Крыло для создания подъемной силы от набегающего потока
Формула / Реферат
1. Крыло для создания подъемной силы от набегающего потока, имеющее заднюю кромку, переднюю кромку, внутренний край, наружный край, верхнюю поверхность, соответствующую стороне разрежения, и нижнюю поверхность, соответствующую стороне давления, причем в поперечном сечении указанное крыло имеет профиль с хордой, определяемой прямой линией между передней и задней кромками профиля, и направление размаха, перпендикулярное хорде и проходящее от внутреннего края к наружному краю, при этом передняя кромка имеет излом между внутренним краем и наружным краем, обратную стреловидную часть между внутренним краем и изломом, проходящую к излому и составляющую с направлением размаха угол от 0 до 90°, прямую стреловидную часть между изломом и наружным краем, проходящую от излома и составляющую с направлением размаха угол от 0 до -90°, отличающееся тем, что верхняя поверхность снабжена средствами управления потоком, предназначенными для управления подъемной силой посредством возмущения вихря излома, создаваемого изломом за счет набегающего потока, при этом средства управления потоком по меньшей мере частично размещены между прямой стреловидной частью и задней кромкой.
2. Крыло по п.1, отличающееся тем, что угол излома меньше 180°.
3. Крыло по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что излом расположен, по существу, на одной третьей отрезка прямой между внутренним и наружным краями, причем эта прямая параллельна направлению размаха.
4. Крыло по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что обратная стреловидная часть составляет с направлением размаха угол обратной стреловидности от 5 до 40°.
5. Крыло по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что прямая стреловидная часть составляет с направлением размаха угол прямой стреловидности от -5 до -40°.
6. Крыло по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что средства управления потоком размещены целиком за частью передней кромки, расположенной между изломом и наружным краем.
7. Крыло по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что средства управления потоком размещены между передней кромкой и опорной линией на половине расстояния от передней кромки до задней кромки.
8. Крыло по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что средства управления потоком включают поворотную поверхность.
9. Крыло по п.8, отличающееся тем, что поворотная поверхность занимает менее одной пятой части верхней поверхности.
10. Крыло по п.8 или 9, отличающееся тем, что поворотная поверхность занимает более одной десятой части верхней поверхности.
11. Крыло по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что на внутреннем крае профиль искривлен, а на наружном крае - полусимметричен.
12. Летательный аппарат, содержащий по меньшей мере одно крыло, охарактеризованное в одном из предшествующих пунктов; раму и маховый механизм для обеспечения машущего движения по меньшей мере одного крыла относительно рамы.
13. Летательный аппарат по п.12, отличающийся тем, что крыло содержит исполнительный механизм управления потоком, расположенный между верхней и нижней поверхностями.
14. Лопасть для воздушного винта, содержащая по меньшей мере одно крыло, охарактеризованное в одном из пп.1-11, причем средства управления потоком имеют отверстие для прохода воздуха с целью возмущения потока.
15. Способ эксплуатации крыла по одному из пп.1-11, в котором указанное крыло устанавливают на транспортное средство и используют средства управления потоком указанного крыла для управления изменением подъемной силы крыла, и/или изменением распределения давления на верхней поверхности, и/или торможением крыла относительно набегающего потока, и/или торможением крыла относительно инерциальной системы координат.
16. Способ эксплуатации лопасти для воздушного винта по п.14, в котором указанную лопасть устанавливают на воздушную турбину и используют средства управления потоком указанной лопасти для управления изменением подъемной силы лопасти.

Текст
КРЫЛО ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ ОТ НАБЕГАЮЩЕГО ПОТОКА Настоящее изобретение относится к крылу для создания подъемной силы, которое имеет заднюю кромку, переднюю кромку, внутренний край, наружный край, верхнюю поверхность и нижнюю поверхность. Крыло имеет профиль с хордой и направление размаха. Передняя кромка включает излом между внутренним краем и наружным краем. Передняя кромка включает обратную стреловидную часть между внутренним краем и изломом, идущую к излому, образуя угол с направлением размаха. Передняя кромка включает прямую стреловидную часть между изломом и наружным краем, идущую от излома, образуя угол с направлением размаха. Верхняя поверхность имеет средства управления потоком для управления подъемной силой, которые, по меньшей мере, частично размещены между передней и задней кромками за частью передней кромки,расположенной между изломом и наружным краем. Мюстерс Роберт Ян (NL) Хмара М.В., Рыбаков В.М.,Новоселова С.В., Дощечкина В.В.,Липатова И.И. (RU) Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к крылу для создания подъемной силы от набегающего потока. Предшествующий уровень техники Крылья хорошо известны в современной технике и могут быть использованы для создания подъемной силы в различных целях. В летательных аппаратах, например в самолетах, крылья используются для создания подъемной силы, а также для стабилизации летательного аппарата и управления им. Традиционный самолет включает фюзеляж, основное крыло, прикрепленное к фюзеляжу для обеспечения подъемной силы, горизонтальное хвостовое оперение и вертикальное хвостовое оперение, помещенные в хвосте летательного аппарата, в первую очередь для стабилизации и управления. Для управления летательным аппаратом эти крылья могут включать средства управления для воздействия на набегающий поток, обтекающий крылья. К обычным средствам управления относятся, например, элероны, закрылки, спойлеры или их сочетания. Эти средства управления возмущают обтекание крыла, что приводит к изменению силы, так как подъемная сила крыла изменяется. Это изменение подъемной силы может приводить к тангажу, рысканью или крену летательного аппарата. Для эффективного тангажа, рысканья и крена средства управления должны создавать достаточное изменение подъемной