ВЕРТИКАЛЬНОЕ ХВОСТОВОЕ ОПЕРЕНИЕ (ВАРИАНТЫ) И ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2020 года по МПК B64C5/10 B64C21/08 

Настоящее изобретение относится к вертикальному хвостовому оперению для летательного аппарата. Вертикальное хвостовое оперение выполнено с возможностью управления потоком, предпочтительно гибридного управления гибридным ламинарным потоком. Еще один аспект настоящего изобретения относится к летательному аппарату, содержащему такое вертикальное хвостовое оперение.

Вертикальное хвостовое оперение содержит внешнюю обшивку, камеру давления, впуск воздуха и выпуск воздуха. Предпочтительно, вертикальное хвостовое оперение дополнительно содержит множество конструкционных деталей, таких как элементы жесткости, для поддержания внешней обшивки изнутри. Дополнительно предпочтительным является, чтобы вертикальное хвостовое оперение состояло из вертикального стабилизатора и руля направления, установленного с возможностью поворота на вертикальном стабилизаторе.

Внешняя обшивка находится в контакте с наружным воздушным потоком и проходит между передней кромкой, обращенной к набегающему потоку, и задней кромкой. Дополнительно, внешняя обшивка имеет две противоположные боковые стороны и окружает внутреннее пространство. Внешняя обшивка дополнительно содержит пористую часть в области передней кромки для впуска воздуха сквозь внешнюю обшивку. Пористая часть может быть выполнена, например, в виде перфорированной панели обшивки или в виде панели обшивки, выполненной из пористого материала.

Камера давления расположена во внутреннем пространстве для поддержания повышенного давления или пониженного давления относительно давления наружного воздушного потока перед пористой частью. Камера давления соединена по текучей среде с пористой частью.

Впуск воздуха предусмотрен во внешней обшивке для впускания воздуха из наружного воздушного потока. Впуск воздуха соединен по текучей среде с камерой давления и выполнен с возможностью создания повышенного давления в камере давления во время полета соответствующего летательного аппарата, в результате чего воздух из камеры давления выходит сквозь пористую часть в наружный воздушный поток.

Выпуск воздуха предусмотрен во внешней обшивке для выпускания воздуха в наружный воздушный поток. Выпуск воздуха соединен по текучей среде с камерой давления и выполнен с возможностью создания пониженного давления в камере давления во время полета соответствующего летательного аппарата, так что воздух из наружного воздушного потока всасывается сквозь пористую часть в камеру давления. Предпочтительно, выпуск воздуха выполнен в виде подвижного щитка, который открыт или может быть открыт в направлении задней кромки.

Такие вертикальные хвостовые оперения известны в уровне техники. Впуск воздуха известных вертикальных хвостовых оперений часто выполнен в виде воздухозаборника, который выступает из внешней обшивки в наружный воздушный поток. Однако такой воздухозаборник приводит к дополнительному лобовому сопротивлению на вертикальном хвостовом оперении и снижает эффективность.

Таким образом, целью настоящего изобретения является предоставление вертикального хвостового оперения с уменьшенным лобовым сопротивлением и увеличенной эффективностью.

Эта цель достигается за счет того, что впуск воздуха выполнен в виде отверстия, которое размещено на одной боковой стороне внешней обшивки и которое выполнено заподлицо с внешней обшивкой, в частности с внешним обводом корпуса. Отверстие может быть выполнено в виде прорези во внешней обшивке с каналом, ведущим внутрь вертикального хвостового оперения. Таким образом, ни одна часть впуска воздуха не выступает из внешней обшивки в наружный воздушный поток, так что впуск воздуха не создает дополнительного лобового сопротивления, или, по меньшей мере, дополнительное лобовое сопротивление минимизировано.

Согласно предпочтительному варианту осуществления впуск воздуха содержит поворачивающуюся внутрь створку. Створка может поворачиваться между закрытым положением, при котором предотвращается прохождение наружного воздушного потока сквозь внешнюю обшивку внутрь вертикального хвостового оперения, и открытым положением, при котором наружный воздушный поток может проходить сквозь внешнюю обшивку внутрь вертикального хвостового оперения. В закрытом положении створка расположена заподлицо с внешней обшивкой, а в открытом положении образуется канал между створкой и краем отверстия, чтобы наружный воздушный поток проходил сквозь внешнюю обшивку внутрь вертикального хвостового оперения. Предпочтительно, канал направлен в сторону передней кромки. С помощью такой поворачивающейся внутрь створки впуск воздуха может быть открыт и закрыт, не выступая при этом из внешней обшивки в наружный воздушный поток.

