УСТРОЙСТВО РЕЛАМИНАРИЗАЦИИ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ НА ЛИНИИ РАСТЕКАНИЯ СТРЕЛОВИДНОГО КРЫЛА Российский патент 2008 года по МПК B64C21/06 

Изобретение относится к областям авиационной, космической и судостроительной техники и может найти применение в модельных испытаниях летательных и плавательных аппаратов и их отдельных элементов.

Известны устройства для реламинаризации пограничного слоя, т.е. изменения режима течения от турбулентного к ламинарному на линии растекания стреловидных крыльев, выполненные путем изменения профиля крыла на линии его растекания на некотором расстоянии от зоны «засорения» (формирования больших возмущений в месте сопряжения крыла с фюзеляжем или модели крыла со стенкой рабочей части трубы) (M.Gaster On the Flow Along Sweept Leading Edges. - The Aeronautical Quarterly. Vol.28, part 2, pp.165-184, 1967). При работе устройств такого типа их эффективность ограничивается диапазоном параметров полета и испытаний: например, скорости, углов атаки.

Известно устройство реламинаризации (THE AERONAUTICAL QUARTERLY. VOL. XXX, NOVEMBER 1979, PART 4, PAGE 611), имеющее систему регулируемого отсоса и перпендикулярно обтекаемую плоскую пластинку, размещенные на линии растекания поперек течения в пограничном слое параллельно поверхности фюзеляжа (стенки трубы). Отсос проводится через отверстия в обтекаемой поверхности и обеспечивает устранение возмущений, возникающих ниже по течению в зоне сопряжения пластинки с поверхностью крыла.

Данное устройство реламинаризации, устраняющее турбулентные возмущения пограничного слоя на линии растекания стреловидного крыла, является наиболее близким к предлагаемому техническому решению.

На фиг.1 показана схема крыла в набегающем потоке U прямой стреловидности в сопряжении с фюзеляжем-стенкой (прототип).

Как видно на фиг.1, в прототипе вдоль фюзеляжа (стенки) 1 развивается турбулентный пограничный слой, пульсационные характеристики которого дополнительно усиливаются в зоне сопряжения 2 крыла 3 с фюзеляжем 1 и сносятся вниз по течению вдоль линии растекания 4 со скоростью V, турбулизируя, т.е. фактически «засоряя», пограничный слой далее вниз по потоку и вдоль хорды крыла в сторону задней кромки.

Для устранения указанной «засоренности» на поверхности в пограничном слое линии растекания установлена перпендикулярно потоку (V) обтекаемая плоская пластинка 5, а создаваемые за ней возмущения отсасывают через отверстия в зоне 6 обтекаемой поверхности крыла-модели, расположенные непосредственно у пластинки 5.

Недостатки прототипа заключаются в следующем.

Устройство установлено непосредственно на линии растекания и при отключении отсоса или сбое заданного режима его работы оно само является источником турбулизации пограничного слоя, перемещая источник «засорения» вниз по потоку вдоль линии растекания, т.е. приводит к обратному результату. Режим отсоса через отверстия для надежного избежания турбулизации также строго ограничен числом Рейнольдса (Re_d), которое по размерам отверстия и среднерасходной скорости в нем должно быть Re_d≤100. При Re_d>100 реламинаризация не может быть достигнута путем увеличения интенсивности отсоса через выполненные отверстия в поверхности из-за соответствующих возмущений, вносимых самим отсосом в пограничный слой.

Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, состоит в исключении турбулизирующего воздействия пластинки на пограничный слой при отключении отсоса или сбое заданного режима (в состоянии нерабочего режима при Re_d>>100).

Для достижения указанного технического результата устройство реламинаризации, содержащее отверстия системы отсоса в обтекаемой поверхности и пластинку на обтекаемой поверхности, снабжено датчиками статического давления или термоанемометрами, расположенными вдоль линии растекания пограничного слоя и предназначенными для определения режима течения в пограничном слое, и смещено по хорде крыла от линии растекания в сторону задней кромки крыла или модели крыла на расстояние L, достаточное для исключения дополнительных возмущений потока на линии растекания с возможностью ликвидации ограничения интенсивности отсоса Re_d ≤ 100. В зависимости от конструктивных особенностей исследуемой модели или реального натурного объекта, например профиля крыла-модели и параметров потока, величина расстояния L определяется экспериментально. При этом создаваемые устройством возмущения будут сноситься вниз по потоку в сторону задней кромки, не попадая в зону линии растекания. Регулирование интенсивности отсоса в диапазоне Re_d >> 100 позволяет изменить направление потока в окрестности передней кромки крыла, включая зону растекания, и таким образом отсосать или изменить направление распространения возмущений, перемещающихся в пограничном слое из турбулизирующей зоны.

