RU2207967C2

RU2207967C2 - Wing

Info

Publication number: RU2207967C2
Application number: RU2001104714/28A
Authority: RU
Inventors: Виктор Иванович Вереитинов (UA); Виктор Иванович Вереитинов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-инновационная фирма "ВОЛ"
Priority date: 2001-02-19
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2003-07-10

Abstract

FIELD: aviation. SUBSTANCE: wing has profile in form of isosceles triangle. Lower and upper generatrices (1,2) of wing lie in one plane with lateral sides of isosceles triangle of wing profile. Wing is additionally provided with rear surface (6) which lies in plane with base of isosceles triangle of wing profile and upper and lower edges (5,4) of wing which pass through angles at base of isosceles triangle of wing profile. Leading edge is formed by vertices of isosceles triangle of wing profile. Wing is secured in flying vehicle for performing free self-excited oscillations in flight. EFFECT: enhanced lateral dynamic stability. 5 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационной техники, авиамоделизму, может быть использовано в самолетах, планерах или их моделях в виде несущих или стабилизирующих крыльев. The invention relates to the field of aviation technology, aircraft modeling, can be used in airplanes, gliders or their models in the form of load-bearing or stabilizing wings.

Известно крыло, содержащее нижнюю и верхнюю поверхности, переднюю кромку, нижнюю заднюю кромку, где передняя кромка является общей для поверхностей, а нижняя поверхность расположена между передней и нижней задней кромками (см. А. Пьецух. Крылья молодежи (практика планеризма). - М.: ГИОП. 1954 -с. 66, рис. 47). Known wing containing the lower and upper surfaces, the leading edge, the lower trailing edge, where the leading edge is common to the surfaces, and the lower surface is located between the leading and lower trailing edges (see A. Piechuk. Wings of youth (practice gliding). - M .: GIOP. 1954-p. 66, Fig. 47).

Передняя и задняя кромки - общие для нижней и верхней поверхностей крыла. Кроме того, известные крылья специально профилируются так, чтобы вихревая зона при полете крыла образовывалась за пределами плоскостей крыла, а именно за нижней задней кромкой. Например, с образованием так называемой "дорожки Кармана" или ей подобной. При этом известные крылья имеют повышенную свободу перемещения в воздушном пространстве, что придает дополнительную маневренность крылу, но одновременно негативно сказывается на боковую динамическую устойчивость крыла. The leading and trailing edges are common to the lower and upper surfaces of the wing. In addition, the known wings are specially profiled so that the vortex zone during flight of the wing is formed outside the wing planes, namely, behind the lower trailing edge. For example, with the formation of the so-called "Pocket path" or the like. Moreover, the known wings have increased freedom of movement in airspace, which gives additional wing maneuverability, but at the same time negatively affects the lateral dynamic stability of the wing.

Известные крылья имеют недостаточную динамическую устойчивость, склонны к сильному влиянию возмущающих факторов, например порывов ветра. Недостаток, по мнению автора изобретения, традиционно заложен в профиле крыла. Known wings have insufficient dynamic stability, are prone to a strong influence of disturbing factors, such as gusts of wind. The disadvantage, according to the author of the invention, is traditionally laid in the wing profile.

Например, в режиме колебательной неустойчивости крыло начинает совершать колебания вокруг центра тяжести, попеременно то увеличивая, то уменьшая угол атаки, и с движением волнообразной траектории, при этом из-за повышенной маневренности в вертикальной плоскости кромок крыла амплитуда колебаний может возрастать до критической, при которой модель теряет скорость полета и разбивается. For example, in the mode of vibrational instability, the wing begins to oscillate around the center of gravity, alternately increasing or decreasing the angle of attack, and with the movement of a wave-like trajectory, while due to increased maneuverability in the vertical plane of the wing edges, the oscillation amplitude can increase to critical, at which the model loses flight speed and crashes.