В частности, предпочтительно, чтобы створка была установлена на вертикальном хвостовом оперении посредством шарнира. Шарнир расположен с той стороны створки, которая обращена к передней кромке, так что канал открывается в направлении передней кромки. Предпочтительно, шарнир имеет вертикальную ось шарнира. Таким образом, воздух наружного воздушного потока может затекать в канал без отклонения.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления, впуск воздуха содержит две противоположные боковые стенки, между которыми двигается створка при ее повороте между открытым и закрытым положениями. Боковые стенки проходят расходящимся образом относительно друг друга в направлении от передней кромки к задней кромке, т. е. вдоль канала от шарнира до входного канала. В частности, предпочтительно, чтобы боковые стенки проходили в форме волны в направлении от передней кромки к задней кромке, так что расстояние между боковыми стенками сначала увеличивается с увеличивающимся уклоном, а затем увеличивается с уменьшающимся уклоном. За счет такой геометрии боковых стенок могут быть достигнуты особенно выгодные массовый расход и условия обтекания.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления, впуск воздуха расположен дальше к корневой части вертикального хвостового оперения, чем пористая часть. Корневая часть относится к той части вертикального хвостового оперения, в которой вертикальное хвостовое оперение соединено или может быть соединено с фюзеляжем. Другими словами, впуск воздуха расположен ниже пористой части. Таким образом, впуск воздуха и пористая часть не создают помех друг другу.

Согласно еще одному предпочтительному варианту осуществления, впуск воздуха соединен с камерой давления посредством входного канала. Предпочтительно, входной канал проходит от впуска воздуха вверх к камере давления.

В частности, предпочтительно, чтобы выпуск воздуха был соединен с камерой давления посредством выходного канала. Предпочтительно, по меньшей мере части входного канала и выходного канала выполнены как единое целое. Таким образом, требуется минимальное количество конструктивных элементов и, соответственно, минимальный вес.

Еще один аспект настоящего изобретения относится к летательному аппарату, содержащему вертикальное хвостовое оперение согласно любому из описанных выше вариантов осуществления. Признаки и преимущества, упомянутые выше в отношении вертикального хвостового оперения, также относятся к летательному аппарату.

Таким образом, предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения описан более подробно с помощью чертежей. На чертежах изображено следующее:

на фиг. 1 изображен вид сбоку хвостовой части летательного аппарата согласно изобретению,

на фиг. 2 изображен подробный вид в разрезе впуска воздуха летательного аппарата по фиг. 1 со створкой в открытом положении,

на фиг. 3 изображен впуск воздуха по фиг. 2 со створкой в закрытом положении, и

на фиг. 4 изображен подробный вид в перспективе впуска воздуха, показанного на фиг. 2, со створкой в открытом положении.

На фиг. 1 изображен вариант осуществления летательного аппарата 1 согласно изобретению. Летательный аппарат 1 содержит фюзеляж 3, горизонтальное хвостовое оперение 5 и вертикальное хвостовое оперение 7 согласно варианту осуществления изобретения. Вертикальное хвостовое оперение 7 содержит вертикальный стабилизатор 9 и руль 11 направления, установленный с возможностью поворота на вертикальном стабилизаторе 9. Вертикальное хвостовое оперение 7 выполнено с возможностью гибридного управления ламинарным потоком и содержит внешнюю обшивку 13, камеру 15 давления, впуск 17 воздуха и выпуск 19 воздуха.

Внешняя обшивка 13 находится в контакте с наружным воздушным потоком 21 и проходит между передней кромкой 23 и задней кромкой 25. Дополнительно, внешняя обшивка 13 имеет две противоположные боковые стороны 27a, 27b и окружает внутреннее пространство 29. Внешняя обшивка 13 дополнительно содержит пористую часть 31 в области передней кромки 23 для впускания воздуха сквозь внешнюю обшивку 13.

