WO2016175676A1 - Aircraft with canard configuration - Google Patents

Aircraft with canard configuration Download PDF

Info

Publication number
WO2016175676A1
WO2016175676A1 PCT/RU2015/000703 RU2015000703W WO2016175676A1 WO 2016175676 A1 WO2016175676 A1 WO 2016175676A1 RU 2015000703 W RU2015000703 W RU 2015000703W WO 2016175676 A1 WO2016175676 A1 WO 2016175676A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
aircraft
angle
wing
fpgo
attack
Prior art date
Application number
PCT/RU2015/000703
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Юрий Константинович КРАСНОВ
Original Assignee
Юрий Константинович КРАСНОВ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Константинович КРАСНОВ filed Critical Юрий Константинович КРАСНОВ
Priority to PCT/RU2015/000703 priority Critical patent/WO2016175676A1/en
Publication of WO2016175676A1 publication Critical patent/WO2016175676A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C13/00Control systems or transmitting systems for actuating flying-control surfaces, lift-increasing flaps, air brakes, or spoilers
    • B64C13/02Initiating means
    • B64C13/16Initiating means actuated automatically, e.g. responsive to gust detectors
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C39/00Aircraft not otherwise provided for
    • B64C39/12Canard-type aircraft

Definitions

  • the present invention relates to aeronautical engineering, and more specifically to apparatus heavier than air, namely, made according to the aerodynamic design of “weathervane duck” and can be used in the construction of any aircraft for increasing their efficiency.
  • aeronautical engineering and more specifically to apparatus heavier than air, namely, made according to the aerodynamic design of “weathervane duck” and can be used in the construction of any aircraft for increasing their efficiency.
  • LA aerodynamic scheme "duck" containing bearing surfaces in the form of a mechanized wing and front horizontal tail (PGO), rigidly connected with the fuselage and executed on a biplane scheme (see, for example, PCT application international publication number WO 93 / 17909).
  • statically stable aircraft we will consider only statically stable aircraft.
  • reasons for the impossibility of using wing mechanization in statically stable "ducks" are as follows.
  • the moment of pitch of the lifting force of the wing relative to the center of mass of the aircraft must be balanced by the moment of pitch of the lifting force of the front horizontal tail of the PGO.
  • FIG. 1 is a diagram of the lifting forces acting on an airplane in a steady horizontal cruising flight.
  • the letter Lp denotes the wing lift applied at the focus ACP of the wing.
  • the focus is the point of application of increments of the lifting forces caused by a change in the angle of attack of the aerodynamic surface or aircraft.
  • the lifting force of the PGO Ls is the sum of the Los force that occurs when the angle of attack is equal to the angle of attack of the wing (aircraft) and applied in focus ACs of the PGO.
  • the Los force is part of the resultant force L applied at the AC point, which is the focal point of the aircraft.
  • Another component of the force L is the wing lift Lp.
  • the forces Lp and Los have the same nature, namely, they are the result of an increase in the angle of attack of the wing and PGO from the angle at which the wing and PGO have zero lift to the cruising angle of attack of the wing.
  • the CG center of mass of the aircraft is located in front of the focus of the aircraft AC at a distance of O, which is 5-10 percent of the average aerodynamic chord (SAX) of the wing. This distance is called the margin of safety overload.
  • SAX average aerodynamic chord
  • the ratio of the shoulder Bs of the lifting force of the PGO and the shoulder Bp of the wing of the considered “duck” is such that it imposes a limit on the maximum lifting force of the wing. Moreover, at large angles of attack, w
  • the focus shift is the distance ⁇ between the foci of the wing and the airplane, we consider in detail this quantity, which is usually called the focus shift.
  • the focus shift is directly proportional to the product of the distance between the foci of the wing and the PGO by the ratio of the areas of the PGO and the wing. Additionally, and this is very important, the focus shift increases along with the increase in the derivative with respect to the angle of attack of the PGO lift coefficient.
  • AH is the distance between the foci of the wing and the plane (focus shift);
  • S is the ratio of the area of the PGO and the wing
  • C a Is; C a Ip are the derivatives with respect to the angle of attack of the lift coefficients for the PGO and the wing, respectively.
  • C a Ip are the derivatives with respect to the angle of attack of the lift coefficients for the PGO and the wing, respectively.
  • Woodvane duck containing bearing surfaces in the form of a mechanized wing and a vane anterior horizontal tail (FPGO) equipped with at least one servo-wheel (see, for example, RF patent JVs 2243131 C1).
  • the PGO in its traditional sense, was completely excluded from the aerodynamic design and replaced with a weathervane front horizontal plumage (FPGO), controlled by servo wheels functionally connected to the pitch control system.
  • FPGO weathervane front horizontal plumage
  • This FPGO is pivotally connected to the fuselage and, under the influence of servo-wheels, are set at a certain angle of attack to the oncoming air flow and thus creates lift.
  • the angle of attack of the vane surfaces depends only on the angle established by the pilot between the base plane of the FPGO and the base plane of the servo wheel. And with the servo-wheel position unchanged relative to the FPGO base plane, this angle of attack is preserved in any case.
  • the specified FPGO in this aircraft plays the role of bearing and steering surfaces that do not affect the focus position of the aircraft.
  • Ss, Sp are the areas of PGO and wing, respectively
  • vane PGO in cruise flight mode has a very low load, which is about a tenth of the wing load.
  • the aerodynamic design of such an aircraft is “tailless”, and the FPGO serves to provide the possibility of balancing during the release of wing mechanization. That is, in the main mode of operation of the aircraft FPGO actually does not work, but it has a certain aerodynamic drag, and this affects the performance of the aircraft.
  • the FPGO in the cruise flight mode carries an insignificant load, almost all the load falls on the wing, and therefore it should have a sufficiently large area.
  • the present invention is the creation of such an aircraft scheme "weathervane duck", which due to the increase in congestion FPGO at cruising flight modes would significantly reduce the wing area.
  • the lifting force of the FPGO is equipped with a means of changing its lifting force, increasing its derivative with respect to the angle of attack of the aircraft, the lifting force coefficient, in the form of a elevator, the change in the angle of deviation of which is opposite and proportional to the change in the angle of deviation of the servo wheel relative to the base plane of the aircraft.
  • the task is solved in that the FPGO is equipped with a means of changing its lift, increasing its derivative with respect to the angle of attack of the aircraft of the lift coefficient, in the form of an aggregate that changes the angle between the base planes of the FPGO and LA by a proportional part of the change in the angle between the base planes of the servo wheel and LA
  • the problem can be solved due to the fact that the mechanized wing is equipped with a means of changing its lift, decreasing its derivative with respect to the angle of attack of the aircraft of the lift coefficient, in the form of a elevator, the change in the angle of deviation of which is proportional to the change in the angle of deviation of the servo wheel relative to the base plane of the aircraft.
  • FIG. 1 is a diagram of the lifting forces acting on an airplane in a steady horizontal cruising flight
  • FIG. 2 shows a variant of the FPGO equipped with a means of changing its lifting force in the form of a elevator, the change in the angle of deviation of which is opposite and proportional to the change in the angle of deviation of the servo wheel relative to the aircraft reference plane;
  • FIG. 3 shows the configuration change of the PPGO shown in FIG. 2, due to a change in the angle of attack of the aircraft;
  • FIG. 4 shows a variant of the FPGO equipped with a means of changing its lifting force in the form of an aggregate that changes the angle between the base planes of the FPGO and the aircraft by a proportional part of the change in the angle between the base planes of the servo steering wheel and the aircraft.
  • the inventive aircraft is made according to the aerodynamic scheme "weathervane duck", it contains bearing surfaces in the form of a mechanized wing and a weathervane front horizontal tail unit equipped with at least one servo wheel.
