ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2010 года по МПК B64C21/02 

Изобретение относится к летательным аппаратам с системой каналов для текучей среды для отсоса ламинарного слоя и/или вдувания текучей среды в уязвимых зонах внешней обшивки.

Известно, что аэродинамическое сопротивление летательных аппаратов можно уменьшить тем, что создавая пониженное давление (отсос ламинарного слоя) в зонах внешней обшивки, где имеется тенденция к нарушению ламинарности обтекающего их воздушного потока, можно избежать нарушения ламинарности потока или превращения ламинарного потока в турбулентный. Однако источник пониженного давления, который необходим в этом случае, требует дополнительной энергии.

Целью настоящего изобретения является создание летательного аппарата упомянутого типа, в котором отсос и/или вдувание текучей среды может быть выполнен с минимальным расходом энергии.

Поставленная цель достигается в изобретении за счет того, что система каналов для текучей среды летательного аппарата, которая предназначена для создания необходимого пониженного давления для отсоса ламинарного слоя, может быть с помощью управляемых клапанов соединена с насосным агрегатом, который приводится в действие воздухом, выпускаемым из кабины летательного аппарата.

Поэтому конструкция летательного аппарата в соответствии с изобретением, направленным на экономию энергии, обладает тем важным достоинством, что внутреннее давление в кабине в течение почти всего полета значительно выше, чем давление окружающей среды. При этом необходим постоянный обмен воздуха, при котором свежий воздух подается в кабину, а использованный воздух выбрасывается наружу. Воздух, выбрасываемый из кабины, в режиме крейсерского полета имеет давление, существенно превышающее давление вне летательного аппарата, и поэтому используется для привода насосного агрегата, который в свою очередь создает необходимое пониженное давление внутри системы каналов текучей среды без необходимости использования для этого дополнительного источника энергии. Насосный агрегат может быть известным устройством, например турбонасосом. В одном из вариантов реализации изобретения, обладающих вышеуказанным достоинством, в качестве насосного агрегата используется эжекторный насос, движущий реактивный поток которого создается воздухом, выпускаемым из кабины. Такой агрегат пригоден для данного варианта применения в специальном исполнении, отличающемся малым весом, удобством монтажа и отсутствием жестких требований к техническому обслуживанию.

Использование управляемых клапанов обеспечивает отключение отсоса ламинарного слоя, которое по меньшей мере индицируется, если разница давлений реактивного потока воздуха, выбрасываемого из кабины, и окружающего воздуха больше не обеспечивает достаточных характеристик отсоса, или если летательный аппарат находится в режиме полета, в котором отсос ламинарного слоя нежелателен.

В другом варианте реализации изобретения предлагается систему каналов для текучей среды соединять с помощью управляемых клапанов с трубопроводом подачи сжатого воздуха от двигателя летательного аппарата в дополнительный компрессор с целью создания повышенного давления для вдувания.

Такой вариант реализации изобретения отличается тем достоинством, что функция системы каналов для текучей среды изменяется от создания пониженного давления для отсоса ламинарного слоя на создание повышенного давления для вдувания, которое может всегда осуществляться, если например необходимо продуть выходные отверстия каналов во внешней обшивке или в случае, когда необходимо предотвращать замерзание этих отверстий. Затем сжатый воздух из двигательной установки летательного аппарата или из подходящего дополнительного компрессора, который как правило имеет повышенную температуру, подается к уязвимым зонам внешней обшивки и выдувается.

Дальнейшее полезное развитие изобретения содержит блок управления или регулирования, который передает по линиям управления управляющие сигналы в управляемые клапаны в зависимости от входных параметров таких, как характеристики режима полета, характеристики внешней среды (температура Т, давление Р) и рабочие параметры BL двигателя летательного аппарата. Таким образом, в зависимости от режима полета, который характеризуется такими параметрами, как крейсерская высота, время выхода на посадку или время взлета, система каналов для текучей среды может либо создавать повышенное давление или может быть полностью отключена, то есть движения среды в каналах не будет.

