Канал воздухозаборника и летательный аппарат, снабженный таким каналом

Канал воздухозаборника и летательный аппарат, снабженный таким каналом

Реферат

 

Канал воздухозаборника для транспортировки потока воздуха летательного аппарата, в частности ракеты, содержит удлиненный канал, имеющий конец для входа воздуха и конец для выхода воздуха и, по меньшей мере, одну плоскую поверхность. Канал воздухозаборника также содержит подвижную рампу, имеющую удлиненную конструкцию, которая является, по меньшей мере, частично плоской и имеет возможность совершать поступательное движение на плоской поверхности вдоль удлиненного канала. Управляемые средства приведения в движение предназначены для перемещения подвижной рампы. Удлиненная конструкция подвижной рампы размещена снаружи на упомянутой плоской поверхности канала. Подвижная рампа может быть переведена при помощи средств приведения в движение в одно из двух устойчивых положений, в которых эта рампа фиксируется по отношению к каналу, в убранном положении, в котором рампа полностью отведена назад по отношению к входному концу для воздуха на этой плоской поверхности канала, и в выдвинутом положении, в котором рампа, оставаясь частично расположенной на плоской поверхности, выдвинута за пределы канала на уровне входного конца для воздуха. Изобретение позволяет обеспечить возможность подачи воздуха с измененным расходом с одновременным удешевлением и упрощение воздухозаборника. 2 с. и 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение касается канала воздухозаборника, а также летательного аппарата, в частности ракеты, имеющего канал воздухозаборника.

Известно, что канал воздухозаборника, который устанавливается на летательном аппарате, например на ракете, предназначен для подачи в полете наружного по отношению к этому летательному аппарату воздуха к его внутренним агрегатам, обычно к средствам, предназначенным для приведения в движение летательного аппарата, таким, например, как камера сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Каналы воздухозаборников описаны во многих документах, в частности в патентах FR-2755182, DE-3003004 и ЕР-0474594 и содержат обычно удлиненный канал, поперечное сечение которого является по существу прямоугольным.

При использовании прямоточного воздушно-реактивного двигателя качество работы двигателя и его эффективность в значительной степени зависят от величины расхода воздуха, который вводится в камеру сгорания двигателя, то есть от того количества воздуха, которое проходит через один или несколько каналов воздухозаборника и попадает в камеру сгорания двигателя, где происходит горение смеси воздуха с топливом. Поступающее в двигатель количество воздуха зависит, разумеется, от площади поперечного сечения одного или нескольких предусмотренных каналов воздухозаборника. И совершенно очевидно, что чем больше площадь поперечного сечения канала воздухозаборника, тем большее количество воздуха может пропустить канал.

Однако на летательном аппарате нежелательно предусматривать слишком большие площади поперечного сечения канала воздухозаборника по соображениям габаритных размеров, массы и аэродинамических характеристик.

Кроме того, в том случае, когда канал воздухозаборника предназначен для подачи воздуха к средствам приведения летательного аппарата в движение, типа прямоточного воздушно-реактивного двигателя, этот канал должен обладать удовлетворительными характеристиками в отношении эффективности пропускаемого расхода воздуха в достаточно широкой области полета и должен быть адаптирован к реальному полетному числу Маха и к фактической высоте полета.

Полеты на относительно малых высотах могут рассматриваться только при умеренных значениях числа Маха по соображениям температурной устойчивости используемых в данном летательном аппарате конструкционных материалов, тогда как при полетах на большой высоте число Маха должно быть определенно более высоким, чтобы обеспечить возможность вследствие разреженности воздуха на этих высотах поддержания динамического давления, достаточного для того, чтобы обеспечить подъемную силу и/или ускорение летательного аппарата.

Чтобы обеспечить достаточно высокую величину тяги на всей траектории полета летательного аппарата как на малых, так и на больших высотах, необходимо подавать в средства приведения в движение различное количество воздуха, необходимого для поддержания горения топлива.

Для достижения этой цели известное техническое решение состоит в том, чтобы изменять поперечное сечение входной части канала воздухозаборника. Известны различные конструкции каналов воздухозаборников с изменяемым поперечным сечением входной части.

