RU2274584C2

RU2274584C2 - Tail section of aeroplane and method for reducing the air flow swirlings

Info

Publication number: RU2274584C2
Application number: RU2002102457/11A
Authority: RU
Inventors: Геннадий Трофимович Крещишин (RU); Геннадий Трофимович Крещишин; Лариса Трофимовна Крещишина (RU); Лариса Трофимовна Крещишина
Original assignee: Геннадий Трофимович Крещишин; Лариса Трофимовна Крещишина
Priority date: 2002-01-31
Filing date: 2002-01-31
Publication date: 2006-04-20

Abstract

FIELD: aviation material.

SUBSTANCE: the aeroplane fuselage tail section is made in the form of a thin-walled cowling narrowing to the rear end, its wider circular section is connected to a bulkhead. Two openings and an inclined aerodynamic duct are made in the tail section of the cowling. The first opening is made in the upper tail section of the cowling and matched with the upper edge of the aerodynamic duct, whose lower edge is matched with the second opening made in the form of a cut of the cowling tail section. Reduction in the flight of air flow swirlings past the tail section is attained by suction of the boundary layer of the air flow from the outer surface of the fuselage back through the inclined aerodynamic duct.

EFFECT: reduced aerodynamic drag, reduced length and mass of the fuselage tail section.

5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к авиационной технике и применимо для улучшения аэродинамического качества самолетов классической схемы, в том числе, при их модернизации.The invention relates to aeronautical engineering and is applicable for improving the aerodynamic quality of aircraft of the classical scheme, including during their modernization.

Фюзеляж транспортного самолета классической схемы выполнен в виде тела сигарообразной формы круглого сечения с удлинением (отношением длины к диаметру) от 9 до 14. Удобообтекаемая гладкая форма, круглое поперечное сечение и большое удлинение обеспечивают сравнительно небольшое лобовое сопротивление фюзеляжа в общем балансе аэродинамических сопротивлений самолета (около 25% от сопротивления самолета в крейсерском режиме). При углах атаки от 0° до 5° воздушный поток набегает на фюзеляж практически параллельно строительной горизонтали (предельной оси). Ламинарный пограничный слой у носовой части фюзеляжа постепенно переходит в турбулентный и стекает без срыва с хвостовой части фюзеляжа в виде завихрений воздушного потока. Такой режим обтекания фюзеляжа наблюдается в крейсерском полете самолета. Для обеспечения плавного течения воздушного потока в пограничном с фюзеляжем слое конец хвоста самолета заострен с плавно убывающим диаметром поперечного сечения к концу фюзеляжа. Для предотвращения касания хвостовой части фюзеляжа поверхности взлетно-посадочной полосы при взлете и посадке хвостовая часть фюзеляжа выполнена приподнятой над строительной горизонталью. У грузовых транспортных самолетов, имеющих отклоняющуюся рампу, хвостовая часть более плоская и более поднята, чем у пассажирских самолетов, что приводит к увеличению донного сопротивления фюзеляжа и ухудшению аэродинамических характеристик. Наклонная сужающаяся часть фюзеляжа, составляющая от 10% до 17% его длины, неудобна для размещения пассажиров и груза и, как правило, коммерчески не используется (см. информацию "Средний магистральный самолет ТУ-214. Казань. Казанское авиационное объединение им. С.П.Горбунова. 2000).The fuselage of a classic-style transport aircraft is made in the form of a cigar-shaped body of circular cross section with an elongation (length to diameter ratio) of 9 to 14. A streamlined smooth shape, circular cross section and large elongation provide a relatively small frontal drag of the fuselage in the overall balance of aerodynamic drag of the aircraft (about 25% of the resistance of the aircraft in cruise mode). At angles of attack from 0 ° to 5 °, the air flow runs on the fuselage almost parallel to the construction horizontal (limit axis). The laminar boundary layer at the nose of the fuselage gradually turns into a turbulent one and flows without disruption from the rear of the fuselage in the form of turbulence in the air stream. This mode of flow around the fuselage is observed in the cruise flight of the aircraft. To ensure a smooth flow of air flow in the boundary layer with the fuselage, the tail end of the aircraft is pointed with a gradually decreasing cross-sectional diameter towards the end of the fuselage. To prevent the tail of the fuselage from touching the surface of the runway during take-off and landing, the tail of the fuselage is elevated above the construction horizontal. For cargo transport aircraft with a deviating ramp, the tail section is flatter and more elevated than for passenger aircraft, which leads to an increase in the bottom drag of the fuselage and a deterioration in aerodynamic performance. The inclined tapering part of the fuselage, ranging from 10% to 17% of its length, is inconvenient to accommodate passengers and cargo and, as a rule, is not used commercially (see the information "TU-214 medium-haul aircraft. Kazan. Kazan Aviation Association named after S. P. Gorbunova. 2000).