Камера 15 давления расположена во внутреннем пространстве 29 для поддержания повышенного давления или пониженного давления относительно давления наружного воздушного потока 21 перед пористой частью 31. Камера 15 давления соединена по текучей среде с пористой частью 31.

Выпуск 19 воздуха расположен на внешней обшивке 13 для выпускания воздуха в наружный воздушный поток 21. Выпуск 19 воздуха соединен по текучей среде с камерой 15 давления и выполнен с возможностью создания во время полета соответствующего летательного аппарата 1 пониженного давления в камере 15 давления, так что воздух из наружного воздушного потока 21 всасывается сквозь пористую часть 31 в камеру 15 давления. Выпуск 19 воздуха содержит поворотный щиток 33, выполненный с возможностью открывания в направлении задней кромки 25.

Впуск 17 воздуха расположен во внешней обшивке 13 для впускания воздуха из наружного воздушного потока 21 в вертикальное хвостовое оперение 7. Впуск 17 воздуха соединен по текучей среде с камерой 15 давления и выполнен с возможностью создания повышенного давления в камере 15 давления во время полета соответствующего летательного аппарата 1, так что воздух из камеры 15 давления выходит сквозь пористую часть 31 в наружный воздушный поток 21. Впуск 17 воздуха выполнен в виде отверстия 35, которое расположено на одной боковой стороне 27a внешней обшивки 13 и которое выполнено заподлицо с внешней обшивкой 13.

Как показано на фиг. 2 и 3, впуск 17 воздуха содержит поворачивающуюся внутрь створку 37, которая может поворачиваться между закрытым положением 39 (фиг. 3), при котором предотвращается прохождение наружного воздушного потока 21 сквозь внешнюю обшивку 13 внутрь вертикального хвостового оперения 7, и открытым положением 41 (фиг. 2), при котором наружный воздушный поток 21 может проходить сквозь внешнюю обшивку 13 внутрь вертикального хвостового оперения 7. В закрытом положении 39 створка 37 расположена заподлицо с внешней обшивкой 13, а в открытом положении 41 образуется канал 43 между створкой 37 и краем 45 отверстия 35, чтобы наружный воздушный поток 21 проходил сквозь внешнюю обшивку 13 внутрь вертикального хвостового оперения 7. Створка 37 установлена на вертикальном хвостовом оперении 7 посредством шарнира 47. Шарнир 47 расположен с той стороны створки 37, которая обращена к передней кромке 23, так что канал 43 открывается в направлении передней кромки 23. Шарнир 47 имеет вертикальную ось 49 шарнира.

Как показано на фиг. 1, впуск 17 воздуха расположен дальше к корневой части 51 вертикального хвостового оперения 7, чем пористая часть 31. Впуск 17 воздуха соединен с камерой 15 давления посредством входного канала 53, который проходит от впуска 17 воздуха вверх к камере 15 давления. Выпуск 19 воздуха соединен с камерой 15 давления посредством выходного канала 55. Широкие части входного канала 53 и выходного канала 55 выполнены как единое целое. На фиг. 1 впуск 17 воздуха и выпуск 19 воздуха расположены на одной и той же боковой стороне 27a, однако они также могут быть расположены на противоположных боковых сторонах 27a, 27b.

Как показано на фиг. 4, впуск 17 воздуха содержит две противоположные боковые стенки 57a, 57b, которые проходят расходящимся образом в направлении от передней кромки 23 к задней кромке 25. Боковые стенки 57a, 57b проходят в форме волны в направлении от передней кромки 23 к задней кромке 25, так что расстояние между боковыми стенками 57a, 57b сначала увеличивается с увеличивающимся уклоном, а затем увеличивается с уменьшающимся уклоном.