Из патента ЕР-0646525 известен плоский сверхзвуковой и гиперзвуковой воздухозаборник с изменяемой геометрией для подачи воздуха, необходимого для поддержания горения в двигателе летательного аппарата. Воздухозаборник устанавливается под крылом или фюзеляжем летательного аппарата и содержит две располагающиеся друг против друга основные створки, внутренние стенки которых выполнены в виде клина. Каждая из этих створок является подвижной относительно оси поворота, располагающейся в непосредственной близости от стенки воздухозаборника, которая продолжает в направлении назад по потоку основную створку. Рампа, подвижная относительно оси поворота, параллельна осям поворота основных створок, располагается в непосредственной близости от передней кромки и установлена перед той основной створкой, которая располагается ближе к крылу или к фюзеляжу летательного аппарата. Эта передняя рампа определяет вместе с основной створкой, ловушку изменяемой геометрии, предназначенную для отвода пограничного слоя.

Преимущество воздухозаборника состоит в том, что передняя ориентируемая рампа отклоняет поток воздуха в направлении средней плоскости воздухозаборника и позволяет формировать и поддерживать, вплоть до предельной фазы функционирования в режиме прямоточного воздушно-реактивного двигателя, ловушку изменяемого поперечного сечения и удовлетворительных размеров для отвода пограничного слоя.

Однако, поскольку основные створки и передняя рампа, а также средства приведения в движение этих элементов, располагаются внутри воздухозаборника, они неизбежно возмущают течение потока воздуха. Кроме того, это техническое решение предусматривает использование большого числа различных элементов (основные створки, рампа и т.д.), поэтому оно является достаточно сложным, громоздким и дорогостоящим. В дополнение, высокое давление, создаваемое потоком воздуха с высоким расходом, который входит в воздухозаборник, а также только две зоны крепления (ось поворота и приводное устройство) для каждого из этих поворотных элементов снижают эксплуатационную устойчивость элементов во всей области полета.

В основу настоящего изобретения поставлена задача устранения отмеченных выше недостатков и создания простого, эффективного и не слишком дорогого канала воздухозаборника, обеспечивающего возможность подачи потока воздуха с изменяемым расходом.

Поставленная задача решается путем создания канала воздухозаборника, содержащего удлиненный канал, который содержит входной конец для воздуха и выходной конец для воздуха, а также содержащего по меньшей мере одну по существу плоскую поверхность и характеризующегося тем, что он дополнительно содержит подвижную рампу, имеющую удлиненную конструкцию, являющуюся по меньшей мере частично по существу плоской, которая располагается снаружи на плоской поверхности канала и имеет возможность совершать поступательное перемещение на плоской поверхности вдоль данного канала и может быть переведена в одно из по меньшей мере двух ее устойчивых положений, в которых конструкция фиксируется: убранное положение, в котором рампа отведена назад по отношению к входному концу для воздуха, на плоской поверхности канала, выдвинутое положение, в котором рампа, оставаясь частично расположенной над плоской поверхностью канала воздухозаборника, выдвигается за пределы канала на уровне его входного конца для воздуха, и управляемые средства приведения в движение, предназначенные для перемещения подвижной рампы и перевода в одно из устойчивых положений.

Благодаря предлагаемому изобретению для одних и тех же условий использования канала воздухозаборника можно обеспечить две различные величины расхода воздуха в зависимости от положения, в котором находится подвижная рампа.

В убранном положении рампа отведена назад по отношению к входному концу канала и не оказывает никакого влияния на поток воздуха, который входит в канал воздухозаборника, чтобы расход воздуха определялся только поперечным сечением (постоянным в данном случае) входного конца для воздуха, а также конкретными условиями, т.е. скорость потока воздуха и т.д.

В выдвинутом положении рампа выступает за пределы канала на уровне его входного конца, чтобы воздействовать на поток воздуха перед этим входным концом и направлять часть воздуха в сторону входного конца канала, чтобы увеличить количество воздуха, попадающего в канал воздухозаборника, а также увеличить давление этого воздуха для увеличения пропускаемого расхода воздуха по отношению к расходу при убранном положении рампы.

