RU2652536C1

RU2652536C1 - Adaptive wing

Info

Publication number: RU2652536C1
Application number: RU2017102271A
Authority: RU
Inventors: Флюр Рашитович Исмагилов; Вячеслав Евгеньевич Вавилов; Ильдус Финатович Саяхов
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2017-01-24
Publication date: 2018-04-26

Abstract

FIELD: aircraft engineering.

SUBSTANCE: adaptive wing contains the caisson, stringers, nose and tail parts, electromechanical power drives for deformation of these parts, each of which includes the frame, which is docked with the central caisson. Aerodynamic surface of the wing is formed by means of the reinforced elastomeric panels, which are connected to the frame and placed respectively on the sections of the joint between the leading and trailing-edge assemblies. Panels and the surface of the caisson are covered with the elastic film. Leading and the trailing-edge assemblies are made in the form of the set of ribs with flexible edges, which consist of the successive blocks of the kinematic chain, these assemblies are connected to each other by means of the hinges and are connected by the rod elements. Stringers are installed parallel to the caisson and fixed to the corresponding sections of the ribs. Power drives are fixed to the caisson.

EFFECT: invention is aimed at increasing the resource by means of reducing the mechanical loads.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области проектирования летательных аппаратов и связано с конструкцией трансформируемой несущей поверхности адаптивных крыльев, обеспечивающих заданное плавное изменение формы поверхности на участках сопряжения подвижных элементов каркаса летательных аппаратов, имеющих лучшие аэродинамические характеристики.The invention relates to the field of aircraft design and is associated with the design of a transformable bearing surface of adaptive wings, providing a predetermined smooth change in the surface shape in the mating sections of the moving frame elements of the aircraft having the best aerodynamic characteristics.

Особенностью адаптивного крыла является возможность заданного плавного изменения кривизны обтекаемой потоком поверхности крыла, позволяющая снизить аэродинамическое сопротивление (расход топлива) и повысить качество на различных режимах полета, снизить аэродинамические нагрузки, улучшить управление по крену и т.д.A feature of the adaptive wing is the possibility of a predetermined smooth change in the curvature of the wing surface streamlined by the flow, which allows to reduce aerodynamic drag (fuel consumption) and improve quality in various flight modes, reduce aerodynamic loads, improve roll control, etc.

Известна система изменения поверхностного контура крыла [патент US №5971328, кл. В63Н 25/38, В64С 3/48, В63В 1/24, В63В 39/06, 1998 г.], содержащая аэродинамический профиль, выполненный из гибкой рамы с внутренними опорными элементами, передней и задней кромок, исполнительный механизм передней кромки крыла, механизмом приведения в действие задней кромки, снабженной линейным выходным звеном.A known system for changing the surface contour of the wing [US patent No. 5971328, class. В63Н 25/38, В64С 3/48, В63В 1/24, В63В 39/06, 1998], comprising an aerodynamic profile made of a flexible frame with internal supporting elements, leading and trailing edges, an actuator of the leading edge of the wing, a mechanism actuating a trailing edge provided with a linear output link.

Известно адаптивное крыло [патент US №7384016 В2, кл. В64С 27/615, B63G 8/18, B63G 13/02, В63Н 1/26, В63В 1/32, В63Н 25/38, B63G 8/20, В63В 1/28, В63В 39/06, В63Н 3/00, В64С 3/48, 2003 г.], содержащее раму, которая имеет верхнюю эластично меняющуюся часть и нижнюю эластично меняющуюся часть, соединенных с внутренней стороны рычажными элементами, переходник, соединяющий верхнюю эластично меняющуюся часть с опорным элементом, к которому присоединен исполнительный механизм поступательного движения.Adaptive wing is known [US patent No. 7384016 B2, class. B64C 27/615, B63G 8/18, B63G 13/02, B63H 1/26, B63B 1/32, B63H 25/38, B63G 8/20, B63B 1/28, B63B 39/06, B63H 3/00, B64C 3/48, 2003], comprising a frame that has an upper elastically changing part and a lower elastically changing part connected to the inside by lever elements, an adapter connecting the upper elastically changing part to a support element to which the translational actuator is connected .

Недостатками указанных аналогов являются применение полностью гибкой обшивки задней кромки крыла и связанную с этим необходимость применения большого числа внутренних опорных элементов.The disadvantages of these analogues are the use of a fully flexible sheathing of the trailing edge of the wing and the associated need for a large number of internal supporting elements.

Одной из сложных задач при создании адаптивного крыла является обеспечение необходимой степени демпфирования колебаний деформируемых частей. В известных адаптивных конструкциях это может потребовать установки дополнительных демпферов.One of the difficult tasks when creating an adaptive wing is to provide the necessary degree of damping of vibrations of deformable parts. In known adaptive designs, this may require the installation of additional dampers.

