Система обтекаемого тела с изменяемой кривизной профиля и способ управления ее конфигурацией (варианты) - RU2597624C2
Код документа: RU2597624C2
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в различных вариантах его осуществления в целом относится к аэро- и гидродинамике и конструированию обтекаемых тел. В частности, варианты осуществления настоящего изобретения относятся к конструированию аэро- или гидродинамических управляющих поверхностей.
Уровень техники
В авиации и авиастроении под кривизной профиля понимается асимметрия его верхней и нижней поверхностей. Кривизна может характеризоваться средней линией профиля, представляющей собой кривую, точки которой равноудалены от верхней и нижней поверхностей профиля. Кривизна профиля обычно является важным и подлежащим учету фактором, определяющим скорость сваливания летательного аппарата. Изменение кривизны профиля аэродинамической поверхности летательного аппарата может приводить к изменению скорости сваливания летательного аппарата.
Раскрытие изобретения
Изобретение относится к системе и способам для управления конфигурацией обтекаемого тела. В соответствии с изобретением обтекаемому телу придают первую кривизну профиля и при помощи привода на основе сплава с эффектом памяти формы придают вторую кривизну профиля.
Одним объектом изобретения является способ управления конфигурацией обтекаемого тела, включающий придание обтекаемому телу заданной кривизны профиля путем активизации соединенного с обтекаемым телом привода на основе сплава с эффектом памяти формы.
Другим объектом изобретения является система управления конфигурацией обтекаемого тела с изменяемой кривизной профиля, содержащая обтекаемое тело и привод на основе сплава с эффектом памяти формы. Обтекаемое тело выполнено таким образом, что его профиль способен принимать первую кривизну и вторую кривизну. Привод на основе сплава с эффектом памяти формы выполнен с возможностью придания обтекаемому телу первой кривизны профиля в ответ на достижение первой температуры срабатывания, т.е. при достижении этой температуры. Кроме того, привод на основе сплава с эффектом памяти формы выполнен с возможностью придания обтекаемому телу второй кривизны профиля в ответ на достижение второй температуры срабатывания.
Еще одним объектом изобретения является способ создания системы управления конфигурацией обтекаемого тела с изменяемой кривизной профиля, характеризующийся тем, что с обтекаемым телом, способным принимать первую и вторую кривизну профиля, соединяют привод на основе сплава с эффектом памяти формы. Привод на основе сплава с эффектом памяти формы выполнен с возможностью придания обтекаемому телу первой кривизны профиля в ответ на достижение первой температуры срабатывания и придания обтекаемому телу второй кривизны профиля в ответ на достижение второй температуры срабатывания.
Данное краткое изложение сущности изобретения приведено для представления в упрощенной форме предлагаемых в изобретении решений, далее рассматриваемых ниже в подробном описании осуществления изобретения. Данное краткое изложение сущности изобретения не предназначено для определения ключевых особенностей или существенных признаков заявленного изобретения, а также не предназначено для использования в качестве вспомогательной информации при определении объема охраны заявленного изобретения.
Краткое описание чертежей
Для более полного понимания сущности изобретения ниже приведено его подробное описание, поясняемое чертежами, на которых однотипные элементы обозначены подобными номерами позиций. Чертежи приведены для пояснения описания и не ограничивают возможности осуществления изобретения и его объем. Чертежи могут быть выполнены не в масштабе.
На чертежах показано:
на фиг.1 - схема последовательности операций, иллюстрирующая методологию производства и эксплуатации летательного аппарата;
на фиг.2 - блок-схема летательного аппарата;
на фиг.3 - структурная схема системы управления конфигурацией обтекаемого тела с изменяемой кривизной профиля в одном варианте осуществления настоящего изобретения;
на фиг.4 - схематическое изображение аэродинамической поверхности с изменяемой кривизной профиля в одном варианте осуществления настоящего изобретения;
на фиг.5 - схематическое изображение конструкции, изменяющей кривизну профиля обтекаемого тела и в одном варианте осуществления настоящего изобретения содержащей несколько приводов в виде шарниров на основе сплава с эффектом памяти формы, на котором показаны линии кривизны;
на фиг.6 - схематическое изображение конструкции, изменяющей кривизну профиля обтекаемого тела и в одном варианте осуществления настоящего изобретения содержащей несколько приводов в виде шарниров на основе сплава с эффектом памяти формы, на котором показаны линии хорды;
на фиг.7 - схематическое изображение композитной панели, деформируемой посредством сплава с эффектом памяти формы, в состоянии до срабатывания сплава с эффектом памяти формы, в одном варианте осуществления настоящего изобретения;
на фиг.8 - схематическое изображение показанной на фиг.7 композитной панели, деформируемой посредством сплава с эффектом памяти формы, в состоянии после срабатывания сплава с эффектом памяти формы, в одном варианте осуществления настоящего изобретения;
на фиг.9 - схематическое изображение конструкции несущей поверхности, содержащей привод в виде стержня на основе сплава с эффектом памяти формы в одном варианте осуществления настоящего изобретения;
на фиг.10 - увеличенный вид показанного на фиг.9 привода в виде стержня на основе сплава с эффектом памяти формы в одном варианте осуществления настоящего изобретения;
на фиг.11 - блок-схема процесса управления конфигурацией обтекаемого тела в одном варианте осуществления настоящего изобретения;
на фиг.12 - блок-схема процесса создания системы управления конфигурацией обтекаемого тела с изменяемой кривизной профиля в одном варианте осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Нижеследующее описание приведено для раскрытия примеров осуществления изобретения и не предназначено для ограничения объема, области применения или использования изобретения. Конкретные устройства, методы и случаи применения описываются ниже только в качестве примеров. Специалисту должны быть понятны возможности видоизменения рассмотренных в данном описании примеров, а общие принципы, раскрытые в описании, могут использоваться в приложении к другим примерам и случаям применения изобретения без выхода за рамки сущности и объема изобретения. Объем изобретения определяется его формулой и не должен ограничиваться примерами, описанными ниже и показанными на чертежах.