Вертикальное хвостовое оперение (7) для управления потоком содержит внешнюю обшивку (13), находящуюся в контакте с наружным воздушным потоком (21). Внешняя обшивка (13) с двумя противоположными боковыми сторонами (27a, 27b) проходит между передней кромкой (23) и задней кромкой (25) и окружает внутреннее пространство (29). Внешняя обшивка (13) содержит пористую часть (31) в области передней кромки (23), камеру (15) давления, расположенную во внутреннем пространстве (29). Камера (15) давления соединена по текучей среде с пористой частью (31), впуск (17) воздуха, предусмотренный во внешней обшивке (13), соединен по текучей среде с камерой (15) давления, а выпуск (19) воздуха, предусмотренный во внешней обшивке (13), соединен по текучей среде с камерой (15) давления. Впуск (17) воздуха выполнен в виде отверстия (35), которое расположено на одной боковой стороне (27a) внешней обшивки (13) и которое выполнено заподлицо с внешней обшивкой (13). Летательный аппарат характеризуется использованием вариантов вертикального хвостового оперения. Группа изобретений направлена на уменьшение лобового сопротивления и увеличение эффективности. 4 н. и 26 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Вертикальное хвостовое оперение (7) для управления потоком, содержащее:

внешнюю обшивку (13), находящуюся в контакте с наружным воздушным потоком (21), причем внешняя обшивка (13) с двумя противоположными боковыми сторонами (27a, 27b) проходит между передней кромкой (23) и задней кромкой (25) и окружает внутреннее пространство (29), и при этом внешняя обшивка (13) содержит пористую часть (31) в области передней кромки (23),

камеру (15) давления, расположенную во внутреннем пространстве (29), причем камера (15) давления соединена по текучей среде с пористой частью (31),

впуск (17) воздуха, предусмотренный во внешней обшивке (13), причем впуск (17) воздуха соединен по текучей среде с камерой (15) давления и выполнен с возможностью создания повышенного давления в камере (15) давления таким образом, что воздух выходит сквозь пористую часть (31) в наружный воздушный поток (21), и

выпуск (19) воздуха, предусмотренный во внешней обшивке (13), причем выпуск (19) воздуха соединен по текучей среде с камерой (15) давления и выполнен с возможностью создания пониженного давления в камере (15) давления таким образом, что воздух наружного воздушного потока (21) засасывается сквозь пористую часть (31),

отличающееся тем, что

впуск (17) воздуха выполнен в виде отверстия (35), которое расположено на одной боковой стороне (27a) внешней обшивки (13) и которое выполнено заподлицо с внешней обшивкой (13) в любом положении впуска (17) воздуха.

2. Вертикальное хвостовое оперение по п. 1, в котором впуск (17) воздуха содержит поворачивающуюся внутрь створку (37), причем створка (37) может поворачиваться между закрытым положением (39), при котором предотвращается прохождение наружного воздушного потока (21) сквозь внешнюю обшивку (13) внутрь вертикального хвостового оперения (7), и открытым положением (41), при котором наружный воздушный поток (21) может проходить сквозь внешнюю обшивку (13) внутрь вертикального хвостового оперения (7), и при этом в закрытом положении (39) створка (37) расположена заподлицо с внешней обшивкой (13), а в открытом положении (41) образуется канал (43) между створкой (37) и краем (45) отверстия (35) для прохождения наружного воздушного потока (21) сквозь внешнюю обшивку (13) внутрь вертикального хвостового оперения (7).

3. Вертикальное хвостовое оперение по п. 2, в котором створка (37) установлена на вертикальном хвостовом оперении (7) посредством шарнира (47), причем шарнир (47) расположен с той стороны створки (37), которая обращена к передней кромке (23).

4. Вертикальное хвостовое оперение по п. 3, в котором шарнир (47) имеет вертикальную ось (49) шарнира.

5. Вертикальное хвостовое оперение по любому из пп. 1-4, в котором впуск (17) воздуха имеет две противоположные боковые стенки (57a, 57b), которые проходят с расхождением в направлении от передней кромки (23) к задней кромке (25).

6. Вертикальное хвостовое оперение по п. 5, в котором боковые стенки (57a, 57b) проходят в форме волны в направлении от передней кромки (23) к задней кромке (25) таким образом, что расстояние между боковыми стенками (57a, 57b) сначала увеличивается с увеличивающимся уклоном, а затем увеличивается с уменьшающимся уклоном.

7. Вертикальное хвостовое оперение по любому из пп. 1-6, в котором впуск (17) воздуха расположен дальше к корневой части (51) вертикального хвостового оперения (7), чем пористая часть (31).

