АДАПТИВНОЕ КРЫЛО Российский патент 2018 года по МПК B64C3/48 

Изобретение относится к области проектирования летательных аппаратов и связано с конструкцией трансформируемой несущей поверхности адаптивных крыльев, обеспечивающих заданное плавное изменение формы поверхности на участках сопряжения подвижных элементов каркаса летательных аппаратов, имеющих лучшие аэродинамические характеристики.

Особенностью адаптивного крыла является возможность заданного плавного изменения кривизны обтекаемой потоком поверхности крыла, позволяющая снизить аэродинамическое сопротивление (расход топлива) и повысить качество на различных режимах полета, снизить аэродинамические нагрузки, улучшить управление по крену и т.д.

Известна система изменения поверхностного контура крыла [патент US №5971328, кл. В63Н 25/38, В64С 3/48, В63В 1/24, В63В 39/06, 1998 г.], содержащая аэродинамический профиль, выполненный из гибкой рамы с внутренними опорными элементами, передней и задней кромок, исполнительный механизм передней кромки крыла, механизмом приведения в действие задней кромки, снабженной линейным выходным звеном.

Известно адаптивное крыло [патент US №7384016 В2, кл. В64С 27/615, B63G 8/18, B63G 13/02, В63Н 1/26, В63В 1/32, В63Н 25/38, B63G 8/20, В63В 1/28, В63В 39/06, В63Н 3/00, В64С 3/48, 2003 г.], содержащее раму, которая имеет верхнюю эластично меняющуюся часть и нижнюю эластично меняющуюся часть, соединенных с внутренней стороны рычажными элементами, переходник, соединяющий верхнюю эластично меняющуюся часть с опорным элементом, к которому присоединен исполнительный механизм поступательного движения.

Недостатками указанных аналогов являются применение полностью гибкой обшивки задней кромки крыла и связанную с этим необходимость применения большого числа внутренних опорных элементов.

Одной из сложных задач при создании адаптивного крыла является обеспечение необходимой степени демпфирования колебаний деформируемых частей. В известных адаптивных конструкциях это может потребовать установки дополнительных демпферов.

Наиболее близким по технической сущности является адаптивное крыло [патент РФ №1762488, кл. В64С 3/48, 1990 г.], содержащее центральный кессон, деформируемые с помощью силовых приводов, разделенные на ряд секций (по размаху) носовые и хвостовые части, каркас которых разделен на ряд звеньев и по хорде. Звенья каждой из секций соединены шарнирно и образуют аэродинамические обводы крыла. На участках стыка звеньев установлены эластомерные, выполненные из материала типа пористой, губчатой резины панели. Панели жестко связаны своим кромками с соседними звеньями. Наружная обтекаемая потоком поверхность образована предварительно растянутой вдоль хорды (а на участках между секциями растянутой и вдоль размаха), эластомерной пленкой. Для изменения формы срединной поверхности элементы подвижного каркаса, в частности шарнирно соединенные звенья отдельных секций, отклоняются с помощью автономных приводов.

Недостатками прототипа являются избыточность автономных силовых приводов для отклонения звеньев аэродинамического профиля, что в целом увеличивает массу адаптивного крыла, кроме того, за счет применения эластомерных панелей возникают недемпфируемые механические нагрузки в силовом приводе, что снижает его ресурс и надежность.

Задача изобретения - улучшение массогабаритных показателей адаптивного крыла, благодаря использованию только одного силового электропривода, а также повышение ресурса и надежности силового электропривода за счет демпфирования колебаний деформируемых частей в силовом электроприводе.

Техническим результатом является повышение надежности и ресурса силового электропривода адаптивного крыла за счет снижения механических нагрузок на механизм поступательного движения силового электропривода, а также снижение массы адаптивного крыла.

Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в адаптивном крыле, содержащем центральный кессон, деформируемые с помощью силовых приводов секционированные по размаху и образованные отдельными звеньями носовую и хвостовую части, включающие жесткий каркас, состыкованный с центральным кессоном и образующий совместно с ним аэродинамическую поверхность крыла, снабженную армированными эластомерными панелями, жестко связанными с каркасом и размещенными соответственно на участках стыка звеньев носовой и хвостовой частей крыла, при этом армированные эластомерные панели и поверхность центрального кессона покрыты монолитно с ними связанной предварительно растянутой эластичной пленкой, а стенки армировки эластомерных панелей расположены по нормали к контуру профиля крыла, согласно изобретению носовые и хвостовые части адаптивного крыла выполнены в виде совокупности нервюр с гибкими кромками, состоящими из последовательных блоков кинематической цепи, соединенных друг с другом посредством шарниров и связанных стержневыми элементами, с возможностью вращения на шарнирах на несмежных последовательных блоках, закрепленных на стрингерах, установленных параллельно центральному кессону и закрепленных своими участками на соответствующих участках нервюр, а силовые приводы, закрепленные на центральном кессоне, выполнены в виде электромеханических силовых приводов поступательного движения, состоящих из последовательно соединенных электродвигателя, редуктора, выходного звена, которое соединено с механизмом поступательного движения, при этом выходное звено размещено внутри демпфирующего цилиндра с установленными на нем датчиками положения выходного звена и с возможностью поступательного перемещения относительно демпфирующего цилиндра, при этом каждая нервюра содержит по одному электромеханическому силовому приводу поступательного движения.

Техническая сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг. 1 - схема предлагаемого адаптивного крыла; на фиг. 2 - конструктивная схема электромеханического силового привода поступательного движения.

Адаптивное крыло (фиг. 1) содержит центральный кессон 1, выполненный, например, в виде металлической балки, закрепленной одним концом на соответствующем участке корпуса летательного аппарата (конструкция летательного аппарата на чертеже не представлена), деформируемые с помощью силовых приводов 2 секционированные по размаху и образованные отдельными звеньями 3 носовую 4 и хвостовую 5 части, включающие жесткий каркас 6, состыкованный с центральным кессоном 1 и образующий совместно с ним аэродинамическую поверхность крыла, снабженную армированными эластомерными панелями 7, жестко связанными с каркасом 6 и размещенными соответственно на участках стыка звеньев 3 носовой 4 и хвостовой 5 частей крыла. Армированные эластомерные панели 7 и поверхность центрального кессона 1 покрыты монолитно с ними связанной предварительно растянутой эластичной пленкой 8. Звенья 3 носовой 4 и хвостовой 5 частей выполнены в виде совокупности нервюр 9 с гибкими кромками, состоящими из последовательных блоков 10 кинематической цепи, соединенных друг с другом посредством шарниров 11 и связанных стержневыми элементами 12, с возможностью вращения на шарнирах 11 на несмежных последовательных блоках, закрепленных на стрингерах 13, установленных параллельно центральному кессону 1 и закрепленных своими участками на соответствующих участках нервюр 9. Силовые приводы 2 (фиг. 2), закрепленные на центральном кессоне 1, выполнены в виде электромеханических силовых приводов поступательного движения, состоящих из последовательно соединенных электродвигателя 14, редуктора 15, выходного звена 16, который соединен с механизмом поступательного движения 17 (например, шариковинтовой передачей). Выходное звено 16 размещено внутри демпфирующего цилиндра 18 с установленными на нем датчиками положения выходного звена 19 и с возможностью поступательного перемещения относительно демпфирующего цилиндра 18, при этом каждая нервюра 9 содержит по одному электромеханическому силовому приводу 2 поступательного движения.

Адаптивное крыло работает следующим образом.

Один из последовательных блоков 10 кинематической цепи жестко соединен с центральным кессоном 1, в то время как все остальные последовательные блоки 10 кинематической цепи могут свободно вращаться вокруг шарниров 11, а стержневые элементы 12, вращающиеся на несмежных последовательных блоках 10, заставляют последовательные блоки 10 кинематической цепи вращаться на шарнирах 11.