Чтобы при помощи известных крыльев развернуть, например, планер в сторону, необходимо создать крен крыла в нужную сторону и этим наклонить аэродинамическую силу крыла в сторону разворота. Смена положения планера под действием руля поворотов создает скольжение и планер начинает лететь боком (см. там же, с.188-195). Появление крена на развороте может привести к скольжению планера на крыло (боковое скольжение), что очень опасно, можно и не выйти из бокового скольжения и разбиться. Примеров тому множество. In order to deploy, for example, a glider to the side with the help of known wings, it is necessary to create a roll of the wing in the necessary direction and thereby tilt the aerodynamic force of the wing towards the turn. A change in the position of the glider under the action of the rudder creates a glide and the glider begins to fly sideways (see ibid., Pp. 188-195). The appearance of a roll at a U-turn can lead to glider gliding onto the wing (lateral gliding), which is very dangerous, you may not get out of the side gliding and break. There are many examples of this.

Известное профилирование крыла имеет слабую боковую динамическую устойчивость крыла. Known wing profiling has weak lateral dynamic stability of the wing.

В основу изобретения поставлена задача - крыло, подлежащее усовершенствованию, содержащее нижнюю и верхнюю поверхности, переднюю кромку, нижнюю заднюю кромку, где передняя кромка является общей для поверхностей, а нижняя поверхность расположена между передней и нижней задней кромками, согласно изобретению отличается тем, что содержит дополнительную верхнюю заднюю кромку, расположенную над нижней задней кромкой, заднюю поверхность между нижней и верхней задними кромками, где верхняя поверхность размещена между передней кромкой и дополнительной верхней задней кромкой, где нижняя задняя кромка является общей для нижней и задней поверхностей, а дополнительная верхняя задняя кромка является общей для верхней и задней поверхностей, позволяет обеспечить повышенную боковую динамическую устойчивость крыла. The basis of the invention is the task - the wing to be improved, containing the lower and upper surfaces, the leading edge, the lower trailing edge, where the leading edge is common to the surfaces, and the lower surface is located between the leading and lower trailing edges, according to the invention is characterized in that it contains additional upper trailing edge located above the lower trailing edge, the rear surface between the lower and upper trailing edges, where the upper surface is located between the leading edge and itelnoy upper trailing edge, where the lower rear edge is shared by the lower and rear surfaces, and further the upper trailing edge is common to top and back surfaces, enables increased lateral dynamic stability of the wing.

Повышенная боковая устойчивость крыла достигается тем, что с введением дополнительной верхней задней кромки и задней поверхности в полете крыла непосредственно за задней поверхностью между верхней и нижней кромками крыла постоянно генерируется воздушный парный вихрь, который формируется кромками, задней поверхностью и который состоит из парных замкнутых кольцевых вихревых трубок, которые совершают автоколебания в вертикальной плоскости. При полете крыла вихревые трубки являются динамическим продолжением верхней и нижней поверхностей крыла, создают за крылом своеобразный воздушный динамический коридор с множеством воздушных вихревых трубок, которые после пролета крыла некоторое время существуют сами по себе в воздушном пространстве, а затем затухают и прекращают свое существование. Динамическое продолжение поверхностей крыла автоматически управляет полетом крыла, может устойчиво существовать только при прямолинейной траектории полета крыла. Все остальные отклонения кромок вокруг поперечной оси крыла, которая проходит через центр тяжести, вносят асимметрию в динамическое продолжение крыла и автоматически сдуваются воздушным потоком вдоль верхней и нижней поверхностей. Воздушные вихревые трубки легко перемещаются в вертикальной и горизонтальной плоскостях без разрушения структуры вихрей. The increased lateral stability of the wing is achieved by the fact that with the introduction of an additional upper trailing edge and a trailing surface in the flight of the wing immediately behind the trailing surface between the upper and lower edges of the wing, an air pair vortex is constantly generated, which is formed by the edges, the rear surface and which consists of paired closed annular vortex tubes that oscillate in a vertical plane. During the flight of the wing, vortex tubes are a dynamic continuation of the upper and lower surfaces of the wing, create a kind of dynamic air corridor behind the wing with many air vortex tubes, which, after the flight of the wing, exist for some time by themselves in the airspace, and then die out and cease to exist. The dynamic continuation of the wing surfaces automatically controls the flight of the wing; it can stably exist only with a rectilinear flight path of the wing. All other deviations of the edges around the transverse axis of the wing, which passes through the center of gravity, introduce asymmetry into the dynamic continuation of the wing and are automatically blown away by air flow along the upper and lower surfaces. Air vortex tubes move easily in the vertical and horizontal planes without destroying the structure of the vortices.