  • FIG. Figure 2 shows a variant of the FPGO equipped with a means for changing its lifting force in the form of a elevator, the change in the deviation angle of which is opposite and proportional to the change in the angle of deviation of the servo wheel relative to the aircraft reference plane.
  • FPGO 1 is pivotally connected to the fuselage not shown in the drawing along the geometric axis of rotation of OO 1 , perpendicular to the plane of symmetry of the aircraft.
  • a rod 2 with a servo wheel 3 is rigidly mounted on the same axis.
  • the FPGO 1 and servo wheel 3 are able to freely rotate around the axis of OO 1 , but they are interconnected in such a way that the pilot can set one or another angle between their base planes .
  • the elevator 4 is pivotally connected to the FPGO 1 along the OO 2 axis.
  • the lever 5 is rigidly fixed, pivotally connected to the rod 6, it, in turn, is also pivotally connected to the lever 7.
  • the lever 7 is pivotally placed along the geometric axis of OO 1 .
  • the position of the lever 7 is fixed pivotally connected to it by a rod 8, which is part of the pitch control system.
  • the FPGO 1 spontaneously sets at a certain angle of attack to the direction of the oncoming flow, indicated by arrow 9.
  • a lift force arises on the FPGO 1. It compensates for the diving moment of a wing not shown in the drawing. Due to the lifting force arising at FPGO 1, the aircraft can be balanced with increased wing lift due to mechanization.
  • FPGO 1 did not change its lifting force with a change in the angle of attack, then its derivative would be equal to zero and a stable flight with its significant cruising load would be impossible.
  • the value of the derivative of the PGO should be selected depending on the parameters of the wing and the desired position of the center of mass of a particular aircraft.
  • An analysis of the calculations of the classic “duck” aircraft shows that in order to achieve the optimal load of the PGO, that is, approximately equal to the load on the wing, it is necessary to reduce the derivative of the classical, namely, the rigidly connected with the fuselage of the PGO, to a level of 40–70 percent. Ho, if this is not possible for the classical PGO, then it is possible to increase the derivative of the PPGO from zero to this value.
  • the FPGO is equipped with 1 elevator 4 steering wheel, which makes it possible to change the lift force of the FPGO with a change in the angle of attack of the aircraft, as a result of which its derivative increases and reaches the required value.
  • the FPGO is involved in the formation of the stabilizing moment of the aircraft, namely, it compensates for the moment of pitch of the wing and thereby reduces the stabilizing moment to the required value.
  • the FPGO equal to the congestion of the wing, conditions are provided for the aircraft's normal stability along the longitudinal channel.
  • FPGO 1 output at large angles of attack by setting the servo wheel 3 in a certain position in a known manner in accordance with the release of the mechanization of the wing.
  • the pilot deflects lever 7 clockwise or counterclockwise, for which purpose the draft 8, which is an element of the control system, serves.
  • the pilot increases or decreases the lift force of the FPGO in order to change the pitch angle of the aircraft.
  • the FPGO is equipped with a means for changing its lifting force in the form of a rudder 4, functionally dependent on a change in the angle between the base planes of the servo steering 3 and the aircraft in such a way as to increase the derivative of the lift coefficient for the bearing surface for the angle of attack of the aircraft.
  • FIG. Figure 4 shows the FPGO equipped with a means for changing its lifting force in the form of an aggregate that changes the angle between the base planes of the FPGO and the aircraft by a proportional part of the change in the angle between the base planes of the servo steering and the aircraft.
  • FPGO 10 is pivotally connected to a fuselage not shown in the drawing along the geometric axis of rotation 00 perpendicular to the plane of symmetry of the aircraft.
  • a rod 2 with a servo wheel 3 rigidly fixed on it is pivotally placed on the same axis
  • Rod 11 is articulated at some distance from the axis of OO 1 with FPGO 10.
  • rod 12 is pivotally connected.
  • Other ends of rods 11 and 12 are pivotally connected to the ends of the shoulders of the two-arm rocker 13.
  • the rocking chair 13 is pivotally placed on the fuselage (not shown in the drawing) along the axis OO 3 perpendicular to its plane of symmetry.
  • the axis of OO 3 has the ability to move to the axis of OO 1 or from it, while its position is fixed by rod 14, which is an element of the pitch control system.
  • Arrow 9 marks the direction of the oncoming air flow.
  • the FPGO 10 is spontaneously set at a certain angle of attack to the direction of the oncoming flow indicated by arrow 9.
  • a lifting force arises on the FPGO 10. It compensates for the diving moment of a wing not shown in the drawing. Due to the lifting force arising at FPGO 10, the aircraft can be balanced with increased wing lift due to mechanization.
  • an aggregate is used, which in this case is represented by a mechanism consisting of elements 11, 12, and 13.
  • the FPGO 10 is rotated not by the entire angle of the servo steering 3 relative to the aircraft when the direction of the oncoming flow changes , but only on its proportional part. If the proportion is half, then under the action of the upward flow, which leads to an increase in the angle of attack of the aircraft by 2 degrees, the actual angle of attack of the FPGO will increase by only 1 degree.
  • the dashed lines indicate the position of FPGO 10 and servo-wheel 3 after changing the attack angle of the aircraft.
  • the change in the proportion and, thus, the determination of the value of the derivative is easily carried out by selecting the corresponding distances of the hinged ends of the rods 11 and 12 to the axes OO 1 and OO 3 .
  • thrust 14 is used, with which the pilot changes the distance between the axes of OO 1 and OO 3 .
  • the pilot changes the angle between the FPGO 10 and the servo wheel 3, thereby increasing or decreasing the lifting force of the FPGO.
  • the invention allows you to change the derivative of PPGO, and hence the position of the focus of the aircraft during its flight, which is very easily achieved by performing the described mechanism in such a way that allows for the change in flight of at least one of the distances to the axis OO 1 or OO 3 hinged the ends of the rods 11 and 12. For example, if you execute the rocking chair 13 with the possibility of its displacement relative to the axis of OO 3 , then you can change the ratio of its shoulders and thereby change the derivative of PPGO.
  • the PPGO is equipped with a means of changing its lifting force in the form of an aggregate represented by a mechanism of elements 11, 12 and 13, functionally dependent on a change in the angle between the base planes of the servo steering 3 and the aircraft in such a way as to increase the derivative with respect to the angle of attack of the aircraft lift for this bearing surface.
  • the mechanized wing is provided with a means of changing its lifting force in the form of a elevator, the change in the deflection angle of which is proportional to the change in the angle of deviation of the servo wheel relative to the aircraft reference plane.
  • connection for example, using a hard wiring between the FPGO and the elevator.
  • the pilot changes the length of one of the wiring rods.
  • the connection is not output to the wing elevator itself, but to the servo wheel located on it. Or they connect the FPGO with the control valve of the hydraulic system, which deflects the rudder.
  • the wing elevator When the FPGO is deflected counterclockwise as a result of an increase in the angle of attack of the aircraft, the wing elevator also deviates counterclockwise, i.e., upward and the lift force of the wing decreases, thereby offsetting the increase in the lift force of the wing as a result of the increase in the attack angle of the aircraft. With a decrease in the angle of attack, the elevator on the wing deviates downward and the lifting force of the wing increases, leveling the decrease in the angle of attack.
  • the wing is equipped with a means of changing its lift in the form of a elevator, which is functionally dependent on a change in the angle between the base planes of the servo-steering wheel and the aircraft in such a way as to reduce the derivative of the lift coefficient for the bearing surface for the angle of attack of the aircraft.
  • the patented aircraft of the “weathervane duck” scheme significantly improves the characteristics of an aircraft of this class.
  • the total area of the wing and horizontal tail can be reduced by 15%.
  • the design of the proposed aircraft not less than 5% increases cruising aerodynamic quality compared to modern aircraft of the "normal" scheme, which reduces operating costs for fuel, increases the flight range of the aircraft and reduces environmental pressure on the environment during operation of the aircraft.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Toys (AREA)