Варианты осуществления изобретения могут быть описаны в форме компонентов функциональных или структурных схем и/или алгоритмов и различных стадий процессов. Следует иметь в виду, что компоненты таких схем или шаги алгоритмов могут быть реализованы любым количеством аппаратных, программных и/или аппаратно-программных компонентов, настроенных для выполнения заданных функций. Для краткости изложения подробные сведения об обычных средствах и методах, относящихся к аэродинамике, сплавам с эффектом памяти формы, конструкциям транспортных средств, динамике жидкостей и газов, системам управления летательных аппаратов, и других функциональных аспектах описываемых систем (и отдельных компонентах таких систем) в данном описании могут не приводиться. Кроме того, специалистам должно быть понятно, что настоящее изобретение может быть осуществлено в сочетании с различными аппаратными и программными средствами, а рассматриваемые ниже варианты осуществления изобретения представлены исключительно в качестве примера.
Варианты осуществления изобретения описаны ниже в контексте его практического и не ограничивающего применения, а именно конструкции аэродинамической поверхности летательного аппарата. Однако возможности осуществления изобретения не ограничиваются приложениями, относящимися к аэродинамической поверхности летательного аппарата, а приведенные в описании средства и методы также могут использоваться в других практических приложениях. В качестве неограничивающего примера, осуществление изобретения возможно в приложении к гидрокрыльям, ветряным турбинам, турбинам приливных электростанций и т.п.
Как должно быть ясно специалисту после прочтения данного описания, рассмотренные ниже варианты осуществления изобретения являются примерами, а функции изобретения не ограничиваются этими примерами. Могут использоваться также другие варианты осуществления изобретения, а в рассмотренные выше варианты могут быть внесены конструктивные изменения, не выходящие за рамки сущности и объема настоящего изобретения.
В частности, как показано на чертежах, осуществление изобретения можно описать в контексте способа 100 производства и эксплуатации летательного аппарата, представленного на фиг.1, и летательного аппарата 200, представленного на фиг.2. Во время подготовки к производству иллюстрируемый способ 100 может включать этап 104 подготовки технического задания и проектирования летательного аппарата 200, а также этап 106 закупки материалов. В процессе производства осуществляются этап 108 изготовления компонентов и узлов и этап 110 их окончательной сборки при изготовлении летательного аппарата 200. Затем следует этап 112 сертификации и поставки летательного аппарата 200 с целью ввода его в эксплуатацию на этапе 114. В процессе эксплуатации летательного аппарата 200 заказчиком осуществляются его плановое техническое обслуживание и текущий ремонт на этапе 116 (который также может включать внесение конструктивных изменений, переоборудование, восстановительный ремонт и т.д.).
Каждый из процессов способа 100 может выполняться системным интегратором, третьей стороной и/или эксплуатантом (например, заказчиком). В контексте настоящего описания системный интегратор может включать, без ограничений, любое число производителей летательных аппаратов и субподрядчиков по основным системам, третья сторона может включать, без ограничений, любое число продавцов, субподрядчиков и поставщиков, а в качестве эксплуатанта может выступать авиакомпания, лизинговая компания, воинская часть, сервисная организация и т.д.
Как показано на фиг.2, летательный аппарат 200, изготавливаемый способом 100, представленным в иллюстративном примере, может содержать планер 218 с несколькими системами 220 и интерьером 222. Примеры систем 220 высокого уровня включают одну или несколько силовых установок 224, электрическую систему 226, гидравлическую систему 228, систему 230 жизнеобеспечения и систему 232 изменения кривизны профиля обтекаемого тела 232 при помощи оптимизированных интеллектуальных материалов. Также может использоваться любое число других систем. Хотя представленный пример относится к авиакосмической отрасли, варианты осуществления настоящего изобретения могут использоваться и в других отраслях.
Устройства и способы, представленные в настоящем описании, могут применяться на любом одном или нескольких этапах способа 100 производства, эксплуатации и обслуживания. Например, компоненты или узлы, соответствующие производственному процессу 108, могут изготавливаться аналогично компонентам и узлам, изготавливаемым в процессе эксплуатации летательного аппарата 200. Кроме того, один или несколько вариантов выполнения предлагаемого в изобретении устройства, вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа или их комбинация могут использоваться на этапах 108 и 110 производства, например, значительно ускоряя сборку летательного аппарата 200 или уменьшая его стоимость. Аналогичным образом, один или несколько вариантов выполнения предлагаемого в изобретении устройства, вариантов осуществления предлагаемого в изобретении способа или их комбинация могут использоваться при нахождении летательного аппарата 200 в эксплуатации, в качестве неограничивающего примера, на этапе 116 технического обслуживания и текущего ремонта.
Сплав с эффектом памяти формы (ЭПФ) запоминает свою первоначальную форму после его деформации относительно этой первоначальной формы. Сплав с ЭПФ возвращается к своей первоначальной форме при его нагреве (запоминание формы) или при снятии деформирующего усилия (сверхупругость). Сплав с ЭПФ, который возвращается к своей первоначальной форме при его нагреве, является сплавом с односторонним ЭПФ. Сплав с двухсторонним ЭПФ помнит две различные формы: одну форму - при относительно низкой температуре, а другую форму - при относительно высокой температуре. Задание этих двух форм посредством термомеханической обработки известно как "тренировка" сплава с ЭПФ. Сплав с ЭПФ с двумя заданными формами называют "тренированным". Свойства формы тренированного сплава с ЭПФ достигаются в результате инициируемого термообработкой мартенситного фазового превращения с переходом от низкосимметричной (мартенсит) к высокосимметричной (аустенит) кристаллической структуре.
Температуры, при которых сплав с ЭПФ изменяет свою структуру, зависят от конкретного сплава и могут регулироваться путем изменения химического состава и режима термомеханической обработки. Некоторые известные материалы с ЭПФ могут включать в себя, в качестве неограничивающего примера, сплавы медь-цинк-алюминий, медь-алюминий-никель, никель-титан-платина, никель-титан-палладий, никель-титан-гафний, никель-титан (сплав NiTi, известный как никелид титана, или нитинол) и т.п.Вообще, никель-титановые сплавы с ЭПФ по механическим свойствам превосходят сплавы с ЭПФ на основе меди, но при этом являются более дорогими. Приводы на основе сплавов с ЭПФ, используемые в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, могут изготавливаться, в качестве неограничивающего примера, из любых вышеупомянутых материалов с ЭПФ.