Наиболее близким по технической сущности является адаптивное крыло [патент РФ №1762488, кл. В64С 3/48, 1990 г.], содержащее центральный кессон, деформируемые с помощью силовых приводов, разделенные на ряд секций (по размаху) носовые и хвостовые части, каркас которых разделен на ряд звеньев и по хорде. Звенья каждой из секций соединены шарнирно и образуют аэродинамические обводы крыла. На участках стыка звеньев установлены эластомерные, выполненные из материала типа пористой, губчатой резины панели. Панели жестко связаны своим кромками с соседними звеньями. Наружная обтекаемая потоком поверхность образована предварительно растянутой вдоль хорды (а на участках между секциями растянутой и вдоль размаха), эластомерной пленкой. Для изменения формы срединной поверхности элементы подвижного каркаса, в частности шарнирно соединенные звенья отдельных секций, отклоняются с помощью автономных приводов.The closest in technical essence is the adaptive wing [RF patent No. 1762488, cl. B64C 3/48, 1990], containing a central caisson, deformable by means of power drives, nose and tail sections divided into a number of sections (in scope), the frame of which is divided into a number of links and a chord. The links of each section are hinged and form the aerodynamic contours of the wing. Elastomeric sections made of a material such as a porous, spongy rubber panel are installed at the joints of the links. The panels are rigidly connected with their edges to adjacent links. The outer streamlined surface is formed by a pre-stretched along the chord (and in areas between sections stretched along the span), an elastomeric film. To change the shape of the middle surface, the elements of the movable frame, in particular the articulated joints of the individual sections, are deflected using self-contained drives.

Недостатками прототипа являются избыточность автономных силовых приводов для отклонения звеньев аэродинамического профиля, что в целом увеличивает массу адаптивного крыла, кроме того, за счет применения эластомерных панелей возникают недемпфируемые механические нагрузки в силовом приводе, что снижает его ресурс и надежность.The disadvantages of the prototype are the redundancy of autonomous power drives to deflect the links of the aerodynamic profile, which generally increases the mass of the adaptive wing, in addition, due to the use of elastomeric panels, non-damped mechanical loads arise in the power drive, which reduces its resource and reliability.

Задача изобретения - улучшение массогабаритных показателей адаптивного крыла, благодаря использованию только одного силового электропривода, а также повышение ресурса и надежности силового электропривода за счет демпфирования колебаний деформируемых частей в силовом электроприводе.The objective of the invention is to improve the overall dimensions of the adaptive wing, due to the use of only one power electric drive, as well as to increase the resource and reliability of the power electric drive by damping the vibrations of deformable parts in the power electric drive.

Техническим результатом является повышение надежности и ресурса силового электропривода адаптивного крыла за счет снижения механических нагрузок на механизм поступательного движения силового электропривода, а также снижение массы адаптивного крыла.The technical result is to increase the reliability and resource of the power electric drive of the adaptive wing by reducing mechanical loads on the translational motion mechanism of the power electric drive, as well as reducing the weight of the adaptive wing.

Поставленная задача решается и указанный технический результат достигается тем, что в адаптивном крыле, содержащем центральный кессон, деформируемые с помощью силовых приводов секционированные по размаху и образованные отдельными звеньями носовую и хвостовую части, включающие жесткий каркас, состыкованный с центральным кессоном и образующий совместно с ним аэродинамическую поверхность крыла, снабженную армированными эластомерными панелями, жестко связанными с каркасом и размещенными соответственно на участках стыка звеньев носовой и хвостовой частей крыла, при этом армированные эластомерные панели и поверхность центрального кессона покрыты монолитно с ними связанной предварительно растянутой эластичной пленкой, а стенки армировки эластомерных панелей расположены по нормали к контуру профиля крыла, согласно изобретению носовые и хвостовые части адаптивного крыла выполнены в виде совокупности нервюр с гибкими кромками, состоящими из последовательных блоков кинематической цепи, соединенных друг с другом посредством шарниров и связанных стержневыми элементами, с возможностью вращения на шарнирах на несмежных последовательных блоках, закрепленных на стрингерах, установленных параллельно центральному кессону и закрепленных своими участками на соответствующих участках нервюр, а силовые приводы, закрепленные на центральном кессоне, выполнены в виде электромеханических силовых приводов поступательного движения, состоящих из последовательно соединенных электродвигателя, редуктора, выходного звена, которое соединено с механизмом поступательного движения, при этом выходное звено размещено внутри демпфирующего цилиндра с установленными на нем датчиками положения выходного звена и с возможностью поступательного перемещения относительно демпфирующего цилиндра, при этом каждая нервюра содержит по одному электромеханическому силовому приводу поступательного движения.The problem is solved and the specified technical result is achieved by the fact that in the adaptive wing containing the central box, deformable by means of power drives sectioned in scope and formed by the nose and tail parts, including a rigid frame, joined to the central box and forming together with it an aerodynamic wing surface provided with reinforced elastomeric panels rigidly connected to the skeleton and located respectively at the junction of the nose links th and tail parts of the wing, while the reinforced elastomeric panels and the surface of the central caisson are covered with a pre-stretched elastic film monolithically connected with them, and the walls of the reinforcement of elastomeric panels are normal to the contour of the wing profile, according to the invention, the nose and tail parts of the adaptive wing are made in the form of ribs with flexible edges consisting of consecutive kinematic chain blocks connected to each other by hinges and connected by rod elements and, with the possibility of rotation on hinges on non-adjacent successive blocks mounted on stringers mounted parallel to the central box and fixed with their sections on the corresponding sections of the ribs, and power drives mounted on the central box are made in the form of electromechanical translational drives of progressive movement, consisting of sequentially connected electric motor, gearbox, output link, which is connected to the translational movement mechanism, while the output link is located in inside the damping cylinder with mounted sensors for the position of the output link and with the possibility of translational movement relative to the damping cylinder, each rib contains one electromechanical translational drive.