Разновидностью транспортных являются самолеты с хвостовым размещением от двух до трех двигателей. Два двигателя размещены симметрично относительно оси фюзеляжа в гондолах, соединенных с фюзеляжем пилонами. Этим обеспечивается максимальное снижение моментов рыскания и крена, возникающих при отказе любого двигателя. Так как турбины двигателей должны находиться для уменьшения шума за герметичным днищем пассажирской кабины, двигатели размещены на сужающейся части хвоста фюзеляжа. Утяжеление хвостовой части фюзеляжа двигателями приводит к сдвигу центра масс пустого самолета назад, вследствие чего крыло и шасси необходимо размещать ближе к оперению. Это увеличивает длину носовой части фюзеляжа, испытывающей большие изгибающие моменты, и затрудняет балансировку самолета. При загрузке самолета и заправке топливом центр масс сдвигается вперед. Тем самым создаются необходимые в полете запасы статической устойчивости. Четкая работа автоматики, ведающей выработкой топлива в полете, способствует сохранению положения центра масс в установленном интервале центровок (см. Т.И.Лигум и др. Аэродинамика самолета ТУ154Б. М.: Транспорт, 1985).A variety of transport are aircraft with a tail from two to three engines. Two engines are placed symmetrically about the axis of the fuselage in the nacelles connected to the fuselage by pylons. This ensures the maximum reduction in yaw and roll moments that occur when any engine fails. Since engine turbines should be located to reduce noise behind the sealed bottom of the passenger cabin, the engines are located on the tapering part of the fuselage tail. The weighting of the rear part of the fuselage by engines leads to a shift of the center of mass of the empty plane back, as a result of which the wing and landing gear must be placed closer to the plumage. This increases the length of the nose of the fuselage, experiencing large bending moments, and makes it difficult to balance the aircraft. When loading the aircraft and refueling, the center of mass moves forward. This creates the necessary in-flight reserves of static stability. The clear work of automation, which is responsible for the production of fuel in flight, helps to maintain the center of mass position in the established centering interval (see T.I. Ligum et al. Aerodynamics of the TU154B aircraft. M .: Transport, 1985).

Технической задачей изобретения является уменьшение нерациональной длины и массы хвостовой части фюзеляжа, уменьшение аэродинамического сопротивления путем уменьшения завихрений воздушного потока за хвостом самолета, улучшение центровок и балансировки самолета.An object of the invention is to reduce the irrational length and mass of the rear of the fuselage, reduce aerodynamic drag by reducing the turbulence of the air flow behind the tail of the aircraft, improving alignment and balancing of the aircraft.

Технический результат достигается путем отсоса пограничного слоя воздушного потока с наружных поверхностей спинки фюзеляжа через расширяющийся аэродинамический канал, соединяющий спинку фюзеляжа с наклонным срезом хвоста фюзеляжа.The technical result is achieved by suctioning the boundary layer of the air flow from the outer surfaces of the back of the fuselage through an expanding aerodynamic channel connecting the back of the fuselage with an inclined cut of the tail of the fuselage.

На фиг.1 изображен хвост фюзеляжа, вид сбоку с разрезом по оси симметрии, на фиг.2 изображен хвост фюзеляжа, вид сверху, на фиг.3 изображен хвост фюзеляжа, вид снизу, причем хвостовое оперение условно не показано.Figure 1 shows the tail of the fuselage, a side view with a cut along the axis of symmetry, figure 2 shows the tail of the fuselage, top view, figure 3 shows the tail of the fuselage, bottom view, and the tail unit is not conventionally shown.

Хвостовая часть фюзеляжа самолета выполнена в виде тонкостенной обечайки 1, которая снабжена хвостовой частью 2, сужающейся к ее концу 3. Хвостовая часть 2 обечайки 1 присоединена широкой кольцевой частью к переборке 4, с противоположной стороны которой размещена грузопассажирская кабина самолета.The tail part of the aircraft fuselage is made in the form of a thin-walled shell 1, which is equipped with a tail part 2, tapering to its end 3. The tail part 2 of the shell 1 is connected by a wide annular part to the bulkhead 4, on the opposite side of which there is an air cargo cabin.

