Бипланное крыло с улучшенными аэродинамическими характеристиками Российский патент 2025 года по МПК B64C3/00 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности разделам аэродинамики, самолетостроения, и преимущественно может быть использовано на летательных аппаратах для улучшения аэродинамических характеристик при применении крыла бипланной схемы. К заявленному бипланному крылу наиболее близкими являются Патент №59180, Класс 62 В, 5, автор Р.З. Кавтарадзе «Самолет типа биплан», дата публикации 28.02.1941 г., и патент РФ №2060912 С1 «Способ улучшения аэродинамических характеристик бипланного крыла», авторы: Широков И.А., Татарников А.П., Ермолаев В.А. и Чичикайло В.В., 27.05.1996 г. Этот патент принимается за прототип. Конструктивно бипланное крыло прототип представляет собой механизм, осуществляющий постоянное отслеживание наивыгоднейшего положения верхней плоскости относительно нижней в соответствии с балансировочным положением ручки управления самолетом с целью расширения рабочего диапазона углов атаки за счет увеличения аэродинамического качества. Техническое рассмотрение и инженерный анализ бипланного крыла-прототипа по патенту РФ №2060912 С1 показал, что бипланное крыло-прототип имеет ряд недостатков, в том числе:

- сложность, а значит пониженная надежность конструкции механизма перемещения верхнего крыла, основным требованием к которому является синхронная работа и повышенный ресурс как минимум трех (один по центру бипланного крыла и два на его концах) механизмов привода (типа МП-100), установленного на нижнем крыле, телескопических тяг и тяг постоянной длины;

- увеличение массы бипланного крыла из-за использования в конструкции механизмов привода (типа МП-100) и тяг;

- увеличение трудозатрат при строительстве самолета с таким бипланным крылом и, как следствие, увеличение его стоимости;

- наличие в конструкции как минимум трех механизмов привода (типа МП-100) потребует дополнительных источников энергопитания, что также повлияет на массу ЛА (летательного аппарата) и на его стоимость.

Предлагаемое бипланное крыло поясняется фигурами, где на фиг. 1 изображены профили (их относительные габариты) нижней, обозначена цифрой 1, и верхней, обозначена цифрой 2, плоскостей бипланного крыла, а также их фиксированное по всему размаху взаимное расположение относительно друг друга. Для нижней плоскости выбирается профиль с большой относительной толщиной (17-21%) и кривизной его средней линии около 4% на 35-40% средней аэродинамической хорды. Для верхней плоскости выбирается профиль, хорда которого приблизительно в два раза меньше хорды нижней плоскости с небольшими эффективными числами Рейнольдса и с высоким значением рабочих максимальных углов атаки. Место расположения верхней плоскости относительно нижней выбирается из условия обеспечения ей наивыгоднейшего угла атаки, к вектору скорости местного набегающего воздушного потока при расположении нижней плоскости под наивыгоднейшим углом атаки к вектору скорости невозмущенного воздушного потока. При этом нижняя поверхность верхней плоскости и верхняя поверхность нижней плоскости образуют между собой сужающийся канал, а расстояние между ними выбирается из условия отсутствия взаимодействия их пограничных слоев. Вынос верхней плоскости вперед относительно нижней выбирается так, чтобы хвостик профиля верхней плоскости находился над точкой максимальной толщины профиля нижней плоскости.

На фиг. 2 показан вид спереди и вид сбоку на бипланное крыло, где цифрой 3 показаны концевые силовые элементы, выполненные в виде шайб, соединяющих законцовки верхней и нижней консолей. Цифрой 4 обозначены пирамидальные стойки, жестко соединяющие середину верхней плоскости с нижней или с фюзеляжем 5, как это показано на виде спереди. Кроме этого, на фиг. 1 и фиг. 2 имеются обозначения: НП - направление полета, W∞ - вектор воздействия встречного невозмущенного потока на бипланное крыло.

