Аеродинамічний профіль несучого елемента літального апарата

Реферат: UA 75557 U UA 75557 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до авіаційної техніки, зокрема безпілотних літальних апаратів малого класу. Відомі за літературними джерелами та за інформаційними базами Інтернету аеродинамічні профілі мають низькі аеродинамічні характеристики при числах Рейнольдса близьких до 200 000, навіть для профілів серій МН (наприклад, МН32) та ΗΝ (наприклад, ΗΝ-417). Аеродинамічні профілі цих серій мають витягнуту каплеподібну форму зі округленою передньою кромкою, загостреною або затупленою задньою кромкою, з'єднані між собою ділянками контурів верхньої та нижньої поверхонь профілю. Контури цих профілів утворені неперервними лініями з кривиною, що плавно змінюється. Аналогом корисної моделі є аеродинамічний профіль несучого елемента літального апарата (див. патент Російської федерації №2098321). Найближчим аналогом (прототипом) корисної моделі вибрано подібний за формою аеродинамічний профіль S4080 за базою аеродинамічних профілів http://agert.homelinux.org/~fredrik/flyg/plotfoil/airfoils/. Найближчий аналог при високій аеродинамічній якості в крейсерському режимі має низький максимум коефіцієнта підйомної сили, що призводить до вузького діапазону швидкостей польоту та великої мінімальної швидкості. Великий за модулем коефіцієнт повздовжнього моменту призводить до збільшення опору, пов'язаного з балансуванням літального апарата, а також до зростання крутного моменту на крилі та маси конструкції, що сприймає навантаження. Технічною задачею корисної моделі є створення достатньо простого у виготовленні аеродинамічного профілю, що має високі аеродинамічні характеристики (малий опір Сх в крейсерському режимі, велике значення Суmax, малий за абсолютною величиною коефіцієнт повздовжнього моменту mz) при числі Рейнольдса ~200 000. Поставлена задача вирішується тим, що аеродинамічний профіль несучого елемента літального апарата, утворений верхньою та нижньою частинами лінії свого контуру, має округлену передню кромку, загострену або затуплену задню кромку, з'єднані між собою плавними верхньою та нижньою ділянками контуру профілю. Новим для запропонованого аеродинамічного профілю є те, що: відстань YB, відрахована від хорди профілю по нормалі до неї вгору до верхньої частини контуру, плавно зростає від передньої кромки профілю до свого максимального значення YBmax=0,068 В...0,070 В, розташованого в діапазоні X=0,273 В...0,275 В; скруглена випукла передня кромка профілю виконана з радіусом кривини R B по верхній частині контуру, рівним RB=0,007 В...0,008 В; надалі радіус кривини плавно збільшується вздовж хорди профілю до значень RB=1,6 В... 1,7 В, в точці контуру, максимально віддаленій від хорди профілю, де X - відстань, відрахована від передньої кромки вздовж хорди профілю, В - довжина хорди профілю. В діапазоні від X=0,273 В...0,275 В до X=0,81 В...0,83 В радіус кривини зростає до значень 4,0 В...4,5 В, а в діапазоні X 0,83 В... 1,0 В контур є лінійним, плавно спряженим зі скругленою верхньою частиною контуру, причому лінійна ділянка верхньої частини контуру утворює з хордою профілю кут 8°-10°. Наявність в контурі аеродинамічного профілю лінійної ділянки замість криволінійної в загальному випадку спрощує технологію виготовлення. Відстань YH, відрахована від хорди профілю по нормалі до неї вниз до нижньої частини контуру, плавно зростає від передньої кромки профілю до свого максимального значення Y Hmax=0,015 В...0,017 В при X=0,09 В...0,12 В. Оптимальні величини YBmax та YHmax визначені на основі чисельних досліджень аеродинаміки профілів. Скруглена випукла передня кромка профілю виконана з радіусом кривини RH по нижній частині контуру, рівним RH=0,007 В...0,008 В. Рівність радіусів кривини носка профілю на верхньому та нижньому контурах спрощує технологію виготовлення та контролю якості виробу. Надалі радіус кривини плавно збільшується вздовж хорди профілю до значень RH=3,5 В...4,0 В при X=0,17 В...0,19 В. В діапазоні X від 0,17 В...0,19 В до 0,69 В...0,71 В нижній контур є лінійним, плавно спряженим із сусідніми скругленими частинами контуру, і перетинає хорду профілю при X=0,62 В...0,68 В під кутом 1...3°. В діапазоні X від 0,69 В...0,71 В до 1,0 В нижня частина контуру є увігнутою, радіус кривини нижньої частини контуру дорівнює RH=3,5 В...4,0 В, при цьому дотична до нижньої частини контуру по задній кромці утворює з хордою профілю кут 2-4°. Технологічна реалізація запропонованого аеродинамічного профілю доцільна із використанням станка з чисельним програмним керуванням. Профіль за попереднім абзацем, в якому новим є те, що відстань від хорди до верхньої частини контуру пропорційна відстані від хорди до верхньої частини контуру для профілю за попереднім абзацем, відстань від хорди до нижньої частини контуру пропорційна відстані від хорди до нижньої частини контуру для профілю за попереднім абзацем. Для забезпечення близькості аеродинамічних характеристик отриманих таким чином профілів до характеристик описаного вище профілю даної корисної моделі коефіцієнти пропорційності мають знаходитись 1 UA 75557 U 5 10 15 20 25 30 в діапазоні 0,85-1,15, причому вони можуть відрізнятись для верхньої та нижньої поверхонь профілю. Геометрія корисної моделі (фіг. 