На фиг.3 в качестве примера осуществления изобретения приведена структурная схема системы 300 управления конфигурацией обтекаемого тела с изменяемой кривизной профиля (система 300). Система 300 может включать в себя обтекаемое тело 302 (аэродинамическая поверхность 302), привод 304 на основе сплава с эффектом памяти формы (ЭПФ) и управляющее устройство 308. Аэродинамическая поверхность 302 и привод 304 на основе сплава с ЭПФ могут быть соединены друг с другом при помощи различных соединительных средств 306. В настоящем описании термины "обтекаемое тело 302", "аэродинамическая поверхность 302 с изменяемой кривизной профиля", "обтекаемое тело 302 с изменяемой кривизной профиля" и "аэродинамическая поверхность 302" могут использоваться взаимозаменяемо.
Аэродинамическая поверхность 302 способна изменять кривизну своего профиля и поэтому также называется аэродинамической поверхностью 302 с изменяемой кривизной профиля. Аэродинамическая поверхность 302 способна изменять кривизну 414 (фиг.4), принимая под действием привода 304 на основе сплава с ЭПФ первую кривизну в ответ на достижение первой температуры срабатывания привода. Кроме того, аэродинамическая поверхность 302 способна изменять форму кривизны 414 (фиг.4), переходя при помощи привода 304 на основе сплава с ЭПФ от первой кривизны ко второй кривизне в ответ на достижение второй температуры срабатывания привода. Таким образом, профиль кривизны аэродинамической поверхности 302 изменяется с фиксированного, перед приведением в действие привода 304 на основе сплава с ЭПФ, на изменяемый - после приведения в действие привода 304 на основе сплава с ЭПФ. Кривизна 414 (фиг.4) аэродинамической поверхности 302 может быть задана средней линией 410 профиля (фиг.4), представляющей собой кривую, проходящую на равном удалении от верхней поверхности 420 (фиг.4) и нижней поверхности 422 (фиг.4) аэродинамической поверхности 302 с изменяемой кривизной профиля (на фиг.4 - аэродинамической поверхности 400). Как было упомянуто выше, изменение кривизны аэродинамической поверхности 302/400 может приводить к изменению скорости сваливания летательного аппарата 200.
Аэродинамическая поверхность 302/400 с изменяемой кривизной профиля может иметь профиль несущей поверхности и/или профиль управляющей поверхности обтекаемого тела. Управляющая поверхность может включать в себя, в качестве неограничивающего примера, предкрылок, элерон, хвост, руль направления, руль высоты, закрылок, спойлер, элевон и т.п. Несущая поверхность может включать в себя, в качестве неограничивающего примера, крыло, переднее горизонтальное оперение, стабилизатор и т.п.
Привод 304 на основе сплава с ЭПФ выполнен с возможностью изменения формы средней линии профиля (т.е. с возможностью изгиба, отклонения или изменения формы этой линии) в ответ на его нагрев и/или охлаждение. Таким образом, кривизна 414 может менять свою форму, изменяя характер обтекания аэродинамической поверхности 302/400 с изменяемой кривизной профиля. В одном варианте осуществления изобретения привод 304 на основе сплава с ЭПФ управляется посредством пассивного механизма управления формой кривизны 414 на основании окружающей температуры, соответствующей высоте в определенном режиме полета. В другом варианте осуществления изобретения управляющее устройство 308 может включать в себя или представлять собой блок управления (связанный с системами летательного аппарата), облегчающий управление деформацией аэродинамической поверхности, т.е. изменение формы кривизны 414 профиля аэродинамической поверхности, как это подробнее поясняется ниже.
Привод 304 на основе сплава с ЭПФ в различных вариантах осуществления настоящего изобретения может быть выполнен, в качестве неограничивающего примера, из любых упомянутых выше материалов с ЭПФ. В различных вариантах осуществления изобретения привод 304 на основе сплава с ЭПФ включает в себя шарнир 502/504/506/602/604 на основе сплава с ЭПФ (фиг.5-6), композитную панель 700, деформируемую посредством сплава с ЭПФ (фиг.7), панель на основе сплава с эффектом памяти формы, стержневую конструкцию на основе сплава с эффектом памяти формы и стержневой привод 902 на основе сплава с ЭПФ (фиг.9), как это подробнее поясняется ниже. Вместе с тем, возможности конструктивного выполнения привода 304 на основе сплава с ЭПФ не ограничиваются шарниром 502/504/506/602/604 на основе сплава с ЭПФ, композитной панелью 700, деформируемой посредством сплава с ЭПФ, и стержневым приводом 902 на основе сплава с ЭПФ и также могут включать в себя другие конструкции с применением сплавов с ЭПФ, способные изменять форму кривизны 414 профиля.
Различные соединительные средства 306 могут включать в себя любую технологию соединения, пригодную для использования в системе 300. Различные соединительные средства 306 могут включать в себя, в качестве неограничивающего примера, клеевые, сварные соединения и т.п.
Управляющее устройство 308 может включать в себя, в качестве неограничивающего примера, процессорный модуль 310, модуль 312 памяти и т.п.Управляющее устройство 308 может быть реализовано, в качестве неограничивающего примера, как часть системы летательного аппарата, в составе центрального процессора летательного аппарата (для централизованной обработки данных), как вычислительный модуль подсистемы, выделенный для управления конфигурацией аэродинамической поверхностью 302 с изменяемой кривизной профиля, и т.п.