силы. Это порождает средства управления с относительно большой площадью поверхности. Для привода таких средств управления необходимы механизмы, вес которых значителен в сравнении с массой крыла. В большом самолете, например в таком, какой раскрыт в патенте RU 2266233, средства управления расположены у задней кромки крыла и идут вдоль размаха крыла. При этом согласно указанному решению крыло самолета имеет сложную форму в плане (фиг. 2 RU 2266233), представляя собой комбинацию крыла прямой стреловидности и крыла обратной стреловидности. В результате на передней кромке крыла самолета образуется излом при стыке крыльев двух стреловидностей. Таким образом, раскрытое вRU 2266233 решение может считаться ближайшим аналогом крыла, предлагаемого настоящим изобретением. В малых летательных аппаратах, в частности в беспилотных летательных аппаратах (unmanned aerial vehicles, UAV - беспилотные летательные аппараты, БЛА) применяются альтернативные средства для управления. В патентном документе WO 2008/125868 представлен БЛА с переставными крыльями. Стреловидность и размах основного крыла переставляются для крена и рысканья. Механизмы перестановки крыльев сложны и включают разнообразные балки, приводы и шарниры в крыле. Это увеличивает вес и,следовательно, снижает общие летные качества БЛА. Недостатком этих крыльев является то, что для создания достаточного изменения подъемной силы крыла могут потребоваться сравнительно тяжелые и сложные средства управления. Сущность изобретения Задача изобретения заключается в том, чтобы преодолеть по меньшей мере один из указанных недостатков или предложить применимую альтернативу. В частности, задача изобретения заключается в том, чтобы снизить вес крыла при сохранении достаточной управляемости подъемной силой. Согласно изобретению решение задачи достигается предложением крыла для создания подъемной силы от набегающего потока, которое имеет заднюю кромку, переднюю кромку, внутренний край, наружный край, верхнюю поверхность, соответствующую стороне разрежения, и нижнюю поверхность,соответствующую стороне давления. Подъемная сила может быть определена как любая сила, созданная набегающим потоком, воздействующим на крыло. Набегающий поток может быть создан любым текучим агентом. Текучий агент может представлять собой газ или жидкость любого состава. К примеру, газ может быть воздухом, а жидкость может быть водой, в частности морской водой. Набегающий поток может быть создан движением текучего агента относительно крыла. Альтернативно, набегающий поток может быть создан движением крыла относительно текучего агента. Передняя кромка располагается на переднем крае крыла и разделяет поток на поток, обтекающий верхнюю поверхность, и поток, обтекающий нижнюю поверхность. Задняя кромка располагается на заднем крае крыла, где разделенные потоки вновь соединяются после обтекания верхней поверхности и нижней поверхности. Внутренний край крыла может быть обращен к корню крыла. Наружный край может быть обращен к законцовке крыла. Передняя кромка, задняя кромка, внутренний край и наружный край ограничивают верхнюю поверхность и нижнюю поверхность; таким образом, верхняя и нижняя поверхности разделены. Далее, крыло в поперечном сечении имеет профиль с хордой, определяемой прямой линией между передней и задней кромками профиля крыла. Профиль представляет собой форму крыла в поперечном сечении. Профиль крыла может иметь любую форму. Форма профиля крыла определяет распределение подъемной силы, зависящей от формы профиля. Профили крыла хорошо известны, и их формы часто указываются номерами номенклатурыNACA (NACA, North American Committee For Astronautics - Североамериканский комитет по астронавтике). Профиль крыла проектируется так, чтобы на его верхнюю поверхность, соответствующую стороне разрежения, действовало меньшее давление, чем давление на нижнюю поверхность. На нижнюю поверхность, соответствующую стороне давления, действует большее давление, чем на верхнюю поверхность. Профиль предпочтительно имеет такую кривизну, чтобы расстояние вдоль верхней поверхности от передней кромки до задней кромки было больше, чем расстояние вдоль нижней поверхности от передней кромки до задней кромки. Это дает то преимущество, что такое крыло может создавать подъемную силу. Далее, преимущество профиля с кривизной состоит в том, что он может предоставить объем между верхней и нижней поверхностями, который может быть использован как емкость. К примеру, этот объем может быть использован для прокладки кабелей и проводов и/или размещения механизма управления, например сервомеханизма управления. На поперечном сечении видно, что подъемная сила может быть также создана углом атаки крыла относительно набегающего потока. Угол атаки - это угол между хордой крыла и вектором, представляющим относительное движение крыла и набегающего потока. Крыло также имеет направление размаха, перпендикулярное хорде и проходящее от внутреннего края к наружному краю. Положительное направление размаха направлено наружу от внутреннего края к наружному краю. Передняя кромка имеет излом между внутренним краем и наружным краем. Угол излома предпочтительно меньше 180 и имеет форму угла , обращенного острием вперед в направлении, параллельном хорде. Направление вперед - это направление от задней кромки к передней. Когда набегающий поток достигает излома на передней кромке, образуется вихрь излома, обтекающий верхнюю поверхность крыла. Вихрь излома - это поток, вращающийся вокруг своей оси. Вращающийся поток может быть турбулентным или ламинарным. Вихрь излома может возникнуть, когда поток, проходящий излом со стороны, обращенной к внутреннему краю, имеет давление, отличающееся от давления потока, проходящего сторону, обращенную к наружному краю. Вихрь излома замедляет разделение потока на границе между потоком и верхней поверхностью. Более того, так как вследствие вращения потока вихрь излома содержит больше энергии, он прилипает к верхней поверхности и движется вдоль нее к задней кромке. Вихрь излома образует поверхность, дополнительную к верхней поверхности. Это может привести к ламинарному обтеканию вихря потока. Ламинарный поток должен пройти большее расстояние от передней кромки к задней кромке, по сравнению с ситуацией отсутствия вихря излома. В результате возникает большее различие давлений на верхней и нижней поверхностях, что дает дополнительную подъемную силу. Далее, передняя кромка включает обратную стреловидную часть между внутренним краем и изломом, идущую к излому и составляющую с направлением размаха угол от 0 до 90. Передняя кромка включает обратную стреловидную часть, идущую к излому и обращенную к внутреннему краю. Положительное направление определяется как идущее от внутреннего края к излому и составляющее положительный угол с направлением размаха в направлении вперед. Направление вперед направлено против потока, т.