ПОЛЯРНЫЙ ЭКРАНОЛЕТ КАШЕВАРОВА "ПЭК" Российский патент 1997 года по МПК B60V1/08 B64C35/00 B60F5/02 

Изобретение относится к транспортным средствам на воздушной подушке и может быть использовано для перевозки пассажиров и грузов в зимнее время на равнинной местности северных стран, а через Северный Ледовитый океан в любое время года.

Известен экранолет, содержащий корпус, аэродинамическое крыло, два полоза, образующие совместно с крылом поддонное пространство в виде туннеля, воздушно-реактивный двигатель, установленный в носовой части, рули высоты и рули курса (заявка ФРГ N 3319127, кл. B 60 V 1/08, 1983).

Предложенный экранолет отличается тем, что он снабжен воздухо-заборной трубой, расположенной в поддонном пространстве под крылом, воздушно-реактивный двигатель выполнен в виде оголовника, имеющего систему подвода топлива со сферической камерой сгорания, соединенной воздуховодом с компрессором и соединенной газоводом с кольцевым соплом, расположенным соосно с воздухо-заборной трубой, при этом рули высоты расположены на носовой и кормовой кромках аэродинамического крыла.

Данные отличия позволяют решить задачу расширения арсенала технических средств, используемых при проектировании транспорта на воздушной подушке.

На фиг. 1 дан вид на экранолет снизу; на фиг. 2 вид сбоку; на фиг. 3 - вид спереди; на фиг. 4 сечение по А-А на фиг. 1 передней носовой части экраноплана в увеличенном масштабе; на фиг. 5 место M на фиг. 4: на фиг. 6 - сечение Б-Б на фиг. 5; на фиг. 7 сечение В-В на фиг. 5; на фиг. 8 сечение Г-Г на фиг. 4 и схема движения струй воздуха и газов; на фиг. 9 схема движения носовой части экраноплана по тросам; на фиг. 10 место Н на фиг. 8; на фиг. 11 профиль трассы и экраноплана; на фиг. 12 вид сверху на трассу и поворотное устройство экранодрома.

Экранолет имеет шестиугольный корпус с крышей 1 в виде аэродинамического крыла и дно 2, составленное из двух передних и двух задних плоскостей, наклонных от носа и от кормы к сопловому отверстию 3. Они также наклонены от середины к бортам, где они соединены с вертикальными стенками 4. Носовая часть 5 образована соединением передних частей крыши 1 и донных плоскостей 2 и передними рулями высоты 6, являющимися одновременно обтекателями соединения крыши 1 и плоскостей дна 2.

В кормовой части 7 установлены кормовые рули 8 высоты и курсовой руль 9. В носовой части 5 установлен курсовой руль 10 и двигатели в виде оголовников 11 с прямоточным воздушно-реактивными двигателя 12 и воздухо-заборными трубами 13, входные отверстия которых образованы широкой щелью 14, разделенной на отсеки по числу первичных воздушно-реактивных двигателей 12, концы которых установлены в сопловой части 3 вторичного прямоточного воздушно-реактивного движителя 15, сопло которого образовано донными плоскостями 2 и бортовыми стенками 4.

От воздухо-заборных труб 13 отходят воздухо-заборные трубы 17 компрессоров 18. Один компрессор 18 снабжен сжатым воздухом 10-20 оголовников 11. Задние концы воздухо-заборных труб 13 вставлены в передние концы труб воздушно-реактивных двигателей 12 с кольцевым отверстием 19, имеющим сопловое сужение более широкое в нижней части и более узкое в верхней части.

Труба 13 конусная с меньшим диаметром в передней части в сопловом сужении отверстия 19 и большим диаметром 2 своего заднего конца.

Кольцевое отверстие 19 соединено с газоводом 20 и камерой сгорания 21 оголовника 11, выполненной в виде сферы из жаропрочного материала 22, отделенного от корпуса оголовника 11 термоизолирующей прокладкой 23 (обозначенной крестообразной штриховкой).