Управляющее устройство 308 выполнено для теплового управления приводом 304 на основе сплава с ЭПФ с целью изменения формы кривизны 414 в различных условиях эксплуатации. К условиям эксплуатации могут относиться, в качестве неограничивающего примера, параметры режима полета, условия наземных операций и т.п. Режимом полета может быть, в качестве неограничивающего примера, режим взлета, режим крейсерского полета, режим захода на посадку, режим посадки и т.п. К наземным операциям может относиться, в качестве неограничивающего примера, аэродинамическое торможение после посадки и т.п. Управляющее устройство 308 может быть расположено на удалении от привода 304 на основе сплава с ЭПФ либо может быть соединено с приводом 304 на основе сплава с ЭПФ. Управление приводом 304 на основе сплава с ЭПФ осуществляется путем регулирования температуры, изменяемой между температурами конца мартенситного и аустенитного превращения с возможностью выбора и сохранения форм, находящихся между крайними состояниями срабатывания привода, при помощи управляющего устройства 308.
Во время работы системы управления конфигурацией обтекаемого тела управляющее устройство 308 может управлять приводом 304 на основе сплава с ЭПФ, контролируя температуру приводов 304 на основе сплава с ЭПФ и при необходимости нагревая и/или охлаждая по меньшей мере участок привода 304 на основе сплава с ЭПФ. Нагрев/охлаждение привода 304 на основе сплава с ЭПФ может обеспечиваться, в качестве неограничивающего примера, бортовой системой охлаждения/нагрева летательного аппарата и т.п. Например, в нагревателе может использоваться электронагревательный элемент и управляемый источник тока, причем температура пропорциональна току, подаваемому на нагревательный элемент. Таким образом, управляющее устройство 308 определяет температуру на основании текущего режима полета и обеспечивает нагрев/охлаждение привода 304 на основе сплава с ЭПФ для его включения, т.е. активизации, и отключения, т.е. деактивизации. Это позволяет управляющему устройству 308 изменять форму кривизны 414 профиля в соответствии с текущим режимом полета, например, в зависимости от того, заходит ли летательный аппарат на посадку, совершает ли он посадку, взлет или находится в крейсерском полете. Управляющее устройство 308 может использоваться для оптимизации формы кривизны 414 профиля в отношении создаваемого шума, подъемной силы, сопротивления и т.п.
В одном варианте осуществления изобретения управляющее устройство 308 выполнено с возможностью неравномерного изменения температуры приводов 304 на основе сплава с ЭПФ. Управляющее устройство 308 может изменять значения температуры соответствующих участков привода 304 на основе сплава с ЭПФ отдельно друг от друга, причем все значения температуры отличаются друг от друга. Таким образом, различные участки привода 304 на основе сплава с ЭПФ могут нагреваться посредством управляющего устройства 308 до различных температур для обеспечения различной степени изменения формы кривизны 414 в различных зонах аэродинамической поверхности 302 с изменяемой кривизной профиля. Например, для поддержания требуемой формы различные приводы на основе сплавов с ЭПФ могут нагреваться в различной степени.
Процессорный модуль 310 содержит логические схемы обработки информации, настроенные для выполнения функций, методов и операций обработки данных, связанных с работой системы 300. В частности, логические схемы обработки информации настроены на поддержку рассматриваемой в данном описании системы 300. Например, для регулирования формы кривизны 414 процессорный модуль 310 может управлять приводом 304 на основе сплава с ЭПФ на основании различных условий полета.
Процессорный модуль 310 может быть реализован с применением процессора общего назначения, ассоциативного запоминающего устройства, цифрового сигнального процессора, специализированной интегральной схемы, программируемой пользователем вентильной матрицы, любого подходящего программируемого логического устройства, логического элемента на дискретных компонентах или транзисторной логики, дискретных аппаратных компонентов или их любой комбинации, рассчитанных на выполнение рассматриваемых в данном описании функций. Таким образом, процессор может быть выполнен в виде микропроцессора, контроллера, микроконтроллера, конечного автомата и т.п. Процессор также может быть реализован комбинацией вычислительных устройств, например комбинацией цифрового сигнального процессора и микропроцессора, несколькими микропроцессорами, одним или несколькими микропроцессорами в сочетании с ядром цифрового сигнального процессора или любыми другими таким конфигурациями.
Модуль 312 памяти может содержать область хранения данных с памятью, отформатированной для поддержки работы системы 300. Модуль 312 памяти выполнен с возможностью хранения, поддержания целостности и выдачи данных, когда это необходимо для поддержки функциональности системы 300. Например, в модуле 312 памяти может храниться информация о полетной конфигурации, температурах срабатывания приводов и т.п.
В практических вариантах осуществления изобретения модуль 312 памяти может включать в себя, в качестве неограничивающего примера, энергонезависимое запоминающее устройство (энергонезависимую полупроводниковую память, накопитель на жестких магнитных дисках, накопитель на оптических дисках и т.п.), запоминающее устройство с произвольной выборкой (например, статическое запоминающее устройство с произвольной выборкой, динамическое запоминающее устройство с произвольной выборкой) или любой другой известный вид накопителя информации.
Модуль 312 памяти может быть связан с процессорным модулем 310 и может быть настроен для хранения, в качестве неограничивающего примера, базы данных и т.п. Дополнительно модуль 312 памяти может представлять динамически обновляющуюся базу данных, содержащую таблицу для обновления базы данных, и т.п. В модуле 312 памяти также может храниться компьютерная программа, выполняемая процессорным модулем 310, операционная система, прикладная программа, предварительные данные, используемые при выполнении программы, и т.п.
Модуль 312 памяти может быть связан с процессорным модулем 310 таким образом, чтобы процессорный модуль 310 мог считывать информацию из модуля 312 памяти и записывать информацию в модуль 312 памяти. Например, процессорный модуль 310 может осуществлять доступ к модулю 312 памяти для получения информации о скорости летательного аппарата, положении управляющих поверхностей летательного аппарата, угле атаки, числе Маха, высоте полета летательного аппарата и т.п.
В качестве примера, процессорный модуль 310 и модуль 312 памяти могут находиться в соответствующих специализированных интегральных схемах. Модуль 312 памяти также может быть встроен в процессорный модуль 310. В одном варианте осуществления изобретения модуль 312 памяти может содержать кэш-память для хранения временных (промежуточных) переменных или другой промежуточной информации во время выполнения команд процессорным модулем 310.