Abstract

An aircraft having a canard aerodynamic configuration (see fig. 4) comprises a mechanized wing, which is not shown in the drawing, and also a canard foreplane (10) with a servo flap (3), which are pivotally mounted on the axis of rotation ОО1. The lift coefficient derivative of the canard foreplane with respect to the angle of attack of the aircraft increases from zero to the required amount as a result of the angle between the reference planes of the canard foreplane (10) and the aircraft changing relative to only a part of the change in the angle between the reference planes of the servo flap (3) and the aircraft as the angle of attack of the aircraft changes. To this end, a mechanism consisting of elements (11), (12) and (13) is used. For pitch control, the axis ОО3 can be displaced towards axis ОО1 or away from same, and the position thereof is fixed by a rod (14), which is an element of the control system. The invention is directed toward reducing the area of the wing by equalizing the cruise workload of the canard foreplane therewith.

Description

ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ СХЕМЫ «ФЛЮГЕРНАЯ УТКА»  FLIGHT VEHICLE DIAGRAM
Область техники Technical field
Настоящее изобретение относится к авиационной технике, более конкретно - к аппаратам тяжелее воздуха, а именно, выполненным по аэродинамической схеме «флюгерная утка» и может быть использовано в конструкции самолетов любого назначения для повышения их эффективности. Предшествующий уровень техники  The present invention relates to aeronautical engineering, and more specifically to apparatus heavier than air, namely, made according to the aerodynamic design of “weathervane duck” and can be used in the construction of any aircraft for increasing their efficiency. State of the art
Известен летательный аппарат (ЛА) аэродинамической схемы «утка», содержащий несущие поверхности в виде механизированного крыла и переднего горизонтального оперения (ПГО), жестко связанного с фюзеляжем и выполненного по бипланной схеме (см., например, заявка РСТ номер международной публикации WO 93/17909).  Known aircraft (LA) aerodynamic scheme "duck" containing bearing surfaces in the form of a mechanized wing and front horizontal tail (PGO), rigidly connected with the fuselage and executed on a biplane scheme (see, for example, PCT application international publication number WO 93 / 17909).
Такая схема родилась из желания конструкторов избавиться от балансировочного сопротивления, создаваемого за счет направленной вниз аэродинамической силы, возникающей на горизонтальном оперении самолетов "нормальной" схемы. Не смотря на то, что первый летающий самолет был выполнен именно по схеме «у ка», эта схема не получила широкого распространения по настоящее время. Причиной тому служит чрезвычайная сложность, а порой, и невозможность использования средств для увеличения подъемной силы крыла или, иначе говоря, механизации крыла. Достаточно заметить, что во всех осуществленных проектах «уток» знаменитого конструктора Рутана (Elbert Rutan) крыло не имело даже такой элементарной механизации, как простой закрылок. В скоростных маневренных реактивных самолетах схемы "утка", например, "Гриппен" (Швеция), "Рафаль" (Франция), "Тайфун" (Европа) и других, этот недостаток схемы «утка» устраняется за счет использования весьма сложных автоматических систем управления и устойчивости. Пассажирские и транспортные самолеты должны обязательно обладать определенным запасом статической устойчивости (да и для маневренных истребителей, если он есть, то не будет лишним), а это обстоятельство в настоящее время препятствует использованию механизации крыла.  Such a scheme was born from the desire of designers to get rid of the balancing resistance created by the downward aerodynamic force arising on the horizontal tail of the aircraft of the “normal” scheme. Despite the fact that the first flying aircraft was made exactly according to the “ka” scheme, this scheme is not widely used to date. The reason for this is the extreme complexity, and sometimes the inability to use the means to increase the lifting force of the wing or, in other words, the mechanization of the wing. It is enough to note that in all completed projects of the “ducks” of the famous designer Rutan (Elbert Rutan), the wing did not even have such elementary mechanization as a simple flap. In high-speed maneuverable jet planes of the duck scheme, for example, Grippen (Sweden), Rafale (France), Typhoon (Europe) and others, this drawback of the duck scheme is eliminated through the use of very complex automatic control systems and sustainability. Passenger and transport aircraft must necessarily have a certain margin of static stability (and for maneuverable fighters, if there is one, it will not be superfluous), and this fact currently prevents the use of wing mechanization.
В дальнейшем будем рассматривать только статически устойчивые самолеты. Причины невозможности использования механизации крыла в статически устойчивых «утках» заключаются в следующем.  In the future, we will consider only statically stable aircraft. The reasons for the impossibility of using wing mechanization in statically stable "ducks" are as follows.
Момент тангажа подъемной силы крыла относительно центра масс самолета должен уравновешиваться моментом тангажа подъемной силы переднего горизонтального оперения ПГО.  The moment of pitch of the lifting force of the wing relative to the center of mass of the aircraft must be balanced by the moment of pitch of the lifting force of the front horizontal tail of the PGO.
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) Ha фиг. 1 представлена схема подъемных сил, действующих на самолет в установившемся крейсерском горизонтальном полете. SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Ha FIG. 1 is a diagram of the lifting forces acting on an airplane in a steady horizontal cruising flight.
Здесь литерой Lp обозначена подъемная сила крыла, приложенная в фокусе АСр крыла. Фокусом называется точка приложения приращений подъемных сил, вызванных изменением угла атаки аэродинамической поверхности или летательного аппарата.  Here, the letter Lp denotes the wing lift applied at the focus ACP of the wing. The focus is the point of application of increments of the lifting forces caused by a change in the angle of attack of the aerodynamic surface or aircraft.
Подъемная сила ПГО Ls складывается из силы Los, возникающей при угле атаки, равном углу атаки крыла (самолета) и приложенной в фокусе ACs ПГО. Сила Los является частью равнодействующей силы L, приложенной в точке АС, являющейся фокусом самолета. Другой составляющей силы L является подъемная сила крыла Lp. Силы Lp и Los имеют одну и ту же природу, а именно являются следствием увеличения угла атаки крыла и ПГО с угла, при котором крыло и ПГО имеют нулевую подъемную силу, до крейсерского угла атаки крыла.  The lifting force of the PGO Ls is the sum of the Los force that occurs when the angle of attack is equal to the angle of attack of the wing (aircraft) and applied in focus ACs of the PGO. The Los force is part of the resultant force L applied at the AC point, which is the focal point of the aircraft. Another component of the force L is the wing lift Lp. The forces Lp and Los have the same nature, namely, they are the result of an increase in the angle of attack of the wing and PGO from the angle at which the wing and PGO have zero lift to the cruising angle of attack of the wing.
Поскольку угол установки ПГО превышает угол установки крыла, то за счет разности углов атаки ПГО и самолета, на ПГО возникает дополнительная сила, обозначаемая, как Lbals, названная автором балансировочной, и приложена она в фокусе ACs ПГО. Эта сила не входит в равнодействующую силу L, приложенную в фокусе АС самолета.  Since the PGO installation angle exceeds the wing installation angle, due to the difference in the PGO and airplane attack angles, an additional force arises on the PGO, denoted as Lbals, called balancing by the author, and it is applied in the focus of the ACs of the PGO. This force is not included in the resultant force L applied in the focus of the aircraft AC.
Центр CG масс самолета расположен впереди фокуса АС самолета на расстоянии О, составляющем 5-10 процентов от средней аэродинамической хорды (САХ) крыла. Это расстояние называют запасом устойчивости по перегрузке. В центре CG масс приложена направленная вниз сила W тяжести самолета.  The CG center of mass of the aircraft is located in front of the focus of the aircraft AC at a distance of O, which is 5-10 percent of the average aerodynamic chord (SAX) of the wing. This distance is called the margin of safety overload. In the center of the mass CG, a downward gravity force W of the aircraft is applied.
В связи с тем, что сила L и сила W тяжести самолета разнонаправлены и приложены в разных точках, возникает пикирующий момент, и этот момент компенсируется моментом балансировочной силы Lbals. Этот же момент дополнительно компенсирует и нулевой пикирующий момент крыла (момент крыла при его нулевой подъемной силе).  Due to the fact that the force L and gravity force W of the aircraft are multidirectional and applied at different points, a diving moment arises, and this moment is compensated by the moment of balancing force Lbals. The same moment additionally compensates for the zero diving moment of the wing (the moment of the wing with its zero lifting force).
Сумма сил Lp, Los и Lbals по модулю равна силе W тяжести самолета.  The sum of the forces Lp, Los and Lbals modulo equal to the gravity force W of the aircraft.
Приведенные на этой странице рассуждения справедливы и для нормальной схемы, с учетом того, что фокус самолета смещается не вперед, а назад, вслед за стабилизирующей поверхностью. В этом случае разность углов атаки крыла и стабилизатора отрицательная и отрицательной является Lbals. Они приведены с целью максимально прояснить физику балансировки самолета. В имеющейся литературе эти объяснения присутствуют, но в математически завуалированной форме.  The reasoning given on this page is also valid for the normal scheme, taking into account that the focus of the aircraft is not shifted forward, but backward, following the stabilizing surface. In this case, the difference between the angle of attack of the wing and the stabilizer is negative and negative is Lbals. They are given in order to clarify the physics of aircraft balancing as much as possible. In the available literature, these explanations are present, but in a mathematically veiled form.
Соотношение плеча Bs подъемной силы ПГО и плеча Bp крыла у рассматриваемой «утки» таково, что оно накладывает ограничение на максимальную подъемную силу крыла. При этом на больших углах атаки, w , The ratio of the shoulder Bs of the lifting force of the PGO and the shoulder Bp of the wing of the considered “duck” is such that it imposes a limit on the maximum lifting force of the wing. Moreover, at large angles of attack, w
