Спосіб керування примежовим шаром аеродинамічного профілю та поверхня для його формування
Номер патенту: 51008
Опубліковано: 15.11.2002
Формула / Реферат
1. Спосіб керування примежовим шаром аеродинамічною профілю, який включає формування обтічного потоку в вигляді повздовжніх струменів, який відрізняється тим, що на поздовжні струмені, які сформувалися, впливають поперечним магнітним полем.
2. Поверхня аеродинамічного профілю для керування примежовим шаром, що містить встановлені вздовж потоку ребра, яка відрізняється тим, що ребра, які складають поверхню, виконані з магнітного матеріалу і розміщені так, що протилежні боки ребер утворені різнойменними полюсами магнітів, причому північні магнітні полюси ребер повернуті до фюзеляжу.
Текст
1 Спосіб керування примежовим шаром аеродинамічною профілю, який включає формування обтічного потоку в вигляді повздовжніх струменів, який відрізняється тим, що на поздовжні струмені, які сформувалися, впливають поперечним магнітним полем 2 Поверхня аеродинамічного профілю для керування примежовим шаром, що містить встановлені вздовж потоку ребра, яка відрізняється тим, що ребра, які складають поверхню, виконані з магнітного матеріалу і розміщені так, що протилежні боки ребер утворені різнойменними полюсами магнітів, причому ПІВНІЧНІ магнітні полюси ребер повернуті до фюзеляжу Винаходи відносяться до області авіаційної промисловості, енергетики, машинобудування і можуть бути використані для керування примежовим шаром швидкісного потоку Відомий спосіб для керування примежовнм шаром аеродинамічного профілю (А с СРСР №1810621, F15D 1/12, 1993), який включає формування обтікального потоку в вигляді поздовжніх струмів та утримання його з допомогою розсіюючого елемента Недоліком відомого способу є низька ефективність керування примежовим шаром потоку, що набігає, внаслідок самочинного нерегульованого відсмоктування поверхневого шару на розсіюючій решітці Відома поверхня аеродинамічного профілю для керування примежовим шаром (А с СРСР №18110621, F15 D 1/12, 1993), що містить, встановлені вздовж потоку ребра, поверх яких розміщена розсіююча решітка Недоліком відомого пристрою є низька ефективність керування примежовим шаром потоку, який набігає Устаткована у відомому пристрої система керування примежовим шаром профілю обтічного нестабільна в роботі і чутлива до змін ЗОВНІШНІХ параметрів потоку Крім того, в процесі руху насичена елементами поверхня профілю здатна до постійного засмічення і обледеніння, що погіршує аеродинамічні характеристики профілю обтічного Найбільш близьким з сукупності признаків є спосіб керування примежовим шаром аеродинамічного профілю (Механіка рідини і газу №2, 1987, с 140-145) який включає формування обтічного потоку, в вигляді поздовжніх струмів Недоліком відомого способу є його малим ефект в зниженні тертя профілю Не виключається розвиток виникнення дрібномасштабної турбулентності в великомасштабну при будь-якій ЗМІНІ ЗОВНІШНІХ параметрів потоку Недоліком відомого способу є великий опір потоку, що набігає, створюваний поверхнею рівнями, які формуються турбулентним збуренням Така не-керована дрібномасштабна турбулентність при будь-якій ЗМІНІ ЗОВНІШНІХ параметрів по току може перейти в великомасштабну і призвести до зриву ламінарного обтікання аеродинамічного профілю Найбільш близьким по сукупності признаков є поверхня аеродинамічного профілю для керування примежовим шаром (Механіка рідини і газу № 2, 1987, с 140-145), що містить встановлені вздовж потоку ребра Недоліком цього профілю є обмежена можливість керування в широкому діапазоні зміни швидкості обтікання по всій довжині профілю, особливо в його кормовій частині Ефективність від застосування цього профілю складає 0-5% і далеко не завжди позитивна В основу винаходів поставлена задача