СПОСОБ СЛИВА ЖИДКОСТИ С ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА Российский патент 1998 года по МПК B64D1/16 

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к способу слива жидкости с летательного аппарата-танкера, например, для борьбы с пожарами.

Для оперативной доставки в заданное место требуемого объема жидкости и покрытия ею определенной площади с воздуха используются летательные аппараты, снабженные расположенной на борту емкостью. Слив жидкости осуществляется на безопасных режимах полета. При этом, например, для борьбы с пожарами необходимо, чтобы слив запасенной на борту летательного аппарата жидкости на поверхность земли осуществлялся с максимальной концентрацией на единицу смачиваемой площади (не менее заданной величины), смачиваемая площадь была максимальной, а распределение концентрации по ширине было бы равномерным. Это может быть достигнуто за счет уменьшения распыла образованной струи жидкости. =Известны способы слива жидкости с летательного аппарата, когда слив жидкости осуществляется непосредственно через отверстие в днище бака (емкости) под действием гравитационных сил вертикально вниз (Fire retardant ground dastribution patterns from the CL-215 airtanker, US Departament of Agriculture Forest Service Reserch Paper, 1975, JNT-165) или с отклонением струи жидкости от вертикали за счет воздействия на нее преградой (например, крышкой бака (патент Польши N 127704, A 62 C 28/00, 1982) с дополнительным воздействием избыточного давления воздуха на зеркало жидкости в баке.

Однако за счет воздействия встречного потока воздуха струя сильно разрушается и желаемого результата по распределению концентрации жидкости и размеров смачиваемой поверхности достичь не удается.

Известен способ (заявка Франции N 2610894, B 64 D 1/16, 1988) сбрасывания жидкости и другого аналогичного вещества с летательного аппарата, при котором жидкость сбрасывается в сторону, противоположную полету, через патрубок, выступающий наружу из самолета. Причем сброс происходит как под действием гравитации, так и под действием избыточного относительно окружающей атмосферы давления порядка 0,5 бар, создаваемого системой наддува.

Известен способ слива жидкости с самолета (патент Канады N 975738, 244-104, 1075), при котором жидкость сливается вниз через отверстие в днище бака, при этом масса жидкости дробится на мелкие фрагменты, проходя через решетку профилей, расположенную в выходном сечении.

Наиболее близким к заявляемому решению является способ (Арцыбашев Е.С. Лесные пожары и борьба с ними. - М.: Лесная промышленность, 1974, с. 123), заключающийся в сливе жидкости с летательного аппарата параллельно (в пределах угла атаки летательного аппарата) набегающему потоку воздуха в сторону, противоположную направлению полета, через поворотное колено с прямолинейным выходным участком (патрубком), вынесенным наружу из летательного аппарата.

Экспериментально установлено, что данный способ слива жидкости приводит к меньшему распылу, нежели при сливе такого же количества жидкости вертикально вниз или с некоторым ее отклонением от вертикали установкой препятствия.

Однако непосредственно после выхода из патрубка (как показывают модельные эксперименты) свободная струя начинает совершать волнообразные колебания с увеличивающейся амплитудой и в сочетании с дополнительным воздействием увеличивающегося поперечного скоростного потока быстро деформируется и распадается на капли. Кроме того, поле скоростей вокруг летательного аппарата усиливает распыл за счет сообщения начальных скоростей частицам истекающей жидкости в поперечном направлении (особенно для летательных аппаратов с винтом, расположенным в передней части аппарата). Перечисленные обстоятельства уменьшают концентрацию жидкости на смоченной полосе.

Техническим результатом изобретения является повышение концентрации насадков при сливе жидкости с летательного аппарата в режиме прототипа за счет уменьшения деформации струи набегающим потоком воздуха.