Некоторое подобие вихревых трубок могут продемонстрировать мастера курения сигарет, выпуская кольца изо рта, и даже в виде последовательности торообразных дымовых вихревых колец (трубок). Cigarette masters can demonstrate some semblance of vortex tubes by releasing rings from their mouths, and even as a sequence of toroidal smoke vortex rings (tubes).

Однако вихревые кольца за задней поверхностью крыла гораздо сильнее и с большой скоростью вращения вихрей в трубках. Вихревые трубки обладают гироскопическим эффектом и для наклона оси вращения вихрей в вихревых трубках необходимо дополнительное внешнее воздействие на крыло для преодоления динамического момента сил вихрей, которые вращаются. Для иллюстрации можно вспомнить из курса физики, как трудно наклонить велосипедное колесо, которое вращается, на некоторый угол относительно оси вращения колеса и как легко его перемещать в любую сторону без крена относительно его оси вращения. However, the vortex rings behind the rear surface of the wing are much stronger and with a high speed of rotation of the vortices in the tubes. Vortex tubes have a gyroscopic effect, and to tilt the axis of rotation of the vortices in the vortex tubes, additional external action on the wing is necessary to overcome the dynamic moment of the forces of the vortices that rotate. To illustrate, one can recall from the course of physics how difficult it is to tilt a bicycle wheel that rotates by an angle relative to the axis of rotation of the wheel and how easy it is to move it in any direction without a roll relative to its axis of rotation.

Аналогично велосипедному колесу ведут себя воздушные вихри в вихревых трубках за крылом, которые являются динамическим продолжением крыла, крыло также трудно наклонить вокруг продольной оси крыла, то есть вокруг траектории полета, но легко переместить в любую сторону в вертикальной или горизонтальной плоскостях. Similarly to a bicycle wheel, air vortices behave in the vortex tubes behind the wing, which are a dynamic extension of the wing, it is also difficult to tilt the wing around the longitudinal axis of the wing, i.e. around the flight path, but it is easy to move it in any direction in vertical or horizontal planes.

При неуправляемом полете после запуска после непродолжительных визуально наблюдаемых затухающих колебаний, которые наблюдаются невооруженным глазом, вокруг центра тяжести, крыло поворачивается к устойчивой траектории полета. In uncontrolled flight after launch, after short visually observed damped oscillations that are observed with the naked eye, around the center of gravity, the wing turns to a stable flight path.

При управляемом полете разворот крыла осуществляется без крена в одной плоскости с поворотом по кольцевой траектории, а не по спиральной траектории, как у известных крыльев. In a controlled flight, the wing is rotated without roll in the same plane as it rotates along an annular trajectory, and not along a spiral trajectory, as with known wings.

Фиг.1 - Крыло. Вид сверху. Figure 1 - Wing. View from above.

Фиг.2 - Крыло. Сечение 1-1 на фиг.1. Профиль крыла. Figure 2 - Wing. Section 1-1 in figure 1. Wing profile.

Фиг. 3 - Крыло. Положение профиля крыла при увеличении угла атаки в полете относительно траектории полета. FIG. 3 - Wing. The position of the wing profile with increasing angle of attack in flight relative to the flight path.

Фиг.4 - Крыло. Положение профиля крыла при динамическом равновесии в полете относительно траектории полета. Figure 4 - Wing. The position of the wing profile in dynamic equilibrium in flight relative to the flight path.

Фиг. 5 - Крыло. Положение профиля крыла при уменьшении угла атаки относительно траектории полета. FIG. 5 - Wing. The position of the wing profile with a decrease in the angle of attack relative to the flight path.

Во всех рисунках стрелкой перед крылом указано направление полета. In all figures, the arrow in front of the wing indicates the direction of flight.