створення способу керування примежовим шаром аеродинамічного профілю і поверхні для ного фор 00 о о ю 51008 мування, шляхом створення по довжині профілю струменів поздовжьої течи і регулювання прилягання примежового шару на кожній ДІЛЯНЦІ ПО ширині профілю в ВІДПОВІДНОСТІ з ламінарним режимом обтікання, за рахунок чого досягнуто підвищення ефективності керування аеродинамічними параметрами обтічного профілю Поставлена задача досягається там, що в способі керування примежовим шаром аеродинамічного профілю, який включає формування потоку, що обтікає, в вигляді поздовжніх струменів, згідно винаходу, на поздовжні струмені, що сформувалися, впливають поперечним магнітним полем Поставлена задача досягається також тим, що в поверхні аеродинамічного профілю для керування примежовим шаром, яка містить встановлені вздовж потоку ребра, згідно винаходу ребра, що складають поверхню, виконані з магнітного матеріалу і розміщені гак, що протилежні сторони ребер утворені різнойменними полюсами магнітів, причому ПІВНІЧНІ полюси ребер повернуті до фюзеляж)' На поздовжні струмені, що сформувалися, впливають поперечним магнітним полем для притягування до поверхні профілю часток примежового шару, які утворюють потік в ВІДПОВІДНОСТІ З режимом ламінарного обтікання Ребра, що складають поверхню, виконані з магнітного матеріалу для формування поперечної магнітної сили, яка впливає на притягнення обтічного потоку Ребра розміщені так, що протилежні їхні сторони утворені магнітами різнойменних полюсів для формування поперечної складової сили, що впливає на потік, в кожній з дільниць міжреберної западини ПІВНІЧНІ ПОЛЮСИ ребер повернуті до фюзеляжу, щоб сила, яка сформувалася магнітами, впливала на потік по лінії перпендикулярної до поверхні обтічного профілю На фігурі зображена принципова схема запропонованого пристрою Для доказу правильності вибраного підходу регулювання розглянемо процеси в примежовому шарі газового потоку за допомогою макроскопічної змінної - параметру обміну (ПО), який являє собою ВІДНОШеННЯ ВеЛИЧИНИ ГУСТИНИ ПОТОКУ Jopr, ПІДводжуваного до системи, до величини густини хаотичного (теплового) руху носіїв потоку j x в системі (1.2) по = Jopr Jx Для кожного типу системи конкретний вираз параметру обміну враховує характеристики потоку носив і конкретні умови його проходження Значення параметру обміну характеризує умови перетворення підводжуваного потоку енергії в енергію носив Запишемо вирази для густини потоку носив jopr, що організувався, і густини хаотичного потоку носив j x в такому вигляді Jopr = де п - густина носив (молекул) в газовому потоці, VHanp - швидкість потоку, що організувалася (направлена) m де « - середня арифметична швидкість молекул, Т - термодинамічна температура газу, N А _ маса молекул газу, М - молекулярна вага, NA - число Авогадро k - 1,38 10 2 3 Дж/кг - постійна Больцмана Звідки, вираз для параметру обміну у приведеному випадку прийме вигляд ПО = Jopr 'напр Jx "х Оцінка направленої швидкості с потоку повітря, що набігає, при якій значення параметру обміну досягає одиниці (температура потоку Т=300К, V X =440M/C) дає значення VHanp =110м/с Значення направленої швидкості VHanp потоку повітря, що набігає, ВІДПОВІДНОГО критичному значенню критерію Рейнольдса RekP = 105—106 при настанні режиму хаотичної течи, знаходиться в межах V'u«,nn= 18 4-184м/с Re = Ір V, напр При цьому 1 де І - характерна довжина обтічного тіла, р - густина потоку, Vі - направлена швидкість потоку, П - динамічна в'язкість потоку З Наведеної ПОРІВНЯЛЬНОЇ ОЦІНКИ V Ha np I V'Hanp можна зробити висновок про зв'язок моменту виникнення хаотичного режиму течи потоку з досягненням значення параметру обміну одиниці При досягненні параметром обміну значення більше одиниці, виникає опір підводжуваного потоку в вигляді стрибка