В соответствии с другим вариантом реализации изобретения проходное сечение управляемых клапанов может регулироваться. В этом случае форсируется медленное увеличение давления в системе каналов для текучей среды, или же может регулироваться количество воздуха, проходящего через отверстия во внешней обшивке, либо наружу при повышенном давлении, либо внутрь при пониженном давлении.

Наконец, еще одной полезной особенностью изобретения является использование в выпускной трубе, которая проходит из кабины к эжекторному насосу, обратного клапана, который предотвращает обратный поток воздуха в кабину. Такой обратный клапан используется предпочтительно в качестве предохранительного устройства, предотвращающего падение давления в кабине ниже некоторого уровня. Такое падение давления может произойти, например, в случае снижения подачи сжатого воздуха в кабину или даже полного отказа системы подачи воздуха. В таких случаях использование обратного клапана обеспечивает поддержание давления воздуха в кабине на нужном уровне.

Вариант реализации изобретения иллюстрируется на прилагаемом чертеже. На чертеже показана блок-схема системы каналов для текучей среды летательного аппарата.

Выпускная труба 12, в которую встроен обратный клапан 2, проходит из кабины 1 летательного аппарата в эжекторный насос 3, который снабжен выпускным каналом 30, открытым в окружающую среду. Интенсивность подачи насоса 3 зависит от разницы давлений окружающей среды и кабины летательного аппарата. Разница давлений составляет значительную величину в течение большей части полета, то есть при полете на крейсерской высоте. Движущий реактивный поток эжекторного насоса 3 обозначен позицией 10. Благодаря значительной разнице давлений возможна работа эжекторного насоса 3 в закритическом режиме. Система 26 каналов для текучей среды соединена с линией всасывания эжекторного насоса 3, причем между ними установлен управляемый запорный клапан 6. Проходное сечение запорного клапана 6 может регулироваться. Работой запорного клапана 6 управляет блок 7 управления, передающий сигналы по линии управления 16. Система 26 каналов для текучей среды соединена с помощью соединительных каналов 19 с отверстиями 18 во внешней обшивке 20 летательного аппарата (см. часть блок-схемы в верхнем правом углу чертежа). В описываемом варианте реализации изобретения отверстия 18 находятся в передней зоне стороны повышенного давления одной из аэродинамических поверхностей летательного аппарата. Однако можно представить и другие места, в которых альтернативно или дополнительно могут быть размещены подходящие отверстия 18, либо для отсоса ламинарного слоя, либо для вдувания горячего воздуха. Отверстия предпочтительно выполнены в форме перфорированной зоны внешней обшивки или в форме щелей.

Система 26 каналов для текучей среды соединена с линией 8 сжатого воздуха через управляемый клапан 4 выдуваемого воздуха. Сама линия 8 сжатого воздуха соединена через управляемый клапан 5 отбора воздуха с линией 25 отбора воздуха, отходящей от соответствующей части двигателя 22 летательного аппарата. Клапан 5 отбора воздуха получает управляющие сигналы от блока 7 управления по линии 15 управления. Далее, линия 8 сжатого воздуха альтернативно или дополнительно соединена с компрессорной установкой 28 через предохранительный клапан 9, в качестве которого используется запорный клапан. Компрессорная установка 28 может быть компрессором, приводимым двигателем летательного аппарата, или автономным компрессором сжатого воздуха. Использование дополнительного компрессора в качестве источника сжатого воздуха для системы 26 каналов для текучей среды в дополнение к линии 25 отбора воздуха от двигателя 22 летательного аппарата имеет смысл для создания необходимого давления в каналах системы 26 при некоторых режимах работы двигателя 22, когда отбор воздуха от него не представляется возможным.

Управляющие сигналы по линиям 14, 15, 16 управления передаются в управляемые клапаны 4, 5, 6 в зависимости от режима полета, характеристик окружающей среды (температура Т, давление Р) и рабочих параметров BL двигателя 22 летательного аппарата.

В устойчивом режиме крейсерского полета эжекторный насос 3 благодаря достаточной разнице давлений воздуха между кабиной 1 и окружающей средой создает поток всасывания, требуемый для отсоса ламинарного слоя через отверстия 18 внешней обшивки 20 летательного аппарата. В это время обратный клапан 2 и управляемый запорный клапан 6 открыты, в то время как клапан 4 выдуваемого воздуха и, в случае необходимости, клапан 5 отбора воздуха и предохранительный клапан 9, в качестве которого используется запорный клапан, закрыты. В случае частичного или полного отказа системы поддержания давления воздуха в кабине 1 обратный клапан 2 автоматически закрывается, в результате чего предотвращается дальнейшее падение давления в кабине.