Центральную часть оголовника 11 опоясывают камеры 24 для сжатого воздуха, образованные концентрическими сферическими поверхностями и радиальными поясами 25, соединяющими эти поверхности. Камеры 24 имеют с наружной стороны термоизолирующую прокладку 26, уменьшающую тепловые потери камеры 21.

В верхней части оголовника 11, противоположной газоводу 20, все камеры 24 соединяются камерой 27, образованной продолжением сферических поверхностей камер 24.

Камера сгорания 21 соединена радиальными конусными трубками 28 с камерами 24 для сжатого воздуха. В противоположной части камеры 21 газоводу 20 установлена форсунка 29, периодически впрыскивающая в камеру 21 дизельное топливо, которое поступает по патрубку 30 от топливного насоса. Патрубок 30 проходит к форсунке 29 через центральную часть камеры 27 и патрубок 31, соединяющий камеру 27 с компрессором 18.

Камера 21 имеет электросвечи, используемые для запуска оголовника 11, когда патрубок 30 подключается к бачку с бензином (на фиг. не показан).

Газовод 20 и трубы 13 реактивных движителей имеют термоизолирующее покрытие поверхностей, соприкасающихся с раскаленными газами, которые выходят из камеры 21.

Оси всех труб 13 и 17 прямоточных реактивных движителей имеют направления, пересекающиеся на продолжение осевой поверхности экраноплана, на удалении от кормовой части равном половине длины.

Вертикальные стенки 4 заканчиваются полозьями 32, через которые проходят камеры 33. Камера 33 проходит вдоль всего полоза 32 от камеры сгорания топлива реактивного двигателя, имеющего устройства аналогичное оголовнику 11 и установленного в носовой части каждого полоза, до щелевого отверстия в конце полоза 32. Камеры 32 предназначены для разогрева полозьев 32, что улучшает их скольжение по льду и снегу в коленях 34.

На капитанском мостике 35 установлены: система управления экранопланом, навигационное оборудование, радиолокатор, радиостанция, телефон, сирена, сигнальные огни.

На носовой и кормовой частях дна по его краям установлены датчики 36 высоты.

На носовой части 5 дна установлены доплеровские датчики 37 скорости относительно поверхности, над которой движется экраноплан.

Ледовые колеи 34 предназначены для начала и конца движения экранолета по экранодрому 38. Для продления эксплуатации в теплое время года колеи 34 имеют устройства, препятствующие оттаиванию льда при положительных температурах атмосферного воздуха.

На стартовой части экранодрома 38 между колеями 34 установлены упорные щиты 39 перпендикулярные направлению старта и не доходящие до труб 13 реактивных движителей в сопловой части отверстия 3 на расстоянии в 0,5 м. На таком же расстоянии они не доходят до стенок 4 экраноплана. Упорные щиты 39 отражают струи газов и воздуха с наклоном в сторону носа и его осевой плоскости. В результате существенно увеличивается давление газов и воздуха под дном экраноплана за его сопловым отверстием 3, а следовательно, увеличивается сила тяги и подъемная сила.

На фиг. 8 пунктирными линиями показано отражение струй воздуха и газов, выходящих из труб 12, от упорных щитов 39 и от поверхности экранодрома 38. При этом возникают силы R и P реакции давления струй C, обозначенные стрелками, приложенными соответственно к щитам 39 и к дну 2. Векторные суммы сил ΣP = ΣR в то же время векторная сумма сил P составляет векторную сумму сил тяги и подъема, создаваемую вторичным реактивным двигателем 15.

Экранодром устраивается на возвышенности с пологим спуском для стартовой части трассы. При относительной высоте в 100 м плавного спуска с экранодрома 38 по трассе, протяженностью 10 км, экранолет получит за счет работы только силы тяжести увеличение скорости разгона на С учетом силы тяги, создаваемой работой всех двигателей на полную мощность (в форсированном режиме), он еще до конца трассы разгона может перейти на экранированный полет, если возникает в этом необходимость, или на движение на режиме экраносаней при хороших условиях скольжения полозьев в более экономичном рейсовом режиме с заданной скоростью.