потенціалу ер, що утворюється внаслідок задіярня хаотичного потоку носив, і їх поляризації у межовій поверхні Потік носив jcp, якого не вистачає, для компенсації виниклого стрибка потенціалу е забезпечується за рахунок р цього потенціалу, наприклад, шляхом емісії заряджених часток Необхідна напруженість електричного поля емісії заряджених часток у випадку коронного розряду складає ~4 106В/м, а при автоемісп електронів ~4 109В/м (3, 4) За наявності на поверхні місткостей, яка емітується, або при виливі індивідуальних полів ІОНІВ молекул ( 2 , 3 ), середня напруженість поля для автоемісп знижується на декілька пориюсь Густина величини заряду а ф на ВІЛЬНІЙ поверхні потоку можна оцінити допустивши, що всі молекули на поверхні поляризовані і кожна з них має 51008 заряд поляризації, рівний заряду елеісгрона а» = Ппов е=4,5 10 16 1 /м 2 1,6 10 19 Кл= 7,2 10 3 Кп/м Одержане значення праісгично співпадає з максимальним значенням густини поверхневого заряду аф=10 2 Кп/м2 в процесі тертя ( 4 ) Таким чином, спряжені поверхні обтічного профілю і повітряного потоку можуть бути зарядженими одна відносно одної до густин поверхневих зарядів аф=10 2 Кп/м2 При цьому силу взаємодії спряжених поверхонь можна оцінити по формулі дг Е - напруженість електричного поля в проміжку між спряженими поверхнями, q - раряд поверхні Для значення напруженості електричного поля передуючої емісії заряджених часток, наприклад Е ~107В/м, одержуємо значення сили на одиницю поверхні 5 2 4 2 Можливість виникнення значної електричної сили між поверхнею обтічного профілю і обтікальним потоком, які утворять конвекційний струм, дозволяє розглядати її як компонент підйомної сили і використати конвентаційний струм для керування примежовим шаром по приведенню в режим ламінарного обтікання шляхом поперечної магнітної сили Таким чином, ефективне керування можна здійснити шляхом впливу на сформовані поверхнею профілю поздовжні струмені поперечним магнітним полем При цьому поверхню профілю задають поділенням її за допомогою магнітних ребер на ряд поздовжніх дільниць і регулювання прилягання струменів, що сформувалися, примежового шару в кожній з дільниць поперечним магнітним полем Ламінарне обтікання аеродинамічного профілю, що досягається, дозволяє підгримувати його високі аеродинамічні характеристики, як то мінімальний опір і максимальне значення підйомної сили Взаємодія струму конвекції поздовжніх струменів примежового шару з магнітним полем, яке здійснено сторонами ребер профілю, приводить до виникнення пондематорної сили між профілем і обтікальним потоком Об'ємну густину pv конвекційних зарядів визначимо як відношення поверхневої густини зарядів а ф до відстані d = 10 4 м між обтічною поверхнею профілю га спряженою поверхнею потоку, який обтікає Pv = 10 2 Кл/м2 4 ю" м = 100 Кл Величина конвекційного струму І при цьому складе l= p v VS=100 100 103=10A де V=100 м/с - швидкість обтікального потоку S=d І = 1 0 4 1 0 = 1 0 3 м 2 S - площа поперечного перетину стрибка потенціалу, передуючому виникненню режиму турбулентної течми, L - ширина обтікання Сила F взаємодії конвекційного струму І і магнітного поля В визначається як F=lhB, де h - довжина провідника з конвекційним струмом (довжина профілю) для 1=1 м і В=10Тл F=10 1,0 10,0=102н З наведених оцінок витікає, що реалізація ВІДПОВІДНОГО впливу на обтічний швидкісний потік, з метою керування примежовим шаром за рахунок достатньої електромагнітної сили взаємодії між конвекційним струмом примежового шару (обтікального потоку) і обтічною поверхнею, може бути організована за допомогою поверхні з встановлених вздовж профілю магнітних ребер При цьому полюси магніту на поверхні профілю необхідно розмістити так, щоб сила, яка виникає, була максимальною і впливала на обтікальний потік в напряму до поверхні