е. в направлении от задней кромки к передней кромке. В одном из дальнейших вариантов осуществления угол обратной стреловидной части с направлением размаха составляет от 0 до 60, в еще одном варианте от 0 до 45, в еще одном варианте от 0 до 30, в еще одном варианте от 5 до 30. Передняя кромка включает прямую стреловидную часть между изломом и наружным краем, идущую от излома и составляющую с направлением размаха угол от 0 до -90. Передняя кромка включает прямую стреловидную часть, идущую от излома к наружному краю. Положительное направление определяется как идущее от излома к наружному краю и составляющее отрицательный угол с направлением размаха в направлении назад. Направление назад направлено по потоку, т.е. в направлении от передней кромки к задней кромке. В одном из дальнейших вариантов осуществления угол прямой стреловидной части с направлением размаха составляет от 0 до -60, в еще одном варианте от 0 до -45, в еще одном варианте от 0 до -30, в еще одном варианте от -5 до -30. Верхняя поверхность снабжена средствами управления потоком для управления подъемной силой,которые, по меньшей мере, частично размещены между передней и задней кромками за частью передней кромки, расположенной между изломом и наружным краем. Угол излома предпочтительно меньше 180, т.е. угол между обратной стреловидной частью излома и прямой стреловидной частью излома меньше 180. Предпочтительно, чтобы мог образоваться вихрь излома, который может дать дополнительную подъемную силу. Помещение средств управления потоком в вихрь излома может позволить управлять дополнительной подъемной силой средствами управления потоком. Поскольку дополнительную подъемную силу создает вихрь излома, возмущение вихря излома с помощью средств управления потоком может быть оптимально в плане результирующего изменения подъемной силы. Поскольку вихрь излома, созданный изломом, обтекает верхнюю поверхность за изломом в направлении потока, лучше всего размещать средства управления потоком между передней кромкой и задней кромкой, т.е. за частью передней кромки. "За" определяется как расположенное ниже по потоку в направлении задней кромки. Эта часть передней кромки расположена между изломом и наружным краем. Лучше всего изменять подъемную силу управляя потоком, в частности возмущая вихрь излома с помощью средств управления потоком. Управлять при этом можно не только подъемной силой, созданной профилем крыла, но также и дополнительной подъемной силой, созданной вихрем излома. Благодаря этому для создания тех же изменений подъемной силы могут потребоваться меньшие средства управления потоком, чем если бы они были расположены вне вихря излома. Меньшие средства управления потоком могут дать снижение веса, уменьшение сложности и снижение стоимости, при сохранении достаточной управляемости изменением подъемной силы. Средства управления потоком предпочтительно включают поворотную поверхность. Поворотная поверхность в первом положении гладко встраивается в верхнюю поверхность. В первом положении набегающий поток не встречает на верхней поверхности неровностей и может обтекать верхнюю поверхность. Поворотная поверхность может быть повернута во второе положение, в котором она нарушает гладкость верхней поверхности. К примеру, поворотная поверхность во втором положении составляет с верхней поверхностью угол, больший 0. Вихрь излома встречает эту неровность на верхней поверхности, возникает возмущенный вихрь излома, и это приводит к тому, что крыло не получает дополнительной подъемной силы от вихря излома. Таким образом, во втором положении возникает изменение, и именно уменьшение подъемной силы. Это имеет то преимущество, что изменением подъемной силы можно управлять с помощью поворотной поверхности, так что может не потребоваться закрылков или элеронов на задней кромке. Обратная стреловидная часть предпочтительно идет круче, чем прямая стреловидная часть. В результате излом располагается ближе к внутреннему краю, чем к наружному. Это дает то преимущество,что вихрь излома, возникший на изломе, может обтекать верхнюю поверхность по направлению к задней кромке и наружному краю. Перемещающийся наружу вихрь излома может дать более высокую дополнительную подъемную силу. В одном из вариантов осуществления средства управления потоком расположены перед задней кромкой. "Перед" определяется как расположенное выше по потоку относительно задней кромки в направлении передней кромки. Таким образом, средства управления потоком расположены между передней кромкой и задней кромкой. Средства управления потоком окружены верхней поверхностью. Средства управления потоком не являются частью задней кромки крыла. Это дает то преимущество, что средства управления потоком могут быть меньше и легче, чем в случае, когда они расположены дальше от излома. Средства управления потоком ближе к источнику вихря излома, что дает более эффективное управление дополнительной подъемной силой. Это может привести к тому, что потребуются меньшие средства управления потоком, при сохранении той же или достаточной управляемости подъемной силой. В одном из вариантов осуществления излом расположен существенно на одной третьей отрезка прямой между внутренним и наружным краями, причем эта прямая параллельна направлению размаха. Расположение излома на одной третьей отрезка этой прямой приводит к тому, что обратная стреловидная часть идет круче, чем прямая стреловидная часть. В результате вихрь излома обтекает верхнюю поверхность по направлению к наружному краю, а именно, по направлению к менее крутой прямой стреловидной части. Это дает то преимущество, что вихрь излома может быть направлен к наружному краю,причем может остаться достаточно пространства для обтекания верхней поверхности. Чем длиннее путь обтекания вихрем излома верхней поверхности, тем большей величины может быть создана дополнительная подъемная сила. В этом варианте осуществления расположение излома дает оптимальную дополнительную подъемную силу, созданную вихрем излома, и обеспечивает то преимущество, что оптимальное изменение подъемной силы может управляться средствами управления потока. В другом варианте осуществления обратная стреловидная часть составляет с направлением размаха угол обратной стреловидности от 5 до 40. Такой угловой диапазон обладает тем преимуществом, что может приводить к возникновению значительного вихря излома, т.