- 3 - например, посадочных и маневренных, т. е. при полностью отклоненных рулях высоты подъемная сила ПГО используется полностью. Использовать подъемную силу крыла настолько, насколько это допускают современные средства механизации крыла, не позволяет слишком большое плечо подъемной силы крыла.  - 3 - for example, landing and maneuvering, that is, when the elevators are completely deflected, the PGO lifting force is fully used. To use the lifting force of the wing as much as modern means of mechanization of the wing allow, does not allow too large shoulder lifting force of the wing.
Учитывая, что
Figure imgf000005_0001
Given that
Figure imgf000005_0001
и подавляющую часть плеча Bp подъемной силы крыла составляет расстояние ΔΧ между фокусами крыла и самолета, подробно рассмотрим эту величину, которую обычно называют смещением фокуса. and the overwhelming part of the wing lift arm Bp is the distance ΔΧ between the foci of the wing and the airplane, we consider in detail this quantity, which is usually called the focus shift.
В первом приближении смещение фокуса прямо пропорционально произведению расстояния между фокусами крыла и ПГО на отношение площадей ПГО и крыла. Дополнительно, и это очень важно, смещение фокуса растет вместе с ростом производной по углу атаки коэффициента подъемной силы ПГО. Сказанное математически выражается следующей формулой:  In a first approximation, the focus shift is directly proportional to the product of the distance between the foci of the wing and the PGO by the ratio of the areas of the PGO and the wing. Additionally, and this is very important, the focus shift increases along with the increase in the derivative with respect to the angle of attack of the PGO lift coefficient. The above is mathematically expressed by the following formula:
Figure imgf000005_0002
Figure imgf000005_0002
где АХ - расстояние между фокусами крыла и самолета (смещение фокуса); where AH is the distance between the foci of the wing and the plane (focus shift);
В - расстояние между фокусами крыла и ПГО  In - the distance between the foci of the wing and PGO
S - отношение площадей ПГО и крыла;  S is the ratio of the area of the PGO and the wing;
CaIs ; CaIp -производные по углу атаки коэффициентов подъемной силы для ПГО и крыла соответственно. В дальнейшем для краткости будем их называть производная ПГО и производная крыла. C a Is; C a Ip are the derivatives with respect to the angle of attack of the lift coefficients for the PGO and the wing, respectively. For brevity, we will call them the derivative of the VGO and the derivative of the wing.
Из приведенной формулы ясно видно, что ни увеличением площади ПГО, ни увеличением расстояния между фокусами крыла и ПГО ситуацию не улучшить, поскольку с их увеличением растет и смещение фокуса, а значит, и плечо крыла. Но также явно следует: если существенно уменьшить производную по углу атаки коэффициента подъемной силы ПГО, то существенно уменьшается плечо подъемной силы крыла; и если удастся заметно снизить указанную производную ПГО, то это позволит использовать современные средства механизации крыла.  It can be clearly seen from the above formula that neither an increase in the area of the PGO, nor an increase in the distance between the foci of the wing and the PGO, will improve the situation, since with their increase the focus shift, and hence the wing shoulder, also increases. But it also clearly follows: if the derivative of the PGO lift coefficient with respect to the angle of attack is significantly reduced, the wing lift shoulder is significantly reduced; and if it is possible to significantly reduce the specified derivative of the PGO, this will allow the use of modern means of mechanization of the wing.
Известен другой летательный аппарат аэродинамической схемы Another aerodynamic aircraft known
«флюгерная утка», содержащий несущие поверхности в виде механизированного крыла и флюгерного переднего горизонтального оперения (ФПГО) снабженного, по крайней мере одним, серворулем (см., например, патент РФ JVs 2243131 С1). "Weathervane duck" containing bearing surfaces in the form of a mechanized wing and a vane anterior horizontal tail (FPGO) equipped with at least one servo-wheel (see, for example, RF patent JVs 2243131 C1).
В этом ЛА для снижения указанной производной Cals ПГО, этоIn this aircraft, to reduce the specified derivative C a ls PGO, this
ПГО, в его традиционном смысле, вовсе исключили из аэродинамической схемы и заменили его флюгерным передним горизонтальным оперением (ФПГО), управляемым с помощью серворулей, функционально связанных с системой управления по тангажу. Это ФПГО шарнирно связано с фюзеляжем и под воздействием серворулей устанавливаются под определенным углом атаки к встречному потоку воздуха и создает таким образом подъемную силу. Угол атаки флюгерных поверхностей зависит только от устанавливаемого летчиком угла между базовой плоскостью ФПГО и базовой плоскостью серворуля. И при неизменном положении серворуля относительно базовой плоскости ФПГО этот угол атаки сохраняется в любом случае. Будь это изменение направления встречного потока, или изменение угла тангажа самого самолета, что по физической сути идентично. По существу, указанное ФПГО в этом самолете выполняет роль несущих и рулевых поверхностей, не влияющих на положение фокуса самолета. The PGO, in its traditional sense, was completely excluded from the aerodynamic design and replaced with a weathervane front horizontal plumage (FPGO), controlled by servo wheels functionally connected to the pitch control system. This FPGO is pivotally connected to the fuselage and, under the influence of servo-wheels, are set at a certain angle of attack to the oncoming air flow and thus creates lift. The angle of attack of the vane surfaces depends only on the angle established by the pilot between the base plane of the FPGO and the base plane of the servo wheel. And with the servo-wheel position unchanged relative to the FPGO base plane, this angle of attack is preserved in any case. Be it a change in the direction of the oncoming flow, or a change in the pitch angle of the aircraft itself, which is identical in physical essence. Essentially, the specified FPGO in this aircraft plays the role of bearing and steering surfaces that do not affect the focus position of the aircraft.
Наряду с термином «флюгерный» используется и другой, идентичный ему термин «плавающий».  Along with the term "vane", another term identical to it is used, "floating".
Казалось бы, цель достигнута. ФПГО создает подъемную силу, но не реагирует на изменение утла атаки самолета и потому имеет производную по углу атаки коэффициента подъемной силы по величине, близкую к нулю. Но во всем интернете нет ни одного видео устойчивого полета такого самолета. А вот пример неустойчивого полета такого самолета имеется http://www.youfebe.com/watch?v=Lh8KRwaNFbQ htφ://www.youtube.com/watch?v=EPfa5as()yMs  It would seem that the goal has been achieved. FPGO creates lift, but does not respond to changes in the angle of attack of the aircraft and therefore has a derivative with respect to the angle of attack of the coefficient of lift in magnitude close to zero. But all over the Internet there is not a single video of the stable flight of such an aircraft. And here is an example of an unstable flight of such an aircraft: http://www.youfebe.com/watch?v=Lh8KRwaNFbQ htφ: //www.youtube.com/watch? V = EPfa5as () yMs
http.V/vnvw.youtobe.com/watch?v=aoKrhESMnQ4. http.V / vnvw.youtobe.com / watch? v = aoKrhESMnQ4.
Причиной продольной неустойчивости является, как это ни парадоксально, «сверхустойчивость» такого самолета. В обычной утке при запасе продольной устойчивости по перегрузке равной 10% С АХ стабилизирующий момент тангажа при случайном увеличении утла атаки самолета на один градус без учета скоростного напора, торможения и скоса потока за ПГО, составляет  The reason for the longitudinal instability is, paradoxically, the "superstability" of such an aircraft. In an ordinary weft, with a margin of longitudinal stability overload equal to 10% С АХ, the stabilizing moment of pitch with an accidental increase in the attack angle of the aircraft by one degree without taking into account the pressure head, braking and bevel of the flow beyond the VSP is
(C«k-Ss+Cttip-Sp)-0,l -ba (C «kS s + C tt ip-Sp) -0, l -ba
где: Ss, Sp - площади ПГО и крыла соответственно where: Ss, Sp are the areas of PGO and wing, respectively
Ьа - средняя аэродинамическая хорда крыла. Стабилизирующий момент для самолета с флюгерным ПГО, которое имеет нагрузку, по величине близкую к крылу выглядит следующим образом
Figure imgf000007_0001
L - the average aerodynamic chord of the wing. The stabilizing moment for an airplane with a weather vane, which has a load similar in size to the wing, is as follows
Figure imgf000007_0001
Как можно видеть, он значительно превосходит значение для обычной утки. В результате действия этого чрезмерного стабилизирующего момента самолет не возвращается в прежний режим, а «проскакивает» его, вследствие чего возникают автоколебания, погасить которые летчик не в состоянии. As you can see, it significantly exceeds the value for an ordinary duck. As a result of this excessive stabilizing moment, the aircraft does not return to its previous mode, but “skips” it, as a result of which self-oscillations arise, which the pilot is unable to extinguish.
Чтобы исключить это явление, в прототипе (см. патент РФ JVe To exclude this phenomenon, in the prototype (see RF patent JVe
2243131 С1) флюгерное ПГО на крейсерском режиме полета имеет весьма малую загруженость, составляющую около десятой части загруженности крыла. По существу, в крейсерском режиме полета аэродинамическая схема такого самолета представляет из себя «бесхвостку», а ФПГО служит для обеспечения возможности балансировки при выпуске механизации крыла. То есть на основном режиме эксплуатации самолета ФПГО фактически не работает, но оно обладает определенным аэродинамическим сопротивлением, а это ухудшает эксплуатационные характеристики самолета. Кроме того, поскольку ФПГО на крейсерском режиме полета несет ничтожную нагрузку, то практически вся нагрузка приходится на крыло, и потому оно должно иметь достаточно большую площадь. 2243131 C1) vane PGO in cruise flight mode has a very low load, which is about a tenth of the wing load. Essentially, in the cruise flight mode, the aerodynamic design of such an aircraft is “tailless”, and the FPGO serves to provide the possibility of balancing during the release of wing mechanization. That is, in the main mode of operation of the aircraft FPGO actually does not work, but it has a certain aerodynamic drag, and this affects the performance of the aircraft. In addition, since the FPGO in the cruise flight mode carries an insignificant load, almost all the load falls on the wing, and therefore it should have a sufficiently large area.
Таким образом, можно заключить, что современные самолеты схемы «флюгерная утка» имеют крыло слишком большой площади, а это увеличивает стоимость и эксплуатационные характеристики самолета.  Thus, we can conclude that modern aircraft "vane duck" scheme have a wing of too large area, and this increases the cost and operational characteristics of the aircraft.
Раскрытие изобретения Disclosure of invention