Техническая сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено: на фиг. 1 - схема предлагаемого адаптивного крыла; на фиг. 2 - конструктивная схема электромеханического силового привода поступательного движения.The technical essence of the invention is illustrated by drawings, which depict: in FIG. 1 is a diagram of a proposed adaptive wing; in FIG. 2 is a structural diagram of an electromechanical power drive of translational motion.

Адаптивное крыло (фиг. 1) содержит центральный кессон 1, выполненный, например, в виде металлической балки, закрепленной одним концом на соответствующем участке корпуса летательного аппарата (конструкция летательного аппарата на чертеже не представлена), деформируемые с помощью силовых приводов 2 секционированные по размаху и образованные отдельными звеньями 3 носовую 4 и хвостовую 5 части, включающие жесткий каркас 6, состыкованный с центральным кессоном 1 и образующий совместно с ним аэродинамическую поверхность крыла, снабженную армированными эластомерными панелями 7, жестко связанными с каркасом 6 и размещенными соответственно на участках стыка звеньев 3 носовой 4 и хвостовой 5 частей крыла. Армированные эластомерные панели 7 и поверхность центрального кессона 1 покрыты монолитно с ними связанной предварительно растянутой эластичной пленкой 8. Звенья 3 носовой 4 и хвостовой 5 частей выполнены в виде совокупности нервюр 9 с гибкими кромками, состоящими из последовательных блоков 10 кинематической цепи, соединенных друг с другом посредством шарниров 11 и связанных стержневыми элементами 12, с возможностью вращения на шарнирах 11 на несмежных последовательных блоках, закрепленных на стрингерах 13, установленных параллельно центральному кессону 1 и закрепленных своими участками на соответствующих участках нервюр 9. Силовые приводы 2 (фиг. 2), закрепленные на центральном кессоне 1, выполнены в виде электромеханических силовых приводов поступательного движения, состоящих из последовательно соединенных электродвигателя 14, редуктора 15, выходного звена 16, который соединен с механизмом поступательного движения 17 (например, шариковинтовой передачей). Выходное звено 16 размещено внутри демпфирующего цилиндра 18 с установленными на нем датчиками положения выходного звена 19 и с возможностью поступательного перемещения относительно демпфирующего цилиндра 18, при этом каждая нервюра 9 содержит по одному электромеханическому силовому приводу 2 поступательного движения.The adaptive wing (Fig. 1) contains a central caisson 1, made, for example, in the form of a metal beam fixed at one end to the corresponding section of the aircraft body (the aircraft structure is not shown in the drawing), deformable by means of power drives 2 are sectioned in size and formed by separate links 3 of the nose 4 and tail 5 parts, including a rigid frame 6, joined to the central caisson 1 and forming together with it the aerodynamic surface of the wing, equipped with an armor annymi elastomeric panels 7 rigidly connected with the frame 6 and respectively arranged on joint portions nasal units 3 and 4 5 parts tail wing. Reinforced elastomeric panels 7 and the surface of the central caisson 1 are coated with a pre-stretched elastic film 8. The links 3 of the nose 4 and tail 5 are made in the form of a set of ribs 9 with flexible edges consisting of successive kinematic chain blocks 10 connected to each other by means of hinges 11 and connected by rod elements 12, with the possibility of rotation on hinges 11 on non-contiguous consecutive blocks, mounted on stringers 13 mounted parallel to the central to the caisson 1 and secured by its sections on the corresponding sections of the ribs 9. Power drives 2 (Fig. 2), mounted on the central caisson 1, are made in the form of electromechanical translational power drives consisting of a series-connected electric motor 14, gearbox 15, output link 16 which is connected to the translational movement mechanism 17 (for example, ball screw). The output link 16 is placed inside the damping cylinder 18 with the position sensors of the output link 19 mounted on it and with the possibility of translational movement relative to the damping cylinder 18, each rib 9 contains one electromechanical actuator 2 of the translational movement.

