Утворювач повздовжніх вихорів

Реферат: UA 111701 U UA 111701 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до авіаційної техніки, а саме до пристроїв для зміни аеродинамічних характеристик шляхом утворення повздовжніх вихорів. Найбільш близьким по технічній суті є передкрилок (патент України № 94179 від 10.11.2014 Вихровий передкрилок), який являє собою сукупність асиметричних утворювачів повздовжніх вихорів, які розташовуються на передній кромці з оптимальною частотою. Недоліком даного передкрилка є те, що утворювачі повздовжніх вихорів (УПВ), з яких він складається, є не оптимізованими по своїй формі. В основу корисної моделі поставлено задачу створення УПВ з оптимізованою формою, для позитивного впливу на аеродинаміку крила, а саме зменшення скошення потоку і зменшення індуктивного опору, зменшення сили опору за рахунок виникнення підсмоктувальної сили на УПВ та збільшення критичного кута атаки, зменшення аеродинамічного гістерезису, а також збільшення несучих властивостей. Задача вирішується створенням УПВ, що є оптимальним по формі, і розташовується на передній кромці аеродинамічної поверхні з оптимальною частотою, згідно з корисною моделлю, УПВ являє собою об'ємне тіло, спеціальної оптимізованої форми, яке розширяється по довжині і спроектоване так, що при його обтіканні виникає підсмоктувальна сила, котра зменшує профільний опір. Потік, котрий завихрюється, набігає на крило, бічні стінки спрофільовані по криволінійній поверхні, що розширюється в перерізі, близькій до кола. Верхня стінка утворювача вихору виконана по довжині у вигляді оптимального напливу готичної форми з гострою відривний кромкою. Оптимальна форма вихорогенеруючої кромки доведена експериментально і опублікована в монографії (Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов / под редакцией Г.С. Бюшгенса. - М.: Наука, 1998. - 816 с.), розділ "управління вихорами" (Гл. 4, стр. 208). УПВ змінює структуру обтікання гладких крил. Для цього вихори, що генеруються повинні бути достатньої інтенсивності для досягнення задньої кромки, а вибух вихору відбувається в сліді за крилом. Поперечні вихори, що утворені на гладкому крилі поблизу передньої кромки при критичних кутах атаки (приєднані вихори) знищуються повздовжніми вихорами від утворювачів вихору, ліквідуючи динамічний відрив. Повздовжні вихори, що досягають задньої кромки, знищують поперечні вихори гладкого крила, що викликані відривом в'язкого пограничного шару. Вихровий потік, утворений на передній кромці крила, поєднуючись з лініями потоку на крилі, приводить до обтікання його гвинтовим потоком, що поширюється по хорді крила від передньої до задньої кромки. Таке обтікання крила змінює традиційну поперечну вихрову структуру обтікання гладкого крила і, досягаючи задньої кромки, перешкоджає утворенню відриву потоку, викликаного в'язкістю повітря. Поблизу передньої кромки вихроактивний потік перешкоджає формуванню приєднаного вихору, який на великих критичних кутах атаки, породжує динамічний відрив. Розбиваючи приєднаний вихор у передньої кромки, завихрення потік призводить до незначного зниження підйомні сили на критичному куті атаки гладкого крила. Але зі C збільшенням кута атаки підйомна сила збільшується, досягаючи значення y max на кутах атаки, C більшого на 30 %, а іноді і значення, більшого y max , гладкого крила. Оптимальний крок установки та оптимальна форма УПВ визначається експериментально за результатами візуалізації структури потоку на моделі в аеродинамічній трубі або за допомогою математичного моделювання обтікання крила з утворювачами вихорів в'язкою рідиною. Виготовляються утворювачі вихорів по математичних моделях за допомогою 3D принтера. Встановлюються на крило з дотриманнями гладкого стикування з крилом за допомогою зализів. Патентується три різновиди утворювачів вихорів: симетричний утворювач вихору для симетричних профілів вертикального оперення літальних апаратів; утворювач вихорів асиметричний правого обертання крила кінцевого розмаху і органів горизонтального оперення; утворювач вихорів асиметричний лівого обертання крила кінцевого розмаху і органів горизонтального оперення; утворювачі вихорів правого і лівого обертання встановлюються з оптимальним кроком на правій і лівій консолях крила літальних апаратів згідно з патентом (прототипом) вихровий передкрилок (патент України № 94179 від 10.11.2014 Вихровий передкрилок) реалізацією завихрення зворотного по знаку кінцевому вихору крила. На Фіг. 1 показаний УПВ оптимальної вихороутворюючої формиі компонування його поверхонь: 1 - верхня поверхня (наплив оптимальної форми); 1 UA 111701 U 5 10 15 2 - бічні поверхні, що завихрюють потік; 3 - передня кромка аеродинамічної поверхні; 4 - вихор; W - об'єм УПВ для пришвидшення потоку і створення підсмоктувальної сили; RБ - радіус бічної твірної; RH - радіус нижньої поверхні; RB - радіус оптимальної вихороутворюючої поверхні. На Фіг. 2 показана установка УПВ відносно хорди крила під кутом опт . Використання утворювачів вихорів ефективне на крилах транспортних літаків і особливо ефективно на безпілотних літальних апаратах. Утворювачі вихорів гарантують захист від звалювання в поривах вітру, ліквідують ефект гістерезису в змінах в підйомної сили при коливаннях на великих кутах атаки, зменшують швидкість на посадці, покращують стійкість і керованість на великих кутах атаки. Утворювачі вихорів покращують аеродинамічні характеристики закрилків і органів управління. Оптимальний кут установки УПВ не збігається з хордою крила і встановлюються в експерименті або математичним моделювання. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 Утворювач повздовжніх вихорів (УПВ), що є оптимальним по формі, і розташовується на передній кромці аеродинамічної поверхні з оптимальною частотою, який відрізняється тим, що УПВ виконаний як об'ємне тіло, спеціальної оптимізованої форми, яке розширяється по довжині і спроектоване так, що при його обтіканні виникає підсмоктувальна сила, котра зменшує профільний опір. 2 UA 111701 U Комп’ютерна верстка Т. Вахричева Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут інтелектуальної власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3