Дополнительное повышение эффективности отвода возмущений из зоны линии растекания крыла в сторону его хорды обеспечивает расположение направляющей пластинки по потоку в пограничном слое в месте ее установки.

Отличительными признаками предлагаемого устройства реламинаризации от прототипа является место расположения системы отсоса и пластинки, смещенное по хорде крыла в сторону задней хвостовой кромки крыла, а пластинка установлена по потоку с учетом местного угла, образованного крайними направлениями потока в этом месте крыла для всех режимов работы.

Предлагаемое устройство реламинаризации иллюстрируются схематически чертежами, представленными на фиг.2÷3.

На фиг.2а, 2б - направления потока вдоль линии растекания и в ее непосредственной окрестности; на фиг.3 - схема устройства для крыла прямой стреловидности с пластинкой. С целью оптимизации работы устройства реламинаризации при разных углах атаки целесообразно размещать его по обе стороны относительно линии растекания.

Расхождение линий тока на линии растекания и непосредственно в ее окрестности показано на фиг.2а, на 2б - вместе с контуром профиля передней кромки крыла-модели в сечении А-А. Где v₁ - составляющая скорости потока вдоль линии растекания, направленная по течению в рассматриваемой точке, u₁ - составляющая скорости потока, перпендикулярная линии растекания, х - расстояние рассматриваемой точки от линии растекания. L - расстояние от передней части пластинки до линии растекания, позволяющее исключить дополнительное возмущение потока по линии растекания.

На фиг.3 изображен общий вид заявленного устройства для крыла прямой стреловидности, где «засорение» линии растекания происходит из зоны 2 сопряжения крыла с фюзеляжем - стенкой.

Работа предложенного реламинаризирующего устройства осуществляется следующим образом. В начале устанавливается рабочий режим полета - трубы. При помощи датчиков (не показаны), например, статического давления или термоанемометра, расположенных вдоль линии растекания и ее окрестности определяют соответствующий режим течения в пограничном слое. Затем включают систему отсоса и, увеличивая интенсивность отсоса (Re_d), добиваются необходимой степени реламинаризации пограничного слоя на линии растекания крыла - модели: смещения местоположения области турбулентно ламинарного перехода вверх против потока на линии растекания. При этом выбранное местоположение системы реламинаризации ликвидирует прежнее ограничение интенсивности отсоса - Re_d ≤ 100 и позволяет изменить направление перемещения турбулизирующих пограничный слой возмущения в сторону от линии растекания, ближе к хорде (вдоль хорды) модели - по направлению набегающего потока. При заданной наперед программе движения летательного или плавательного аппарата соответствующие значения интенсивности отсоса могут быть определены заранее.

Изобретение относится к области авиационной техники. Устройство содержит отверстия системы отсоса в обтекаемой поверхности и пластинку на обтекаемой поверхности. Устройство снабжено датчиками статического давления или термоанемометрами, расположенными вдоль линии растекания пограничного слоя и предназначенными для определения режима течения в пограничном слое, и смещено по хорде крыла от линии растекания в сторону задней кромки крыла для исключения дополнительных возмущений потока по линии растекания с возможностью ликвидации ограничения интенсивности отсоса при Re_d≤100. Изобретение направлено на исключение турбулизирующего воздействия пластинки на пограничный слой при отключении отсоса или сбое заданного режима. 3 ил.

Устройство реламинаризации пограничного слоя на линии растекания стреловидного крыла, содержащее отверстия системы отсоса в обтекаемой поверхности и пластинку на обтекаемой поверхности, отличающееся тем, что оно снабжено датчиками статического давления или термоанемометрами, расположенными вдоль линии растекания пограничного слоя и предназначенными для определения режима течения в пограничном слое, и смещено по хорде крыла от линии растекания в сторону задней кромки крыла для исключения дополнительных возмущений потока по линии растекания с возможностью ликвидации ограничения интенсивности отсоса при Re_d≤100.