Задачей настоящего изобретения является создание такого летательного аппарата схемы «флюгерная утка», который за счет увеличения загруженности ФПГО на крейсерских режимах полета позволил бы существенно уменьшить площадь крыла.  The present invention is the creation of such an aircraft scheme "weathervane duck", which due to the increase in congestion FPGO at cruising flight modes would significantly reduce the wing area.
Эта задача решается тем, что в летательном аппарате (ЛА) аэродинамической схемы «флюгерная утка», содержащем несущие поверхности в виде механизированного крыла и флюгерного переднего горизонтального оперения (ФПГО) снабженного, по крайней мере одним, серворулем, связанным с системой управления по тангажу, по крайней мере, одна несущая поверхность снабжена средством изменения ее подъемной силы, функционально зависимым от изменения угла между базовыми плоскостями серворуля и ЛА таким образом, чтобы увеличить производную по углу атаки ЛА коэффициента подъемной силы для этой несущей поверхности, если она расположена перед центром масс ЛА и уменьшить указанную производную, если поверхность расположена позади центра масс. This problem is solved by the fact that in the aircraft (LA) of the aerodynamic scheme "weathervane duck" containing bearing surfaces in the form of a mechanized wing and weathervane front horizontal tail unit (FPGO) equipped with at least one servo-wheel connected to the pitch control system, at least one bearing surface is equipped with a means of changing its lifting force, functionally dependent on changes in the angle between the base planes of the servo-steering wheel and the aircraft in such a way as to increase the derivative with respect to the angle of attack of the aircraft oeffitsienta lifting force to this supporting surface, if it is located in front of the aircraft's center of mass and reduce the specified derivative, if the surface is located behind the center of mass.
Это позволяет значительно уменьшить площадь крыла самолета. Для изменения подъемной силы ФПГО, оно снабжено средством изменения его подъемной силы, увеличивающим его производную по углу атаки ЛА коэффициента подъемной силы, в виде руля высоты, изменение угла отклонения которого противоположно и пропорционально изменению угла отклонения серворуля относительно базовой плоскости ЛА.  This can significantly reduce the wing area of the aircraft. To change the lifting force of the FPGO, it is equipped with a means of changing its lifting force, increasing its derivative with respect to the angle of attack of the aircraft, the lifting force coefficient, in the form of a elevator, the change in the angle of deviation of which is opposite and proportional to the change in the angle of deviation of the servo wheel relative to the base plane of the aircraft.
В другом варианте поставленная задача решается тем, что ФПГО снабжено средством изменения его подъемной силы, увеличивающим его производную по углу атаки ЛА коэффициента подъемной силы, в виде агрегата, изменяющего угол между базовыми плоскостями ФПГО и ЛА на пропорциональную часть изменения угла между базовыми плоскостями серворуля и ЛА.  In another embodiment, the task is solved in that the FPGO is equipped with a means of changing its lift, increasing its derivative with respect to the angle of attack of the aircraft of the lift coefficient, in the form of an aggregate that changes the angle between the base planes of the FPGO and LA by a proportional part of the change in the angle between the base planes of the servo wheel and LA
Поставленная задача может быть решена и за счет того, что механизированное крыло снабжено средством изменения его подъемной силы, уменьшающим его производную по углу атаки ЛА коэффициента подъемной силы, в виде руля высоты, изменение угла отклонения которого пропорционально изменению угла отклонения серворуля относительно базовой плоскости ЛА.  The problem can be solved due to the fact that the mechanized wing is equipped with a means of changing its lift, decreasing its derivative with respect to the angle of attack of the aircraft of the lift coefficient, in the form of a elevator, the change in the angle of deviation of which is proportional to the change in the angle of deviation of the servo wheel relative to the base plane of the aircraft.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
В дальнейшем патентуемое изобретение поясняется конкретными примерами его осуществления и прилагаемыми чертежами.  In the future, the patented invention is illustrated by specific examples of its implementation and the accompanying drawings.
Фиг. 1 представляет схему подъемных сил, действующих на самолет в установившемся крейсерском горизонтальном полете;  FIG. 1 is a diagram of the lifting forces acting on an airplane in a steady horizontal cruising flight;
на фиг. 2 представлен вариант ФПГО, снабженного средством изменения его подъемной силы в виде руля высоты, изменение угла отклонения которого противоположно и пропорционально изменению угла отклонения серворуля относительно базовой плоскости ЛА;  in FIG. 2 shows a variant of the FPGO equipped with a means of changing its lifting force in the form of a elevator, the change in the angle of deviation of which is opposite and proportional to the change in the angle of deviation of the servo wheel relative to the aircraft reference plane;
на фиг. 3 представлено изменение конфигурации ФПГО, изображенного на фиг. 2, вследствие изменения угла атаки ЛА;  in FIG. 3 shows the configuration change of the PPGO shown in FIG. 2, due to a change in the angle of attack of the aircraft;
на фиг. 4 представлен вариант ФПГО, снабженного средством изменения его подъемной силы в виде агрегата, изменяющего угол между базовыми плоскостями ФПГО и ЛА на пропорциональную часть изменения угла между базовыми плоскостями серворуля и ЛА. Лучший вариант осуществления изобретения in FIG. 4 shows a variant of the FPGO equipped with a means of changing its lifting force in the form of an aggregate that changes the angle between the base planes of the FPGO and the aircraft by a proportional part of the change in the angle between the base planes of the servo steering wheel and the aircraft. The best embodiment of the invention
Заявляемый летательный аппарат выполнен по аэродинамической схеме «флюгерная утка», он содержит несущие поверхности в виде механизированного крыла и флюгерного переднего горизонтального оперения снабженного, по крайней мере одним, серворулем. На фиг. 2 представлен вариант ФПГО, снабженного средством изменения его подъемной силы в виде руля высоты, изменение утла отклонения которого противоположно и пропорционально изменению угла отклонения серворуля относительно базовой плоскости ЛА. The inventive aircraft is made according to the aerodynamic scheme "weathervane duck", it contains bearing surfaces in the form of a mechanized wing and a weathervane front horizontal tail unit equipped with at least one servo wheel. In FIG. Figure 2 shows a variant of the FPGO equipped with a means for changing its lifting force in the form of a elevator, the change in the deviation angle of which is opposite and proportional to the change in the angle of deviation of the servo wheel relative to the aircraft reference plane.
ФПГО 1 шарнирно связано с не показанным на чертеже фюзеляжем по геометрической оси вращения ОО1, перпендикулярной плоскости симметрии ЛА. На этой же оси шарнирно размещена штанга 2 с жестко закрепленным на ней серворулем 3. ФПГО 1 и серворуль 3 имеют возможность свободно вращаться вокруг оси ОО1, но между собой они связаны таким образом, что летчик может устанавливать тот или иной угол между их базовыми плоскостями. Руль 4 высоты шарнирно связан с ФПГО 1 по оси ОО2. На руле 4 высоты жестко укреплен рычаг 5, шарнирно связанный с тягой 6, она в свою очередь также шарнирно связана с рычагом 7. Рычаг 7 шарнирно размещен по геометрической оси ОО1. Положение рычага 7 зафиксировано шарнирно связанной с ним тягой 8, являющейся частью системы управления по тангажу. FPGO 1 is pivotally connected to the fuselage not shown in the drawing along the geometric axis of rotation of OO 1 , perpendicular to the plane of symmetry of the aircraft. A rod 2 with a servo wheel 3 is rigidly mounted on the same axis. The FPGO 1 and servo wheel 3 are able to freely rotate around the axis of OO 1 , but they are interconnected in such a way that the pilot can set one or another angle between their base planes . The elevator 4 is pivotally connected to the FPGO 1 along the OO 2 axis. On the elevator 4, the lever 5 is rigidly fixed, pivotally connected to the rod 6, it, in turn, is also pivotally connected to the lever 7. The lever 7 is pivotally placed along the geometric axis of OO 1 . The position of the lever 7 is fixed pivotally connected to it by a rod 8, which is part of the pitch control system.
Стрелка 9 указывают направление встречного потока воздуха.  Arrow 9 indicate the direction of the oncoming air flow.
Вне зависимости от угла тангажа ЛА в результате суммарного действия аэродинамических сил на ФПГО 1 и на серворуль 3, ФПГО 1 самопроизвольно устанавливается под определенным углом атаки к направлению встречного потока, отмеченного стрелкой 9. При этом на ФПГО 1 возникает подъемная сила. Она компенсирует пикирующий момент не показанного на чертеже крыла. За счет подъемной силы, возникающей на ФПГО 1, ЛА может быть сбалансирован при увеличенной за счет механизации подъемной силе крыла.  Regardless of the pitch angle of the aircraft as a result of the combined action of aerodynamic forces on the FPGO 1 and on the servo wheel 3, the FPGO 1 spontaneously sets at a certain angle of attack to the direction of the oncoming flow, indicated by arrow 9. At the same time, a lift force arises on the FPGO 1. It compensates for the diving moment of a wing not shown in the drawing. Due to the lifting force arising at FPGO 1, the aircraft can be balanced with increased wing lift due to mechanization.