Следовательно, при необходимом расходе воздуха можно обеспечить перевод рампы в одно или в другое устойчивое положение.

Кроме того, поскольку рампа располагается на наружной стороне плоской поверхности канала воздухозаборника, она не возмущает поток воздуха во внутренней полости канала.

Изобретение имеет также следующие преимущества: устройство является достаточно компактным, осуществляется точное перемещение подвижной рампы, рампа устойчива в убранном и выдвинутом положениях.

Следует отметить, что имеется возможность использования более чем двух устойчивых положений подвижной рампы. Дополнительно предусмотрено несколько устойчивых положений (выдвинутых), которые являются промежуточными между убранным положением рампы и предельно выдвинутым положением.

В соответствии с предпочтительным способом реализации предлагаемого изобретения средства приведения подвижной рампы в движение содержат систему, образованную взаимодействующими друг с другом рельсом и направляющей и предназначенную для закрепления подвижной рампы на канале воздухозаборника для обеспечения возможности перемещения этой рампы, средства, обеспечивающие возможность перемещения и фиксации подвижной рампы.

Это позволяет обеспечить очень устойчивые положения (убранное и выдвинутое) рампы и хорошо контролируемое и также устойчивое перемещение по сравнению с известным техническим решением (по патенту ЕР-0646525), в соответствии с которым подвижные элементы (створка, рампа), воздействующие на поток воздуха, являются поворотными (а не совершающими поступательное перемещение) и удерживаются обычно только в двух местах - на уровне оси поворота и на уровне присоединения устройства привода.

Кроме того, средства перемещения и фиксации подвижной рампы содержат мотор-редуктор с электрическим управлением, обеспечивающий перемещение подвижной рампы при помощи системы, образованной шестерней и зубчатой рейкой для перевода рампы в одно из устойчивых положений и фиксирования рампы относительно канала в одном из устойчивых положений, средства управления, предназначенные для электрического управления мотор-редуктором.

Канал воздухозаборника в соответствии с предлагаемым изобретением обладает следующими преимуществами: в нем отсутствуют сложные операции технического обслуживания, например замена уплотнительных прокладок или трудоемкий периодический контроль, как это имеет место при использовании гидравлической системы привода, повышенный срок службы, возможность многократного использования в отличие, например, от пиротехнической системы привода.

Средства электрического управления мотор-редуктором соединены с ним при помощи электрической связи и располагаются на некотором расстоянии от мотор-редуктора. Мотор-редуктор, который должен быть расположен в непосредственной близости от рампы, может оказаться громоздким, но что касается средств его управления они могут быть расположены в таком месте, где не создают каких-либо помех потоку воздуха.

Подвижная рампа содержит первую плоскую часть, предназначенную для размещения на плоской поверхности канала воздухозаборника, и по меньшей мере одну вторую часть, которая присоединена к первой плоской части по существу под прямым углом и содержит по меньшей мере одно сквозное отверстие. Отверстие в выдвинутом положении рампы располагается за пределами канала воздухозаборника на уровне его входного конца для воздуха. Отверстие позволяет отвести пограничный слой потока воздуха.

Предлагаемое изобретение касается также летательного аппарата, в частности ракеты, содержащего по меньшей мере один канал воздухозаборника, предназначенный для подвода воздуха из окружающей аппарат среды в средства приведения летательного аппарата в движение, например в прямоточный воздушно-реактивный двигатель.

В соответствии с предлагаемым изобретением летательный аппарат отличается тем, что на нем используется канал воздухозаборника описанного выше типа.

В дальнейшем изобретение поясняется приведенным ниже описанием примеров его реализации со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых: фиг.1 изображает схему канала воздухозаборника согласно изобретению; фиг.2 - общий вид канала воздухозаборника, содержащего подвижную рампу в убранном положении согласно изобретению; фиг.3 - общий вид канала воздухозаборника, содержащего подвижную рампу в выдвинутом положении согласно изобретению; фиг.4 - общий вид подвижной рампы согласно изобретению; фиг. 5 - схему расположения мотор-редуктора для приведения в движение подвижной рампы согласно изобретению.