Это создает конструкцию с одной степенью свободы: если вращение последовательного блока 10 у основания кинематической цепи прерывается, то прекращается изменение формы адаптивного крыла, с другой стороны, при вращении последовательного блока 10 у основания кинематической цепи, все остальные последовательные блоки 10 соответственно следуют за его движением, благодаря связанным стержневым элементам 12 и их шарнирам 11.

После приведения в действие электромеханического силового привода поступательного движения 2 все последовательные блоки 10 кинематической цепи приводятся в действие, таким образом изменяя внешнюю форму задней кромки. По окончании движения носовые 4 и хвостовые 5 части остаются стабильными под действием внешних аэродинамических нагрузок, за счет отсоединения выходного звена 16 от механизма поступательного движения 17 и соединения выходного звена 16 с демпфирующим цилиндром 18, в котором происходит демпфирование воспринимаемых аэродинамических нагрузок, при этом положение выходного звена 16 контролируется датчиками положения 19.

Таким образом, применение на каждой нервюре по одному приводу для отклонения носовой и хвостовой части позволяет сократить массу адаптивного крыла, а перенос воспринимаемых крылом нагрузок и вибраций, возникающих вследствие аэродинамических сил от механизма поступательного движения на внешний демпфирующий цилиндр электромеханического силового привода поступательного действия позволяет повысить ресурс и надежность элементов электропривода, в частности механизма поступательно движения.

Адаптивное крыло содержит кессон, стрингеры, носовую и хвостовую части, электромеханические силовые приводы для деформации этих частей, каждая из которых включает каркас, состыкованный с центральным кессоном. Аэродинамическая поверхность крыла образована армированными эластомерными панелями, связанными с каркасом и размещенными соответственно на участках стыка звеньев носовой и хвостовой частей крыла. Панели и поверхность кессона покрыты эластичной пленкой. Носовая и хвостовая части выполнены в виде совокупности нервюр с гибкими кромками, состоящими из последовательных блоков кинематической цепи, соединенных друг с другом посредством шарниров и связанных стержневыми элементами. Стрингеры установлены параллельно кессону и закреплены на соответствующих участках нервюр. Силовые приводы закреплены на кессоне. Изобретение направлено на повышение ресурса за счет снижения механических нагрузок. 2 ил.

Адаптивное крыло, содержащее центральный кессон, деформируемые с помощью силовых приводов секционированные по размаху и образованные отдельными звеньями носовую и хвостовую части, включающие жесткий каркас, состыкованный с центральным кессоном и образующий совместно с ним аэродинамическую поверхность крыла, снабженную армированными эластомерными панелями, жестко связанными с каркасом и размещенными соответственно на участках стыка звеньев носовой и хвостовой частей крыла, при этом армированные эластомерные панели и поверхность центрального кессона покрыты монолитно с ними связанной предварительно растянутой эластичной пленкой, а стенки армировки эластомерных панелей расположены по нормали к контуру профиля крыла, отличающееся тем, что носовая и хвостовая части адаптивного крыла выполнены в виде совокупности нервюр с гибкими кромками, состоящими из последовательных блоков кинематической цепи, соединенных друг с другом посредством шарниров и связанных стержневыми элементами, с возможностью вращения на шарнирах на несмежных последовательных блоках, закрепленных на стрингерах, установленных параллельно центральному кессону и закрепленных своими участками на соответствующих участках нервюр, а силовые приводы, закрепленные на центральном кессоне, выполнены в виде электромеханических силовых приводов поступательного движения, состоящих из последовательно соединенных электродвигателя, редуктора, выходного звена, которое соединено с механизмом поступательного движения, при этом выходное звено размещено внутри демпфирующего цилиндра с установленными на нем датчиками положения выходного звена с возможностью поступательного перемещения относительно демпфирующего цилиндра, при этом каждая нервюра содержит по одному электромеханическому силовому приводу поступательного движения.