МОРСКОЙ ПАССАЖИРСКИЙ ЭКРАПОПЛАН Российский патент 1997 года по МПК B60V1/08 

Изобретение относится к судостроению и самолетостроению, а также касается конструирования аппаратов с динамическими принципами поддержания в виде экранопланов.

Известен морской пассажирский экраноплан, содержащий корпус с несущим крылом, имеющим закрылки и шайбы, с хвостовым оперением, имеющим горизонтальное крыло оперения, и с силовой установкой (см. Н. И. Балавин. Экранопланы. Л. Судостроение, 1977, стр. 15, 113).

Недостатком известного экраноплана является то, что он обладает крылом малого удлинения и уступает по отдельным экономическим показателям современным самолетам.

Цель изобретения повышение эксплуатационных качеств экраноплана путем улучшения его отдельных экономических показателей.

Поставленная цель достигается тем, что его несущее крыло выполнено составным с консолями, центропланом и удлинением λ=4-5 причем удлинение центроплана составляет λ_цп=1,5-2,5,, а каждой консоли λ_кс=1,5-3,0 при относительной площади консолей по отношению к площади центроплана, равной 0,2 0,35, при этом каждая консоль выполнена по форме "чайка" с углом образности наклонной части κ=20-40^° и с горизонтальной частью, расположенной над плоскостью несущего крыла на высоте h_кс=0,2 0,4 средней аэродинамической хорды консоли, при этом наклонная часть каждой консоли выполнена со стреловидностью по передней кромке, хвостовое оперение выполнено двухкилевым, причем горизонтальное крыло оперения выполнено опирающимся на концевые нервюры его килей, а нижняя часть корпуса и каждой шайбы выполнена в виде эластичных надувных пневмобаллонов, имеющих внешние покрышки и внутренние герметичные камеры.

Кроме того, наружная поверхность каждой из покрышек выполнена со срывниками реданами и с покрытием в районе наибольшего абразивного износа, шириной, равной 1/3 периметра поперечного сечения соответствующего пневмобаллона, а внутренние камеры пневмобаллонов выполнены с герметичными секциями, образованными продольной и поперечными переборками и имеющими индивидуальный подвод воздуха.

Кроме того, внутри пневмобаллонов нижней части корпуса и шайб на днищевой части жестких конструкций корпуса и шайб укреплены надувные стояночные баллоны.

На фиг. 1 схематически показан вид спереди на морской пассажирский экраноплан; на фиг. 2 боковой вид этого экраноплана; на фиг. 3 вид по стрелке А фиг. 2; на фиг. 4 боковой вид центрального пневмобаллона нижней части корпуса экраноплана; на фиг. 5 вид по стрелке Б на фиг. 4; на фиг. 6 - сечение В В на фиг. 4.

Морской пассажирский экраноплан содержит корпус 1, несущее составное крыло с закрылками, состоящее из центроплана 2 с шайбами 3 и консолей 4 с концевыми шайбами 5 и наклонной части 6 консоли, двухкилевого вертикального хвостового оперения 7, горизонтального оперения 8, маршевой силовой установки 9 и носового стартового устройства 10. Наклонная часть 6 консоли 4 выполнена со стреловидностью по передней кромке.

В нижней части корпуса 1 установлен центральный пневмобаллон 11, а в нижней части шайб центроплана крыла боковые пневмобаллоны 12.

Каждый из пневмобаллонов состоит из внешней прочной покрышки 13 и внутренней герметичной камеры 14.

Внешняя поверхность каждого пневмобаллона покрыта сетью срывников-реданов 15. В средней части в районе наибольшего абразивного износа покрышки имеют утолщенное покрытие 16 шириной, равной 1/3 периметра поперечного сечения этого пневмобаллона.

Объемы баллонов продольной переборкой 17 и поперечными переборками 18 разделены на независимые объемы-секции с индивидуальным подводом воздуха и подключением каждой секции к системе наддува через запорный клапан 19.

На днищевой части жестких конструкций корпуса и шайб центроплана крыла укреплены надувные стояночные баллоны 20.

Повышение весовой отдачи и значительный прирост дальности полета экраноплана при сохранении высоких взлетно-посадочных качеств и приемлемых характеристик устойчивости и управляемости достигается путем применения известного в практике авиации и скоростного судостроения так называемого составного крыла, состоящего из центроплана малого удлинения λ_цп=1,5-2,5 с шайбами в наибольшей степени "чувствующего" влияние экрана, и консолей, обеспечивающих рост суммарного удлинения крыла λ=4-5. Удлинение консоли 4 составляет λ_кс=1,5-3,0.

Центроплан в этом случае выполняет известные функции крыла экраноплана (несущие свойства, в том, числе с поддувом струями двигателей, стабилизацию полета вблизи экрана по высоте и крену).

Основные проблемы, возникающие в связи с применением составного крыла, заключаются в выборе геометрии и взаимного расположения центроплана и консолей, обеспечивающих комплекс технических требований, предъявляемых к экраноплану.