Если бы ФПГО 1 не изменяло своей подъемной силы при изменении угла атаки, то его производная равнялась бы нулю и устойчивый полет при его существенной крейсерской загрузке был бы невозможен. Величина производной ПГО должна выбираться в зависимости от параметров крыла и желательного положения центра масс конкретного ЛА. Анализ расчетов самолета классической «утки» показывает, что для достижения оптимальной загрузки ПГО, т. е. примерно равной загруженности крыла, необходимо снизить производную классического, а именно жестко связанного с фюзеляжем ПГО, до уровня в 40 - 70 процентов. Ho, если это невозможно для классического ПГО, то возможно увеличить производную ФПГО от нуля до этой величины. Для этого и снабжено ФПГО 1 рулем 4 высоты, который создает возможность изменять подъемную силу ФПГО с изменением угла атаки ЛА, в результате чего его производная увеличивается и достигает необходимой величины. При этом ФПГО участвует в формировании стабилизирующего момента ЛА, а именно, компенсирует момент тангажа крыла и тем самым уменьшает стабилизирующий момент до необходимой величины. И даже при крейсерской загруженности ФПГО, равной загруженности крыла обеспечиваются условия для нормальной устойчивости ЛА по продольному каналу. If FPGO 1 did not change its lifting force with a change in the angle of attack, then its derivative would be equal to zero and a stable flight with its significant cruising load would be impossible. The value of the derivative of the PGO should be selected depending on the parameters of the wing and the desired position of the center of mass of a particular aircraft. An analysis of the calculations of the classic “duck” aircraft shows that in order to achieve the optimal load of the PGO, that is, approximately equal to the load on the wing, it is necessary to reduce the derivative of the classical, namely, the rigidly connected with the fuselage of the PGO, to a level of 40–70 percent. Ho, if this is not possible for the classical PGO, then it is possible to increase the derivative of the PPGO from zero to this value. For this, the FPGO is equipped with 1 elevator 4 steering wheel, which makes it possible to change the lift force of the FPGO with a change in the angle of attack of the aircraft, as a result of which its derivative increases and reaches the required value. In this case, the FPGO is involved in the formation of the stabilizing moment of the aircraft, namely, it compensates for the moment of pitch of the wing and thereby reduces the stabilizing moment to the required value. And even with the cruising congestion of the FPGO, equal to the congestion of the wing, conditions are provided for the aircraft's normal stability along the longitudinal channel.
Рассмотрим каким образом происходит изменение уровня подъемной силы при изменении угла атаки встречного потока воздуха.  Let us consider how a change in the level of lift occurs when the angle of attack of the oncoming air flow changes.
Пусть угол атаки ЛА увеличился, тогда серворуль 3 вместе с ФПГО Let the angle of attack of the aircraft increase, then Servo 3 together with FPGO
1 отклоняются относительно ЛА против часовой стрелки. Учитывая, что рычаг 7 зафиксирован летчиком и остается неподвижным относительно не показанного на чертеже фюзеляжа, а длина тяги 6 неизменна, то руль 4 высоты отклоняется по часовой стрелке, то есть, вниз. Положение ФПГО после изменения угла атаки ЛА представлено на фиг. 3. 1 are deflected relative to the aircraft counterclockwise. Given that the lever 7 is fixed by the pilot and remains stationary relative to the fuselage not shown in the drawing, and the length of the thrust 6 is unchanged, the elevator 4 is deflected clockwise, that is, down. The position of the FPGO after changing the angle of attack of the aircraft is shown in FIG. 3.
Поскольку действительный угол атаки ФПГО 1 по отношению к встречному потоку остался неизменным, а руль 4 высоты отклонился вниз, подъемная сила ФПГО 1 - увеличилась. При уменьшении угла атаки ЛА руль 4 высоты отклонится вверх, и подъемная сила ФПГО уменьшится.  Since the actual angle of attack of the FPGO 1 with respect to the oncoming flow remained unchanged, and the elevator 4 deflected downward, the lifting force of the FPGO 1 increased. With a decrease in the angle of attack of the aircraft, the elevator 4 will deviate upward, and the lifting force of the FPGO will decrease.
Изменяя длину рычага 5 возможно изменять угол отклонения руля By changing the length of the lever 5, it is possible to change the angle of the steering wheel
4 высоты в зависимости от изменения угла атаки ЛА и тем самым задавать величину производной ФПГО по углу атаки ЛА. Кроме того, на нее можно влиять и выбором параметров руля 4 высоты. 4 heights depending on the change in the angle of attack of the aircraft and thereby set the derivative of the FPGO with respect to the angle of attack of the aircraft. In addition, it can be influenced by the choice of steering wheel parameters 4 heights.
ФПГО 1 выводят на большие углы атаки посредством установки серворуля 3 в определенное положение известным способом согласованно с выпуском механизации крыла.  FPGO 1 output at large angles of attack by setting the servo wheel 3 in a certain position in a known manner in accordance with the release of the mechanization of the wing.
Для управления по тангажу летчик отклоняет по или против часовой стрелки рычаг 7, для чего служит тяга 8, являющаяся элементом системы управления. Таким образом летчик увеличивает или уменьшает подъемную силу ФПГО с целью изменения угла тангажа ЛА.  To control the pitch, the pilot deflects lever 7 clockwise or counterclockwise, for which purpose the draft 8, which is an element of the control system, serves. Thus, the pilot increases or decreases the lift force of the FPGO in order to change the pitch angle of the aircraft.
В результате можно заключить, что ФПГО снабжено средством изменения его подъемной силы в виде руля 4 высоты, функционально зависимым от изменения угла между базовыми плоскостями серворуля 3 и ЛА таким образом, чтобы увеличить производную по углу атаки ЛА коэффициента подъемной силы для этой несущей поверхности.  As a result, it can be concluded that the FPGO is equipped with a means for changing its lifting force in the form of a rudder 4, functionally dependent on a change in the angle between the base planes of the servo steering 3 and the aircraft in such a way as to increase the derivative of the lift coefficient for the bearing surface for the angle of attack of the aircraft.
Не занятая рулем 4 высоты часть ФПГО 1 может быть снабжена современными средствами механизации. На фиг. 4 представлено ФПГО, снабженное средством изменения его подъемной силы в виде агрегата, изменяющего угол между базовыми плоскостями ФПГО и ЛА на пропорциональную часть изменения утла между базовыми плоскостями серворуля и ЛА. Part of the FPGO 1 not occupied by the steering wheel 4 heights can be equipped with modern means of mechanization. In FIG. Figure 4 shows the FPGO equipped with a means for changing its lifting force in the form of an aggregate that changes the angle between the base planes of the FPGO and the aircraft by a proportional part of the change in the angle between the base planes of the servo steering and the aircraft.
ФПГО 10 шарнирно связано с не показанным на чертеже фюзеляжем по геометрической оси вращения 00 перпендикулярной плоскости симметрии ЛА. На этой же оси шарнирно размещена штанга 2 с жестко закрепленным на ней серворулем 3  FPGO 10 is pivotally connected to a fuselage not shown in the drawing along the geometric axis of rotation 00 perpendicular to the plane of symmetry of the aircraft. A rod 2 with a servo wheel 3 rigidly fixed on it is pivotally placed on the same axis
На некотором расстоянии от оси ОО1 с ФПГО 10 шарнирно связана тяга 11. В диаметрально расположенной области относительно оси ОО1 со штангой 2 шарнирно связана тяга 12. Другие концы тяг 11 и 12 шарнирно связаны с концами плеч двуплечной качалки 13. Качалка 13 шарнирно размещена на фюзеляже (не показан на чертеже) по оси ОО3, перпендикулярной его плоскости симметрии. Ось ОО3 имеет возможность смещаться к оси ОО1 или от нее, при этом ее положение зафиксировано тягой 14, являющейся элементом системы управления по тангажу. Стрелкой 9 отмечено направление встречного потока воздуха. Rod 11 is articulated at some distance from the axis of OO 1 with FPGO 10. In a diametrically located region relative to the axis of OO 1 , rod 12 is pivotally connected. Other ends of rods 11 and 12 are pivotally connected to the ends of the shoulders of the two-arm rocker 13. The rocking chair 13 is pivotally placed on the fuselage (not shown in the drawing) along the axis OO 3 perpendicular to its plane of symmetry. The axis of OO 3 has the ability to move to the axis of OO 1 or from it, while its position is fixed by rod 14, which is an element of the pitch control system. Arrow 9 marks the direction of the oncoming air flow.
Вне зависимости от угла тангажа самолета в результате суммарного действия аэродинамических сил на ФПГО 10 и на серворуль 3, ФПГО 10 самопроизвольно устанавливается под определенным углом атаки к направлению встречного потока, отмеченного стрелкой 9. При этом на ФПГО 10 возникает подъемная сила. Она компенсирует пикирующий момент не показанного на чертеже крыла. За счет подъемной силы, возникающей на ФПГО 10, ЛА может быть сбалансирован при увеличенной за счет механизации подъемной силе крыла.  Regardless of the pitch angle of the aircraft as a result of the combined action of aerodynamic forces on the FPGO 10 and on the servo wheel 3, the FPGO 10 is spontaneously set at a certain angle of attack to the direction of the oncoming flow indicated by arrow 9. At the same time, a lifting force arises on the FPGO 10. It compensates for the diving moment of a wing not shown in the drawing. Due to the lifting force arising at FPGO 10, the aircraft can be balanced with increased wing lift due to mechanization.
Для увеличения с нуля до необходимой величины производной ФПГО служит агрегат, который в данном случае представлен механизмом, состоящим из элементов 11, 12 и 13. С помощью этого механизма осуществляется поворот ФПГО 10 не на весь угол отклонения серворуля 3 относительно ЛА при изменении направления встречного потока, а лишь на его пропорциональную часть. Если пропорция равна половине, то при действии восходящего потока, приводящего к увеличению угла атаки ЛА на 2 градуса, действительный угол атаки ФПГО увеличится всего на 1 градус. Штриховыми линиями отмечено положение ФПГО 10 и серворуля 3 после изменения утла атаки ЛА.  To increase from zero to the required value of the FPGO derivative, an aggregate is used, which in this case is represented by a mechanism consisting of elements 11, 12, and 13. Using this mechanism, the FPGO 10 is rotated not by the entire angle of the servo steering 3 relative to the aircraft when the direction of the oncoming flow changes , but only on its proportional part. If the proportion is half, then under the action of the upward flow, which leads to an increase in the angle of attack of the aircraft by 2 degrees, the actual angle of attack of the FPGO will increase by only 1 degree. The dashed lines indicate the position of FPGO 10 and servo-wheel 3 after changing the attack angle of the aircraft.
Изменение пропорции и, тем самым определение величины производной, легко осуществить выбором соответствующих расстояний шарнирных концов тяг 11 и 12 до осей ОО1 и ОО3. The change in the proportion and, thus, the determination of the value of the derivative, is easily carried out by selecting the corresponding distances of the hinged ends of the rods 11 and 12 to the axes OO 1 and OO 3 .
Для вывода ФПГО 10 на большие углы атаки и для управления по тангажу служит тяга 14, с помощью которой летчик изменяет расстояние между осями ОО1 и ОО3. Таким образом летчик изменяет угол между ФПГО 10 и серворулем 3, тем самым увеличивая или уменьшая подъемную силу ФПГО. To output the FPGO 10 to large angles of attack and to control the pitch, thrust 14 is used, with which the pilot changes the distance between the axes of OO 1 and OO 3 . Thus, the pilot changes the angle between the FPGO 10 and the servo wheel 3, thereby increasing or decreasing the lifting force of the FPGO.