На фиг.4 в качестве примера осуществления изобретения показана аэродинамическая поверхность 400 с изменяемой кривизной профиля (аэродинамическая поверхность 400). Аэродинамическая поверхность 400 с изменяемой кривизной профиля может иметь переднюю кромку 402, заднюю кромку 404, верхнюю поверхность 420 и нижнюю поверхность 422. Аэродинамическая поверхность 400 с изменяемой кривизной профиля имеет привод 304 на основе сплава с ЭПФ (фиг.3). Как это подробнее поясняется ниже, привод 304 на основе сплава с ЭПФ может быть соединен с аэродинамической поверхностью 400 различными методами (например, при помощи соединительных средств 306). Привод 304 на основе сплава с ЭПФ может управлять конфигурацией аэродинамической поверхности 400, придавая ее профилю первую кривизну 406 и вторую кривизну 408. Конфигурация аэродинамической поверхности 400 с первой кривизной 406 профиля может включать в себя, в качестве неограничивающего примера, состояние покоя, мартенситное состояние, аустенитное состояние или другое состояние сплава с ЭПФ в приводе 304. Конфигурация со второй кривизной 408 профиля может включать в себя, в качестве неограничивающего примера, состояние покоя, мартенситное состояние, аустенитное состояние или другое состояние сплава с ЭПФ в приводе 304.
Аэродинамическая поверхность 400 с изменяемой кривизной профиля может характеризоваться средней линией 410 профиля и линией 412 хорды. Средняя линия 410 профиля может включать в себя кривую, проходящую на равном удалении от верхней поверхности 420 и нижней поверхности 422 аэродинамической поверхности 400 с изменяемой кривизной профиля и таким образом характеризующую асимметрию между верхней поверхностью 420 и нижней поверхностью 422. Кривизна 414 аэродинамической поверхности 400 с изменяемой кривизной профиля может определяться средней линией 410 профиля. Кривизна 414 может измеряться расстояниями между средней линией 410 профиля и линией 412 хорды, определяющими форму средней линии 410 профиля.
На фиг.5 в качестве примера осуществления изобретения представлена конструкция 500, изменяющая кривизну профиля обтекаемого тела и содержащая несколько шарниров 502/504/506 на основе сплава с ЭПФ, а также линии 508 и 510 кривизны. Конструкция 500, изменяющая кривизну профиля, предназначена для ее присоединения к обтекаемому телу 302 (фиг.3). Конструкция 500, изменяющая кривизну профиля, содержит первый шарнир 502 на основе сплава с ЭПФ, второй шарнир 504 на основе сплава с ЭПФ, третий шарнир 506 на основе сплава с ЭПФ, первую аэродинамическую конструкцию 518, вторую аэродинамическую конструкцию 520 и третью аэродинамическую конструкцию 522.
Первый шарнир 502 на основе сплава с ЭПФ соединен с первой аэродинамической конструкцией 518, второй шарнир 504 на основе сплава с ЭПФ соединен с первой аэродинамической конструкцией 518 и со второй аэродинамической конструкцией 520. Третий шарнир 506 на основе сплава с ЭПФ соединен со второй аэродинамической конструкцией 520 и с третьей аэродинамической конструкцией 522. Первый шарнир 502 на основе сплава с ЭПФ, второй шарнир 504 на основе сплава с ЭПФ и третий шарнир 506 на основе сплава с ЭПФ выполнены с возможностью их активизации (например, срабатывания на скручивание) в ответ на достижение, соответственно, первой температуры срабатывания сплава с ЭПФ, второй температуры срабатывания сплава с ЭПФ и третьей температуры срабатывания сплава с ЭПФ. Управление срабатыванием первого шарнира 502 на основе сплава с ЭПФ, второго шарнира 504 на основе сплава с ЭПФ и третьего шарнира 506 на основе сплава с ЭПФ может осуществляться по отдельности или совместно. Первая температура срабатывания сплава с ЭПФ, вторая температура срабатывания сплава с ЭПФ и третья температура срабатывания сплава с ЭПФ могут устанавливаться в отдельности (например, отдельные значения температуры могут быть различными) или совместно (например, два или более сплава могут иметь одну общую температуру).
Конструкция 500, изменяющая кривизну профиля, предназначена для изменения формы кривизны 414 (фиг.4), а значит, и формы первой линии 508 кривизны, путем изменения конфигурации аэродинамической поверхности с переходом от первой кривизны 512 ко второй кривизне 516 в ответ на активизацию первого шарнира 502 на основе сплава с ЭПФ, второго шарнира 504 на основе сплава с ЭПФ и третьего шарнира 506 на основе сплава с ЭПФ. Конструкция 500, изменяющая кривизну профиля, в конфигурации с первой кривизной 512 имеет первую линию 508 кривизны, а в конфигурации со второй кривизной 516 - вторую линию 510 кривизны. Конструкция 500, изменяющая кривизну профиля, также способна принимать другие различные формы, например, конфигурацию с третьей кривизной 514, промежуточную между конфигурацией с первой кривизной 512 и конфигурацией со второй кривизной 516.
На фиг.6 в качестве примера осуществления изобретения представлена конструкция 600, изменяющая кривизну профиля обтекаемого тела и содержащая несколько шарниров 602/604 на основе сплава с эффектом памяти формы. Конструкция 600, изменяющая кривизну профиля, предназначена для присоединения к обтекаемому телу 302 (фиг.3). Конструкция 600, изменяющая кривизну профиля, содержит первый шарнир 602 на основе сплава с ЭПФ, второй шарнир 604 на основе сплава с ЭПФ, первую аэродинамическую конструкцию 606 и вторую аэродинамическую конструкцию 608.
Первый шарнир 602 на основе сплава с ЭПФ соединен с первой аэродинамической конструкцией 606, а второй шарнир 604 на основе сплава с ЭПФ соединен с первой аэродинамической конструкцией 606 и второй аэродинамической конструкцией 608. Первый шарнир 602 на основе сплава с ЭПФ также может быть соединен с обтекаемым телом 302. Первый шарнир 602 на основе сплава с ЭПФ и второй шарнир 604 на основе сплава с ЭПФ выполнены с возможностью их активизации (например, срабатывания на скручивание) в ответ на достижение, соответственно, первой температуры срабатывания сплава с ЭПФ и второй температуры срабатывания сплава с ЭПФ. Управление срабатыванием первого шарнира 602 на основе сплава с ЭПФ и второго шарнира 604 на основе сплава с ЭПФ может осуществляться по отдельности или совместно. Первая температура срабатывания сплава с ЭПФ и вторая температура срабатывания сплава с ЭПФ могут устанавливаться в отдельности (например, отдельные значения температуры могут быть различными) или совместно (например, два или более сплава могут иметь одну общую температуру).