профілю В ВІДПОВІДНОСТІ з умовами обтікання і правилом лівої руки, поздовжні магніти повинні бути розміщені так, щоб їхні ПІВНІЧНІ полюси були повернуті до фюзеляжу Пристрій для керування примежовим шаром аеродинамічного профілю включає аеродинамічний профіль 1, на верхній поверхні якого поздовжньо потоку, який набігає, встановлені ребра 2, виконані з магнітного матеріалу, наприклад, залізонікелевого сплаву в вигляді суцільних штабових магнітів, так що протилежні сторони ребер 2 були утворені протилежними полюсами магнітів (ПІВНІЧНИЙ навпроти південного) При цьому, вплив магнітної сили на примежовий шар в ВІДПОВІДНОСТІ з правилом лівої руки буде направлений до поверхні профілю, якщо ПІВНІЧНІ полюси магнітних ребер повернути до фюзеляжу З Спосіб керування примежовим шаром полягає в такому В процесі руху при виникненні стрибка електричного потенціалу вздовж профілю утвориться струм конвекції поздовжніх струменів примежового шару При взаємодії цього струму т магнітним полем, що формується постійними магнітами ребер 2, виникає електромагнітна сила, що впливає на струмені примежового шару і що притискає їх до поверхні аеродинамічного профілю І, що запобігає виникненню турбулентного режиму течи і зменшує опір профілю Лабораторні експерименти з моделями профілів підтвердили можливість керування течією примежового шару по запропонованому способу і обґрунтованість виконання поверхні профілю, який утворився поздовжніми ребрами з магнітного матеріалу з направленим розміщенням полюсів Для експериментів були виготовлені два ідентичних профілі з ребрами, розташованими поздовжньо Причому модель № 1 мала немагнітні ребра, у моделі № 2 - ребра були виконані з магнітного матеріалу' залізонікелевого сплаву Ребра мали прямокутну форму з висотою ребра h = 0,215мм, шириною площадки при вершині ребра b = 0,096мм і відстанню між ребрами S = 0,26мм Значення магнітної індукції між ребрами складало =1Тл Результата експерименту наведені в таблиці 51008 Таблиця Число Маха Число Рейнольдса, Re Режим обтікання ламінарний ламінарний турбулентний ламінарний 6 М = 035 6 10 М = 055 9,6 106 Джерела інформації 1 Морозов А И , Соловьев Л С Об одном параметре подобия в теории плазменных течений//Докл ДАН СССР 1965 -164 -№ 1 -С 80-82 2 Гришин С Д Лесков Л В , Козлов Н П Электрические ракетные двигатели - М Машиностроение, 1975-272 с Номер моделі №1 №2 №1 №2 3 Поротников А А, Пегросов В А , Острецов И Н Прикладные процессы // Физика и применение плазменных ускорителей, Минск Наука и техника,-1974-С 239-260 4 Т Хорват, И Берта Нейтрализация статического электричества - М Энергоатом издат , 1987 - 1 0 4 с -** f" ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044)456-20 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71
ДивитисяДодаткова інформація
Назва патенту англійськоюMethod for controlling boundary layer of aerodynamical profile and surface for its formation
Автори англійськоюSolovei Viktor Vasyliovych
Назва патенту російськоюСпособ управления приграничным слоем аэродинамического профиля и поверхность для его формирования
Автори російськоюСоловей Виктор Васильевич
МПК / Мітки
МПК: F15D 1/00, B64C 21/00
Мітки: профілю, аеродинамічного, поверхня, спосіб, примежовим, керування, формування, шаром
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/4-51008-sposib-keruvannya-primezhovim-sharom-aerodinamichnogo-profilyu-ta-poverkhnya-dlya-jjogo-formuvannya.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб керування примежовим шаром аеродинамічного профілю та поверхня для його формування</a>
Попередній патент: Спосіб лікування рецидивів раку шийки матки
Наступний патент: Спосіб керування примежовим шаром аеродинамічного профілю і пристрій для його здійснення
Випадковий патент: Амідофеноксііндазоли, корисні як інгібітори c-met