При подлете к экранодрому 38 с относительной высотой подъема трассы в 40-100 м можно выключить почти все двигатели при скорости движения менее 200 км/час и подняться по трассе 40 экранодрома 38, главным образом, за счет сил инерции.

Учитывая возможную и целесообразную скорость полета, экранодром 38 может иметь трассы 40 с относительным подъемом в 300-400 м.

Трасса 40 оборудована на всем ее протяжении колеями 34 и ориентирами в виде световых фонарей 41 и радиолокационных уголковых отражателей 42, установленных по оси трассы 40 через 300-400 м на прямолинейных участках и через вдвое меньшие расстояния на поворотах трассы. При этом на поворотах внешняя колея 34 трассы устанавливается выше внутренней колеи 34.

Работа основных устройств экраноплана.

Подготовка к старту состоит в проверке креплений к причальным тумбам экранодрома, к запуску компрессоров 18, к запуску двигателей 11 на рейсовом режиме, к запуску прогревателей полозьев, к освобождению замковых устройств крепящих тросов к причальным тумбам экранодрома. При этом передний и задний рули 6 и 8 высоты опущены в такой мере, что будут проходить над упорными щитами 39 с необходимым зазором, исключающим возможность соприкосновения со щитами 39. В результате этого под дном корпуса образуется воздушная подушка, уменьшающая давление полозьев 32 на ледяные колеи 34, а разогрев полозьев уменьшает до минимума силы их трения о снежно-ледяную поверхность колеи 34.

Старт экраноплана производится по световому сигналу, разрешающему старт, и звуковому сигналу сиреной экраноплана, начинающего старт включением всех двигателей на форсированный режим работы и медленным подъемом кормового руля 8 высоты.

Включением двигателей 11 на форсированный режим работы и подъем заднего руля 8 высоты создают силу тяги и аэродинамическую силу подъема, многократно усиленных воздействием струй воздуха и газов выходящих из труб 12 на опорные щиты 39. На фиг. 9 показаны пунктирными линиями струи воздуха и газа, направленные в щиты 39, а также в дно 2 с последующим выходом воздуха и газов в пространство между последним щитом и кормовым рулем 8 высоты. Стрелками на фиг. 8 показаны направления сил давления R и P струй воздуха и газов на щиты 39 и дно 2. С увеличением скорости до 10 м/с поднимают передние рули 6 высоты до верхнего предельного положения, при котором из нижние плоскости становятся параллельными плоскостям в носовой части. В результате этого создается скоростной напор встречного воздуха, увеличивающий силу тяги и подъемную силу при работе вторичного прямоточного воздушно-реактивного движителя 15. Наклон трассы 40, по которой движется экраноплан при старте с экранодрома 38, воздействием силы тяжести содействует набору рейсовой скорости, при которой двигатели 11 с форсированного режима переключается на рейсовый режим работы, как более экономичный.

В нижней части стартовая трасса может иметь плавный поворот, соответствующий по своим характеристикам той скорости, которую уже приобретает ПЭК перед входом в этот поворот. При входе в поворот выключаются двигатели 11, установленные на внутренней (по отношению к повороту) половине дна 2, а на внешней половине дна 2 двигатели переключают с рейсового режима на форсированный режим. Одновременно поворачивают в соответствующее направление носовой 10 и кормовой 9 рули курса. Кроме того, в соответствии с боковым наклоном трассы в сторону поворота, внешнему носовому и кормовому рулям высоты придают большие углы возвышения и понижения, чем рулям 6 и 8 высоты, расположенным с внутренней стороны поворота. Это придает экраноплану наклон в сторону поворота, равный наклону в эту сторону трассы, и как следствие этого равное давление полозьев на колеи трассы.

На трассе вход в поворот и выход из него обозначается сменой цвета сигнальных фонарей 41 трассы 34 и более частой установкой отражателей 42 радиолокационного сигнала, излучаемого с капитанского мостика. Отраженный радиолокационный сигнал будет улавливаться как минимум с двух отражателей трассы с разностью направлений, характеризующий величину кривизны поворота трассы.

