УТОПЛЕННЫЙ ДОЗВУКОВОЙ ВОЗДУХОЗАБОРНИК Российский патент 2024 года по МПК B64D33/02 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к воздухозаборникам (далее - ВЗ) для обеспечения забортным воздухом силовых установок летательных аппаратов (далее - ЛА). Преимущественной областью применения изобретения являются ЛА с максимальным числом Маха не более 0,5.

Создание малозаметного в радиолокационном-диапазоне (далее - РЛ) ЛА подразумевает, что форма всех его элементов способствует снижению уровня эффективной площади рассеяния (далее - ЭПР) ЛА. Это относится и к форме входа ВЗ для обеспечения забортным воздухом силовых установок ЛА. Для достижения желаемого результата все кромки ВЗ должны иметь стреловидность, лежать в одной плоскости и быть параллельны каким-либо элементам ЛА (кромкам крыла, оперения и др.). В сочетании с указанными факторами наибольший эффект снижения РЛ-заметности достигается при применении утопленного ВЗ, т.е. воздухозаборника, вход в который выполнен заподлицо с поверхностью фюзеляжа ЛА.

Создание такого дозвукового ВЗ, обладающего устойчивой работой и необходимыми внутренними характеристиками во всем диапазоне чисел Маха применения самолета и режимов работы двигателя, является нетривиальной задачей.

Известен утопленный воздухозаборник NACA, выполненный в виде расширяющего лотка, боковые поверхности которого на виде в плане имеют S-образную форму, а кромка обечайки перпендикулярна набегающему потоку (An experimental investigation of the design variables for NACA submerged duct entrances, Emmet A. Mossman and Lauros M. Randall, NACA research memorandum, 1948 г.). Недостатком такого воздухозаборника является несоответствие перечисленным выше требованиям к формообразованию входа с целью снижения РЛ-заметности, кроме того при обтекания воздухом вдоль боковых поверхностей входа образуются два вихря, что приводит к снижению полного давления и увеличению неравномерности на входе в двигатель.

Из уровня техники также известен утопленный воздухозаборник (US 4378097, 29.03.1983), имеющий прямоугольную форму лотка на виде в плане со скругленными ребрами лотка и кромки обечайки, при этом за счет скругления ребер, образованных пересечением боковых поверхностей и нижней поверхностью лотка, обеспечивается круглая форма канала в области горла.

Данный воздухозаборник был взят в качестве наиболее близкого аналога к заявленному изобретению.

Недостатками наиболее близкого аналога являются наличие прямых углов между боковыми поверхностями и нижней поверхностью лотка, значительные скругления боковых кромок лотка, а также прямая скругленная кромка обечайки, перпендикулярная набегающему потоку. Все указанные особенности геометрии воздухозаборника противоречат требованиям к формообразованию входа воздухозаборника с целью снижения РЛ-заметности ЛА.

Задачей заявленного изобретения является устранение недостатков известного уровня техники.

Техническим результатом заявленного изобретения является:

- обеспечение устойчивой работы силовой установки с потребным коэффициентом восстановления полного давления на входе в двигатель и суммарной неоднородностью потока ниже максимально допустимой величины;

- снижение РЛ-заметности ЛА.

Снижение РЛ-заметности ЛА подразумевает, что форма всех его элементов способствует снижению уровня эффективной площади рассеяния ЛА. Это относится и к форме входа ВЗ для обеспечения забортным воздухом силовых установок ЛА.

Заявленный технический результат достигается утопленным дозвуковым ВЗ, расположенном на верхней плоской поверхности ЛА, содержащим входную часть, представляющую собой лоток с обечайкой, горло (сечение канала с минимальной площадью) и диффузор. Плоская поверхность ЛА, на которой расположена входная часть ВЗ, имеет отрицательный угол относительно впередилежащей поверхности, что обеспечивает экранирование входа ВЗ фюзеляжем на виде спереди до угла возвышения, соответствующего углу между упомянутой впередилежащей поверхностью и поверхностью, на которой расположен вход в ВЗ. На виде сверху лоток совместно с обечайкой образуют пятиугольник. Боковые кромки, образованные пересечением поверхности ЛА и боковых поверхностей лотка ориентированы под углом к набегающему потоку так, что лоток на виде сверху расширяется, при этом боковые поверхности выполнены винтообразными, что позволяет при наличии незакругленных боковых кромок у лотка исключить вихреобразование при втекании воздуха в ВЗ. Образующая у боковых поверхностей лотка в начале лотка совпадает с плоской поверхностью ЛА и горизонтальна, а в месте, где начинается обечайка канала ВЗ, уже имеет угол относительно вертикали порядка 30°…40°. Для обеспечения потребной площади горла лоток на виде сверху имеет сужение до горла от дистанции, где начинается кромка обечайки. Обечайка на виде сверху имеет излом посередине с образованием выреза, что исключает наличие кромок, перпендикулярных набегающему потоку.

