О крыльях незамкнутого профиля Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Решетневские чтения

УДК 629.735.025.1

Н. У. Ушаков

Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации (институт), Россия, Ульяновск

А. Л. Шпади ЗАО «Вертолеты-МИ», Россия, Казань

О КРЫЛЬЯХ НЕЗАМКНУТОГО ПРОФИЛЯ

Предложены оригинальные конструкции крыльев нестандартной геометрии. Рабочие элементы, взаимодействующие с внешней средой, выполнены в виде незамкнутого профиля крыла. Приведен пример применения этого профиля в схеме роторного ветродвигателя. Показана высокая эффективность ветродвигателя при скорости ветра от 1,5-2 м/с. Область применения - летательные аппараты, солнечный парус и роторные ветродвигатели.

В последнее время возродился практический интерес к крыльям нестандартной геометрии, в частности, к щелевым управляемым крыльям, профиль которых имеет сквозные отверстия. Аэродинамические преимущества таких крыльев были наглядно продемонстрированы О. Г. Войцехом для крыльев малого удлинения с критическими углами атаки до 45о при помощи программы Flow Vision, но их использование в авиации сдерживается конструктивными сложностями, поскольку самолетное крыло - это еще и топливные баки, а не просто аэродинамическая поверхность [1].

Поэтому более перспективным является использование таких крыльев во вращательном движении в качестве лопасти несущего винта вертолета или ветродвигателя. Нами, например, была предложена струй-но-щелевая лопасть одновинтового вертолета с продольным расположением прямоточного воздушного реактивного двигателя внутри лопасти, у которой сгорание топлива происходило в поле центробежных сил, что исключило необходимость в отдельном ком -прессоре и рулевом винте [2].

Однако наибольшее практическое применение получили разработанные нами ветродвигатели, у которых в классическом замкнутом профиле крыла отсутствует нижнезадняя часть контура, а верхняя часть

крыла соединяется с оставшейся передненижней ча-стью через резинометаллический шарнир, обеспечивающий автоматическую адаптацию профиля к текущему направлению и скорости ветра [3].

Упрощенный жесткий вариант такого крыла роторного ветродвигателя, у которого отсутствует верхнезадняя часть профиля, был предложен и за рубежом Ленцем, но виртуальные компьютерные продувки при помощи программного обеспечения Star CCM убедительно показали более высокую эффективность нашего ротора, не нуждающегося в центральном обтекателе, экранирующем вредное влияние подветренной лопасти.

Скалярное поле скоростей воздушного потока, обтекающего предложенный нами роторный ветродвигатель с вертикальной осью вращения 1, показано на рисунке, на котором радиальные махи 2 ротора жестко соединены с нижнепередними частями крыльев 3, снабженных резинометаллическими шарнирами 4. Благодаря этим шарнирам верхняя часть крыла 5 может менять первоначальный угол раскрытия профиля, который уменьшается при встречном направлении ветра и увеличивается при попутном, увеличивая общий вращающий момент ротора и его быстроходность при одновременном обеспечении автоматического старта при скорости ветра 1,5-2 м/с.

fes =62.501

.г

Velocity: Magnitude (m/s)

Il_yX 0.065088_1.4176__2.7702_±222B 5.4753 6.827V

Результаты моделирования обтекания роторного ветродвигателя при помощи программного обеспечения Star CCM: 1 - ветродвигатель; 2 - радиальные махи ротора; 3 - нижнепередние части крыла; 4 - шарниры; 5 - верхняя часть крыла

Проектирование и производство летательны.хаппаратов, космические исследования и проекты

Однако при больших скоростях ветра на свободной задней кромке крыла возникает динамическая неустойчивость, обусловленная пересечением линии ветра в режиме поворота «фордевинд», если пользоваться терминологией яхтсменов. Тогда как на противоположном крыле происходит плавный поворот «оверштаг», который можно использовать как демпфер неустойчивого поворота «фордевинд», если обеспечить механическую связь между всеми крыльями такого ротора. Тогда можно в полной мере использовать значительный прирост аэродинамических сил на закритических углах поляры такого крыла вплоть до 180о.

В открытом космосе такие крылья могут использоваться в качестве солнечного паруса. Область их

применения - летательные аппараты, солнечный парус и роторные ветродвигатели.

Библиографические ссылки

1. Войцех О. На решетчатом крыле // Самолет. 2001. № 5.

2. Струйно-щелевая лопасть : пат. 2362707 Рос. Федерация : (51) МПК В 64 С 11/00 (2006.01) В 64 С 27/18 (2006.01) / Шпади А. Л., Тимофеев В. Ф. Заявл. 29.10.2007 ; опубл. 27.07.2009, Бюл. № 21.

3. Роторный ветродвигатель : пат. 2269028 Рос. Федерация : (51) МПК Б 03 Б 3/00 (2006.01) / Шпади А. Л., Митрюхин В. В. Заявл. 12.11.2002 ; опубл. 27.01.2006, Бюл. № 03.

N. U. Ushakov

Ulyanovsk Higher Aviation School of Civil Aviation (Institute), Ulyanovsk, Russia

A. L. Shpadi CJSC «Helicopter-MI», Kazan, Russia

UNCLOSED AIRFOIL WINGS

Original structures of non-standard geometry wings are offered. Operating components interacting with outdoor environment are designed as a kind of unclosed wing airfoil. An example of such wing airfoil application in rotor-type windmill model is given. High efficiency of rotor-type windmill at a wind speed of 1.5-2 m/s is shown. Application area is aircrafts, light sail, rotor-type windmills.

© Ушаков Н. У., Шпади А. Л., 2010

УДК 623.783

Л. В. Шумкова, А. А. Грунин

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

КОНСТРУКЦИЯ КОМПОЗИТНОГО КАРКАСА КРЫЛА СОЛНЕЧНОЙ БАТАРЕИ

Рассматриваются вопросы проектирования композитного каркаса крыла солнечной батареи.

Предлагается конструкция сетчатого каркаса крыла солнечной батареи, заменяющая существующую трубчатую конструкцию, устанавливаемую в настоящее время на космических аппаратах, производимых в ОАО «ИСС» имени академика М. Ф. Решетнева». Широко используются солнечные батареи, каркас которых состоит из углепластиковых труб, соединенных между собой алюминиевыми фитингами.

Рис. 1

В работе предлагается конструкция сетчатого композитного каркаса (рис. 1).

Каркас состоит из углепластиковых стержней и соединительных элементов (рис. 2).

Рис. 2