Воздухозаборник 1 (фиг.1-3) в соответствии с предлагаемым изобретением установлен на конструкции 2 (фюзеляж, крыло) аппарата 3, в частности летательного аппарата типа ракеты, и предназначен для транспортировки воздуха по каналу из окружающей аппарат 3 среды во внутреннюю полость конструкции 2, в камеру сгорания двигателя.

Канал воздухозаборника 1 содержит удлиненный канал 4, изготовленный из металла и имеющий конец 5 для входа воздуха и конец 6 для выхода воздуха, причем канал содержит по меньшей мере одну плоскую поверхность 7А.

Поперечное сечение канала 4 может иметь любую форму. В соответствии с предпочтительным вариантом реализации изобретения канал 4 имеет прямоугольное поперечное сечение и содержит четыре плоские поверхности 7А, 7В, 7С и 7D. Канал 4 закреплен своей поверхностью 7В на конструкции 2. Возможен вариант (не показан), в котором конструкция 2 аппарата 3 непосредственно образует или формирует одну из поверхностей (поверхность 7В) канала 4 воздухозаборника.

В соответствии с изобретением канал воздухозаборника 1 содержит подвижную рампу 8, имеющую удлиненную конструкцию 9, которая имеет по меньшей мере одну плоскую часть 9А, размещенную снаружи на плоской поверхности 7А канала воздухозаборника. Подвижная рампа имеет возможность совершать поступательное перемещение на плоской поверхности 7А вдоль канала 4 и может быть переведена в одно из двух устойчивых положений, в которых она фиксируется по отношению к каналу 4.

В убранном положении, схематически представленном на фиг.2, рампа отведена назад по отношению к входному концу для воздуха 5.

В выдвинутом положении, схематически представленном на фиг.3, рампа, оставаясь частично расположенной на плоской поверхности 7А, выдвигается за пределы канала 4 на уровне его входного конца для воздуха 5.

Управляемые средства 10 приведения в движение предназначены для перемещения подвижной рампы 8 и перевода ее в одно из устойчивых положений.

Чтобы перевести подвижную рампу 8 из убранного положения в выдвинутое положение, приводные средства 10 перемещают ее в направлении, обозначенном стрелкой А (фиг.1).

Благодаря изобретению для одних и тех же условий использования канала воздухозаборника 1 можно обеспечить две различные величины расхода воздуха в зависимости от положения (убранного или выдвинутого), в котором находится подвижная рампа 8.

В убранном положении (фиг.2) рампа 8 отведена назад по отношению к входному концу для воздуха 5 канала и вследствие этого не нарушает поток воздуха, который входит в канал воздухозаборника 1 (стрелка Е на фиг.1-3), чтобы расход воздуха определялся поперечным сечением (постоянным) входного конца для воздуха 5 канала 4, а также условиями его использования (скорость потока воздуха и т.д.).

В выдвинутом положении (фиг.3) рампа 8 выступает за пределы канала 4 на уровне входного конца 5, чтобы она воздействовала на поток воздуха спереди по потоку (по стрелке Е) и направляла часть воздуха в сторону входного конца 5 с тем, чтобы увеличить количество воздуха, попадающего в канал воздухозаборника 1, а также увеличить давление воздуха, следствием чего является увеличение расхода воздуха по отношению к расходу воздуха при убранном положении рампы.

Благодаря изменению расхода воздуха осуществляется перевод рампы 8 в одно или в другое из ее устойчивых положений.

Кроме того, поскольку рампа 8 расположена на наружной стороне плоской поверхности 7А канала 4, она не возмущает течение потока воздуха во внутренней полости канала воздухозаборника 1.

Предлагаемое изобретение обладает также следующими преимуществами.

Устройство в соответствии с изобретением является достаточно компактным. Перемещение рампы 8 осуществляется точным образом. Рампа 8 является весьма устойчивой в убранном и выдвинутом положениях.

Следует отметить, что рампа может иметь более двух устойчивых положений, которые являются промежуточными между убранным положением этой рампы (фиг.2) и ее предельным выдвинутым положением (фиг.3).