8. Вертикальное хвостовое оперение по любому из пп. 1-7, в котором впуск (17) воздуха соединен с камерой (15) давления посредством входного канала (53).

9. Вертикальное хвостовое оперение по п. 8, в котором выпуск (19) воздуха соединен с камерой (15) давления посредством выходного канала (55).

10. Вертикальное хвостовое оперение по п. 9, в котором по меньшей мере части входного канала (53) и выходного канала (55) выполнены как единое целое.

11. Вертикальное хвостовое оперение (7) для управления потоком, содержащее:

внешнюю обшивку (13), находящуюся в контакте с наружным воздушным потоком (21), причем внешняя обшивка (13) с двумя противоположными боковыми сторонами (27a, 27b) проходит между передней кромкой (23) и задней кромкой (25) и окружает внутреннее пространство (29), и при этом внешняя обшивка (13) содержит пористую часть (31) в области передней кромки (23),

камеру (15) давления, расположенную во внутреннем пространстве (29), причем камера (15) давления соединена по текучей среде с пористой частью (31),

впуск (17) воздуха, предусмотренный во внешней обшивке (13), причем впуск (17) воздуха соединен по текучей среде с камерой (15) давления и выполнен с возможностью создания повышенного давления в камере (15) давления таким образом, что воздух выходит сквозь пористую часть (31) в наружный воздушный поток (21), и

выпуск (19) воздуха, предусмотренный во внешней обшивке (13), причем выпуск (19) воздуха соединен по текучей среде с камерой (15) давления и выполнен с возможностью создания пониженного давления в камере (15) давления таким образом, что воздух наружного воздушного потока (21) засасывается сквозь пористую часть (31),

отличающееся тем, что

впуск (17) воздуха выполнен в виде отверстия (35), которое расположено на одной боковой стороне (27a) внешней обшивки (13) ниже пористой части (31) и которое выполнено заподлицо с внешней обшивкой (13).

12. Вертикальное хвостовое оперение по п. 11, в котором впуск (17) воздуха содержит поворачивающуюся внутрь створку (37), причем створка (37) может поворачиваться между закрытым положением (39), при котором предотвращается прохождение наружного воздушного потока (21) сквозь внешнюю обшивку (13) внутрь вертикального хвостового оперения (7), и открытым положением (41), при котором наружный воздушный поток (21) может проходить сквозь внешнюю обшивку (13) внутрь вертикального хвостового оперения (7), и при этом в закрытом положении (39) створка (37) расположена заподлицо с внешней обшивкой (13), а в открытом положении (41) образуется канал (43) между створкой (37) и краем (45) отверстия (35) для прохождения наружного воздушного потока (21) сквозь внешнюю обшивку (13) внутрь вертикального хвостового оперения (7).

13. Вертикальное хвостовое оперение по п. 12, в котором створка (37) установлена на вертикальном хвостовом оперении (7) посредством шарнира (47), причем шарнир (47) расположен с той стороны створки (37), которая обращена к передней кромке (23).

14. Вертикальное хвостовое оперение по п. 13, в котором шарнир (47) имеет вертикальную ось (49) шарнира.

15. Вертикальное хвостовое оперение по любому из пп. 11-14, в котором впуск (17) воздуха имеет две противоположные боковые стенки (57a, 57b), которые проходят с расхождением в направлении от передней кромки (23) к задней кромке (25).

16. Вертикальное хвостовое оперение по п. 15, в котором боковые стенки (57a, 57b) проходят в форме волны в направлении от передней кромки (23) к задней кромке (25) таким образом, что расстояние между боковыми стенками (57a, 57b) сначала увеличивается с увеличивающимся уклоном, а затем увеличивается с уменьшающимся уклоном.

17. Вертикальное хвостовое оперение по любому из пп. 11-16, в котором впуск (17) воздуха расположен дальше к корневой части (51) вертикального хвостового оперения (7), чем пористая часть (31).

18. Вертикальное хвостовое оперение по любому из пп. 11-17, в котором впуск (17) воздуха соединен с камерой (15) давления посредством входного канала (53).