Крыло (см. фиг.1-5) содержит нижнюю поверхность 1, верхнюю поверхность 2, переднюю кромку 3, нижнюю заднюю кромку 4. Передняя кромка 3 является общей для поверхностей 1, 2. Нижняя поверхность 1 размещена между передней кромкой 3 и нижней задней кромкой 4. The wing (see FIGS. 1-5) comprises a lower surface 1, an upper surface 2, a leading edge 3, a lower trailing edge 4. The leading edge 3 is common to surfaces 1, 2. The lower surface 1 is located between the leading edge 3 and the lower rear edge 4.

Крыло содержит дополнительную верхнюю заднюю кромку 5. Кромка 5 размещена над нижней задней кромкой 4. The wing contains an additional upper trailing edge 5. The edge 5 is located above the lower trailing edge 4.

Крыло содержит заднюю поверхность 6 между нижней задней кромкой 4 и дополнительной верхней задней кромкой 5. The wing comprises a rear surface 6 between the lower trailing edge 4 and the additional upper trailing edge 5.

Верхняя поверхность 2 размещена между передней кромкой 3 и дополнительной верхней задней кромкой 5. The upper surface 2 is placed between the leading edge 3 and the additional upper trailing edge 5.

Нижняя задняя кромка 4 является общей для нижней поверхности 1 задней поверхности 6. The lower trailing edge 4 is common to the lower surface 1 of the rear surface 6.

Дополнительная верхняя задняя кромка 5 является общей для верхней поверхности 2 и задней поверхности 6. An additional upper trailing edge 5 is common to the upper surface 2 and the rear surface 6.

Крыло выполнено или закреплено в летательном аппарате с возможностью совершать в полете свободные автоколебательные знакопеременные перемещения передней кромки относительно траектории полета крыла в пределах угла β с началом угла β в центре автоколебательного вращения крыла, размещенного на продольной оси крыла, что проходит через центр тяжести крыла. Диапазон угла β составляет от 0 до 5 градусов. The wing is made or fixed in the aircraft with the ability to make free self-oscillating alternating movements of the leading edge relative to the flight path of the wing within the angle β with the beginning of angle β at the center of the self-oscillating rotation of the wing located on the longitudinal axis of the wing, which passes through the center of gravity of the wing. The angle range β is from 0 to 5 degrees.

Крыло имеет профиль в виде клина или равнобедренного треугольника (см. фиг. 2). Толщина h крыла составляет от 5 до 20% длины хорды b, центр тяжести находится на расстоянии х от передней кромки 3 крыла и составляет от 30 до 40% длины хорды b крыла. Передняя кромка 3 проходит через вершину равнобедренного треугольника, задняя поверхность 6 лежит в одной плоскости с основанием равнобедренного треугольника, нижняя и верхняя задние кромки 4, 5 проходят через концы основания равнобедренного треугольника. Нижняя и верхняя поверхности 1, 2 крыла лежат в одной плоскости с боковыми сторонами равнобедренного треугольника. The wing has a profile in the form of a wedge or an isosceles triangle (see Fig. 2). The thickness h of the wing is from 5 to 20% of the length of the chord b, the center of gravity is located at a distance x from the leading edge 3 of the wing and is from 30 to 40% of the length of the chord b of the wing. The leading edge 3 passes through the top of the isosceles triangle, the rear surface 6 lies in the same plane as the base of the isosceles triangle, the lower and upper trailing edges 4, 5 pass through the ends of the base of the isosceles triangle. The lower and upper surfaces 1, 2 of the wing lie in the same plane with the sides of the isosceles triangle.

Устройство работает следующим образом. Работу устройства продемонстрируем на примере модели крыла планера. При запуске модели планера, например, с помощью леера модель испытывает толчок в момент отцепления от леера. При этом крыло выходит из положения равновесия и начинает осуществлять продольные затухающие колебания вокруг центра тяжести (см. фиг.3-5) с отклонением передней кромки в пределах угла β относительно траектории полета, но через несколько секунд крыло снова входит в положение равновесия (см. фиг.4) с плавным стабилизированным полетом. В период выхода из колебательного режима крыло заметно прибавляет в скорости полета. При этом набирается с заметным ускорением. The device operates as follows. We will demonstrate the operation of the device using an example of a model of a glider wing. When launching a glider model, for example, with the help of a hand rail, the model experiences a push at the moment of disengagement from the hand rail. In this case, the wing leaves the equilibrium position and begins to perform longitudinal damped oscillations around the center of gravity (see Figs. 3-5) with the leading edge deviating within the angle β relative to the flight path, but after a few seconds the wing enters the equilibrium position again (see figure 4) with a smooth stable flight. In the period of exit from the oscillatory regime, the wing significantly increases in flight speed. At the same time it is typed with noticeable acceleration.