Сущность изобретения и основное отличие от бипланного крыла прототипа заключается в зафиксированном положении верхней плоскости бипланного крыла относительно нижней, при этом обеспечивается их взаимоположительная интерференция путем подбора форм, размеров, установочного угла между хордами этих плоскостей, выноса вперед верхней плоскости относительно нижней с целью улучшения его аэродинамических характеристик, упрощения и удешевление конструкции крыла и снижения его веса. Предложенная компоновка бипланного крыла обеспечивает увеличение рабочего диапазона углов атаки до α=19° - 20° за счет безотрывного обтекания из-за разгона потока в сужающемся канале между верхней и нижней плоскостями, а так же за счет этого рост Су max. до Су=2,6-2,9 на взлете и посадке без использования механизации крыла. Эти значения Су были подтверждены в ходе полетов на самолете с крылом аналогичной компоновки. Наличие таких полученных аэродинамических характеристик, упрощение конструкции крыла и уменьшение его массы предполагает снижение взлетно-посадочных скоростей и уменьшение длины разбега и пробега на взлете и посадке или увеличение полезной нагрузки. Угол между линиями хорд верхнего и нижнего крыла составляет порядка -6° - -8°. Этот угол подбирается в ходе продувок модели бипланного крыла в аэродинамической трубе или в ходе летного эксперимента. При этом главным критерием будет рост максимального аэродинамического качества бипланного крыла. Из Фиг. 1 видно, что из-за обтекания верхнего крыла потоком, вектор скорости которого имеет некоторый угол к вектору невозмущенного набегающего потока, проекция горизонтальной составляющей X от полной аэродинамической силы Rверхн. на вектор невозмущенного набегающего потока W∞ становится значительно меньше, что обеспечивает уменьшение лобового сопротивления бипланного крыла по сравнению с сопротивлением суммы этих изолированных крыльев, что дает прирост максимального аэродинамического качества на 10-15%. Кроме этого, силовые шайбы 4, связывающие законцовки верхней и нижней плоскостей, ограничивают перетекание воздуха из под их нижней поверхности на верхнюю, что препятствует вихреобразованию и уменьшает индуктивное сопротивление бипланного крыла.

Заявленное бипланное крыло представляет более простую конструкцию, с меньшей массой и стоимостью при таких же высоких аэродинамических и летных характеристиках за счет подбора аэродинамических профилей верхней и нижней плоскостей, соединенных концевыми шайбами, а также выбора размеров их хорд и взаимовыгодной компоновки.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности разделам аэродинамики, самолетостроения, и преимущественно может быть использовано на летательных аппаратах для улучшения аэродинамических характеристик при применении крыла бипланной схемы. Бипланное крыло состоит из нижней и верхней плоскостей, имеющих законцовки, соединенные концевыми силовыми шайбами. При этом указанные плоскости имеют фиксированное взаимное расположение относительно друг друга. Причем нижняя плоскость имеет профиль с относительной толщиной (17-21%) и кривизной его средней линии около 4% на 35-40% его средней аэродинамической хорды, а верхняя плоскость имеет профиль, хорда которого приблизительно в два раза меньше хорды нижней плоскости, а угол между линиями хорд верхнего и нижнего крыла составляет порядка -6° - -8°. При этом нижняя поверхность верхней плоскости и верхняя поверхность нижней плоскости образуют между собой сужающийся канал, в котором расстояние между плоскостями выбирается из условия отсутствия взаимодействия их пограничных слоев. При этом верхняя плоскость вынесена вперед относительно нижней так, чтобы хвостик профиля верхней плоскости находился над точкой максимальной толщины профиля нижней плоскости. Изобретение имеет более простую конструкцию с меньшей массой и стоимостью при таких же высоких аэродинамических и летных характеристиках. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Бипланное крыло, состоящее из нижней и верхней плоскостей, имеющих законцовки, соединенные концевыми силовыми шайбами, при этом указанные плоскости имеют фиксированное взаимное расположение относительно друг друга, причем нижняя плоскость имеет профиль с относительной толщиной (17-21%) и кривизной его средней линии около 4% на 35-40% его средней аэродинамической хорды, а верхняя плоскость имеет профиль, хорда которого приблизительно в два раза меньше хорды нижней плоскости, а угол между линиями хорд верхнего и нижнего крыла составляет порядка -6° - -8°, при этом нижняя поверхность верхней плоскости и верхняя поверхность нижней плоскости образуют между собой сужающийся канал, в котором расстояние между плоскостями выбирается из условия отсутствия взаимодействия их пограничных слоев, при этом верхняя плоскость вынесена вперед относительно нижней так, чтобы хвостик профиля верхней плоскости находился над точкой максимальной толщины профиля нижней плоскости.

2. Бипланное крыло по п.1, в котором концевые силовые шайбы, соединяющие законцовки верхнего и нижнего крыла, имеют угол между своей плоскостью и верхней поверхностью нижнего крыла порядка 130° - 140°.