Если параметры режима полета, характеристики окружающей среды или рабочие параметры двигателя летательного аппарата указывают на возможность блокирования отверстий 18, например опасность замерзания, то блок 7 управления выполняет реверсирование управляемых клапанов, а именно: запорный клапан 6 закрывается, в то время как клапан 4 выдувания воздуха и/или клапан 5 отбора воздуха открываются. Затем автоматически открывается предохранительный клапан 9.

Перечень ссылочных обозначений

1 кабина летательного аппарата

2 обратный клапан

3 эжекторный насос

4 клапан выдуваемого воздуха

5 клапан системы отбора воздуха

6 запорный клапан

7 блок управления

8 линия сжатого воздуха

9 предохранительный клапан

10 движущая реактивная струя

12 выпускная линия

14}

15} линии управления управляемых клапанов 4, 5, 6

16}

18 отверстия во внешней обшивке 20

19 соединительные каналы

20 внешняя обшивка летательного аппарата

22 двигатель летательного аппарата

25 линия отбора воздуха

26 система каналов для текучей среды

28 компрессор

Изобретение относится к летательным аппаратам с системой каналов для текучей среды для отсоса ламинарного слоя и/или вдувания текучей среды в уязвимых зонах внешней обшивки. В летательном аппарате система каналов для текучей среды через управляемый клапан подсоединена к насосному агрегату, в качестве привода которого используется поток воздуха, выпускаемый из кабины, и которая создает нужное разрежение для отсоса ламинарного слоя. Для создания повышенного давления, обеспечивающего выдувание, система каналов подсоединена через управляемые клапаны к линиям сжатого воздуха, поступающего от двигателя летательного аппарата и/или от дополнительной компрессорной установки. Система снабжена блоком управления или регулирующим устройством, которые в зависимости от значений входных параметров таких, как параметры режима полета, давление в кабине, характеристики окружающей среды (температура Т, давление Р) и рабочие параметры двигателя летательного аппарата, передают в управляемые клапаны управляющие сигналы по линиям управления. Достигается уменьшение расхода энергии при отсосе ламинарного слоя. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Летательный аппарат с системой каналов для текучей среды для отсоса ламинарного слоя и/или выдувания текучей среды в уязвимых зонах внешней обшивки, в котором система (26, 19, 18) каналов для текучей среды через управляемый клапан (6) подсоединена к насосному агрегату (3), в качестве привода которого используется поток воздуха, выпускаемый из кабины, и которая создает нужное разрежение для отсоса ламинарного слоя, а для создания повышенного давления, обеспечивающего выдувание, система каналов для текучей среды подсоединена через управляемые клапаны (4, 5, 6) к линиям (8, 25) сжатого воздуха, поступающего от двигателя (22) летательного аппарата и/или от дополнительной компрессорной установки (28), и снабжена блоком (7) управления или регулирующим устройством, которые в зависимости от значений входных параметров таких, как параметры режима полета, давление в кабине, характеристики окружающей среды (температура Т, давление Р) и рабочие параметры двигателя (22) летательного аппарата, передают в управляемые клапаны (4, 5, 6) управляющие сигналы по линиям (14, 15, 16) управления.

2. Летательный аппарат по п.1, в котором насосный агрегат выполнен в виде эжекторного насоса (3), в качестве движущей реактивной струи (10) которого используется воздух, выпускаемый из кабины.

3. Летательный аппарат по п.1, в котором в качестве сжатого воздуха используется горячий воздух.

4. Летательный аппарат по п.1, в котором проходные сечения управляемых клапанов (4, 5, 6) регулируемые.

5. Летательный аппарат по п.1, который снабжен выпускной линией (12), проходящей из кабины (1) к эжекторному насосу (3) и снабженной обратным клапаном (2), который предотвращает обратный поток воздуха в кабину.