Изобретение позволяет изменять производную ФПГО, а значит и положение фокуса ЛА во время его полета, что весьма нетрудно достигается путем выполнения описанного механизма в таком виде, который допускает изменение в полете, по крайней мере, одного из расстояний до оси ОО1 или ОО3 шарнирных концов тяг 11 и 12. К примеру, если исполнить качалку 13 с возможностью ее смещения относительно оси ОО3, то можно изменять отношение ее плеч и тем самым изменять производную ФПГО. The invention allows you to change the derivative of PPGO, and hence the position of the focus of the aircraft during its flight, which is very easily achieved by performing the described mechanism in such a way that allows for the change in flight of at least one of the distances to the axis OO 1 or OO 3 hinged the ends of the rods 11 and 12. For example, if you execute the rocking chair 13 with the possibility of its displacement relative to the axis of OO 3 , then you can change the ratio of its shoulders and thereby change the derivative of PPGO.
В результате можно заключить, что ФПГО снабжено средством изменения его подъемной силы в виде агрегата, представленного механизмом из элементов 11, 12 и 13, функционально зависимым от изменения угла между базовыми плоскостями серворуля 3 и ЛА таким образом, чтобы увеличить производную по углу атаки ЛА коэффициента подъемной силы для этой несущей поверхности.  As a result, we can conclude that the PPGO is equipped with a means of changing its lifting force in the form of an aggregate represented by a mechanism of elements 11, 12 and 13, functionally dependent on a change in the angle between the base planes of the servo steering 3 and the aircraft in such a way as to increase the derivative with respect to the angle of attack of the aircraft lift for this bearing surface.
На ФПГО 10 могут быть использованы средства для увеличения их подъемной силы аналогичные современным крыльевым.  At FPGO 10, means can be used to increase their lifting force similar to modern wing ones.
Для достижения устойчивости «флюгерной утки» можно не увеличивать производную ФПГО, а уменьшить производную крыла. Д ля этого механизированное крыло снабжают средством изменения его подъемной силы в виде руля высоты, изменение угла отклонения которого пропорционально изменению утла отклонения серворуля относительно базовой плоскости ЛА.  To achieve the stability of the “weathervane duck”, it is possible not to increase the derivative of PPGO, but to reduce the derivative of the wing. For this, the mechanized wing is provided with a means of changing its lifting force in the form of a elevator, the change in the deflection angle of which is proportional to the change in the angle of deviation of the servo wheel relative to the aircraft reference plane.
Это осуществляют путем создания связи, например, с помощью жесткой проводки между ФПГО и рулем высоты крыла. При этом для управления по тангажу летчик изменяет длину одной из тяг проводки. Для уменьшения усилий связь выводят не на сам руль высоты крыла, а на размещенный на нем серворуль. Или соединяют ФПГО с управляющим клапаном гидросистемы, которая и отклоняет руль высоты крыла.  This is accomplished by creating a connection, for example, using a hard wiring between the FPGO and the elevator. Moreover, for pitch control, the pilot changes the length of one of the wiring rods. To reduce the effort, the connection is not output to the wing elevator itself, but to the servo wheel located on it. Or they connect the FPGO with the control valve of the hydraulic system, which deflects the rudder.
При отклонении ФПГО против часовой стрелки в результате увеличения угла атаки ЛА, руль высоты крыла тоже отклоняется против часовой стрелки, т. е. вверх и подъемная сила крыла уменьшается, тем самым нивелируя увеличение подъемной силы крыла в результате возрастания утла атаки ЛА. При уменьшении угла атаки руль высоты на крыле отклоняется вниз и подъемная сила крыла увеличивается, нивелируя уменьшение угла атаки.  When the FPGO is deflected counterclockwise as a result of an increase in the angle of attack of the aircraft, the wing elevator also deviates counterclockwise, i.e., upward and the lift force of the wing decreases, thereby offsetting the increase in the lift force of the wing as a result of the increase in the attack angle of the aircraft. With a decrease in the angle of attack, the elevator on the wing deviates downward and the lifting force of the wing increases, leveling the decrease in the angle of attack.
В результате можно заключить, что крыло снабжено средством изменения его подъемной силы в виде руля высоты, функциональнс зависимым от изменения угла между базовыми плоскостями серворуля и ЛА таким образом, чтобы уменьшить производную по углу атаки ЛА коэффициента подъемной силы для этой несущей поверхности. Промышленная применимость As a result, we can conclude that the wing is equipped with a means of changing its lift in the form of a elevator, which is functionally dependent on a change in the angle between the base planes of the servo-steering wheel and the aircraft in such a way as to reduce the derivative of the lift coefficient for the bearing surface for the angle of attack of the aircraft. Industrial applicability
Патентуемый летательный аппарат схемы «флюгерная утка» значительно улучшает характеристики самолета этого класса.  The patented aircraft of the “weathervane duck” scheme significantly improves the characteristics of an aircraft of this class.
При площади ФПГО в 15% от площади крыла гарантирована возможность с полной эффективностью использовать на крыле трехзвенный щелевой закрылок.  With the FPGO area of 15% of the wing area, it is guaranteed that it is possible to use the three-link slotted flap on the wing with full efficiency.
Он делает возможным до 40% сократить площадь крыла и горизонтального оперения статически устойчивых «уток».  It makes it possible to reduce the wing area and horizontal tail of statically stable "ducks" by up to 40%.
По сравнению с транспортными самолетами «нормальной» схемы суммарная площадь крыла и горизонтального оперения может быть сокращена на 15%.  Compared to the transport planes of the “normal” scheme, the total area of the wing and horizontal tail can be reduced by 15%.
Конструкция заявляемого самолета не менее, чем на 5% повышает крейсерское аэродинамическое качество по сравнению с современными самолетами «нормальной» схемы, что снижает эксплуатационные расходы на топливо, увеличивает дальность полета самолета и уменьшает экологическое давление на окружающую среду при эксплуатации самолета.  The design of the proposed aircraft not less than 5% increases cruising aerodynamic quality compared to modern aircraft of the "normal" scheme, which reduces operating costs for fuel, increases the flight range of the aircraft and reduces environmental pressure on the environment during operation of the aircraft.
Автор уверен, что предлагаемое техническое решение закрывает извечную проблему схемы «утка» в использовании механизации крыла и дальнейший прогресс гражданской авиации будет продвигаться именно в этом направлении.  The author is sure that the proposed technical solution closes the eternal problem of the “duck” scheme in the use of wing mechanization, and further progress of civil aviation will advance in this direction.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ CLAIM
Летательный аппарат (ЛА) аэродинамической схемы «флюгерная утка», содержащий несущие поверхности в виде механизированного крыла и флюгерного переднего горизонтального оперения (ФПГО) снабженного, по крайней мере одним, серворулем, связанным с системой управления по тангажу, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна несущая поверхность снабжена средством изменения ее подъемной силы, функционально зависимым от изменения угла между базовыми плоскостями серворуля и ЛА таким образом, чтобы увеличить производную по углу атаки ЛА коэффициента подъемной силы для этой несущей поверхности, если она расположена перед центром масс ЛА и уменьшить указанную производную, если поверхность расположена позади центра масс. Aircraft (LA) of the aerofoil "vane duck" aerodynamic scheme, containing bearing surfaces in the form of a mechanized wing and vane front horizontal tail unit (FPGO) equipped with at least one servo-wheel connected to the pitch control system, characterized in that at least at least one bearing surface is equipped with a means of changing its lifting force, functionally dependent on changes in the angle between the base planes of the servo-steering wheel and the aircraft in such a way as to increase the derivative with respect to the angle of attack of the aircraft coagulant lift for this bearing surface, if it is located in front of the aircraft's center of mass and reducing said derivative, if the surface is located behind the center of mass.
ЛА по п. 1, отличающийся тем, что ФПГО снабжено средством изменения его подъемной силы, увеличивающим его производную по углу атаки ЛА коэффициента подъемной силы, в виде руля высоты, изменение угла отклонения которого противоположно и пропорционально изменению угла отклонения серворуля относительно базовой плоскости ЛА. Aircraft according to claim 1, characterized in that the FPGO is equipped with a means of changing its lift, increasing its derivative with respect to the angle of attack of the aircraft of the lift coefficient, in the form of a elevator, the change in the angle of deviation of which is opposite and proportional to the change in the angle of deviation of the servo wheel relative to the base plane of the aircraft.
3. ЛА по п. 1 , отличающийся тем, что ФПГО снабжено средством изменения его подъемной силы, увеличивающим его производную по углу атаки ЛА коэффициента подъемной силы, в виде агрегата, изменяющего угол между базовыми плоскостями ФПГО и ЛА на пропорциональную часть изменения угла между базовыми плоскостями серворуля и ЛА. 3. The aircraft according to claim 1, characterized in that the FPGO is equipped with a means of changing its lift, increasing its derivative with respect to the angle of attack of the aircraft, the lift coefficient, in the form of an aggregate that changes the angle between the base planes of the FPGO and the aircraft by a proportional part of the change in the angle between the base planes of a servo-wheel and aircraft.
4. ЛА по п. 1, отличающийся тем, что механизированное крыло снабжено средством изменения его подъемной силы, уменьшающим его производную по углу атаки ЛА коэффициента подъемной силы, в виде руля высоты, изменение угла отклонения которого пропорционально изменению угла отклонения серворуля относительно базовой плоскости ЛА. 4. Aircraft according to claim 1, characterized in that the mechanized wing is equipped with a means of changing its lift, reducing its derivative with respect to the angle of attack of the aircraft of the lift coefficient, in the form of a elevator, the change in the angle of deviation of which is proportional to the change in the angle of deviation of the servo wheel relative to the base plane of the aircraft .
PCT/RU2015/000703 2015-10-26 2015-10-26 Aircraft with canard configuration WO2016175676A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2015/000703 WO2016175676A1 (en) 2015-10-26 2015-10-26 Aircraft with canard configuration

