Способ управления обтеканием беспилотного летательного аппарата

Способ управления обтеканием беспилотного летательного аппарата

Реферат

Изобретение относится к авиации и касается технологии управления обтеканием малоразмерных беспилотных летательных аппаратов (БПЛА).

Известны технологии снижения трения, теплопередачи и управления обтеканием тел в условиях поверхностного массообмена при вдуве легких газов в пограничный слой и его отсосе (Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Турбулентный пограничный слой сжимаемого газа // Новосибирск: Изд-во АН СССР, 1962; Кутателадзе С.С., Леонтьев А.И. Тепломассоперенос, т.III, Госэнергоиздат, 1963; Лыков А.В. Тепломассообмен // Москва: "Энергия", 1972; Чжен П. Отрывные течения, т.III, Москва: Изд-во "Мир", 1973; Краснов Н.Ф., Захарченко В.Ф., Кошевой В.Н. Основы аэродинамического расчета. Трение и теплопередача. Управление обтеканием летательных аппаратов // Под ред. проф. Н.Ф.Краснова // М.: Высш. шк., 1984).

Недостатком известных технологий являются дополнительные энергозатраты на организацию отсоса/выдува газа.

Известен способ снижения донного сопротивления артиллерийского снаряда и устройство для его осуществления (патент RU №2225976 C1, МПК F42B 15/00, 20.03.2004), основанный на вдуве горючей газообразной смеси в спутную струю снаряда с эжектированием части набегающего потока воздуха в зоны ее дожигания между пиротехническими зарядами и в центральную зону спутной струи. Количество эжектируемого на траектории воздуха в центральную зону спутной струи изменяют пропорционально скорости снаряда.

Недостатком известного способа снижения донного сопротивления является высокая тепловая нагрузка на конструкцию управляемого снаряда.

Известен электрогазодинамический способ уменьшения аэродинамического сопротивления, основанный на впрыске ионной струи в пограничный слой и электрогазодинамическом воздействии на ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое (Ватажин А.Б., Грабовский В.И., Лихтер В.А., Шульгин В.И. Электрогазодинамические течения. М.: Наука, 1983; Курячий А.П. О затягивании перехода пограничного слоя электрогидро-динамическим методом // ПММ. т.49. Вып.1. 1985; Казаков А.В., Курячий А.П. Влияние электрогазодинамического воздействия на развитие малых возмущений в пограничном слое на тонком профиле // Изв. АН СССР. МЖГ №1, 1986).

Недостатком известного электрогазодинамического способа уменьшения аэродинамического сопротивления является отсутствие заметного уменьшения трения в турбулентном пограничном слое при сверх- и гиперзвуковых скоростях набегающего потока.

Наиболее близким из известных технических решений предлагаемому способу управления обтеканием беспилотного летательного аппарата является способ управления обтеканием сверхзвуковым воздушным потоком летательного аппарата (патент RU №2268198 С1, МПК B64C 21/08, 20.01.2006), основанный на выпуске под давлением рабочего тела плотностью не менее 0,06 г/см³ при нормальных условиях через полую иглу в носовой части ЛА со скоростью, превышающей скорость полета ЛА, и формировании при вершине иглы аэродинамического конуса, касающегося пограничного слоя на головной части ЛА. Давление, под которым выпускают рабочее тело, создают с помощью газогенератора.

Недостатком известного технического решения является повышенный расход рабочего тела.

Задачей данного изобретения является снижение расхода рабочего тела и улучшение массогабаритных характеристик БПЛА.

Технический результат реализации изобретения заключается в увеличении скорости и дальности полета БПЛА на гиперзвуковой скорости.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе управления обтеканием беспилотного летательного аппарата, основанном на выпуске в носовой части БПЛА под давлением рабочего тела и формировании аэродинамического конуса вокруг БПЛА, рабочее тело плотностью менее 0,06 г/см³, содержащее диссоциированный водород, выпускают непосредственно в носовой части БПЛА через входное отверстие резонатора, обращенное навстречу набегающему потоку, в пульсирующем режиме с частотой от 10 до 12000 Гц, формируют вокруг фюзеляжа БПЛА аэродинамический конус в виде энтропийного слоя, аккумулируют в нем энергию набегающего потока и направляют его в камеру сгорания и сопловой аппарат силовой установки БПЛА.

Схема БПЛА для реализации предлагаемого способа управления обтеканием беспилотного летательного аппарата показана на чертеже.

Здесь непосредственно в носовой части БПЛА, содержащего фюзеляж 1, несущие плоскости 2, органы управления 3 и силовую установку 4 с кольцевым воздухозаборником 5, камерой сгорания 6 и сопловым аппаратом 7, через входное отверстие резонатора 8 выпускают под давлением рабочее тело, содержащее диссоциированный водород в пульсирующем режиме с частотой от 10 до 12000 Гц, формируют вокруг фюзеляжа 1 аэродинамический конус в виде энтропийного слоя 10, аккумулируют в нем энергию набегающего потока и направляют его в камеру сгорания 6 и сопловой аппарат 7 силовой установки 4 БПЛА. Пульсирующий режим выпуска рабочего тела в носовой части БПЛА осуществляют с помощью резонатора 8, давление в котором формируют в результате торможения набегающего потока, генерации водорода и выброса водородсодержащего рабочего тела через входное отверстие резонатора, обращенное навстречу набегающему потоку.

Энергию торможения набегающего потока используют на генерацию, нагрев и диссоциацию водорода, которую затем утилизируют в камере сгорания и сопловом аппарате силовой установки 4. Формирование вокруг фюзеляжа 1 аэродинамического конуса в виде энтропийного слоя 10 с диссоциированным водородом, имеющего пониженную вязкость, способствует снижению трения и аэродинамического сопротивления.

Таким образом, полезность реализации предлагаемого технического решения состоит в том, что часть энергии набегающего потока направляют на генерацию, нагрев и диссоциацию водорода с последующей ее утилизацией в силовой установке. Это повышает топливную эффективность и снижает тепловую нагрузку на конструкцию носовой части БПЛА. Кроме того, выпуск в носовой части БПЛА водородсодержащего рабочего тела с плотностью менее 0,06 г/см³ в пульсирующем режиме и формирование аэродинамического конуса в виде энтропийного слоя из легких газов вокруг фюзеляжа БПЛА снижает вязкость, трение и аэродинамическое сопротивление, что в итоге способствует увеличению скорости и дальности полета БПЛА. Заявленное изобретение является результатом разработок технологий, направленных на улучшение массогабаритных характеристик и топливной эффективности БПЛА, поддержанных грантом РФФИ 07-08-12056.

Способ управления обтеканием беспилотного летательного аппарата (БПЛА), включающий выпуск в носовой части БПЛА под давлением рабочего тела и формирование аэродинамического конуса БПЛА, отличающийся тем, что рабочее тело плотностью менее 0,06 г/см³, содержащее диссоциированный водород, выпускают непосредственно в носовой части БПЛА через входное отверстие резонатора, обращенное навстречу набегающему потоку, в пульсирующем режиме с частотой от 10 до 12000 Гц, формируют вокруг фюзеляжа БПЛА аэродинамический конус в виде энтропийного слоя, аккумулируют в нем энергию набегающего потока и направляют его в камеру сгорания и сопловой аппарат силовой установки БПЛА.