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемом способе слива жидкости с летательного аппарата в сторону, противоположную направлению полета, параллельно (в пределах угла атаки летательного аппарата) набегающему воздушному потоку воздуха через поворотное колено с прямолинейным выходным участком (патрубком), вынесенным наружу из летательного аппарата, на свободную струю воздействуют областью повышенного относительно статического давления, возрастающего с удалением границы жидкости от оси струи, которую создают, например, аэродинамическими поверхностями, расположенными в непосредственной близости от выходного среза патрубка. В области повышенного давления граница струи поджимается к оси струи, приобретая более удобообтекаемую форму в поперечном сечении. Рост избыточного давления с удалением границы жидкости от оси струи способствует уменьшению амплитуды волнообразных колебаний на протяжении области повышенного давления, вследствие чего момент распада струи затягивается до меньших высот. Экспериментально установлено, что предлагаемый способ слива обеспечивает повышенную концентрацию осадков по сравнению с прототипом, при этом важную роль играет положение области повышенного давления относительно среза патрубка, величина избыточного давления и градиент его роста от оси струи. При создании, например, области повышенного давления крыльями, охватывающими свободную струю и находящимися при этом в воздушном потоке, наибольший эффект достигается при установке их передних кромок на расстоянии 0,2 - 0,5 поперечного размера среза патрубка d, а задних кромок (0,6 - 0,8)d от оси струи. Кроме того, согласно изобретению, воздушный поток, набегающий на фронтальную поверхность струи, отклоняют вниз, вследствие изменения направления скорости воздушного потока уменьшается ее составляющая, перпендикулярная струе, а следовательно, импульс, передаваемый фронтальной поверхности струи и ее деформация. Указанное явление можно, например, реализовать с помощью специальных аэродинамических поверхностей, расположенных перед струей, ниже сливного патрубка, или за счет особой профилактики кольцевого крыла, охватывающего струю.

Сопоставимый анализ заявляемого технического решения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что на границе свободной струи жидкости в непосредственной близости от среза патрубка создается область давления, избыточного относительно давления воздушного потока, обтекающего остальную часть струи и возрастающего с удалением границы жидкости от оси струи.

На фиг. 1 приведены сравнительные кривые распределения концентрации осадков в направлении, перпендикулярном смачиваемой полосе, построенные по данным экспериментов, где g(x) - концентрация осадков на единицу площади, равная отношению количества слитой жидкости, собранной на поверхности площадью d, ко всей жидкости, собранной со смоченной полосы длиной d, x - безразмерная координата в долях d перпендикулярно смоченной полосе; 1 - распределение концентрации при сливе жидкости с использованием заявляемого способа; 2 - при сливе способом, принятым за прототип; на фиг. 2 - пример реализации заявляемого технического решения в сливном агрегате.

Предлагаемый способ слива жидкости с летательного аппарата может быть реализован, например, в сливном агрегате, содержащем поворотное колено с прямолинейным выходным участком круглого сечения (патрубок) 1, направленный параллельно строительной оси летательного аппарата в сторону, противоположную направлению полета, и вынесенный из летательного аппарата наружу; жестко связанный с патрубком пилонами 2 замкнутый крыльевой насадок 3, находящийся в воздушном потоке, охватывающий свободную струю жидкости 4 и спрофилированный так, что на внутренней стороне боковых поверхностей набегающим воздушным потоком создается область повышенного давления, растущего при приближении границы струи к внутренней поверхности насадка, а верхней и нижней поверхностями достигается отклонение воздушного потока, набегающего на фронтальную поверхность струи, вниз.

Использование: тушение пожаров с борта летательного аппарата. Сущность: способ слива жидкости с борта летательного аппарата заключается в том, что жидкость сливают параллельно набегающему потоку в сторону, противоположную направлению полета, через поворотное колено с прямолинейным выходным участком и сзодают область повышенного давления воздуха в непосредственной юлизости от среза выходного патрубка, причем давление возрастает с удалением границы жидкости от оси струи, а воздушный поток, набегающий на фронтальную поверхность струи, отклоняют вниз. 2 ил.

Способ слива жидкости с летательного аппарата, заключающийся в том, что жидкость сливают параллельно, в пределах угла атаки летательного аппарата, набегающему воздушному потоку в сторону, противоположную направлению полета, через поворотное колено с прямолинейным выходным участком (патрубком), вынесенное наружу из летательного аппарата, отличающийся тем, что на границе свободной струи в непосредственной близости от среза выходного сечения патрубка создают на боковых сторонах свободной струи область давления, избыточного относительно давления воздуха, обтекающего остальную часть струи и возрастающего с удалением границы жидкости от оси струи, кроме того, отклоняют вниз воздушный поток, набегающий на фронтальную поверхность струи.