е. такого вихря излома, который может иметь достаточную энергию, чтобы обтекать верхнюю поверхность. В еще одном варианте осуществления прямая стреловидная часть составляет с направлением размаха угол прямой стреловидности от -5 до -40. Такой угловой диапазон обладает тем преимуществом, что может приводить к возникновению значительного вихря излома, т.е. такого вихря излома, который может иметь достаточную энергию, чтобы обтекать верхнюю поверхность. В следующем варианте осуществления средства управления потоком размещены целиком за частью передней кромки, расположенной между изломом и наружным краем. Таким образом, средства управления потоком, входящие в верхнюю поверхность, расположены с наружной стороны, а именно, в направлении наружного края, если смотреть с излома. Это особенно предпочтительно для вихря излома, движущегося наружу. Для такого вихря не нужно средств управления потоком, расположенных частично с внутренней стороны, а именно, в направлении внутреннего края, если смотреть с излома. Это дает то преимущество, что средства управления потоком могут быть легче при сохранении достаточной управляемости подъемной силой. Средства управления потоком могут быть расположены между передней кромкой и опорной линией на половине расстояния от передней кромки до задней кромки. Опорная линия разделяет верхнюю поверхность на переднюю кромку и заднюю кромку. Размещение средств управления потоком между опорной линией и передней кромкой приводит к тому, что средства управления потоком оказываются ближе к передней кромке, чем к задней. Это дает то преимущество, что вихрь излома может быть возмущен сравнительно недалеко от излома. Когда вихрь излома движется вниз по потоку от передней кромки к задней кромке, он может быть возмущен средствами управления потоком сравнительно рано. Так можно снизить риск того, что вихрь излома не пройдет над средствами управления потоком, а это может привести к менее эффективной управляемости подъемной силой. Таким образом, возмущение вихря излома на ранней стадии может увеличить надежность и предсказуемость управляемости. В одном из вариантов осуществления средства управления потоком включают поворотную поверхность. Это дает то преимущество, что изменением подъемной силы можно управлять с помощью поворотной поверхности, так что может не потребоваться закрылков или элеронов на задней кромке. В дальнейшей разработке осуществления поворотная поверхность занимает менее одной десятой части верхней поверхности. Таким образом, максимальная площадь поворотной поверхности составляет одну десятую площади верхней поверхности. Это дает то преимущество, что может не потребоваться поворотных поверхностей большего размера, поскольку и этой может быть достаточно для того, чтобы всего лишь произвести возмущение вихря излома. В еще одной дальнейшей разработке осуществления поворотная поверхность занимает более одной двадцатой части верхней поверхности. Таким образом, минимальная площадь поворотной поверхности составляет одну двадцатую площади верхней поверхности. Это дает то преимущество, что при минимальной площади поворотной поверхности может быть достигнуто значительное снижение веса, сравнительно с простирающимся на всю длину размаха крыла элероном задней кромки, при сохранении достаточной управляемости изменением подъемной силы. На внутреннем крае профиль предпочтительно искривлен, а на наружном крае - полусимметричен. Форма профиля, начиная с внутреннего края, изменяется вдоль размаха к наружному краю. У внутреннего края профиль искривлен. Искривленный профиль приводит к возникновению изогнутой верхней поверхности и изогнутой нижней поверхности, которые - обе - начинаются от передней кромки и заканчиваются на задней кромке. Кривизна верхней поверхности больше, чем кривизна нижней поверхности,это приводит к тому, что давлениена верхней поверхности уменьшено, а давление на нижней поверхности увеличено. На наружном крае профиль полусимметричен. Полусимметричный профиль приводит к тому, что изогнутая верхняя поверхность и плоская нижняя поверхность - обе начинаются от передней кромки и заканчиваются на задней кромке. Это вновь приводит к тому, что давление на верхней поверхности уменьшено, а давление на нижней поверхности увеличено, в результате чего возникает подъемная сила. Преимущество изменения профиля от внутреннего края к наружному краю заключается в том, что это может улучшить летные качества при ускорении или замедлении крыла. К примеру, если крыло внезапно ускорится в поступательном движении вперед и/или вращении, поток над верхней поверхностью и под нижней поверхностью может в значительной мере измениться. Наличие искривленного профиля на внутреннем крае и полусимметричного профиля на наружном крае может дать устойчивый поток по меньшей мере на одном из краев в процессе изменения ускорений крыла. В другом варианте осуществления толщина профиля уменьшается вдоль размаха к наружному краю. Толщина профиля в поперечном сечении, перпендикулярном к направлению размаха, это наибольшее расстояние между верхней и нижней поверхностями. При уменьшении толщины профиля уменьшается толщина крыла. Это дает то преимущество, что вихрь излома можно заставить двигаться наружу, к наружному краю, т.