1) відрізняється від геометрії профілю S4080, меншим радіусом кривини в носку частини контуру, лінійною ділянкою в хвостовій частині верхнього контуру профілю, меншою випуклістю нижньої частини профілю (фіг. 7). При порівнянні розрахованих чисельними методами характеристик профілів (фіг. 5) видно, що в діапазоні крейсерських коефіцієнтів підйомної сили Су=0,5..0,6, при яких відбувається більша частина польоту літального апарата, коефіцієнти опору профілів приблизно однакові, але максимальний коефіцієнт підйомної сили Cуmax у профілю S4080 помітно нижче, що призводить до більшої мінімальної швидкості та вужчого діапазону швидкостей. Максимальна аеродинамічна якість Кmах у профілю S4080 помітно менша (фіг. 6а), що призводить до збільшення витрат пального та зниженню економічної ефективності літального апарата в цілому. Коефіцієнт повздовжнього моменту mz у профілю S4080 за абсолютною величиною більший, ніж у представленого профілю (фіг. 6б), що призводить до збільшення крутного моменту на крилі та збільшенню маси конструкції, що сприймає навантаження, а також до збільшення опору, пов'язаного з балансуванням літального апарата. Суть запропонованої корисної моделі пояснюється кресленнями на фіг. 1-7, де фіг. 1 Аеродинамічний профіль несучої поверхні, фіг. 2 - Елементи та позначення аеродинамічного профілю, фіг. 3 - характерні параметри верхнього контуру профілю, фіг. 4 - характерні параметри нижнього контуру профілю, фіг. 5 - порівняння розрахункових залежностей С X(СУ) запропонованої корисної моделі та S4080, фіг. 6 - порівняння розрахункових залежностей К() та mz() запропонованої корисної моделі та S4080. Для більш зрозумілого пояснення на окремому кресленні зображено порівняльна геометрія прототипу та запропонованого зразка (фіг. 7). На практиці часто виникають додаткові конструктивні чи аеродинамічні вимоги, які зводяться до порівняно малих змін контуру профілю та виражаються в тому, що відстань від хорди до верхньої частини контуру збільшується або зменшується пропорційно відстані від хорди до верхньої частини вихідного профілю. Аналогічно відстань від хорди до нижньої частини контуру збільшується або зменшується пропорційно відстані від хорди до нижньої частини контуру вихідного профілю. Позитивний ефект в зміні аеродинамічних характеристик даного профілю порівняно з найближчим аналогом досягається раціональним поєднанням його основних геометричних параметрів (вказаними величинами відстаней від точок контуру профілю до його хорди, радіусів кривини та кутів нахилу дотичних до контуру - фіг. 3, 4) та плавністю контуру. 35 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 40 45 50 55 1. Аеродинамічний профіль несучого елемента літального апарата, утворений верхньою та нижньою частинами лінії свого контуру, що має округлену передню кромку, загострену або затуплену задню кромку, з'єднані між собою плавними верхньою та нижньою ділянками контуру профілю, який відрізняється тим, що відстань YB, відрахована від хорди профілю по нормалі до неї вгору до верхньої частини контуру, плавно зростає від передньої кромки профілю до свого максимального значення YBmax=0,068 В...0,070 В, розташованого в діапазоні X=0,273 В...0,275 В, скруглена випукла передня кромка профілю виконана з радіусом кривини RB по верхній частині контуру, рівним RB=0,007 В...0,008 В, який надалі збільшується вздовж хорди профілю до значень RB=1,6 В... 1,7 В, в точці контуру, максимально віддаленій від хорди профілю, де X - відстань, відрахована від передньої кромки вздовж хорди профілю, В - довжина хорди профілю, в діапазоні від X=0,273 В...0,275 В до X=0,810 В...0,830 В радіус кривини зростає до значень 4,0 В...4,5 В, а в діапазоні X=0,830 В... 1,0 В контур є лінійним, плавно спряженим зі скругленою верхньою частиною контуру, причому лінійна ділянка верхньої частини контуру утворює з хордою профілю кут 8°-10°; відстань YH, відрахована від хорди профілю по нормалі до неї вниз до нижньої частини контуру, плавно зростає від передньої кромки профілю до свого максимального значення YНmax=0,015 В...0,017 В при X=0,09 В...0,12 В, скруглена випукла передня кромка профілю виконана з радіусом кривини RH по нижній частині контуру, рівним RH=0,007 В...0,008 В, який надалі плавно збільшується вздовж хорди профілю до значень RH=3,5 В...4,0 В при X=0,17 В...0,19 В, в діапазоні X від 0,17 В...0,19 В до 0,69 В...0,71 В нижній контур є лінійним, плавно спряженим із сусідніми скругленими частинами контуру, і перетинає хорду профілю при X=0,62 В...0,68 В під кутом 1...3°, в діапазоні X від 0,69 В...0,71 В до 1,0 В нижня частина контуру є увігнутою, радіус кривини нижньої частини контуру дорівнює 2 UA 75557 U 5 RH=3,5 В...4,0 В, при цьому дотична до нижньої частини контуру по задній кромці утворює з хордою профілю кут 2...4°. 2. Профіль за п. 1, який відрізняється тим, що відстань від хорди до верхньої частини контуру пропорційна відстані від хорди до верхньої частини контуру для профілю, відстань від хорди до нижньої частини контуру пропорційна відстані від хорди до нижньої частини контуру для профілю, коефіцієнти пропорційності знаходяться в діапазоні 0,85…1,15 і можуть відрізнятися для верхньої та нижньої поверхонь профілю. 3 UA 75557 U 4 UA 75557 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5