ПОЛИКЛИНОКОНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО УМЕНЬШЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК F42B10/00 B64C23/00 

Изобретение относится к авиационно-космической, артиллерийской, подводной и строительно-монтажной технике, а точнее, к конструкции носовой части летательного аппарата и различных проникателей, к устройствам улучшения их реогазодинамических коэффициентов при до- и сверхзвуковом проникании в воздух, воду и податливые преграды со сложной реологией и к вихревым смесителям топливно-воздушной среды в авиационно/ракетных и автомобильных двигателях.

Известны проникатели с клиновидными элементами, обеспечивающие уменьшение реогазодинамического сопротивления по отношению к равнообъемным телам вращения (1). В них не использованы возможности уменьшения донного сопротивления.

Из известных многоэлементных проникателей наиболее близким по технической сущности, выбранный за прототип, является устройство, содержащее степенное тело вращения с установленными на нем продольными клиновидными элементами и с донной выемкой в его основании (2).

Однако данное техническое решение не использует всех возможностей уменьшения сопротивления за счет вихревой интерференции носовой и цилиндрических частей при повышении устойчивости движения устройства в различных средах.

Задачей данного изобретения является уменьшение реогазодинамического сопротивления поликлиноконического устройства при повышении его устойчивости движения.

Задача достигается тем, что при заданном удлинении конструируется поликлиноконическая носовая часть, последовательно организующая разнесенное во времени циклическое разбиение потока в поперечном направлении и образование венка спиралевидных вихрей, оказывающих эжектирующее воздействие на донную выемку цилиндрической части, в которой может устанавливаться звездообразный трассе необходимой формы и размеров. Поликлиноконическое устройство с рациональным затуплением вершины и глубины привершинной выемки способно значительно уменьшать свое суммарное реогазодинамическое сопротивление и повышать собственную устойчивость движения.

Существенными отличиями заявляемого изобретения является выбор радиуса привершинного затупления, оптимального для каждого удлинения носовой части, и в комплексном построении рациональных продольного и поперечного контуров поликлиноконического устройства, интегрально способствующих уменьшению его реогазодинамического сопротивления. Для обеспечения необходимого запаса статической устойчивости движения клиновидные элементы выполнены с переменной стреловидностью и меньшего размера.

Шарообразное тело в привершинной выемке, выполненное из ферромагнитного материала, способствует образованию самоорганизующейся интерференции намагниченных спиралевидных вихрей, образуемых поликлиноконической носовой частью, и донного пространства за цилиндрической частью устройства с горящим трассером звездообразной формы. При попадании вихревых жгутов на границы пульсирующего донного пространства происходит их эжектирующее воздействие на давление в названном пространстве и его очертания. Вихревые жгуты способствуют в первую очередь уменьшению пограничных пульсаций донного пространства и повышению в следствие этого динамической устойчивости движения поликлиноконического устройства. Кроме того названные жгуты в совместном динамическом взаимодействии с горящим трассером при определенных соотношениях удлинений носовой и цилиндрической частей значительно увеличивают давление в донном пространстве, тем самым заметно уменьшая донное сопротивление поликлиноконического устройства. Клиновидные элементы с ненулевой стреловидностью на оптимально затупленном степенном теле вращения носовой части циклически разбивают предварительно закрученный поток в поперечном направлении и интегрально уменьшают составляющую давления реогазодинамического сопротивления заявляемого устройства.

На фиг.1 представлен общий вид поликлиноконического устройства уменьшения сопротивления.

На фиг.2, 3 продольное и поперечное сечения устройства.

На фиг. 4 приведены зависимости отношений сопротивлений эквивалентного конуса и заявляемого устройства Х_к/Х_п.у. от угла атаки α
На фиг.5 а), б) поперечные сечения носовой части устройства с клиновидными элементами, винтовая циклическая поверхность которых выполнена в поперечном сечении устройства со сторонами, расположенными симметрично (а) и несимметрично (б) относительно вертикальной или горизонтальной плоскости симметрии устройства.

Устройство содержит тело вращения 1 со степенной зависимостью продольного контура, оно же есть носовая часть с поверхностью 2, параллельной основанию, в форме круга заданного радиуса и с шарообразным телом 3. Клиновидные элементы 4, расположенные на теле 1 выполнены с продольным сечением в виде ромба или чечевицы. Цилиндрическая часть 5 тела 1 имеет полусферические 6 и донную 7 выемки. Спиралевидные вихри 8 характеризуют образования за клиньями 4. Трассер 9 с лучевой формой канала для горения пороха расположен в донной части тела 1. В носовой части тела 1 имеется поперечная канавка 10 для организации кавитационного обтекания на водном участке траектории. Шарообразное тело 3 тяжелых или ферромагнитных материалов улучшает устойчивость полета и подхода к стальной преграде.