Конструкция 600, изменяющая кривизну профиля, предназначена для изменения формы кривизны 414 (фиг.4) путем изменения конфигурации с первой кривизной 610 на конфигурацию со второй кривизной 612 в ответ на активизацию первого шарнира 602 на основе сплава с ЭПФ и второго шарнира 604 на основе сплава с ЭПФ. Конфигурация с первой кривизной 610 характеризуется тем, что первая аэродинамическая конструкция 606 расположена под первым углом 618 ко второй аэродинамической конструкции 608. Конфигурация со второй кривизной 612 характеризуется тем, что первая аэродинамическая конструкция 606 расположена под вторым углом 620 ко второй аэродинамической конструкции 608. В конфигурации с первой кривизной 610 конструкция 600, изменяющая кривизну профиля, имеет первую линию 614 хорды, а в конфигурации со второй кривизной 612 - вторую линию 616 хорды.
В вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг.5-6, в конструкциях 500, 600, изменяющих кривизну профиля обтекаемого тела, используется до трех шарниров на основе сплавов с ЭПФ. Вместе с тем, может использоваться любое число шарниров 502, 504, 506, 602, 604 на основе сплавов с ЭПФ. Кроме того, размещение шарниров 502, 504, 506, 602, 604 на основе сплавов с ЭПФ в различных местах сочленения (например, в местах сочленения композитных конструкций) обеспечивает эффективную передачу нагрузок между поверхностями обтекаемого тела с изменяемой кривизной профиля, включающими конструкции 500, 600, изменяющие кривизну профиля обтекаемого тела. К поверхностям обтекаемого тела с изменяемой кривизной профиля, могут относиться, в качестве неограничивающего примера, поверхности крыла, поверхности аэродинамических органов управления, верхняя поверхность 420, нижняя поверхность 422 и т.д. Каждый из шарниров 502, 504, 506, 602, 604 на основе сплавов с ЭПФ может потребоваться тщательно встроить между композитными панелями поверхностей с изменяемой кривизной профиля, чтобы в процессе деформации обеспечить эффективную работу композитных панелей.
На фиг.7 в качестве примера осуществления изобретения изображена композитная панель 700, деформируемая посредством сплава с эффектом памяти формы (сплава с ЭПФ) в состоянии 710 до срабатывания (приведения в действие) сплава. Композитная панель 700, деформируемая посредством сплава с ЭПФ, может содержать первый слой 712 слоистого композиционного материала, второй слой 714 слоистого композиционного материала и привод 704/706/708 на основе сплава с ЭПФ (панель на основе сплава с ЭПФ), вклеенный между первым слоем 712 слоистого композиционного материала и вторым слоем 714 слоистого композиционного материала. Привод 704/706/708 на основе сплава с ЭПФ может включать в себя, в качестве неограничивающего примера, слой из сплава с ЭПФ, стержень из сплава с ЭПФ, лист из сплава с ЭПФ, сетку из сплава с ЭПФ и т.п.
На фиг.8 в качестве примера осуществления изобретения изображена показанная на фиг.7 композитная панель 700, деформируемая посредством сплава с ЭПФ, в состоянии 802 после срабатывания (приведения в действие) сплава. Композитная панель 700, деформируемая посредством сплава с ЭПФ, может приводиться в действие для придания аэродинамической поверхности 400 кривизны 414 профиля (фиг.4). В одном варианте осуществления изобретения композитная обшивка аэродинамической поверхности 400 с изменяемой кривизной профиля может быть заполнена слоями материала 704/706/708 с ЭПФ. Композитная панель 700, деформируемая посредством сплава с ЭПФ (привод 304 на основе сплава с ЭПФ), может быть размещена, в качестве неограничивающего примера, между слоями композиционного материала по типу врезки, сэндвич-панелей и т.п., для обеспечения способности к плавному изменению формы профиля, в частности в случаях, где для достижения конечной формы изменяемой кривизны требуется способность профиля к формоизменению. Например, несколько слоев фольги из сплава с ЭПФ можно разместить в различных местах аэродинамической поверхности 400 с изменяемой кривизной профиля, где желательно обеспечить большую деформацию поверхностей, в том числе в различных местах верхней поверхности 420 и нижней поверхности 422.
На фиг.9 в качестве примера осуществления изобретения изображена конструкция 900 несущей поверхности, содержащая стержневой привод 902 на основе сплава с ЭПФ (стержневая конструкция на основе сплава с эффектом памяти формы). На фиг.10 приведен увеличенный вид 1000 показанного на фиг.9 стержневого привода 902 на основе сплава с ЭПФ в одном варианте осуществления настоящего изобретения.
Конструкция 900 несущей поверхности включает в себя верхнюю поверхность 420 (на фиг.9 она удалена, чтобы показать стержневой привод 902 на основе сплава с ЭПФ) и нижнюю поверхность 422, образующие профиль аэродинамической поверхности 302/400 с изменяемой кривизной профиля. Стержневой привод 902 на основе сплава с ЭПФ может быть расположен, в качестве неограничивающего примера, рядом с передней кромкой 402, как это показано на фиг.9, задней кромкой 404 (фиг.4) аэродинамической поверхности 302/400 с изменяемой кривизной профиля и т.п. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.9, стержневой привод 902 на основе сплава с ЭПФ изменяет форму аэродинамической поверхности в ответ на изменение температуры, изгибая переднюю кромку 402 (например, переднюю кромку крыла) путем изменения кривизны 414 (фиг.4). Стержневой привод 902 на основе сплава с ЭПФ может быть выполнен толстым или тонким, более длинным или более коротким - в зависимости от критериев проектирования обтекаемого тела с изменяемой кривизной профиля, и может располагаться в любом месте, подходящем с точки зрения функционирования системы 300. Для изменения формы кривизны 414 может использоваться любое число стержневых приводов 902 на основе сплава с ЭПФ.