е. к уменьшающейся толщине крыла. Дальнейшим преимуществом является то, что уменьшающаяся толщина крыла может снизить вес крыла при сохранении достаточной устойчивости конструкции. Настоящее изобретение относится также к летательному аппарату, включающему крыло для создания подъемной силы от набегающего потока. Летательный аппарат может быть пилотируемым или беспилотным летательным аппаратом (БЛА). Летательные аппараты хорошо известны. Предпринималось много попыток превзойти полет птиц. В ча-4 024536 стности, предпринималось много попыток превзойти машущее крыло птицы. Крыло птицы имеет свободную концевую часть и корневую часть, шарнирно прикрепленную к корпусу птицы. В маховом движении крыла птицы можно выделить три характеристических движения. Первое движение - это повторяющееся движение вверх и вниз конца крыла, в то время как корень крыла шарнирно прикреплен к корпусу птицы. В ходе первого движения крыло птицы поворачивается вокруг оси, параллельной хорде вблизи корня крыла. Второе движение - это повторяющееся вращение в направлении положительных и отрицательных углов вокруг оси, параллельной направлению размаха. Поскольку корневая часть шарнирно прикреплена к корпусу, а концевая часть свободна, в крыле птицы возникает кручение. Третье движение - это повторяющееся смещение концевой части внутрь и наружу по отношению к корневой части. Это третье движение похоже на движение гребли. К примеру, в патентном документе WO 2008/125868 представлен БЛА, превосходящий полет птиц. В этой публикации представлено переставное крыло, способное превзойти третье движение, т.е. переставляются размах и стреловидность. Перестановка крыльев применяется также для управления БЛА, т.е. для крена и рысканья БЛА. В общем случае управление летательным аппаратом включает управление креном, рысканьем и тангажом. Крен соответствует повороту вокруг продольной оси. Рысканье соответствует повороту вокруг вертикальной оси, а тангаж соответствует повороту вокруг оси, перпендикулярной вертикальной и горизонтальной осям. Из других публикаций известны летательные аппараты, в частности БЛА, способные превзойти первое и второе движения. Для управления летательным аппаратом, т.е. для крена и рысканья летательного аппарата применяется изменение частоты повторяющихся движений. Недостатком этих летательных аппаратов является сложность управления, связанная с динамикой машущих крыльев. Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы преодолеть этот недостаток или по крайней мере предложить применимую альтернативу. В частности, задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы упростить управление в отношении крена и рысканья летательного аппарата. Согласно настоящему изобретению решение задачи настоящего изобретения достигается предложением летательного аппарата, включающего раму и маховый механизм для машущего движения по меньшей мере одного крыла относительно рамы. Рама может быть корпусом искусственной птицы или любым телом, способным включать средства создания тяги, средства связи, средства наведения и управления, полезную нагрузку или любые другие средства, необходимые для полета. В одном из вариантов осуществления рама представляет собой фюзеляж, чтобы включать средства,необходимые для полета, внутри фюзеляжа. В другом варианте осуществления рама может быть любым телом, несущим средства, необходимые для полета. Эти средства могут переноситься вне или внутри тела. Преимуществом этого варианта может являться возможность воздушной транспортировки человека с использованием сравнительно малого количества энергии, сравнительно с самолетом или вертолетом. Дальнейшее преимущество состоит в том, что крылья согласно настоящему изобретению могут позволить снизить шум по сравнению с летательными аппаратами с обычным неподвижным крылом. Создание тяги в летательных аппаратах с неподвижным крылом может требовать винта или турбины. Машущее движение по меньшей мере одного крыла может осуществляться с относительно низкой частотой. Движение махового механизма менее интенсивно в сравнении с винтом или турбиной, что может обеспечить тягу с увеличенным к.п.д. преобразования энергии и меньшим шумом. Рама предпочтительно представляет собой ранец, надеваемый человеком. Это дает то преимущество, что предоставляет возможность более безопасной транспортировки человека. Ранец, снабженный маховым механизмом, и крылья могут дать конструкцию повышенной живучести в случае возникновения опасной ситуации. К опасным ситуациям относится, например, неисправность движителя. В такой ситуации крылья, включающие излом и средства управления потоком, обеспечивают достаточную подъемную силу и управление для осуществления безопасного полета человека. Если, в другом примере, опасная ситуация включает контакт между человеком и крыльями, сила, действующая на человека, намного меньше воздействия на человека винта, движущего летательный аппарат. Это может снизить риск, возникающий при падении летательного аппарата. Маховый механизм пригоден для выполнения по меньшей мере одного из указанных - первого,второго и третьего - движений. Летательный аппарат, далее, включает по меньшей мере одно крыло согласно одному из приведенных вариантов осуществления. Наличие крыла с изломом на передней кромке в сочетании со средствами управления потоком, способными произвести возмущение вихря излома, может обеспечить летательному аппарату повышенную управляемость в отношении крена и рысканья. Дальнейшее преимущество состоит в том, что для движе-5 024536 ния тангажа летательного аппарата требуется только горизонтальный хвостовой стабилизатор. Средства управления потоком в сочетании с изломанным крылом позволяют летательному аппарату выполнять комбинированное движение крена и рысканья. Настоящее изобретение относится также к лопасти для воздушного винта. В воздушных турбинах воздушный винт используется для привода турбины. Часто такие воздушные винты включают две или несколько лопастей, которые создают подъемную силу под действием набегающего воздушного потока. При сильном набегающем воздушном потоке воздушный винт может вращаться быстрее, чем в том случае, когда набегающий воздушный поток слабее. Недостатком этих воздушных турбин является то, что при торможении или снижении скорости вращения потребляется энергия. Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы преодолеть этот недостаток или предложить применимую альтернативу. В частности, задача изобретения заключается в том, чтобы осуществлять торможение или снижение скорости вращения более эффективно в плане энергопотребления. Согласно изобретению решение задачи настоящего изобретения достигается предложением лопасти для воздушного винта, включающей по меньшей мере одно крыло согласно одному из вышеприведенных вариантов осуществления, причем средства управления потоком включают отверстие для прохода воздуха с целью возмущения потока. Лопасть, включающая излом, и средства управления потоком, помещенные в вихрь излома, могут более эффективно снижать скорость вращения. Вследствие возмущения вихря излома возникает меньшая подъемная сила, что приводит к торможению или снижению скорости вращения. Настоящее изобретение относится также к применению крыла согласно одному из вышеприведенных вариантов осуществления. Эти и дальнейшие варианты осуществления, а также способ согласно настоящему изобретению раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения. Перечень чертежей Эти и иные особенности, характеристики и преимущества настоящего изобретения будут объяснены более подробно в нижеследующем описании вариантов осуществления крыла, в которых идентичные элементы обозначены одними и теми же номерами позиций. На фиг. 1 представлен вид сверху крыла согласно настоящему изобретению. На фиг. 2 а представлено первое поперечное сечение крыла, показывающее профиль крыла, включающего средства управления потоком в первом положении. На фиг. 2b представлено поперечное сечение крыла, показывающее профиль крыла, включающего средства управления потоком во втором положении. На фиг. 3 представлен вариант осуществления изобретения, в котором крыло согласно настоящему изобретению включено в беспилотный летательный аппарат, представляющий собой искусственную птицу. На фиг. 4 представлен другой вариант осуществления изобретения, в котором крыло согласно настоящему изобретению представляет собой лопасть, включенную в воздушный винт, например используемый в воздушной турбине. Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения На фиг. 1 показано крыло 1, способное создавать подъемную силу от набегающего потока А. Набегающий поток А может быть воздушным потоком, потоком жидкости, потоком газа или потоком любого текучего агента. На фиг. 1 представлен вид сверху, или в плане. Крыло 1 включает переднюю кромку 3,заднюю кромку 5, внутренний край 7 и наружный край 9. Показана верхняя поверхность 10, представляющая собой зону, ограниченную передней кромкой 3, задней кромкой 5, внутренним краем 7 и наружным краем 9. Отметим, что и внутренний край 7, и наружный край 9 - это кромки между передней кромкой 3 и задней кромкой 5. На фиг. 1 не показана нижняя поверхность 12, противолежащая верхней поверхности 10. Эта нижняя поверхность 12 также ограничена передней кромкой 3, задней кромкой 5, внутренним краем 7 и наружным краем 9. Верхняя поверхность 10 соответствует стороне разрежения крыла 1, а нижняя поверхность 12 соответствует стороне давления крыла. Это означает, что давление на стороне разрежения ниже, чем давление на нижней поверхности, что приводит к возникновению подъемной силы. Подъемная сила это сила,направленная вверх, т.е. направленная от нижней поверхности 12 к верхней поверхности 10. На поперечных сечениях фиг. 2 а и фиг. 2b показан профиль 14 искривленной формы. Профиль 14 включает хорду 16, представляющую собой прямую линию между передней кромкой 3 и задней кромкой 5. Передняя кромка 3 профиля 14 совпадает с точкой полного торможения в носовой части крыла 1. Точка полного торможения это точка, в которой местная скорость потока равна нулю. Передняя кромка 3 и задняя кромка 5 разделяют верхнюю поверхность 10 и нижнюю поверхность 12. На фиг. 1 показано также направление размаха 20, идущее от внутреннего края 7 к наружному краю 9. Направление размаха 20 перпендикулярно хорде 16. На фиг. 1 показан излом 21 передней кромки 3 между внутренним краем 7 и наружным краем 9. Излом 21 рождает вихрь излома В в потоке А, набегающем на крыло 1. Излом 21 образован передней кромкой 3, имеющей часть 23 обратной стреловидности и часть 25 прямой стреловидности. Часть 23 обратной стреловидности расположена между внутренним краем 7 и изломом 21, а часть 25 прямой стреловидности расположена между изломом 21 и наружным краем 9. Направление вперед определяется как направление от задней кромки 5 к передней кромке 3. Часть 23 обратной стреловидности передней кромки 3 образует угол обратной стреловидностис направлением размаха 20. Этот угол обратной стреловидностипредпочтительно составляет от 0 до 90. Часть 25 прямой стреловидности передней кромки 3 образует угол прямой стреловидностис направлением размаха 20. Этот угол прямой стреловидностипредпочтительно составляет от 0 до -90. Часть 23 обратной стреловидности и часть 25 прямой стреловидности образуют угол излома , раскрытый в сторону вихря излома В и задней кромки 5. Отметим, что абсолютные значения угла прямой стреловидности , угла обратной стреловидностии угла изломав сумме составляют 180. Угол изломапредпочтительно меньше 180. На фиг. 1 показана, далее, верхняя поверхность 10, включающая средства управления потоком 30. Эти средства управления потоком 30 представляют собой поворотную поверхность 31, показанную также на фиг. 2 а и 2b. Поворотная поверхность 31 может включать шарнир 33, позволяющий поворотной поверхности 31 поворачиваться из первого положения во второе положение. В первом положении поворотная поверхность 31 выставлена заподлицо с верхней поверхностью 10, как показано на фиг. 2 а. Во втором положении поворотная поверхность 31 выставлена над верхней поверхностью 10, как показано на фиг. 2b. Во втором положении поворотная поверхность 31 возмущает поток А над верхней поверхностью 10. На фиг. 1 шарнир 33 включает линейный или шомпольный шарнир. Поворотная поверхность 31 может быть любой формы. На фиг. 1 поворотная поверхность 31 имеет прямоугольную форму, однако возможны и предусматриваются также и другие формы, например треугольная или круглая. Если средства управления потоком 30 размещены, по меньшей мере, частично за частью 35 передней кромки, расположенной между изломом 21 и наружным краем 9, средства управления потоком 30 могут быть использованы для воздействия на вихрь излома В. Это дает то преимущество, что вихрь излома В может быть возмущен, и в результате изменяется подъемная сила. При возмущении вихря излома В подъемная сила может быть уменьшена. Если вихрь излома В используется для изменения подъемной силы крыла 1, то может не потребоваться применения традиционных элеронов для управления крылом 1. На фиг. 3 представлен вариант осуществления настоящего изобретения, в котором два крыла 101 а,101 b согласно настоящему изобретению включены в беспилотный летательный аппарат 100, представляющий собой искусственную птицу. Отметим, что