Характерной особенностью заявляемого крыла является его поведение во время разворота. Разворот осуществляется без внутреннего или внешнего скольжения на крыло, без крена и без вхождения в спираль. Разворот осуществляется в плоскости траектории полета крыла без полета боком. Крыло в полете имеет повышенную боковую устойчивость. A characteristic feature of the claimed wing is its behavior during a turn. U-turn is carried out without internal or external sliding on the wing, without roll and without entering the spiral. The turn is carried out in the plane of the flight path of the wing without flying sideways. The wing in flight has increased lateral stability.

Повышенная боковая устойчивость достигается благодаря наличию дополнительной верхней задней кромки 5 задней поверхности 6, которые размещены над нижней задней кромкой. Непосредственно за задней поверхностью 6 между кромками 4, 5 в полете образуется полость с некоторым разряжением воздуха, в полость засасывается часть воздуха с кромок 4, 5, при этом в этой полости создаются парные вихревые трубки 8, где трубка 8 верхняя, а трубка 7 нижняя. Increased lateral stability is achieved due to the presence of an additional upper trailing edge 5 of the rear surface 6, which are located above the lower trailing edge. Directly behind the rear surface 6 between the edges 4, 5, a cavity is formed in flight with some discharge of air, part of the air is sucked into the cavity from the edges 4, 5, while in this cavity paired vortex tubes 8 are created, where the tube 8 is upper and the tube 7 is lower .

В полете крыла непосредственно за задней поверхностью между верхней и нижней кромками крыла постоянно генерируется парный вихрь, который формируется кромками 4, 5 задней поверхностью 6 и который состоит из парных замкнутых кольцевых вихревых трубок 7, 8, которые совершают автоколебания в вертикальной плоскости. При полете крыла вихревые трубки 7, 8 являются динамическим продолжением верхней и нижней поверхностей 1, 2 крыла, создают в воздушном пространстве за крылом своеобразный воздушный динамический коридор с множеством вихревых трубок, которые после пролета крыла некоторое время существуют сами по себе в воздушном пространстве, а затем затухают и прекращают свое существование. Динамическое продолжение поверхностей крыла автоматически управляет полетом крыла. Динамическое продолжение может устойчиво существовать при прямолинейной траектории полета крыла. Все иные отклонения кромок вокруг поперечной оси крыла, которая проходи через центр тяжести, вносят асимметрию в динамическое продолжение крыла и, выступая над кромками 4, 5, вихревые трубки 7, 8 поочередно автоматически сдуваются воздушным потоком вдоль верхней и нижней поверхностей крыла, автоматически возвращая крыло в устойчивое состояние полета. In the flight of the wing immediately behind the rear surface between the upper and lower edges of the wing, a paired vortex is constantly generated, which is formed by the edges 4, 5 by the rear surface 6 and which consists of paired closed annular vortex tubes 7, 8 that perform self-oscillations in the vertical plane. During the flight of the wing, the vortex tubes 7, 8 are a dynamic continuation of the upper and lower surfaces 1, 2 of the wing; they create a peculiar air dynamic corridor in the air space behind the wing with many vortex tubes, which, after the flight of the wing, exist for some time by themselves in the air space, and then fade out and cease to exist. Dynamic continuation of wing surfaces automatically controls wing flight. Dynamic continuation can stably exist with a rectilinear flight path of a wing. All other deviations of the edges around the transverse axis of the wing, which passes through the center of gravity, introduce asymmetry into the dynamic continuation of the wing and, speaking above the edges 4, 5, the vortex tubes 7, 8 are alternately automatically blown off by the air flow along the upper and lower surfaces of the wing, automatically returning the wing in a steady state of flight.