На фиг.4 линиями 11 и 12 изображены зависимости , при числе Маха М=4 и удлинения эквивалентного по удлинению конуса соответственно с магнитным предвестником (шарообразным телом) и без него при оптимальном радиусе затупления вершины d₃ 0,4 Д, где Д диаметр цилиндра. Линии 16, 17 обозначены для заявляемого устройства с острой вершиной при λ_н 2,2 и соответственно числам М=4 и М=0,1. Линия 17 соответствует прототипу при М=4. Линии 14, 13, описывают предложенный проникатель с магнитным предвестником и горящим трассером. Линия 15 соответствует заявляемому проникателю с оптимальным затуплением d₃ 0,2 Д при М=4. Из сравнений линий 13-16 видно, что предлагаемое устройство имеет значительный выигрыш по сопротивлению относительно островершинных прототипа (линия 17) и поликлиноконического проникателя (линия 16).

При проникании в воду дозвуковая кривая 16 может подпрыгнуть до кривой 13 из-за кавитационного обтекания.

Изобретение относится к авиационно-космической, артиллерийской, подводной и строительно-монтажной технике. Сущность изобретения заключается в том, что поликлиноконическое устройство уменьшения сопротивления, содержащее тело вращения 1 с установленными на нем продольными клиновидными элементами 4 и с донной выемкой 7 в его основании, выполнено в носовой части с поверхностью 2, параллельной основанию, в форме круга определенного радиуса. Боковая поверхность тела вращения вдоль зоны ее пересечения с поверхностью 2, параллельной основанию, выполнена с канавкой 8 заданной глубины. Каждый клиновидный элемент 4 выполнен в виде винтовой циклической поверхности, описанной в цилиндрической системе координат по аналитической зависимости. 6 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Поликлиноконическое устройство уменьшения сопротивления, содержащее степенное тело вращения с установленными на нем продольными клиновидными элементами и с донной выемкой в его основании, отличающееся тем, что нижняя часть тела вращения выполнена цилиндрической, носовая часть тела вращения выполнена с поверхностью, параллельной основанию, в форме круга, радиус которого составляет 0,1 0,4 радиуса основания тела вращения, а боковая поверхность тела вращения вдоль зоны ее пересечения с поверхностью, параллельной основанию, выполнена с канавкой, глубина которой составляет 0,1 - 0,2 радиуса круга, а каждый клиновидный элемент выполнен в виде винтовой циклической поверхности, описанной в цилиндрической системе координат по аналитической зависимости

где r₀, r начальная и текущая величины поперечной координаты цилиндрической системы координат;
θ угловая координата цилиндрической системы координат от 0 до p/n;
ξ продольная координата цилиндрической системы координат от 0 до 1;
n количество клиновидных элементов от 2 до 6;
b параметр удлинения, определяемый отношением 1/2λ_н и изменяемый от 0,16 до 1,5;
λ_н удлинение носка (l_н/d), изменяемое от 0,3 до 3,2, где l_н длина носовой части устройства, d диаметр основания,
а внутренние параметры находятся в пределах
. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что винтовая циклическая поверхность выполнена в поперечном сечении устройства со сторонами, расположенными симметрично относительно вертикальной или горизонтальной плоскостей симметрии устройства. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что винтовая циклическая поверхность выполнена в поперечном сечении устройства с несимметричными относительно вертикальной или горизонтальной плоскостей симметрии устройства сторонами, при этом одна из сторон расположена в плоскости симметрии устройства. 4. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено установленным в донной выемке трассером, выполненным из прессованного секциями пороха с наружной поверхностью, ответной поверхности донной выемки, и с внутренней полостью звездообразного поперечного сечения, количество лучей которой выбирают в пределах 2 6, а радиусы описанной и вписанной в полость окружностей составляют соответственно 0,6 0,8 и 0,1 0,3 радиуса основания трассера, причем поверхность полости трассера и участок боковой поверхности нижней цилиндрической части тела вращения с длиной, равной глубине донной выемки, выполнены с полусферическими выемками, диаметр каждой из которых составляет 0,01 0,1 диаметра донной выемки. 5. Устройство по пп. 1 4, отличающееся тем, что носовая часть устройства выполнена с полусферической выемкой на поверхности, параллельной основанию, а устройство снабжено шарообразным телом, установленным в полусферической выемке. 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что шарообразное тело выполнено из тяжелого материала, например, урана. 7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что шарообразное тело выполнено из ферромагнитных материалов.