В обечайке также могут быть выполнены отверстия произвольной формы, обеспечивающие расширение диапазона устойчивой работы ВЗ.

Исходя из компоновочных требований кромка обечайки ВЗ может быть выполнена клиновидной или в виде клиновидных зубьев, что не противоречит требованию снижения РЛ-заметности ЛА.

Экранирование фюзеляжем на виде спереди входа ВЗ, наличие винтообразных боковых поверхностей лотка, исключающих прямые углы между боковыми поверхностями лотка и его нижней поверхностью, а также отсутствие перпендикулярных набегающему потоку кромок у обечайки способствует снижению РЛ-заметности ЛА, при этом обеспечивается безвихревое втекание в ВЗ, что положительно сказывается на его характеристиках.

Далее более подробно заявленное изобретение поясняется чертежами, на которых:

на фиг. 1 представлен общий вид утопленного воздухозаборника на примере осуществления;

на фиг. 2 представлен то же пример, вид сбоку;

на фиг. 3 представлен то же пример, вид сверху;

на фиг. 4 представлены сечения канала воздухозаборника на примере осуществления;

на фиг.5 представлено втекание воздуха в воздухозаборник по тому же примеру, вид сверху.

Воздухозаборник расположен на верхней поверхности фюзеляжа (1) ЛА. Входная часть ВЗ образована лотком, который состоит из боковых поверхностей (2) и нижней поверхности (3), и обечайкой (4). Лоток и обечайка (4) выполнены заподлицо с верхней поверхностью (5) ЛА. Вход ВЗ на виде сверху имеет пятиугольную форму, симметричную относительно плоскости симметрии ЛА. Поверхность (5) ЛА, на которой расположен вход ВЗ, имеет отрицательный угол α относительно впередилежащей поверхности (6) ЛА. Боковые кромки лотка (7), образованные пересечением поверхности (5) ЛА и боковыми поверхностями лотка (2), ориентированы так, чтобы лоток расширялся в сторону канала ВЗ, при этом боковые поверхности лотка (2) выполнены с помощью линейчатых винтообразных поверхностей, у которых образующая (8) линейчатой поверхности в начале лотка горизонтальна и лежит на поверхности (5) ЛА, окружающей вход, а в районе обечайки образующая (9) имеет угол относительно вертикали 30°…40°. Кромка обечайки (10) имеет излом посередине, образуя вырез. Обечайка (4) совместно с лотком образуют первое замкнутое сечение канала, близкое по форме к трапеции. Для обеспечения потребной площади горла лоток на виде сверху имеет сужение до горла (11) от дистанции, где начинается кромка обечайки (10). Кромка обечайки (10) может быть выполнена клиновидной или в виде клиновидных зубьев. В дозвуковом диффузоре (12) могут быть выполнены отверстия, закрывающиеся створками.

Заявляемый ВЗ работает следующим образом.

Потребные характеристики ВЗ обеспечиваются за счет площади горла (11), при которой во всем канале ВЗ реализуется дозвуковая скорость потока и такой конфигурации входа в ВЗ, которая обеспечивает безвихревое втекание в ВЗ.

В диапазоне полетных числе Маха, воздух, обтекающий фюзеляж (1), попадает в ВЗ, в т.ч. в ВЗ попадает пограничный слой, образующийся на фюзеляже. В силу небольших скоростей набегающего потока пограничный слой незначительно снижает коэффициент восстановления полного давления σ на входе в двигатель при условии отсутствия отрывов пограничного слоя на входе и в канале ВЗ (σ=0,94…0,97 в зависимости от числа М). Основной задачей изобретения было адаптировать форму входа ВЗ в соответствии с требованиями к формообразованию для снижения РЛ-заметности ЛА без ухудшения характеристик ВЗ.

