CC BY
6
УДК 629.7
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ МЕТОД ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОДОЛЬНОЙ УСТОЙЧИВОСТИ
ЭКРАНОПЛАНА
*
М. В. Попов , И. А. Вашлаева Научный руководитель - П. Р. Чирков
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: mihl2666@gmail.com
В работе рассматривается применение крыла с гибкой нижней поверхностью как дополнительный метод обеспечения продольной устойчивости экраноплана.
Ключевые слова: экраноплан, продольная устойчивость, дополнительный метод, гибкая нижняя поврехность.
ADDITIONAL METHOD OF ENSURING LONGITUDINAL STABILITY OF
EKRANOPLAN
M. V. Popov*, I. A. Vashlaeva Scientific supervisor - P. R. Chirkov
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation *E-mail: mihl2666@gmail.com
The paper considers the use of a wing with a flexible lower surface as an additional method for ensuring the longitudinal stability of the ekranoplan.
Key words: ekranoplan, longitudinal stability, additional method, flexible lower surface.
Экраноплан - транспортное средство, летающее на высотах, равных 0,05-0,2 хорды крыла вблизи опорной поверхности. Начиная с момента практической реализации конструкций экранопланов основной проблемой является достижение продольной устойчивости.
Вдали от экрана экраноплан может обладать продольной устойчивостью, если его центр тяжести расположен впереди аэродинамического фокуса Fa - точки приложения приращения полной аэродинамической силы при изменении угла атаки [1].
В зоне действия экрана продольная устойчивость может нарушиться из-за зависимости аэродинамической силы не только от угла атаки, но и от высоты движения h над поверхностью экрана (т.е. аэродинамического фокуса Fh по высоте полета).
Продольную устойчивость экраноплана обеспечивают очень точно рассчитанной аэродинамической компоновкой, отличающейся от обычной самолетной более развитым хвостовым оперением по площади до 50% площади несущего крыла и другими особенностями [2]. Однако даже в этом случае добиться устойчивости можно, как правило, только для определенных режимов движения, характеризуемых ограниченными диапазонами изменения угла тангажа и углов отклонения аэродинамических рулевых органов, границы которых изменяются в функции высоты и составляющих скорости движения, параметров балансировки и некоторых других параметров.
Рассмотрим схемы экранопланов и способы обеспечения продольной устойчивости.
Секция «Эксплуатация и надежность) авиационной техники»
При схеме «летающее крыло» продольная стабилизация осуществляется двумя вынесенными хвостовыми балками со стабилизирующими поверхностями на концах [3].
У экранопланов самолетной схемы продольная устойчивость обеспечивается сильно развитым горизонтальным хвостовым стабилизатором и электронной системой автоматического управления.
При схеме «тандем» продольная устойчивость обеспечивается при помощи уменьшения подъемной силы на оторвавшемся от экрана крыле, то есть продольной самостабилизацией крыльев.
У экраноплана схемы «утка» стабилизация высоты полета обеспечивается расположенным в передней части несущим стабилизатором. При увеличении угла атаки подъемная сила на стабилизаторе падает и аппарат опускает носовую часть до рабочих углов атаки стабилизатора.
Экраноплан схемы Липпиша обладает треугольным в плане крылом обратной стреловидности, которое обеспечивает достаточно стабильное нахождение фокуса по высоте впереди фокуса по углу атаки, что удовлетворяет основному критерию продольной устойчивости экраноплана.
В настоящее время для стабилизации применяется вынесенное вверх из зоны действия экрана и развитое горизонтальное хвостовое оперение, которое достигает 50% площади основного крыла. Это значительно утяжеляет конструкцию и увеличивает лобовое сопротивление, что ведет к уменьшению эффективности экраноплана. Но этого все равно недостаточно для обеспечения устойчивости на всех режимах полета над экраном.
