Результат интеллектуальной деятельности: ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Изобретение относится к летательным аппаратом (ЛА), использующим для управления движением реактивную силу струи двигательной установки.

Известны ЛА, снабженные устройствами воздействия на струю газов реактивного сопла двигательной установки (И.Х. Фахрутдинов, А.В. Котельников, "Конструкция и проектирование ракетных двигателей твердого топлива". М.: Машиностроение, 1987 г., стр.215-253). ЛА с наиболее простым устройством управления движением, принятый за прототип и представленный на стр.236-239, рис.9.30а и 9.31б, содержит корпус, включающий двигательную установку с закрепленным вдоль корпуса реактивным соплом, а также интерцепторы, по периферии вокруг реактивного сопла за его срезом. Каждый интерцептор установлен на поворотной оси, сообщенной с реверсным приводом. Интерцептор вводится в газовую струю периодически, на время создания управляющего усилия. Для управления ЛА по трем каналам (тангаж, рыскание и крен) используют восемь интерцепторов, расположенных вне реактивного сопла по его периферии. Четыре интерцептора, расположенные попарно противоположно, обеспечивают управление ЛА по курсу и тангажу, а остальные четыре, также расположенные попарно противоположно, используются для управления по крену, при этом плоскости их поверхностей, направленные навстречу потоку газов в струе, скошены под углом к оси, с попарно противоположным направлением угла скоса. Для создания управляющего момента по крену достаточен небольшой угол скоса (1-2°). Известное устройство может быть реализовано и при наличии в двигательной установке нескольких реактивных сопел, закрепленных вокруг корпуса в продольном направлении с интерцепторами, установленными на периферии соответствующего реактивного сопла.

Существенными признаками прототипа, совпадающими с предлагаемым устройством? являются следующие: летательный аппарат, содержащий корпус, двигательную установку, включающую закрепленные вокруг корпуса в продольном направлении реактивные сопла, и интерцепторы, каждый из которых установлен на периферии соответствующего реактивного сопла за его срезом, на поворотной оси, сообщенной с реверсным приводом.

В прототипе для управления движением ЛА используется восемь интерцепторов и восемь приводов для их вращения, что усложняет систему управления. Кроме того, для создания управляющего момента по крену площадь поверхности четырех интерцепторов используется с эффективностью 1,7-3,5% (пропорционально тангенсу угла скоса их поверхности), что увеличивает затраты энергии двигательной установки на управление по крену ЛА.

Техническим результатом, на решение которого направлено изобретение, является уменьшение количества интерцепторов и их приводов и увеличение эффективности управления интерцепторами по крену ЛА.

Для решения поставленной задачи в летательном аппарате, содержащем корпус, двигательную установку, включающую закрепленные вокруг корпуса в продольном направлении реактивные сопла, и интерцепторы, каждый из которых установлен на периферии соответствующего реактивного сопла за его срезом, на поворотной оси, сообщенной с реверсным приводом, реактивные сопла размещены на корпусе попарно, на небольшом расстоянии друг от друга в паре, в количестве не менее трех пар, при этом по одному интерцептору размещено по меньшей мере в трех парах между реактивными соплами, а реверсный привод каждой поворотной оси выполнен с возможностью периодического введения интерцептора в газовую струю каждого реактивного сопла соответствующей пары.

Отличительными признаками предлагаемого устройства является то, что реактивные сопла размещены на корпусе попарно, на небольшом расстоянии друг от друга в паре, в количестве не менее трех пар, при этом по одному интерцептору размещено по меньшей мере в трех парах между реактивными соплами, а реверсный привод каждой поворотной оси выполнен с возможностью периодического введения интерцептора в газовую струю каждого реактивного сопла соответствующей пары.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий технический результат: для управления движением ЛА достаточно трех интерцепторов и трех реверсных приводов, при этом уменьшаются затраты энергии на управление по крену.

Предложенное техническое решение может найти применение в космической и авиационной технике при полетах с большой скоростью, когда управление движением ЛА посредством отклонения аэродинамических поверхностей в обтекающем потоке воздуха невозможно или малоэффективно.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлено расположение трех пар реактивных сопел на корпусе ЛА.