19. Вертикальное хвостовое оперение по п. 18, в котором выпуск (19) воздуха соединен с камерой (15) давления посредством выходного канала (55).

20. Вертикальное хвостовое оперение по п. 19, в котором по меньшей мере части входного канала (53) и выходного канала (55) выполнены как единое целое.

21. Вертикальное хвостовое оперение (7) для управления потоком, содержащее:

внешнюю обшивку (13), находящуюся в контакте с наружным воздушным потоком (21), причем внешняя обшивка (13) с двумя противоположными боковыми сторонами (27a, 27b) проходит между передней кромкой (23) и задней кромкой (25) и окружает внутреннее пространство (29), и при этом внешняя обшивка (13) содержит пористую часть (31) в области передней кромки (23),

камеру (15) давления, расположенную во внутреннем пространстве (29), причем камера (15) давления соединена по текучей среде с пористой частью (31),

впуск (17) воздуха, предусмотренный во внешней обшивке (13), причем впуск (17) воздуха соединен по текучей среде с камерой (15) давления и выполнен с возможностью создания повышенного давления в камере (15) давления таким образом, что воздух выходит сквозь пористую часть (31) в наружный воздушный поток (21), и

выпуск (19) воздуха, предусмотренный во внешней обшивке (13), причем выпуск (19) воздуха соединен по текучей среде с камерой (15) давления и выполнен с возможностью создания пониженного давления в камере (15) давления таким образом, что воздух наружного воздушного потока (21) засасывается сквозь пористую часть (31),

отличающееся тем, что

впуск (17) воздуха выполнен в виде отверстия (35), которое расположено на одной боковой стороне (27a) внешней обшивки (13) и которое выполнено заподлицо с внешней обшивкой (13), и при этом впуск (17) воздуха содержит поворачивающуюся внутрь створку (37), причем створка (37) может поворачиваться между закрытым положением (39), при котором предотвращается прохождение наружного воздушного потока (21) сквозь внешнюю обшивку (13) внутрь вертикального хвостового оперения (7), и открытым положением (41), при котором наружный воздушный поток (21) может проходить сквозь внешнюю обшивку (13) внутрь вертикального хвостового оперения (7), и при этом в закрытом положении (39) створка (37) расположена заподлицо с внешней обшивкой (13), а в открытом положении (41) образуется канал (43) между створкой (37) и краем (45) отверстия (35) для прохождения наружного воздушного потока (21) сквозь внешнюю обшивку (13) внутрь вертикального хвостового оперения (7).

22. Вертикальное хвостовое оперение по п. 21, в котором створка (37) установлена на вертикальном хвостовом оперении (7) посредством шарнира (47), причем шарнир (47) расположен с той стороны створки (37), которая обращена к передней кромке (23).

23. Вертикальное хвостовое оперение по п. 22, в котором шарнир (47) имеет вертикальную ось (49) шарнира.

24. Вертикальное хвостовое оперение по любому из пп. 21-23, в котором впуск (17) воздуха имеет две противоположные боковые стенки (57a, 57b), которые проходят с расхождением в направлении от передней кромки (23) к задней кромке (25).

25. Вертикальное хвостовое оперение по п. 24, в котором боковые стенки (57a, 57b) проходят в форме волны в направлении от передней кромки (23) к задней кромке (25) таким образом, что расстояние между боковыми стенками (57a, 57b) сначала увеличивается с увеличивающимся уклоном, а затем увеличивается с уменьшающимся уклоном.

26. Вертикальное хвостовое оперение по любому из пп. 21-25, в котором впуск (17) воздуха расположен дальше к корневой части (51) вертикального хвостового оперения (7), чем пористая часть (31).

27. Вертикальное хвостовое оперение по любому из пп. 21-26, в котором впуск (17) воздуха соединен с камерой (15) давления посредством входного канала (53).

28. Вертикальное хвостовое оперение по п. 27, в котором выпуск (19) воздуха соединен с камерой (15) давления посредством выходного канала (55).

29. Вертикальное хвостовое оперение по п. 28, в котором по меньшей мере части входного канала (53) и выходного канала (55) выполнены как единое целое.

30. Летательный аппарат (1), содержащий вертикальное хвостовое оперение (7) по любому из пп. 1-29.