В хвостовой части 2 обечайки 1 выполнены отверстия и наклонный аэродинамический канал. Отверстие 5 выполнено в верхней хвостовой части обечайки 1 и совмещено с верхней кромкой аэродинамического канала 6, нижняя кромка которого совмещена с отверстием 7, которое выполнено в виде среза хвостовой части 2 обечайки 1.In the tail part 2 of the shell 1 holes are made and an inclined aerodynamic channel. The hole 5 is made in the upper tail part of the shell 1 and is aligned with the upper edge of the aerodynamic channel 6, the lower edge of which is aligned with the hole 7, which is made in the form of a cut of the tail part 2 of the shell 1.

Сопряжение аэродинамического канала 6 с отверстием 5 может быть выполнено плавными округлениями. Наклонный аэродинамический канал 6 может быть выполнен расширяющимся к отверстию 7. Верхняя хвостовая часть 2 обечайки 1 может быть выполнена в виде крыла 8 с несимметричным аэродинамическим профилем.The coupling of the aerodynamic channel 6 with the hole 5 can be performed by smooth rounding. The inclined aerodynamic channel 6 can be made expanding towards the hole 7. The upper tail part 2 of the shell 1 can be made in the form of a wing 8 with an asymmetric aerodynamic profile.

Движение самолета в полете вызывает разряжение воздушного потока вдоль сужающейся хвостовой части 2 и за ее концом 3, от чего воздух через отверстие 5 и наклонный аэродинамический канал 6 устремляется в пространство за хвостом фюзеляжа, создавая воздушный поток в аэродинамическом канале 6. В результате понижается давление воздуха над отверстием 5 и за отверстием 5 над хвостовой частью 2. Турбулентный поток над обечайкой 1 всасывается в аэродинамический канал 6, формируется и стабилизируется в нем и упорядоченной струей выбрасывается в пространство за хвостом фюзеляжа. Над крылом 8 создается понижение давления воздуха и дополнительная подъемная сила, а поток воздуха из аэродинамического канала 6 размывает и уменьшает завихрения воздушного потока за концом 3 хвостовой части обечайки 1, тем самым снижая сопротивление воздуха полету самолета.The movement of the aircraft in flight causes a discharge of air flow along the tapering tail portion 2 and beyond its end 3, from which air through the hole 5 and the inclined aerodynamic channel 6 rushes into the space behind the tail of the fuselage, creating air flow in the aerodynamic channel 6. As a result, the air pressure decreases above the hole 5 and beyond the hole 5 above the tail part 2. The turbulent flow above the shell 1 is sucked into the aerodynamic channel 6, is formed and stabilized in it, and thrown out into a simple stream anstvo for the tail of the fuselage. Above the wing 8, a decrease in air pressure and additional lifting force are created, and the air flow from the aerodynamic channel 6 erodes and reduces the turbulence of the air flow beyond the end 3 of the tail of the shell 1, thereby reducing air resistance to the flight of the aircraft.

Классический толстый и длинный хвост фюзеляжа заменен короткой и тонкой хвостовой частью 2.The classic thick and long tail of the fuselage is replaced by a short and thin tail 2.

Claims

1. The tail part of the fuselage of the aircraft, made in the form of a thin-walled shell, tapering to the rear end, attached by a wide annular part to the bulkhead, on the opposite side of which there is a cargo-passenger cabin of the aircraft, characterized in that the holes and the inclined aerodynamic channel are made on the tail of the shell the hole is made in the upper tail part of the shell and aligned with the upper edge of the inclined aerodynamic channel, the lower edge of which is aligned with the second hole, nym a cut tail of the shell.

2. The tail of the fuselage according to claim 1, characterized in that the conjugation of the first hole in the upper tail of the shell and the aerodynamic channel is made by smooth rounding.

3. The tail of the fuselage according to claim 1, characterized in that the inclined aerodynamic channel is made expanding towards the tail of the shell.

4. The tail of the fuselage according to claim 1, characterized in that the upper tail of the shell is made in the form of a wing with an asymmetric aerodynamic profile.

5. A method of reducing in flight turbulence of the air flow behind the rear of the fuselage containing an inclined aerodynamic channel, characterized in that part of the swirling air flow from the upper surface of the rear of the fuselage is sucked into the inlet of the aerodynamic channel under the action of air discharge behind the rear of the fuselage, is stabilized and formed into a jet in an aerodynamic channel and an ordered jet is thrown into the space behind the rear of the fuselage in a swirl of air flow.