В качестве дополнительного метода обеспечения продольной устойчивости можно сделать, например, крыло с гибкой нижней поверхностью. Принцип действия такого крыла поясняется на рисунке 1.
9
(_1 1_>
!ф
Рис. 1. Крыло экраноплана с гибкой нижней поверхностью а - профиль крыла в полете над поверхностью экрана; б - профиль крыла в свободном полете; в - крыло в плане (вид сверху)
Крыло имеет жесткий каркас, состоящий из двух концевых элементов 1, переднего лонжерона 2, образующего переднюю кромку, среднего лонжерона 3, заднего лонжерона 4, формозадающих нервюр 5 с перепускными окнами. На каркасе закреплена жесткая верхняя оболочка 6 и нижняя гибкая оболочка 7, подкрепленная упругими латами 8, выполненными с переменной жесткостью по их длине. На верхней оболочке 6 расположены воздухозаборник 9, дренажные отверстия 10, устройство для изменения проходного сечения дренажных отверстий, состоящее из направляющей тяги 11 с клапанами 12, имеющими размеры несколько больше, чем размеры дренажных отверстий 10, для полного их перекрытия.
Гибкая оболочка 7 выполнена из прочной плотной ткани. Латы 8 представляют собой упругие изогнутые стержни с переменным сечением. На гибкой оболочке 7 латы 8 вставлены в равномерно распределенные по размаху крыла специальные карманы и закрепляются на передней и задней кромках, форма лат 8 определяется формой выбранного аэродинамического профиля.
При удалении крыла от поверхности экрана давление по внутренней полости, образующееся действием набегающего потока, становится больше давления потока под крылом и упругости лат 8 нижней оболочки, гибкая нижняя оболочка прогибается, образуя выпуклый профиль крыла с симметричной или обратной кривизной, что приводит к уменьшению коэффициента подъемной силы, подъемная сила крыла уменьшается. Нескомпенсированная сила веса аппарата возвращает его к устойчивому режиму полета, где давление набегающего потока под крылом и упругость лат становится больше давления потока во внутренней полости крыла, нижняя оболочка, прогибаясь, занимает исходное положение, латы ложатся на формозадающие нервюры 5.
Изменяя проходное сечения дренажных отверстий 10 путем перемещений тяги 11 с клапанами 12, тем самым изменяют давление во внутренней полости крыла, что позволяет расширить диапазон регулирования высоты полета экраноплана над поверхностью экрана.
Использование этой схемы крыла обеспечит продольную устойчивость экраноплана при расположении крыльев аппарата одно за другим по схеме «тандем», а также увеличение аэродинамического качества вблизи экрана путем предотвращения увеличения высоты полета над поверхностью крыла.
Обеспечение продольной устойчивости - главная проблема при проектировании и эксплуатации экранопланов. Существующие в настоящее время способы обеспечения продольной устойчивости не отвечают в должной мере требованиям безопасной эксплуатации экранопланов во всех режимах полета. Поэтому необходимо применять дополнительный метод улучшения продольной устойчивости данного типа ЛА при помощи крыла с изменяемой геометрией крыла, в данном случае крыла с гибкой нижней поверхностью.
Библиографические ссылки
1. Методика расчета устойчивости крыла экраноплана с изменяемой геометрией профиля, направленная на повышение безопасности и надежности эксплуатации : монография / П. Р. Чирков, Н. В. Никушкин, А. В. Кацура, В. Г. Бондаренко ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т -Красноярск, 2014. - 150 с.
2. Гадецкий В. М. Влияние формы профиля на аэродинамические характеристики крыла вблизи экрана [Текст] / В. М. Гадецкий // Труды ЦАГИ; ЦАГИ. - М.: 1985. - вып. 2304.
3. Белавин Н. И. Экранопланы [Текст] / Н. И. Белавин. 2-е изд., перераб. - Л: Судостроение, 1977. - 232 с.
© Попов М. В., Вашлаева И. А., 2022