Вихревые трубки имеют особенность легко перемещаться в вертикальной и горизонтальной плоскостях без разрушения структуры вихрей. Vortex tubes have the ability to easily move in the vertical and horizontal planes without destroying the structure of the vortices.

Некоторое подобие вихревых трубок или колец могут продемонстрировать курильщики, выпуская дымовые кольца изо рта, и даже в виде последовательности автономных торообразных вихревых колец, которые автономно существуют в воздушном пространстве и их возможно наблюдать. Smokers can demonstrate some semblance of vortex tubes or rings by releasing smoke rings from their mouths, and even as a sequence of autonomous toroidal vortex rings that autonomously exist in airspace and can be observed.

Однако вихревые кольца за задней поверхностью 6 крыла гораздо сильнее и с большой скоростью вращения вихрей в трубках. Задняя поверхность 6 непрерывно создает зону генерации вихрей. Отрыв вихрей от крыла осуществляется в автоколебательном режиме. Вихревые трубки обладают гироскопическим эффектом и для наклона вращения вихрей в вихревых трубках необходимо дополнительное внешнее воздействие на крыло для преодоления динамического момента сил вихря, который вращается. However, the vortex rings behind the rear surface 6 of the wing are much stronger and with a high speed of rotation of the vortices in the tubes. The rear surface 6 continuously creates a zone of vortex generation. The vortices are separated from the wing in a self-oscillating mode. Vortex tubes have a gyroscopic effect and to tilt the rotation of the vortices in the vortex tubes, additional external action on the wing is necessary to overcome the dynamic moment of the forces of the vortex that rotates.

Для иллюстрации гироскопического эффекта можно вспомнить из курса физики, как трудно наклонить велосипедное колесо, которое вращается, под углом относительно оси вращения колеса и как легко перемещать его в любую сторону без крена относительно его оси вращения. To illustrate the gyroscopic effect, one can recall from the course of physics how difficult it is to tilt a bicycle wheel that rotates at an angle relative to the axis of rotation of the wheel and how easy it is to move it to any side without a roll relative to its axis of rotation.

Аналогично велосипедному колесу ведут себя вихри в вихревых трубках за крылом. Являясь динамическим продолжением крыла, крыло также трудно наклонить вокруг продольной оси крыла, то есть вокруг траектории полета, но легко переместить в любую сторону в вертикальной или горизонтальной плоскостях. При неуправляемом полете после запуска крыла, после непродолжительных визуально наблюдаемых затухающих колебаний, которые видны невооруженным глазом, вокруг центра тяжести, крыло возвращается к устойчивой траектории полета. Vortices in vortex tubes behind a wing behave similarly to a bicycle wheel. Being a dynamic extension of the wing, the wing is also difficult to tilt around the longitudinal axis of the wing, that is, around the flight path, but it is easy to move in either direction in the vertical or horizontal planes. In uncontrolled flight, after the launch of the wing, after brief visually observed damping oscillations that are visible to the naked eye around the center of gravity, the wing returns to a stable flight path.

При управляемом полете разворот крыла осуществляется без крена в одной плоскости вокруг вертикальной оси крыла и с полетом крыла по кольцевой траектории, лежащей в одной плоскости с крылом, а не по спиральной траектории, как у известных крыльев. In a controlled flight, the wing is rotated without roll in the same plane around the vertical axis of the wing and with the flight of the wing along an annular path lying in the same plane with the wing, and not along a spiral path, as with well-known wings.

Технический результат: крыло имеет повышенную боковую устойчивость. Effect: the wing has increased lateral stability.

Claims

A wing containing a wedge profile with the top of the wedge on its leading edge, characterized in that it is made or fixed in the aircraft with the ability to make free self-oscillating alternating movements of the leading edge relative to the flight path within an angle from 0 to 5 ^o , with the beginning of an angle of the center of the self-oscillatory rotation of the wing, placed on the longitudinal axis of the wing passing through the center of gravity of the wing, and the wedge profile is made in the form of an isosceles triangle.