ВВЕДЕНИЕ

Применение активных систем управления обтеканием аэродинамических поверхностей взлетно-посадочной механизации является одним из наиболее актуальных направлений совершенствования характеристик разрабатываемых самолетов [1]. При наличии многочисленных результатов и теоретических расчетных исследований практически отсутствует их экспериментальное подтверждение. Выполненные расчеты и ограниченные экспериментальные работы проведены для существенно упрощенных конфигураций обтекаемых поверхностей (цилиндры со щелями выдува в пограничный слой, прямоугольные поверхности со стилизованной аэродинамической профилировкой). В настоящей работе решается задача исследования эффективности управления пограничным слоем путем управляемого выдува в него струй для типичной аэродинамической компоновки магистрального самолета. Особо высока актуальность оценки эффективности управления пограничным слоем для отклоняемого закрылка применительно к оценке возможного повышения подъемной силы системы «крыло – отклоняемый закрылок» на взлетно-посадочных режимах.

Настоящая статья посвящена разработке аэродинамической модели отсека механизированного крыла и реализации системы выдува струй в пограничном слое для обеспечения исследования активного управления пограничного слоя для обеспечения исследования активного управления на взлете и посадке магистрального самолета.

Наиболее целесообразно исследование подобных систем проводить на крупномасштабных аэродинамических моделях, что позволяет приблизиться к реальным условиям полета самолета и таким образом повысить информативность экспериментальных исследований [2].

Для проведения исследований принято решение об использовании ранее изготовленной крупноразмерной аэродинамической модели отсека механизированного крыла. Система управления обтеканием была разработана с учетом применения ее на существующей модели. Аэродинамическая модель представляет собой отсек механизированного крыла, размеры которой максимально приближены к реальным размерам самолета (масштаб ~ 1:1). Конструктивно модель состоит из отсека крыла, предкрылка, закрылка, отсечных шайб и мотогондолы. Размеры модели: длина 7900 мм, ширина 6000 мм. Масса модели 5200 кг.

КОНСТРУКЦИЯ АКТИВНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ОБТЕКАНИЕМ ЗАКРЫЛКА

Включает устройство, подающее к закрылку сжатый воздух, и переднюю кромку закрылка, через профилированные щели и отверстия которой на его верхнюю поверхность выдается воздух под давлением.

Устройство, подающее к закрылку сжатый воздух, представляет собой разветвленную воздушную магистраль, состоящую из жестких стальных и алюминиевых труб, гибких труб с металлической оплеткой и гибких гофрированных труб из нержавеющей стали (рис. 1). Одна часть воздушной магистрали, по которой подводится сжатый воздух, расположена снаружи модели и соединена с другой ее частью. Другая часть магистрали сначала проходит внутри носовой части отсека крыла, после чего заводится внутрь отсека, проходя через его переднюю стенку примерно посредине. Эти части воздушной магистрали выполнены из жестких стальных труб большого диаметра (~ ∅100 мм). Далее внутри отсека крыла воздушная магистраль разделяется на три магистрали, которые подводятся к задней стенке отсека. Магистраль состоит из гибких труб с металлической оплеткой и жестких труб из алюминиевого сплава. Эти трубы имеют меньший размер диаметра по сравнению с трубами подводной магистрали. Каждая из труб в зоне задней стенки соединяется с гофрированными стальными трубами. Далее гофрированные стальные трубы прокладываются внутри задней кромки модели и подводятся непосредственно к закрылку.

Рис. 1. Расположение элементов системы активного управления обтеканием на модели

Типы труб выбраны исходя из:

• условий их работы под высоким воздушным давлением с обеспечением герметичности в соединительных стыках;
• прокладки их в обводах ранее изготовленной модели с учетом закрепления на уже существующих элементах конструкции;
• условия сохранения пропорциональности площадей их проходных сечений площадям щелей на передней кромке закрылка, через которые воздух выдувается на его верхнюю поверхность. Пропорциональность площадей проходных сечений в трубах обеспечивает равномерный выдув воздуха на верхнюю поверхность закрылка по всему его размаху.

Из всего многообразия существующих в продаже труб наиболее целесообразно было применить гибкие гофрированные трубы из нержавеющей стали для размещения их в зоне задней кромки отсека крыла. Это объясняется необходимостью иметь трубы с большим количеством изогнутых участков для их прокладывания между близко размещенными элементами конструкции модели. Применение же гибких гофрированных труб вместе с поворотными штуцерами (рис. 2), которые размещаются на передней кромке закрылка, позволило обеспечить его поворот на угол до 60 градусов. Гофрированные трубы в момент поворота закрылка изгибаются без нарушения площадей их проходных сечений с сохранением способности выдерживать высокое воздушное давление, а поворотные штуцеры подвода воздуха, поворачиваясь, исключают недопустимые изгибы и изломы в гофрированных трубах в зоне соединения их с закрылком.

Рис. 2. Поворотные штуцеры подвода воздуха на передней кромке закрылка

Передняя кромка закрылка включает четыре съемных носка. Внутри каждого носка имеются внутренние герметичные полости, в которые воздух под давлением 4 атм. подается из устройства подачи к закрылку сжатого воздуха. Из полостей воздух под давлением выдувается на верхнюю поверхность закрылка. Реализованы два способа выдува воздуха из закрылка: тангенциальный выдув (рис. 3) и выдув воздуха с образованием струйных вихрегенераторов (рис. 4).

Рис. 3. Тангенциальный выдув

Рис. 4. Выдув воздуха с образованием струйных вихрегенераторов

Для обеспечения двух различных типов выдува в конструкции носков закрылка имеются специальные вставки. Одни имеют прямоугольные щели, а другие – отверстия, расположенные под двумя углами к нормали выдуваемой поверхности. Герметичные полости в съемных носках предназначены для получения равномерного выдува воздуха из профилированных щелей или отверстий.

Во время проведения эксперимента производится визуализация потока воздуха при помощи мини-шелковинок, которые при безотрывном обтекании потока полностью прилегают к поверхности закрылка, а при отрывном обтекании колеблются. Для фиксации обтекания на модели в определенном месте внутри специального бокса установлена видеокамера и осветители (рис. 5).

Рис. 5. Бокс с окнами для видеокамеры и осветителями, расположенными внутри

ВЫВОД

В результате работы спроектирована система управления обтеканием закрылка, конструкция которой изготовлена в опытном производстве, и проведены экспериментальные исследования в аэродинамической трубе Т-101 ЦАГИ.

Благодаря созданию данной системы управления обтеканием удалось успешно провести аэродинамический эксперимент в аэродинамической трубе без использования летных экспериментов на реальном самолете, что сопряжено с большими затратами на подготовку и проведение эксперимента. Большие затраты при создании подобной системы непосредственно на самолете вызваны проведением значительной модернизации систем двигателя и встраиванием дополнительной воздушной системы внутрь крыла, что трудно выполнимо на уже существующем самолете.

Авторы: Жоголев Д.А., Копылов А.А., Никуленко А.А., Севостьянов С.Я., Судаков В.Г.

Материал предоставлен для публикации журналом "Вестник концерна ВКО "Алмаз - Антей"