описанные элементы в этом варианте осуществления могут быть скомбинированы с соответствующими описанными элементами предшествующего варианта осуществления. И на фиг. 3 также первое крыло 101 а и второе крыло 101b шарнирно прикреплены к фюзеляжу 102. Фюзеляж 102 может иметь форму корпуса птицы. Первое крыло 101 а расположено симметрично относительно второго крыла 101b, причем ось симметрии параллельна внутреннему краю 107 а первого крыла 101 а и внутреннему краю 107b второго крыла 101b. Крылья 101 а, 101 b включают переднюю кромку 103 а, 103b, заднюю кромку 105 а, 105b, внутренний край 107 а, 107b и наружный край 109 а, 109b. Верхняя поверхность 110 а ограничена передней кромкой 103 а, 103b, задней кромкой 105 а, 105b, внутренним краем 107 а, 107b и наружным краем 109 а, 109b. Передняя кромка 103 а, 103b включает излом 121 а, 121b, часть 123 а, 123b обратной стреловидности и часть 125 а, 125b прямой стреловидности. Когда беспилотный летательный аппарат 100 летит в атмосфере, излом 121 а, 121b может порождать вихрь излома, который движется вдоль верхней поверхности 110 а, 110b к задней кромке 105 а, 105b. Размещенные за частью передней кромки средства управления потоком 130 а, 130b могут возмущать вихрь излома. Эта часть передней кромки расположена между изломом 121 а, 121b и наружным краем 109 а,109b. Два крыла 101 а, 101b могут совершать маховые движения относительно фюзеляжа 102, имеющего форму корпуса птицы. Маховое движение можно определить тремя движениями. Первое движение - это повторяющееся движение вверх и вниз наружного края 109 а, 109b, в то время как внутренний край 107 а, 107b шарнирно прикреплен к фюзеляжу 102. В ходе первого движения крылья 101 а, 101b поворачиваются вокруг оси, параллельной хорде вблизи внутреннего края 107 а, 107b. Второе движение - это повторяющееся вращение в направлении положительных и отрицательных углов вокруг оси, параллельной направлению размаха. Поскольку внутренний край 107 а, 107b шарнирно прикреплен к фюзеляжу 102, а наружный край 109 а, 109b свободен, в крыле 101 а, 101 b беспилотного летательного аппарата 100 возникает кручение. Третье движение - это повторяющееся смещение наружного края 109 а, 109b внутрь и наружу по отношению к внутреннему краю 107 а, 107b. Это движение птицы похоже на движение гребли. Вариант осуществления, показанный на фиг. 3, включает только первое и второе движения. Первое движение обеспечивается маховым механизмом, включающим первый шарнир 106b и второй шарнир 108b. Первый шарнир 106b обеспечивает шарнирное крепление первого лонжерона 111b, а второй шарнир 108b обеспечивает шарнирное крепление второго лонжерона 113b. Первый шарнир 106b и второй шарнир 108b могут приводиться независимо отдельными сервоприводами. Когда первый шарнир 106b периодически приводится не в фазе со вторым шарниром 108b, возникают первое и второе движения. Привод первого шарнира 106b вверх вызывает движение вверх первого лонжерона 111b. В этот же момент второй шарнир 108b движется вниз, вызывая движение вниз второго лонжерона 113b. А поскольку первый лонжерон 111b и второй лонжерон 113b стоят в крыле 101b, крыло 101b совершает первое и второе движения. Отметим, что крылья 101 а, 101b включают гибкий материал. Управление беспилотным летательным аппаратом может быть затруднительным, в особенности в схеме с динамическим машущим крылом. Поэтому предпочтительно использовать управление беспилотным летательным аппаратом 100 с помощью средств управления потоком 130 а, 130b. Вихрь излома, созданный на изломе 121 а, 121b, управляем даже при машущих крыльях 101 а, 101b беспилотного летательного аппарата 100. В плане управления и устойчивости управлять машущим беспилотным летательным аппаратом 100 с помощью элеронов, расположенных на задней кромке, может быть в большей степени нереально. Беспилотный летательный аппарат, далее, включает горизонтальное хвостовое крыло 140 для стабилизации вращения тангажа беспилотного летательного аппарата 100. На фиг. 4 представлен другой вариант осуществления настоящего изобретения, в котором крыло согласно настоящему изобретению представляет собой лопасть 201, включенную в воздушный винт 200 используемый, например, в воздушной турбине. Отметим, что описанные элементы в этом варианте осуществления могут быть скомбинированы с соответствующими описанными элементами вышеприведенных вариантов осуществления. Лопасть 201 включает переднюю кромку 203, заднюю кромку 205, внутренний край 207 и наружный край 209. Далее, передняя кромка 203 включает излом 221, часть 223 обратной стреловидности и часть 225 прямой стреловидности. Верхняя поверхность 210 включает средства управления потоком 230 для возмущения вихря излома, возникшего на изломе 221 от набегающего потока. Воздушный винт включает лопасть 201 и ротор 250, движущий турбину. Средства управления потоком 230 включают отверстия 231 для прохода воздуха, через которые может происходить всасывание или выброс воздуха в атмосферу. Таким образом, вихрь излома может быть возмущен, и на подъемную силу, создаваемую лопастью 201, можно влиять управляемым образом. Подъемная сила, создаваемая лопастью 201, отражает величину скорости вращения воздушного винта 200. Воздушный винт 200 может включать по меньшей мере одну лопасть 201. Благодаря наличию отверстий 231 для прохода воздуха, предусмотренных в лопасти 201, можно управлять скоростью вращения воздушного винта 200, с обеспечением энергоэффективного управления воздушным винтом 200. Настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами осуществления. Возможны и предусматриваются любые комбинации описанных вариантов осуществления. Крыло согласно настоящему изобретению может быть использовано в различных устройствах, например в спойлерах, морских гребных винтах и парусах. Настоящее изобретение относится также к этим устройствам, включающим крыло согласно любому из вышеприведенных вариантов осуществления. В альтернативном варианте крыло, описанное в любом из вышеприведенных вариантов осуществления, включено в спойлер движущегося транспортного средства для местного срыва набегающего потока. Спойлер согласно настоящему изобретению имеет преимущество более точного срыва или возмущения набегающего потока. Средства управления потоком могут обеспечить возможность управления с помощью спойлера дополнительной подъемной силой, создаваемой