В предлагаемом изобретении удалось найти такие принципы построения составного крыла, которые позволят поднять экономические показатели экраноплана на качественно новую ступень, позволит увеличить дальность хода не менее, чем в два раза в сравнении с известными прототипами.

Эти принципы касаются геометрии и взаимного расположения элементов составного крыла. Отношение площади консолей 4 к площади центроплана 2 составляет 0,2 0,35.

Из параметров, определяющих взаиморасположение центроплана 2 и консолей составного крыла наиболее существенными являются высота расположения консолей 4 над центропланом 2 и расположение консолей относительно хорды крыла.

При выборе высоты расположения консоли 4 над центропланом 2 определяющим оказалось такое расположение, при котором на крейсерском режиме полета влияние экрана на аэродинамические характеристики консоли минимальное.

Это, с одной стороны, не способствует снижению крейсерской скорости полета (С_у от малого влияния экрана практически не расчет), а, значит, и экономичности экраноплана, с другой стороны не создает неразрешимых проблем с продольной устойчивостью вблизи экрана.

Горизонтальная часть консоли 4 расположена над плоскостью несущего крыла на высоте h_кс=0,2 0,4 средней аэродинамической хорды консоли.

Исследования показали, что наиболее оптимальным переходом от центроплана к высокорасположенным консолям является геометрия наклонной части консолей типа "чайка" с углом -образности наклонной части консоли 4, имеющим диапазон κ=20^°-40..

Как известно, наиболее интенсивное воздействие происходит от свободного вихpя, формирующегося на нижней кромке шайбы.

Скосы потока, индуцируемые этим вихрем, вызывают снижение и аэродинамической подъемной силы и аэродинамического качества крыла.

Консоли 4 типа "чайка" позволяет получить наибольшее удаление от ядра этого вихря и, тем самым, ослабить его вредное влияние.

Интенсивное взаимодействие консолей 4 с центропланом 2 и его полем скоростей находит свое отражение и на характеристике продольной статической устойчивости. Наибольшим разносом фокусов обладает составное крыло с консолями типа "чайка".

Касаясь расположения консоли 4 по хорде центроплана, отметим, что из условия продольной статической устойчивости вблизи экрана и на известных составных крыльях консоль 4 располагалась в кормовой части центроплана. Как известно, перемещение консоли 4 вперед вдоль хорды центроплана 2 сопровождается неблагоприятным изменением характеристик продольной статической устойчивости вследствие существенного смешения фокуса по углу атаки вперед.

Этот вывод долгое время сдерживал дальнейшее развитие составных крыльев для экранопланов. Исследования, проведенные в рамках настоящего изобретения, показали, что при перемещении консолей вперед в среднюю часть центроплана, появляются неожиданные эффекты.

Максимальное аэродинамическое качество составных крыльев и их несущие свойства существенно повысились.

Главным фактором, определяющим отмеченные особенности аэродинамических характеристик составных крыльев с различным положением консолей 4, является взаимодействие последних с интенсивным свободным вихрем, формирующимся на нижней кромке шайбы 3. Показано, что наиболее интенсивное взаимодействие этот вихрь оказывается на консоли 4, расположенные в задней части центроплана 2. Известно также, что поперечная статическая устойчивость составных крыльев улучшается при смешении консоли 4 в среднее положение по хорде центроплана 2. Также следует отметить, что при среднем расположении консолей 4 по хорде центроплана 2 реализуется более рациональное нагружение конструкции, позволяющее получить меньший вес летательного аппарата.

Таким образом, реализация благоприятных аэродинамических возможностей составного крыла с высокорасположенными консолями в форме "чайка" со средним по хорде центроплана расположением консолей позволяет решить проблемный вопрос продольной устойчивости экраноплана с таким крылом вблизи экрана.

При создании настоящего изобретения были найдены геометрия и взаиморасположение центроплана и консолей, позволившие получить положительные результаты по всем вопросам аэродинамики и динамики полета экраноплана, включая взлетно-посадочные режимы.

Величина h_кс=0,2 0,4 получена на основе комплекса требований по нескольким параметрам: по максимуму подъемной силы, минимум сопротивления и обеспечения слабой зависимости моментных характеристик консолей крыла от экрана.

Консоли 4 должны быть размещены в середине хорды центроплана 2.

Вертикальное хвостовое оперение 7 экраноплана выполнено двухкилевым с горизонтальным оперением 8, опирающимся на концевые нервюры килей. Благодаря этом повышается жесткость конструкций в районе установки маршевой силовой установки и, кроме того, как показали проработки, при двухкилевом вертикальном оперении снижается масса конструкций хвостового оперения по сравнению с однокилевым хвостовым оперением.

