МЕМБРАННОЕ КРЫЛО ДЛЯ СВЕРХЛЕГКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ Российский патент 1997 года по МПК B64C31/32 

Изобретение относится к самолетостроению и может быть использовано при конструировании сверхлегких летательных аппаратов типа "утка".

Известно самобалансирующее крыло, созданное английским конструктором Д. Данном, имеющее явно выраженную стреловидность, прямолинейные очертания и отрицательную крутку хорд профиля вдоль всего размаха крыла.

Крыло Данна имело стабильное характеристики поперечной устойчивости, но, как показали конструкторские разработки немецкого конструктора А.Линпиша, это крыло имеет низкие параметры крыла Су, в результате самолеты "белохвостики" значительно уступали по своим достоинствам самолетам обычных схем своего времени [1]
Известно классическое крыло Рогалло, содержащее несущую поверхность и ферму, образованную килевой балкой, двумя боковыми и двумя распорными балками. Несущая поверхность состоит из двух куполов, каждый из которых это неполный конус по образующей поверхности, в основание которого заложен контур кривой линии второго порядка. Купола крыла выполнены из легкой ткани [2]
Основным достоинством этого крыла наряду с простотой конструкции является то, что при прямой образующей конуса получается искривленный профиль крыла матерчатого купола относительно набегающего воздушного потока. При этом возникает и другое явление, т.е. хорды этих профилей по размаху крыла будут находится под разными углами атак к набегающему воздушному потоку. По размаху крыла будет всегда выдерживаться неравенство α_n < α_n+1 т.е. будет отрицательная крутка крыла и на консолях крыла угол атаки профиля может достигнуть отрицательной величины относительно набегающего потока воздуха, в результате возникает аэродинамическая сила, которая будет действовать противоположно подъемной силе центральной части крыла. Это явление используется для поперечной стабилизации при тенденции пикирования такого крыла при установке его на летательном аппарате.

Недостатком крыла Рогалло является низкое аэродинамическое качество, обусловленное малым удлинением крыла и, как следствие, возрастанием индуктивного сопротивления. Кроме того, набегающий воздушный поток соприкасается с матерчатой поверхностью крыла, длина которого более 6 м, при этом происходит торможение пограничного слоя воздуха, отрыв его от крыла и в дальнейшем вихревая турбулизация воздушного потока, что является уменьшением подъемной силы Y, т.е. крыло основной своей частью перестает работать.

Цель технического решения является повышение аэродинамического качества крыла.

Это достигается тем, что мембранное конусное крыло с малым удлинением, содержащем несущую поверхность и ферму, несущая поверхность выполнена из составных частей, расположенных на различных горизонтальных уровнях, образующих коническую поверхность в центральной части и переходящую в цилиндрическую на периферийных участках крыла, а ферма выполнена из арок, опирающихся на консольные несущие балки, образующие треугольную форму крыла.

На фиг. 1 в аксанометрической проекции показан общий вид крыла на фиг. 2 5 различные проекции и узлы крыла.

Основу крыла составляет ферма, состоящая из двух клееных деревянных консольных несущих балок 2, формирующих треугольное крыло, к которым крепятся металлические арки 3 5, аналогичные по конструкции, но отличающиеся по габаритам. Каждая арка 3 5 состоит из 2-х секций 6 и 7, выполненных из тонколистового металлического сплава сечением 1•50 мм. Секции 6 и 7 скреплены деформированной в змейку лентой 8, выполненной из такого же материала (фиг. 2). Несущая поверхность образована полотнищами 9 11, расположенными на разных горизонтальных уровнях. Полотнище 9 крепится к балкам 2 и арке 3, полотнища 10 и 11 крепятся соответственно к аркам 3 5 на разных горизонтальных уровнях. Перекресток ленточных арок двух уровней показан на фиг. 3, узел А. Узел А фермы является границей перехода конической части "Б" крыла в цилиндрическую "Г". Консольные части полотнищ 10 и 11 крепится в балке 12, которая, в свою очередь, жестко закреплена на балках 2 и арках 3 5. Образующие линии конуса, как и в обычном крыле Рогалло, формируют профиль крыла сами, но и не исключено его формирование по заданному профилю для получения оптимального C_y. Сечение А-А (фиг. 4) показывает выполнение нужного профиля крыла при помощи полиэтиленовой трубы 13, вкладыша 14 и алюминиевой трубки-первюры 15.

Поперечная стабилизация летательного аппарата с таким крылом может выполнятся в двух вариантах: использование участков 16 полотнища 11 для формирования управляемого S-образного профиля или конструирование летательного аппарата по схеме "утка".

Предлагаемое мембранное крыло по сравнению с двухконусным крылом Рогалло обладает более высоким аэродинамическим качеством, которое обеспечивается:
созданием крыла с малым удлинением, т.е. длина крыла больше ширины или равна ему;
выполнением крыла одноконусным;
выполнением несущей поверхности из нескольких полотнищ, что предотвращает срыв пограничного слоя и образование вихревых потоков на поверхности крыла;
расположением полотнищ несущей поверхности на разных уровнях, каждое из которых омывается свежим ломинаризированнным потоком воздуха;
ликвидацией из конструкции крыла конических консольных участков разделенных мембранных полотнищ, имеющих хорды с большими отрицательными углами атаки к набегающему потоку воздуха;
выполнением плавного перехода от центральной конической части несущей поверхности к цилиндрической на консольных участках.

Указанные преимущества при полете исключают появление флаттера, позволяют использовать крыло для конструирования мото- и дельтопланов и более всего для СЛА по схеме "утка".

По предварительным подсчетам конструкция такого крыла на 10 15 кг легче крыла, применяемого на современных мотодельтопланах.

Использование: в самолетостроении при конструировании сверхлегких летательных аппаратов (СЛА), в частности, крыльев. Сущность: мембранное конусное крыло для СЛА содержит ферму 1, состоящую из двух консольных балок 2, образующих треугольное крыло, к которым крепятся секционные арки 3 - 5. Несущая поверхность крыла образована полотнищами 9 - 11, расположенными на различных горизонтальных уровнях, что обеспечивает высокие аэродинамические качества крыла. 5 ил.

Мембранное конусное крыло для сверхлегких летательных аппаратов, содержащее несущую поверхность и ферму, отличающееся тем, что несущая поверхность выполнена из составных частей, расположенных на различных горизонтальных уровнях, образующих коническую поверхность в центральной части и переходящую в цилиндрическую на периферийных участках крыла, в форма выполнена из арок, опирающихся на консольные несущие балки, образующие треугольную форму крыла.