При помощи стержневого привода 902 на основе сплава с ЭПФ аэродинамическая поверхность 302/400 с изменяемой кривизной профиля (фиг.3-4) способна менять форму кривизны 414, в результате чего под действием -стержневого привода 902 на основе сплава с ЭПФ в ответ на достижение им, соответственно, первой температуры срабатывания и второй температуры срабатывания, конфигурация аэродинамической поверхности меняется с переходом от исходной кривизны профиля (например, первой кривизны 406, показанной на фиг.4) к конечной кривизне (например, второй кривизне 408, показанной на фиг.4). Таким образом, кривизна аэродинамической поверхности 302 меняется с исходной (например, описываемой на фиг.5 первой линией 508 кривизны) до срабатывания стержневого привода 902 на основе сплава с ЭПФ на конечную (например, описываемую на фиг.5 второй линией 510 кривизны) после срабатывания стержневого привода 902 на основе сплава с ЭПФ.
На фиг.10 приведен увеличенный вид показанного на фиг.9 стержневого привода 902 на основе сплава с ЭПФ в одном варианте осуществления настоящего изобретения.
На фиг.11 приведена иллюстративная блок-схема выполнения процесса 1100 управления конфигурацией обтекаемого тела в одном варианте осуществления настоящего изобретения. Различные операции, выполняемые в связи с осуществлением процесса 1100, могут выполняться механическими, программными, аппаратными, программно-аппаратными средствами, машиночитаемым программным обеспечением, машиночитаемым носителем информации либо запоминающей средой или любой комбинацией таких средств. Следует учесть, что процесс 1100 может включать в себя любое число дополнительных или альтернативных операций (задач), причем представленные на фиг.11 операции не обязательно должны выполняться в показанном порядке, а процесс 1100 может быть включен в другую процедуру или процесс более высокого уровня, имеющую(-ий) дополнительную функциональность, в данном описании подробно не рассматриваемую.
В целях пояснения приведенное ниже описание процесса 1100 может ссылаться на элементы, упомянутые выше при рассмотрении фиг.1-10. В практических вариантах осуществления изобретения части процесса 1100 могут выполняться различными элементами системы 300, такими как обтекаемое тело 302, привод 304 на основе сплава с ЭПФ, управляющее устройство 308 и т.д. Следует учесть, что процесс 1100 может включать в себя любое число дополнительных или альтернативных операций, причем представленные на фиг.11 операции не обязательно должны выполняться в показанном порядке, а процесс 1100 может быть включен в другую процедуру или процесс более высокого уровня, имеющую(-ий) дополнительную функциональность, в данном описании подробно не рассматриваемую.
Процесс 1100 может начинаться приданием обтекаемому телу, например обтекаемому телу 302, заданной кривизны профиля, например кривизны 414, путем активизации привода на основе сплава с эффектом памяти формы, такого как привод 304 на основе сплава с ЭПФ, соединенного с обтекаемым телом 302 (операция 1102).
Процесс 1100 может продолжаться приданием обтекаемому телу 302 первой кривизны, например кривизны 406 (операция 1104).
Процесс 1100 может продолжаться приданием обтекаемому телу 302 второй кривизны, например кривизны 408, при помощи привода 304 на основе сплава с ЭПФ (операция 1106).
Процесс 1100 может продолжаться изгибом обтекаемого тела 302 при помощи соединенной с ним стержневой конструкции на основе сплава с эффектом памяти формы, такой как стержневой привод 902 на основе сплава с ЭПФ (операция 1108).
На фиг.12 приведена иллюстративная блок-схема выполнения процесса 1200 создания системы управления конфигурацией обтекаемого тела, например системы 300, в одном варианте осуществления настоящего изобретения. Различные операции, выполняемые в связи с осуществлением процесса 1200, могут выполняться механическими, программными, аппаратными, программно-аппаратными средствами, машиночитаемым программным обеспечением, машиночитаемым носителем информации либо запоминающей средой или любой комбинацией таких средств. Следует учесть, что процесс 1200 может включать в себя любое число дополнительных или альтернативных операций (задач), причем представленные на фиг.12 операции не обязательно должны выполняться в показанном порядке, а процесс 1200 может быть включен в другую процедуру или процесс более высокого уровня, имеющую(-ий) дополнительную функциональность, в данном описании подробно не рассматриваемую.
В целях пояснения приведенное ниже описание процесса 1200 может ссылаться на элементы, упомянутые выше при рассмотрении фиг.1-10. В практических вариантах осуществления изобретения части процесса 1200 могут выполняться различными элементами системы 300, такими как обтекаемое тело 302, привод 304 на основе сплава с ЭПФ, управляющее устройство 308 и т.д. Следует учесть, что процесс 1200 может включать в себя любое число дополнительных или альтернативных операций, причем представленные на фиг.12 операции не обязательно должны выполняться в показанном порядке, а процесс 1200 может быть включен в другую процедуру или процесс более высокого уровня, имеющую(-ий) дополнительную функциональность, в данном описании подробно не рассматриваемую.
Процесс 1200 может начинаться подготовкой обтекаемого тела, например обтекаемого тела 302, способного принимать первую кривизну профиля, например первую кривизну 406, и вторую кривизну профиля, например вторую кривизну 408 (операция 1202). Обтекаемое тело 302 может включать в себя, в качестве неограничивающего примера, аэродинамическую поверхность, крыло, фюзеляж, стойку, концевое крылышко, руль высоты, руль направления, элерон, элевон и т.п.
Процесс 1200 может продолжаться соединением привода на основе сплава с эффектом памяти формы, например привода 304 на основе сплава с ЭПФ, с обтекаемым телом 302 (операция 1204). Привод на основе сплава с эффектом памяти формы выполнен с возможностью придания обтекаемому телу 302 первой кривизны 406 профиля в ответ на достижение первой температуры срабатывания и придания обтекаемому телу 302 второй кривизны 408 профиля в ответ на достижение второй температуры срабатывания. Привод 304 на основе сплава с ЭПФ может включать в себя шарнир 502/504/506/602/604 на основе сплава с ЭПФ (фиг.5-6), композитную панель 700, деформируемую посредством сплава с ЭПФ (фиг.7), и стержневой привод 902 на основе сплава с ЭПФ (фиг.9), как это пояснялось выше.