В соответствии с предлагаемым изобретением средства 10 приведения рампы в движение содержат систему 11 для закрепления рампы 8 на канале 4, обеспечивающую возможность ее поступательного перемещения. Для этого система 11 содержит рельс 12, который закреплен на плоской поверхности 7А канала 4 (фиг. 3) и который взаимодействует с направляющей 13, сформированной в конструкции 9 рампы 8 (фиг.4). Средства 14 предназначены для обеспечения перемещения и фиксации подвижной рампы 8. Средства 14 перемещения и фиксации подвижной рампы 8 содержат мотор-редуктор 15 (фиг.5) для электрического управления, который перемещает подвижную рампу 8 при помощи системы, образованной шестерней 16 и зубчатой рейкой 17, и переводит рампу в одно из ее устойчивых положений, а также фиксирует рампу 8 по отношению к каналу 4 в одном из этих положений. Мотор-редуктор 15 закреплен на части 4 канала воздухозаборника 1 посредством кольца 18 и винта (не показан). Мотор-редуктор 15 приводит во вращательное движение закрепленную на нем шестерню 16. Шестерня взаимодействует с зубчатой рейкой 17, которая закреплена при помощи средств крепления 19 (типа винтов), на внутренней части поверхности (или изнутри на стенке) 9В рампы 8 (фиг.4).

Средства 20 управления предназначены для электрического управления мотор-редуктором 15 посредством электрического кабеля 21.

Средства 20 (фиг. 1) управления расположены на некотором расстоянии от мотор-редуктора 15 и предпочтительно в таком месте, где они не создают каких-либо помех. Вследствие этого только мотор-редуктор 15 может оказаться громоздким.

Средства 20 управления обеспечивают управление перемещением рампы 8 в функции расхода воздуха. Расход воздуха может зависеть от скорости движения аппарата 3 и от высоты полета летательного аппарата. Таким образом, средства 20 управления содержат средства для определения различных параметров, обеспечивающие надлежащее автоматическое управление перемещением рампы 8. Возможен вариант реализации, в котором предусмотрено приведение в действие этих средств 20 управления вручную оператором.

Рампа 8 дополнительно содержит (фиг.2 и 3) по меньшей мере одну поверхность 9С, которая примыкает к плоской поверхности 9А и которая расположена по меньшей мере частично под прямым углом к плоской поверхности. Поверхность 9С содержит по меньшей мере одно сквозное отверстие 22, которое служит ловушкой для отведения пограничного слоя из потока воздуха в выдвинутом положении рампы 8 (стрелка F на фиг.3, которая иллюстрирует выброс воздуха из пограничного слоя воздушного потока).

В дополнение к упомянутым выше преимуществам в канале воздухозаборника 1 в соответствии с предлагаемым изобретением отсутствует необходимость выполнения операций технического обслуживания, то есть замены уплотнительных прокладок или трудоемкого периодического контроля, которые необходимы при использовании гидравлической приводной системы, канал имеет повышенный срок службы и возможность многократного использования (в отличие, например, от пиротехнической приводной системы).

Канал воздухозаборника 1 в соответствии с предлагаемым изобретением может быть применен на различных аппаратах 3 - подвижных или неподвижных, для транспортировки воздуха из внешней окружающей среды во внутреннюю полость. Однако предпочтительным образом канал воздухозаборника 1 используется на летательном аппарате 3 типа ракеты, который приводится в движение при помощи прямоточного воздушно-реактивного двигателя (фиг.1).

В этом случае корпус 2 цилиндрической формы ракеты, имеющий продольную ось Х-Х, содержит различную аппаратуру и оборудование, а также полезную нагрузку (не показаны) и топливный бак 24 для питания топливом прямоточного воздушно-реактивного двигателя, закрепленный в задней части корпуса 2.

