відрізняється тим, що вихровий генератор для створення контрольованого вихру, який збурює, виконаний у вигляді додаткового закрилка, основа якого розташована в ділянці 1095 напіврозмаху зліва та праворуч від відповідного зовнішнього кінця посадочного закрилка на крилі, а у напрямку глибини - починаючи з 6095 глибини профілю несучого крила, причому додатковий закрилок при польоті з малою швидкістю займає висунений стан, а у неробочому стані може бути прибраний в крило.

2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що кут встановлення додаткового закрилка у висуненому стані с відносно площини верхньої сторони крила складає менше за 302. о

З. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що кут установки лежить в діапазоні 12-252,

4. Пристрій за одним з пп. 1-3, який відрізняється тим, що додатковий закрилок виконаний в формі крила малої протяжності зі стрілоподібністю передньої кромки з лівого боку приблизно 602, а його інша сторона виконана нестрілоподібною. З

5. Пристрій за одним з пп. 1-3, який відрізняється тим, що додатковий закрилок виконаний в формі крила «ф малої протяжності зі стрілоподібністю передньої кромки з правого боку приблизно 602, а його інша сторона виконана нестрілоподібною. т

6. Пристрій за одним з пп. 1-3, який відрізняється тим, що додатковий закрилок виконаний у формі крила СМ малої протяжності зі стрілоподібністю передньої кромки з обох сторін приблизно 602.

7. Пристрій за одним з пп. 4-6, який відрізняється тим, що щонайменше одна стрілоподібна передня кромка ге додаткового закрилка загострена, а задня кромка додаткового закрилка виконана переважно прямолінійною.

8. Пристрій за одним з пп. 1-7, який відрізняється тим, що додатковий закрилок при польоті літака з малою швидкістю стаціонарно займає висунене положення симетрично на кожному крилі. « дю

9. Пристрій за одним з пп. 1-7, який відрізняється тим, що додатковий закрилок виконаний з можливістю при - польоті літака з малою швидкістю динамічно змінювати своє положення між висуненим і прибраним, причому ця с зміна виконується з обох сторін на крилах симетрично. :з»

10. Пристрій за одним з пп. 1-7, який відрізняється тим, що додатковий закрилок виконаний з можливістю при польоті літака з малою швидкістю динамічно змінювати своє положення між висуненим і прибраним, причому ця зміна виконується з обох сторін на крилах асиметрично. - 35

11. Спосіб зменшення вихорів, виникаючих позаду літака, що рухається, який включає створення вихру, який збурює, на кожному крилі, введення вказаного вихру у зону виникнення вихрового потоку, що збігає на задній ко кромці крила (вихор на кінці висуненого посадочного закрилка), який відрізняється тим, що вихор, який збурює, - створюють за допомогою пристрою для створення вихру за одним з пп. 1-10.

12. Спосіб за п. 11, який відрізняється тим, що вихор, який збурює, інтерферують з вихором біля закрилка т» 50 для проникнення у нього і збудження його інтенсивних коливань, які приводять до зменшення інтенсивності ГТ» вихру біля закрилка.

13. Спосіб за одним з пп. 11 або 12, який відрізняється тим, що кожний додатковий закрилок при польоті з малою швидкістю симетрично висувають, для займання ним стаціонарного висуненого положення.

14. Спосіб за одним з пп. 11 або 12, який відрізняється тим, що при польоті з малою швидкістю динамічно міняють положення додаткових закрилків між висуненим і прибраним, причому цю зміну виконують з обох сторін ГФ) на крилах симетрично. ГФ 15. Спосіб за одним з пп. 11 або 12, який відрізняється тим, що при польоті з малою швидкістю динамічно міняють положення додаткових закрилків між висуненим і прибраним, причому цю зміну виконують з обох сторін на крилах асиметрично. 60 Офіційний бюлетень "Промислоава власність". Книга 1 "Винаходи, корисні моделі, топографії інтегральних мікросхем", 2005, М 4, 15.04.2005. Державний департамент інтелектуальної власності Міністерства освіти і науки України. б5