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2015/000703 WO2016175676A1 (en) 2015-10-26 2015-10-26 Aircraft with canard configuration

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016175676A1 true WO2016175676A1 (en) 2016-11-03

Family

ID=57198697

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2015/000703 WO2016175676A1 (en) 2015-10-26 2015-10-26 Aircraft with canard configuration

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2016175676A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2651958C1 (en) * 2017-02-03 2018-04-24 Сергей Сергеевич Ахапкин Feathering horizontal fins
CN111581795A (en) * 2020-04-26 2020-08-25 北京理工大学 Angular motion complex analysis method of rotary aircraft controlled by a pair of duck rudders
CN114132482A (en) * 2021-12-15 2022-03-04 北京航空航天大学宁波创新研究院 Wing and method for improving control efficiency of two-dimensional wing control surface
CN114357799A (en) * 2022-01-17 2022-04-15 成都飞机工业(集团)有限责任公司 Differential resistance rudder pre-deflection judging method, device, equipment and storage medium

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3134562A (en) * 1962-01-18 1964-05-26 Boeing Co Stall prevention system
RU2243131C1 (en) * 2003-03-19 2004-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова Aircraft with fore horizontal plane
RU2410286C2 (en) * 2007-03-01 2011-01-27 Николай Евгеньевич Староверов Canard control (versions)

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3134562A (en) * 1962-01-18 1964-05-26 Boeing Co Stall prevention system
RU2243131C1 (en) * 2003-03-19 2004-12-27 Федеральное государственное унитарное предприятие Летно-исследовательский институт им. М.М. Громова Aircraft with fore horizontal plane
RU2410286C2 (en) * 2007-03-01 2011-01-27 Николай Евгеньевич Староверов Canard control (versions)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2651958C1 (en) * 2017-02-03 2018-04-24 Сергей Сергеевич Ахапкин Feathering horizontal fins
CN111581795A (en) * 2020-04-26 2020-08-25 北京理工大学 Angular motion complex analysis method of rotary aircraft controlled by a pair of duck rudders
CN111581795B (en) * 2020-04-26 2022-10-21 北京理工大学 Angular motion complex analysis method of rotary aircraft controlled by a pair of duck rudders
CN114132482A (en) * 2021-12-15 2022-03-04 北京航空航天大学宁波创新研究院 Wing and method for improving control efficiency of two-dimensional wing control surface
CN114357799A (en) * 2022-01-17 2022-04-15 成都飞机工业(集团)有限责任公司 Differential resistance rudder pre-deflection judging method, device, equipment and storage medium
CN114357799B (en) * 2022-01-17 2024-01-12 成都飞机工业(集团)有限责任公司 Differential resistance rudder pre-deflection judging method, device, equipment and storage medium

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6196795B2 (en) Performance-enhanced winglet system and method
US20230227149A1 (en) Adjustable lift modification wingtip
US20190322354A1 (en) Lifting surfaces and associated method
US8876044B2 (en) Aircraft with yaw control by differential drag
CN108639332B (en) Multi-mode flight control method for composite three-rotor unmanned aerial vehicle
WO2016175676A1 (en) Aircraft with canard configuration
CN112141328A (en) Aircraft with a flight control device
US20160009391A1 (en) Stable Low Aspect Ratio Flying Wing
WO2016055990A1 (en) Landing method and system for air vehicles
US6641086B2 (en) System and method for controlling an aircraft
EP2490934A2 (en) Aircraft horizontal stabiliser fitted with leading-edge strake
US20230331374A1 (en) Aerohydrodynamic surface, array of vortex generators, and method of mounting array of vortex generators
AU2002326628A1 (en) System and method for controlling an aircraft
RU2609644C1 (en) Aircraft of feathered canard arrangement (krasnov-canard)
CN111114755B (en) High-speed aircraft vertical tail and vertical tail optimization design method
US20220315217A1 (en) Convertiplane
RU2710955C1 (en) Ignoring turbulence aircraft and aircraft attack angle change sensor
RU2666094C1 (en) Aircraft with two bearing surfaces (krasnov - plan)
CN110361984B (en) Cross rudder energy consumption method for increasing resistance
Kentfield Case for aircraft with outboard horizontal stabilizers
RU2609620C1 (en) Aircraft with feathered horizontal tail
RU2785230C1 (en) Aircraft and method for its manufacture
US11891165B2 (en) Aircraft with tail portion having convergent and divergent winglets and related manufacturing method
Xie et al. The optimization study on the mitigation strategy of hinge moment of aircraft with multi-control surfaces
RU2277496C1 (en) Balance-type aircraft without horizontal tail and with tiltable wing

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15890869

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15890869

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1