вихрем излома. Более точное управление подъемной силой, обеспечиваемое спойлером, может привести к более эффективному удержанию движущегося транспортного средства. К примеру, в некоторой первой ситуации движущееся транспортное средство требует лучшего сцепления с дорогой. Управление средствами управления потоком, может позволить адаптировать сцепление с дорогой к некоторой второй ситуации. В другом альтернативном варианте крыло, описанное в любом из вышеприведенных вариантов осуществления, включено в морской гребной винт судового движителя. Морской гребной винт согласно настоящему изобретению имеет то преимущество, что движение судна может осуществляться более эффективно в плане энергопотребления. Подъемная сила, создаваемая крылом, используется в качестве движущей силы. Дополнительная подъемная сила, создаваемая изломом, эквивалентна дополнительной движущей силе. Этой дополнительной движущей силой можно управлять с помощью средств управления потоком. Альтернативно, крыло, описанное в любом из вышеприведенных вариантов осуществления, включено в парус для создания парусной тяги. Парус согласно настоящему изобретению имеет то преимущество, что может быть создана дополнительная парусная тяга, которой можно управлять с помощью средств управления потоком. Альтернативно, средства управления потоком могут использоваться для управления изменением подъемной силы крыла, и/или изменением распределения давления на верхней поверхности, и/или торможением крыла относительно набегающего потока, и/или торможением крыла относительно инерциальной системы координат. Инерциальной системой координат может быть, например, Земля. Торможение определяется как уменьшение относительной скорости в инерциальной системе координат. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Крыло для создания подъемной силы от набегающего потока, имеющее заднюю кромку, переднюю кромку, внутренний край, наружный край, верхнюю поверхность, соответствующую стороне разрежения, и нижнюю поверхность, соответствующую стороне давления, причем в поперечном сечении указанное крыло имеет профиль с хордой, определяемой прямой линией между передней и задней кромками профиля, и направление размаха, перпендикулярное хорде и проходящее от внутреннего края к наружному краю, при этом передняя кромка имеет излом между внутренним краем и наружным краем, обратную стреловидную часть между внутренним краем и изломом, проходящую к излому и составляющую с направлением размаха угол от 0 до 90, прямую стреловидную часть между изломом и наружным краем, проходящую от излома и составляющую с направлением размаха угол от 0 до -90, отличающееся тем, что верхняя поверхность снабжена средствами управления потоком, предназначенными для управления подъемной силой посредством возмущения вихря излома, создаваемого изломом за счет набегающего потока, при этом средства управления потоком, по меньшей мере, частично размещены между прямой стреловидной частью и задней кромкой. 2. Крыло по п.1, отличающееся тем, что угол излома меньше 180. 3. Крыло по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что излом расположен, по существу, на одной третьей отрезка прямой между внутренним и наружным краями, причем эта прямая параллельна направлению размаха. 4. Крыло по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что обратная стреловидная часть составляет с направлением размаха угол обратной стреловидности от 5 до 40. 5. Крыло по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что прямая стреловидная часть составляет с направлением размаха угол прямой стреловидности от -5 до -40. 6. Крыло по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что средства управления потоком размещены целиком за частью передней кромки, расположенной между изломом и наружным краем. 7. Крыло по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что средства управления потоком размещены между передней кромкой и опорной линией на половине расстояния от передней кромки до задней кромки. 8. Крыло по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что средства управления потоком включают поворотную поверхность. 9. Крыло по п.8, отличающееся тем, что поворотная поверхность занимает менее одной пятой части верхней поверхности. 10. Крыло по п.8 или 9, отличающееся тем, что поворотная поверхность занимает более одной десятой части верхней поверхности. 11. Крыло по одному из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что на внутреннем крае профиль искривлен, а на наружном крае - полусимметричен. 12. Летательный аппарат, содержащий по меньшей мере одно крыло, охарактеризованное в одном из предшествующих пунктов; раму и маховый механизм для обеспечения машущего движения по меньшей мере одного крыла относительно рамы. 13. Летательный аппарат по п.12, отличающийся тем, что крыло содержит исполнительный механизм управления потоком, расположенный между верхней и нижней поверхностями. 14. Лопасть для воздушного винта, содержащая по меньшей мере одно крыло, охарактеризованное в одном из пп.1-11, причем средства управления потоком имеют отверстие для прохода воздуха с целью возмущения потока. 15. Способ эксплуатации крыла по одному из пп.1-11, в котором указанное крыло устанавливают на транспортное средство и используют средства управления потоком указанного крыла для управления изменением подъемной силы крыла, и/или изменением распределения давления на верхней поверхности,и/или торможением крыла относительно набегающего потока, и/или торможением крыла относительно инерциальной системы координат. 16. Способ эксплуатации лопасти для воздушного винта по п.14, в котором указанную лопасть устанавливают на воздушную турбину и используют средства управления потоком указанной лопасти для управления изменением подъемной силы лопасти.
МПК / Метки
МПК: B64C 3/10, B64C 23/00
Метки: набегающего, потока, силы, создания, крыло, подъемной
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/12-24536-krylo-dlya-sozdaniya-podemnojj-sily-ot-nabegayushhego-potoka.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Крыло для создания подъемной силы от набегающего потока</a>
Предыдущий патент: Устройство и способ для определения оседания в текучих средах
Следующий патент: Способ определения объема напитка и соответствующая система
Случайный патент: Производные пиридазинона для лечения опухолей