При максимальном расходе воздуха через двигатель струйка воздуха, захватываемая ВЗ, имеет площадь больше площади входа в ВЗ, поэтому боковые ребра лотка обтекаются под некоторым углом (см. фиг.5). У воздухозаборника типа NACA при отсутствии достаточного скругления боковых ребер лотка в сочетании с вертикально ориентированными боковыми поверхностями вдоль этих поверхностей образуется вихрь, попадающий в канал ВЗ, что ухудшает характеристики самого ВЗ. Введение существенного скругления боковых кромок лотка для исключения вихреобразования способствует увеличению РЛ-заметности ЛА, поэтому в заявленном ВЗ боковые поверхности выполнены в виде линейчатой винтообразной поверхности с сохранением выраженных боковых ребер лотка. Реализация у лотка указанных винтообразных поверхностей исключает вихреобразование на входе ВЗ и позволяет обеспечить потребные характеристики ВЗ.

Для увеличения диапазона устойчивой работы при дросселировании ВЗ на числах М=0,4…0,5 и улучшения характеристик ВЗ в стартовых условиях в диффузоре могут быть выполнены отверстия, закрывающиеся створками (створки подпитки-перепуска).

Обеспечивая потребные внутренние газодинамические характеристики, конфигурация ВЗ и его расположение на ЛА способствует снижению РЛ-заметности ЛА, на котором он установлен. Такой эффект достигается за счет расположения ВЗ на верхней поверхности ЛА, имеющий отрицательный угол относительно впередилежащей поверхности, наличия стреловидности у кромки обечайки, отсутствия прямых углов между поверхностями лотка и скруглений его кромок. Ориентация упомянутых элементов выбирается так, чтобы количество направлений, в которых отражается РЛ сигнал от ЛА, было минимальным.

Таким образом, приведенная выше форма утопленного ВЗ обеспечивает достижение заявленного технического результата, а именно снижение РЛ-заметности ЛА, на котором размещен ВЗ, с обеспечением устойчивой работы силовой установки с потребными значениями коэффициента восстановления полного давления на входе в двигатель и суммарной неоднородностью потока ниже максимально допустимой величины.

Изобретение относится к воздухозаборникам для летательных аппаратов. Утопленный дозвуковой воздухозаборник, вход в который выполнен заподлицо с поверхностью (5) летательного аппарата, содержит входную часть, горло и диффузор. Входная часть образована с помощью лотка (4), обечайки и поверхности летательного аппарата, причем лоток состоит из боковых поверхностей (2) и нижней поверхности (3). Поверхность (5), на которой расположен вход воздухозаборника, имеет отрицательный угол относительно впередилежащей поверхности. На виде в плане вход воздухозаборника имеет пятиугольную форму, симметричную относительно вертикальной плоскости, параллельной плоскости симметрии летательного аппарата. Достигается повышение устойчивости работы силовой установки. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Утопленный дозвуковой воздухозаборник, вход в который выполнен заподлицо с поверхностью летательного аппарата, содержащий входную часть, горло и диффузор, при этом входная часть образована с помощью лотка, обечайки и поверхности летательного аппарата, отличающийся тем, что вход в воздухозаборник расположен на верхней поверхности летательного аппарата, при этом поверхность, на которой расположен вход воздухозаборника, имеет отрицательный угол относительно впередилежащей поверхности, на виде в плане вход воздухозаборника имеет пятиугольную форму, симметричную относительно вертикальной плоскости, параллельной плоскости симметрии летательного аппарата, боковые кромки лотка, образованные пересечением поверхности летательного аппарата и боковыми поверхностями лотка, ориентированы так, чтобы лоток расширялся в сторону канала воздухозаборника, боковые линейчатые поверхности лотка имеют винтообразную форму, а кромка обечайка имеет излом посередине с образованием выреза.

2. Утопленный дозвуковой воздухозаборник по п. 1, отличающийся тем, что обечайка выполнена клиновидной.

3. Утопленный дозвуковой воздухозаборник по п. 1, отличающийся тем, что обечайка выполнена в виде клиновидных зубьев.

4. Утопленный дозвуковой воздухозаборник по п. 1, отличающийся тем, что в диффузоре выполнены отверстия, закрывающиеся створками.