Адаптивное крыло работает следующим образом.The adaptive wing works as follows.

Один из последовательных блоков 10 кинематической цепи жестко соединен с центральным кессоном 1, в то время как все остальные последовательные блоки 10 кинематической цепи могут свободно вращаться вокруг шарниров 11, а стержневые элементы 12, вращающиеся на несмежных последовательных блоках 10, заставляют последовательные блоки 10 кинематической цепи вращаться на шарнирах 11.One of the successive kinematic chain blocks 10 is rigidly connected to the central box 1, while all the other kinematic chain blocks 10 can freely rotate around the hinges 11, and the rod elements 12, rotating on non-adjacent successive blocks 10, force the successive kinematic chain blocks 10 swivel 11.

Это создает конструкцию с одной степенью свободы: если вращение последовательного блока 10 у основания кинематической цепи прерывается, то прекращается изменение формы адаптивного крыла, с другой стороны, при вращении последовательного блока 10 у основания кинематической цепи, все остальные последовательные блоки 10 соответственно следуют за его движением, благодаря связанным стержневым элементам 12 и их шарнирам 11.This creates a design with one degree of freedom: if the rotation of the sequential block 10 at the base of the kinematic chain is interrupted, the shape of the adaptive wing stops, on the other hand, when the serial block 10 is rotated at the base of the kinematic chain, all other sequential blocks 10 respectively follow its movement , thanks to the connected rod elements 12 and their hinges 11.

После приведения в действие электромеханического силового привода поступательного движения 2 все последовательные блоки 10 кинематической цепи приводятся в действие, таким образом изменяя внешнюю форму задней кромки. По окончании движения носовые 4 и хвостовые 5 части остаются стабильными под действием внешних аэродинамических нагрузок, за счет отсоединения выходного звена 16 от механизма поступательного движения 17 и соединения выходного звена 16 с демпфирующим цилиндром 18, в котором происходит демпфирование воспринимаемых аэродинамических нагрузок, при этом положение выходного звена 16 контролируется датчиками положения 19.After actuating the electromechanical power drive of the translational motion 2, all successive blocks 10 of the kinematic chain are driven, thereby changing the external shape of the trailing edge. At the end of the movement, the nose 4 and tail 5 parts remain stable under the influence of external aerodynamic loads, due to the disconnection of the output link 16 from the translational movement mechanism 17 and the connection of the output link 16 to the damping cylinder 18, in which damping of the perceived aerodynamic loads occurs, while the position of the output link 16 is controlled by position sensors 19.

Таким образом, применение на каждой нервюре по одному приводу для отклонения носовой и хвостовой части позволяет сократить массу адаптивного крыла, а перенос воспринимаемых крылом нагрузок и вибраций, возникающих вследствие аэродинамических сил от механизма поступательного движения на внешний демпфирующий цилиндр электромеханического силового привода поступательного действия позволяет повысить ресурс и надежность элементов электропривода, в частности механизма поступательно движения.Thus, the use of one drive on each rib for deflecting the nose and tail allows to reduce the weight of the adaptive wing, and the transfer of the loads and vibrations perceived by the wing from aerodynamic forces from the translational movement mechanism to the external damping cylinder of the translational electromechanical actuator allows to increase the resource and the reliability of the drive elements, in particular the translational movement mechanism.

Claims

An adaptive wing containing a central caisson, deformable by means of power drives, sectioned in scope and formed by the nose and tail sections, comprising a rigid frame joined to the central caisson and forming together with it an aerodynamic wing surface equipped with reinforced elastomeric panels rigidly connected to the frame and located respectively at the junction of the links of the nose and tail parts of the wing, while reinforced elastomeric panels and the surface The neutral caisson is covered with a pre-stretched elastic film monolithically connected with them, and the walls of the reinforcement of the elastomeric panels are normal to the contour of the wing profile, characterized in that the nose and tail of the adaptive wing are made in the form of a set of ribs with flexible edges consisting of consecutive kinematic chain blocks fixed to each other by means of hinges and connected by rod elements, with the possibility of rotation on hinges on non-adjacent successive blocks, is fixed stringers mounted parallel to the central box and secured with their sections on the corresponding sections of the ribs, and the power drives mounted on the central box are made in the form of electromechanical translational motion drives, consisting of a series-connected electric motor, gearbox, output link, which is connected to the mechanism translational motion, while the output link is placed inside the damping cylinder with the position sensors of the output link installed on it It is possible with translational movement relative to the damping cylinder, while each rib contains one electromechanical power drive of translational motion.