В случае прохождения поворота в полете, положение носовых и кормовых рулей высоты определяется автоматической системой управления (автопилотом) в соответствии с показаниями бортовых датчиков 36 высоты полета и с выравниванием этой высоты в допустимых пределах. При хорошем скольжении и ровной поверхности трассы допустимо касание внутреннего (по отношению к повороту) полоза ледяной или снежной поверхности трассы, не имеющей колеи 34.

Полет над ледяными полями Северного Ледовитого океана производят преимущественно при наиболее экономичном режиме работы всех двигателей с максимально возможной скоростью движения, в соответствии с которой и с характером ледяной (снежной) поверхностью устанавливают высоту полета или скольжения. Наибольшую скорость можно развивать при полете над торосами 43 высотой до 2 м, которые играют роль упорных щитов, увеличивая силу тяги и подъемную силу реактивных движителей, т.к. газовые струи, выходящие из труб 12, тормозятся торосами 43, увеличивая давление воздуха и газов на дно ПЭК.

Наиболее экономичным способ движения по ледяным полям Ледовитого океана будет при скольжении его полозьев 32 с давлением не более 10% тяжести через полозья на лед даже при наличии торосов 43 более 2 высоты. На фиг. 9 показано движение по торосам в 3,5 м высоты (торосы большей высоты не встречаются), в процессе которого полозья 32 стенок 4 разрушают верхушки торосов в 1-1,5 м высотой, которые заполняют большую часть промежутков между основаниями торосов 43 в результате чего практически прекратится утечка воздуха под полозьями 32 стенок 4 и существенно повысится давление воздуха и газов в пространстве 15 не только в результате прекращения утечки воздуха под полозьями 32, но также в результате торможения торосами 43 струй воздуха и газов, выходящих из труб 12. Увеличение силы тяги как первичных, так и вторичного реактивных движителей при таком способе движения будет больше, чем сила сопротивления верхушек торосов 48 разрушающему воздействию на них полозьев 32.

При соответствующем постоянном прогреве полозьев 32 с помощью горячих газов, проходящих через камеру 33, даже при сильных морозах скольжение полозьев по разрушенным верхушкам торосов 43 будет производится при хорошем скольжении с микроводяной смазкой. По-видимому, при скольжении по льду с торосами может быть реализован наиболее экономичный рейсовый режим работы двигателей 11 с достижением большой скорости, которая определяется с помощью доплеровских датчиков 37.

Датчики 37 скорости позволяют определить, то число работающих двигателей 11, при котором затраты топлива на тоннокилометр транспортируемого груза будут минимальными или, еще лучше, максимальную прибыль, которую можно получить от перевозимого груза с учетом времени, затрачиваемого на его перевозку. Такой расчет может производится компьютером, в который будут введены соответствующие исходные данные рейса и непрерывно будет поступать величина скорости от датчиков 37 и число работающих двигателей 11, изменением которого будет достигаться желаемый результат.

Изобретение относится к средствам на воздушной подушке. Сущность: экранолет содержит корпус, аэродинамическое крыло, два полоза, воздушно-реактивный двигатель, рули высоты и курса. В поддонном пространстве под крылом расположена воздухо-заборная труба, а двигатель выполнен в виде оголовника, имеющего систему подвода топлива в сферическую камеру сгорания, соединенную воздуховодом с компрессором и соединенной также газоводом с кольцевым соплом, расположенным соосно воздухо-заборной трубе. 12 ил.

Экранолет, содержащий корпус, аэродинамическое крыло, два полоза, образующие совместно с крылом поддонное пространство в виде туннеля, воздушно-реактивный двигатель, установленный в носовой части, рули высоты и рули курса, отличающийся тем, что он снабжен воздушно-заборной трубой, расположенной в поддонном пространстве под крылом, воздушно-реактивный двигатель выполнен в виде оголовника, имеющего систему подвода топлива, со сферической камерой сгорания, соединенной воздуховодом с компрессором и газоводом с кольцевым соплом, расположенным соосно с воздухозаборной трубой, при этом рули высоты расположены на носовой и кормовой кромках аэродинамического крыла.