Нижняя часть корпуса экраноплана и шайб 3 центроплана 2 крыла выполнена в виде эластичных надувных пневмобаллонов 11 и 12 обтекаемой формы. Такое конструктивное решение в сочетании с системой поддува под центроплан 2 крыла газовых струй носовых двигателей стартового устройства 10 позволяет обеспечить экраноплану амфибийные качества (под амфибийность понимается свойство экраноплана выходить с воды на относительно ровную береговую площадку с уклоном до 3^o, осуществляется движение и сход с нее на воду), и, кроме того, деформируемость пневмобаллонов 11 и 12 позволяет также амортизировать ударные нагрузки на режимах разбега и торможения экраноплана в условиях взволнованной поверхности моря или при встрече с неровностями грунта, что позволяет повысить комфортабельность экипажа и пассажиров.

Для снижения гидродинамического сопротивления на режиме глиссирования наружная поверхность пневмобаллонов 11 и 12 покрыта сетью срывников реданов.

Для повышения ресурса пневмобаллонов 11 и 12 их нижняя часть, подвергающаяся наибольшему абразивному износу на режимах движения по суше, имеет утолщенное покрытие (подошву).

Для повышения живучести пневмобаллонов 11 и 12 их внутренние герметичные камеры разделены продольной 17 и поперечными переборками 18 на независимые объемы секции с индивидуальным подводом воздуха и подключены к системам наддува через запорный клапан 19, позволяющий отключать секцию наддува при выходе и ее из строя.

При длительной стоянке экраноплана на грунте с точки зрения энергетических затрат нецелесообразно поддерживать необходимое в центральном 11 и боковых пневмобаллонах 12. Поэтому для обеспечения стоянки на грунте при отсутствии давления в баллонах, внутри центрального и боковых пневмобаллонов на днищевой части жестких конструкций корпуса и шайб укреплены (стояночные надувные баллоны 20, образующие опорную поверхность.

Совокупность указанных конструктивных нововведений обеспечивает возможность создания аппарата, отвечающего всему комплексу гидродинамических и эргономических требований, предъявляемых к морскому пассажирскому экраноплану.

Изобретение относится к судостроению и самолетостроению, касаясь создания аппаратов с динамическими принципами поддержания. Сущность изобретения: морской пассажирский экраноплан, содержащий корпус, хвостовое оперение и силовую установку, выполнен с составным крылом, имеющим удлинение λ_к=4-5, причем удлинение центроплана составляет λ_цп=1,5-2,5, а консолей λ_кс=1,5-3,0, при относительной площади консолей 2S_кс/S_цп=0,2 - 0,35, при этом консоль выполнена в форме "чайка" с углом - образности наклонной части консолей κ=20-40^° и расположена над плоскостью крыла на расстоянии средней аэродинамической хорды консоли, при этом наклонная часть консоли выполнена со стреловидностью по передней кромке. Хвостовое оперение экраноплана выполнено двухкилевым вертикальным крылом и с горизонтальным крылом оперения, опирающимся на концевые нервюры килей. Нижняя часть корпуса и шайб центроплана выполнены в виде эластичных надувных пневмобаллонов, состоящих из внешних прочных покрышек и внутренних герметичных камер. Внешняя поверхность покрышек пневмобаллонов покрыта сетью срывников - реднов, в области наибольшего абразивного износа покрышки имеют утолщенное покрытие, распространяющееся на 1/3 периметра поперечного сечения пневмобаллона, а внутренние герметичные камеры продольной и поперечными переборками разделены на зависимые объемы-секции с индивидуальным подводом воздуха. Внутри центрального и боковых пневмобаллонов на днищевой части жестких конструкций корпуса и шайб центроплана укреплены надувные стояночные баллоны. 2 з. п. ф-лы, 6 ил.

1. Морской пассажирский экраноплан, содержащий корпус с несущим крылом, имеющим закрылки и шайбы, с хвостовым оперением, имеющим горизонтальное крыло оперения, и с силовой установкой, отличающийся тем, что его несущее крыло выполнено составным с консолями, центропланом и удлинением 4 5, причем удлинение центроплана составляет 1,5 2,5, а каждой консоли 1,5 3,0 при отношении площади консолей к площади центроплана 0,2 0,35, при этом каждая консоль выполнена по форме "чайка" с углом -образности наклонной части 20 - 40^o и с горизонтальной частью, расположенной над плоскостью несущего крыла на высоте 0,2 0,4 средней аэродинамической хорды консоли, при этом наклонная часть каждой консоли выполнена со стреловидностью по передней кромке, хвостовое оперение выполнено двухкилевым, причем горизонтальное крыло оперения выполнено опирающимся на концевые нервюры килей, а нижнии части корпуса и каждой шайбы выполнены в виде эластичных надувных пневмобаллонов, имеющих внешние покрышки и внутренние герметичные камеры. 2. Экраноплан по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность покрышек выполнена со срывниками-реданами и покрытием в районе наибольшего абразивного износа шириной 1/3 периметра поперечного сечения соответствующего пневмобаллона, а внутренние камеры пневмобаллонов выполнены с герметичными секциями, образованными продольной и поперечными переборками и имеющими индивидуальный подвод воздуха. 3. Экраноплан по пп.1 и 2, отличающийся тем, что внутри пневмобаллонов нижней части корпуса и шайб на днищевой части жестких конструкций корпуса и шайб укреплены надувные стояночные баллоны.