Прямоточный воздушно-реактивный двигатель содержит камеру 23 сгорания, завершающуюся в задней части реактивным соплом (не показано) и связанную в передней части с несколькими каналами воздухозаборника 1. Каналы воздухозаборника 1 располагаются по периферийной части корпуса 2 и жестко связаны с ним. Каждый из этих каналов в передней части содержит соответствующий воздухозаборник и открывается в переднюю часть камеры 23 сгорания через отверстие 25. В каждом канале воздухозаборника 1 предусмотрен изгиб 26 для присоединения части этого канала, закрепленной на наружной стенке корпуса 2, к соответствующему отверстию 25 в камере 23 сгорания. В непосредственной близости от передней части камеры 23 сгорания предусмотрено устройство 27 впрыскивания топлива. Устройство 27 управляется при помощи системы питания и регулирования подачи топлива (не показана), размещенной в корпусе 2 и связанной с топливным баком 24. Кроме того, на внутренних стенках камеры 23 сгорания предусмотрено теплозащитное покрытие 28.

Аппарат 3 также может содержать вспомогательный управляемый разгонный блок 29 (например, пороховой ускоритель), предназначенный для приведения в движение летательного аппарата в период перед запуском и началом функционирования прямоточного воздушно-реактивного двигателя.

Формула изобретения

1. Канал воздухозаборника (1) для транспортировки потока воздуха, содержащий удлиненный канал (4), имеющий конец (15) для входа воздуха и конец (6) для выхода воздуха и содержащий, по меньшей мере, одну плоскую поверхность (7А), подвижную рампу (8), имеющую удлиненную конструкцию (9), которая является, по меньшей мере, частично плоской и которая имеет возможность совершать поступательное движение на плоской поверхности (7А) вдоль удлиненного канала (4), управляемые средства (10) приведения в движение, предназначенные для перемещения подвижной рампы (8), отличающийся тем, что удлиненная конструкция (9) подвижной рампы (8) размещена снаружи на упомянутой плоской поверхности (7А) канала (4), причем подвижная рампа (8) может быть переведена при помощи средств (10) приведения в движение в одно из двух устойчивых положений, в которых эта рампа фиксируется по отношению к каналу (4), в убранном положении, в котором рампа полностью отведена назад по отношению к входному концу (5) для воздуха на этой плоской поверхности (7А) канала (4), и в выдвинутом положении, в котором рампа, оставаясь частично расположенной на плоской поверхности (7А), выдвинута за пределы канала (4) на уровне входного конца (5) для воздуха.

2. Канал воздухозаборника по п.1, отличающийся тем, что средства (10) приведения в движение содержат систему (11), содержащую взаимодействующие друг с другом рельс (12) и направляющую (13) и предназначенную для закрепления рампы (8) на канале (4), обеспечивая при этом возможность ее поступательного перемещения, и средства (14) для перемещения и фиксации подвижной рампы (8).

3. Канал воздухозаборника по п.1, отличающийся тем, что средства (14) для перемещения и фиксации подвижной рампы (8) содержат мотор-редуктор (15) для электрического управления и перемещения подвижной рампы (8) посредством шестерни (16) и зубчатой рейки (17), чтобы переводить и фиксировать рампу (8) в одном из ее устойчивых положений по отношению к каналу (4), средства (20) управления для электрического управления мотор-редуктором (15).

4. Канал воздухозаборника по п.1, отличающийся тем, что средства (20) управления для электрического управления мотор-редуктором (15) соединены с мотор-редуктором посредством электрической связи (21) и расположены на некотором расстоянии от него.

5. Канал воздухозаборника по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что подвижная рампа (8) содержит первую плоскую часть (9А) для размещения на плоской поверхности (7А) канала воздухозаборника и, по меньшей мере, одну вторую часть (9В), которая присоединена к первой плоской части (9А) под прямым углом и содержит, по меньшей мере, одно сквозное отверстие (22), которое в выдвинутом положении рампы (8) расположено за пределами канала (4) воздухозаборника на уровне входного конца (5) для воздуха.

6. Летательный аппарат, в частности ракета, содержащий, по меньшей мере, канал воздухозаборника (1) для подвода воздуха из окружающей среды во внутреннюю полость летательного аппарата (3), отличающийся тем, что канал воздухозаборника (1) выполнен по любому из пп.1-5.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5