Процесс 1200 может продолжаться соединением привода 304 на основе сплава с ЭПФ с первой аэродинамической конструкцией, например первой аэродинамической конструкцией 606, и второй аэродинамической конструкцией, например второй аэродинамической конструкцией 608 (операция 1206).
Процесс 1200 может продолжаться вклеиванием привода 304 на основе сплава с ЭПФ между первым слоем слоистого композиционного материала, таким как первый слой 712 слоистого композиционного материала, и вторым слоем слоистого композиционного материала, таким как второй слой 714 слоистого композиционного материала (операция 1208).
Таким образом, в настоящем изобретении предлагаются различные средства управления конфигурацией обтекаемого тела путем воздействия на кривизну его профиля при помощи приводов на основе сплавов с ЭПФ.
В данном описании термины "компьютерный программный продукт", "машиночитаемая среда", "машиночитаемый носитель информации" и т.п. вообще могут использоваться в отношении таких сред, например, как память, запоминающие устройства или накопитель информации. Эти и другие формы машиночитаемых сред могут задействоваться в хранении одной или нескольких команд (инструкций), используемых процессорным модулем 310 для выполнения им заданных операций. Такие команды, вообще называемые "компьютерным программным кодом" или "программным кодом" (который может быть сгруппирован в форме компьютерных программ или других структур), при их выполнении обеспечивают выполнение в системе 700 методов планирования использования энергии.
В приведенном выше описании указывается на то, что элементы или узлы или признаки могут быть соединены между собой или присоединены один к другому. В контексте изобретения, если не оговорено иного, "соединенный" или "присоединенный" означает, что один элемент/узел/признак непосредственно или опосредованно связан - и необязательно механически - с другим элементом/узлом/признаком (или непосредственно или опосредованно сообщается с ним). Так, хотя на фиг.2-10 изображены примеры взаимного расположения элементов, в другом варианте осуществления изобретения могут присутствовать дополнительные промежуточные элементы, устройства, признаки или компоненты.
Употребляемые в данном документе термины и выражения, а также их разновидности должны толковаться как открытые, в противоположность закрытым или ограничивающим, если прямо не указано иного. В качестве примера вышеуказанного: термин "содержащий" или "включающий" должен читаться как "содержащий/включающий без ограничения" или аналогичным образом; термин "пример" употребляется в отношении иллюстративных примеров рассматриваемого предмета, но не указывает на исчерпывающий или ограниченный перечень таких примеров; а такие прилагательные, как "обычный", "традиционный", "нормальный", "стандартный", известный", и термины подобного значения не должны толковаться как ограничивающие описываемый предмет определенным периодом времени или предметом, существовавшим на определенное время, но должны толковаться как охватывающие обычные, традиционные, нормальные или стандартные технологии, которые могут существовать, быть известными в настоящее время или в любое время в будущем.
Аналогично, группа предметов, связанная союзом "и", не должна пониматься как требующая наличия в группе каждого из этих предметов, а такой союз следует толковать как "и/или", если не оговорено иного. Аналогично, группа предметов, связанная союзом "или", не должна пониматься как требующая взаимной исключительности среди предметов этой группы, а такой союз также следует толковать как "и/или", если не оговорено иного. Кроме того, даже если предметы, элементы или компоненты, рассматриваемые в настоящем описании, описаны или заявлены в единственном числе, в объем притязаний также входит их наличие во множественном числе, если только прямо не указано ограничение единственным числом. Наличие расширяющих слов и выражений, таких как "один или несколько", "по меньшей мере", "но без ограничения" или других подобных фраз в некоторых случаях не должно пониматься как предполагающее или обусловливающее более узкое толкование в случаях, где такие расширяющие выражения могут отсутствовать.
В контексте изобретения, если не оговорено иного, выражение "выполненный с возможностью" или "установленный с возможностью" означает способность или готовность характеризуемого таким образом объекта к применению или эксплуатации по конкретному назначению и к выполнению указанной или желаемой функции. В отношении систем и устройств выражение "выполненный с возможностью" или "установленный с возможностью" означает, что система и/или устройство является полностью работоспособной(-ым) и откалиброванной(-ым), содержит элементы, предназначенные при их приведении в действие для выполнения указанной функции и удовлетворяющие соответствующим эксплуатационным требованиям. В отношении систем и схем выражение "выполненный с возможностью" означает, что система и/или схема является полностью работоспособной и откалиброванной, содержит логические схемы, предназначенные при их приведении в действие для выполнения указанной функции и удовлетворяющие соответствующим эксплуатационным требованиям.
Реферат
Группа изобретений относится к аэро- и гидродинамике обтекаемых тел. Способ управления конфигурацией обтекаемого тела включает придание обтекаемому телу кривизны профиля путем активизации соединенного с обтекаемым телом привода на основе сплава с эффектом памяти формы. Обтекаемое тело содержит первый слой слоистого композиционного материала и второй слой слоистого композиционного материала, между которыми вклеен привод на основе сплава с эффектом памяти формы. Система обтекаемого тела с изменяемой кривизной профиля содержит обтекаемое тело, способное принимать первую и вторую кривизну профиля, и привод на основе сплава с эффектом памяти формы, выполненный с возможностью придания обтекаемому телу первой кривизны профиля в ответ на достижение первой температуры срабатывания и придания обтекаемому телу второй кривизны профиля в ответ на достижение второй температуры срабатывания. Обтекаемое тело содержит первый слой слоистого композиционного материала и второй слой слоистого композиционного материала, между которыми вклеен привод на основе сплава с эффектом памяти формы. Способ управления конфигурацией системы обтекаемого тела с изменяемой кривизной профиля характеризуется использованием системы. Группа изобретений направлена на изменение скорости сваливания. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 12 ил.