На фиг.2 и 3 представлено положение интерцепторов при управлении движением ЛА по каналу рыскания в левую и правую сторону, соответственно.

На фиг.4 и 5 представлено положение интерцепторов при управлении движением ЛА по каналу тангажа на кабрирование (набор высоты) и на пикирование (уменьшение высоты полета), соответственно.

На фиг.6 и 7 представлено положение интерцепторов при управлении движением ЛА по каналу крена, по часовой стрелке и против часовой стрелки, соответственно.

Представленное на чертежах устройство содержит три пары реактивных сопел, соответственно, 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6, которые закреплены снаружи вдоль корпуса 7 ЛА, с близким расположением сопел в каждой паре. Вдоль корпуса 7 между реактивными соплами в каждой паре 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6 закреплена поворотная ось, соответственно, 8-10, соединенная с реверсным приводом, соответственно, 11-13, и снабженная интерцептором, соответственно, 14-16, выступающим за срез реактивных сопел пары, соответственно 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6. Реверсные приводы 11-13 выполнены с возможностью введения интерцептора, соответственно, 14-16 в любую газовую струю реактивного сопла пары, соответственно, 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6. Корпус 7 содержит систему 17 управления, сообщенную с приводами 11-13. Устройство работает следующим образом.

Для изменения движения ЛА по каналу рыскания, налево от направления движения корпуса 7 (фиг.2, левый поворот), система 17 (фиг.1) управления задействует реверсный привод 11 для вращения оси 8 по часовой стрелке, а реверсные приводы 12 и 13 для вращения осей 9 и 10 против часовой стрелки. При этом установленный на оси 8 интерцептор 14 вводится в газовую струю за срезом реактивного сопла 2 (фиг.2), а интерцепторы 15 и 16, установленные на осях 9 и 10, вводятся в газовые струи за срезом реактивных сопел 3 и 5, соответственно. На участках стенок реактивных сопел 2, 3 и 5 перед поверхностями стенок интерцепторов, соответственно 14, 15 и 16, образуются зоны повышенного давления за счет торможения газового потока, формируя силу F₁₄, действующую на стенку реактивного сопла 2 и через его крепление (на чертежах не показано) на заднюю часть корпуса 7 направо от направления его движения, и момент силы F₁₄ относительно продольной оси корпуса 7, направленный на вращение корпуса 7 по часовой стрелке. Аналогично формируются сила F₁₅, действующая на стенку реактивного сопла 3, и сила F₁₆, действующая на стенку реактивного сопла 5. При этом приводы 12 и 13 поворачивают оси 9 и 10 на меньший угол, по сравнению с углом поворота оси 8 приводом 11, таким образом, чтобы сумма сил F₁₅ и F₁₆ равнялась силе F₁₄. В результате силы F₁₅ и F₁₆, создают момент вращения корпуса 7 против часовой стрелки, компенсирующий момент вращения корпуса 7 силой F₁₄, и под действием силы F₁₄ и проекции сил F₁₅ и F₁₆ на горизонтальную ось корпус 7 поворачивался относительно оси, перпендикулярной его продольной оси и проходящей через центр тяжести (ЛА) с направлением носовой части корпуса 7 налево от направления движения, при этом корпус 7 ЛА совершает маневр по каналу рыскания в левую сторону без вращения вокруг своей оси. Изменение движения ЛА по каналу рыскания, направо от направления движения корпуса 7, фиг.3, осуществляется аналогично. Отличие заключается в том, что система 17 управления задействует привод 11 для вращения оси 8 против часовой стрелки и интерцептор 14 погружается в газовую струю реактивного сопла 1, а приводы 12 и 13 задействуются для вращения осей, соответственно 9 и 10 по часовой стрелке, обеспечивая погружение интерцепторов 15 и 16 в газовые струи реактивных сопел, соответственно 4 и 6. При этом соотношение сил F₁₄, F₁₅ и F₁₆ сохраняется, а их направление меняется на противоположное, обеспечивая маневр корпуса 7 ЛА по каналу рыскания, направо от направления его движения и без вращения вокруг его продольной оси. Для изменения движения ЛА по каналу тангажа вверх от направления движения корпуса 7 (набор высоты) приводы 12 и 13 (фиг.1) поворачивают оси, соответственно, 9 (фиг.4) против часовой стрелки, а 10 по часовой стрелке, на одинаковый угол, обеспечивая погружение интерцепторов 15 и 16 в газовые струи реактивных сопел, соответственно, 3 и 6, с формированием сил F₁₅ и F₁₆, направленных вниз, с наклоном к вертикальной плоскости симметрии корпуса 7. Силы F₁₅ и F₁₆ раскладываются на боковые составляющие F_15-1 и F_16-1, уравновешивающие друг друга, и вертикальные составляющие F_15-2 и F_16-2, которые поворачивают корпус 7 в вертикальной плоскости вокруг горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести ЛА, с увеличением тангажа (угла наклона продольной оси корпуса 7 к горизонту). Уменьшение угла тангажа осуществляется аналогично. Отличие заключается в том, что система 17 управления ЛА задействует приводы 12 и 13 для вращения осей, соответственно, 9 по часовой стрелке, и 10 против часовой стрелки, при этом интерцепторы 15 и 16 погружаются в газовые струи реактивных сопел, соответственно, 4 и 5 (фиг.5), силы F₁₅ и F₁₆ меняют свое направление на противоположные, а их вертикальные составляющие F_15-2 и F_16-2 обеспечивают поворот корпуса 7 в вертикальной плоскости относительно горизонтальной оси, проходящей через центр тяжести корпуса 7, с уменьшением угла тангажа. Для случая крепления реактивных сопел 1-6 и поворотных осей 8-10 в передней части корпуса (на чертежах не показано) управление по рысканию и тангажу осуществляется аналогично, при этом направление вращения осей 9, 10 приводами 11-13 меняется на противоположное описанному выше. Для управления по каналу крена с поворотом корпуса 7 вокруг продольной оси по часовой стрелке, система 17 (фиг.1) управления задействует приводы 11-13, для поворота осей, соответственно, 8-10 по (фиг.6) часовой стрелке на одинаковый угол, при этом интерцепторы 14-16 погружаются в газовые струи реактивных сопел, соответственно, 2, 4 и 6, с формированием сил, соответственно F₁₄-F₁₆, их равнодействующая сила (векторная сумма равна нулю), а действующий на корпус 7 момент вращения, относительно его продольной оси, равный сумме произведений величины каждой силы на кратчайшее расстояние от линии ее действия до продольной оси корпуса 7, поворачивает корпус 7 вокруг его продольной оси по часовой стрелке. Управление по каналу крена с поворотом корпуса 7 вокруг продольной оси против часовой стрелки осуществляется аналогично. Отличие заключается в том, что система 17 (фиг.1) управления ЛА задействует приводы 11-13 для поворота осей, соответственно, 8-10 (фиг.7) против часовой стрелки на одинаковый угол, при этом интерцепторы 14-16 погружаются в газовые струи реактивных сопел, соответственно, 1, 3 и 5, с формированием сил F₁₄-F₁₆, направленных в противоположную сторону, и действующий на корпус 7 момент сил поворачивает его вокруг продольной оси против часовой стрелки. Возможны также и более сложные варианты управления движением ЛА, представляющие собой комбинацию описанных вариантов, например поворот корпуса 7 по каналу рыскания с поворотом по каналу крена, с набором высоты или снижением, при этом система 17 управления ЛА варьирует углами поворота интерцепторов 14-16 и периодом (импульсом) их введения в газовые струи реактивных сопел 1-6, обеспечивая необходимое движение ЛА. Пары реактивных сопел 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6 могут располагаться на корпусе 7 как на одинаковом расстоянии друг от друга, так и на различных расстояниях. Отличие заключается в том, что при одинаковом расположении пар реактивных сопел 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6 с одинаковым расстоянием друг от друга система 17 управления ЛА использует более простые алгоритмические зависимости управления интерцепторами 14-16, а при различных расстояниях между парами реактивных сопел 1 и 2, 3 и 4, 5 и 6 система 17 управления, с учетом различия во влиянии на движение ЛА различных интерцепторов 14-16, в зависимости их расположения, должна обеспечивать управлении интерцепторами 14-16 по более сложным алгоритмическим зависимостям.