ШИРОКОФЮЗЕЛЯЖНЫЙ САМОЛЕТ Российский патент 1997 года по МПК B64C39/02 

Предложение относится к области пассажирских и транспортных летательных аппаратов. Известен грузовой самолет [1] имеющий фюзеляж и прямоугольное крыло с лонжеронами, выполненными в виде нескольких полых труб, которые расположены по прямым линиям по всему размаху крыла, имеют загрузочно-разгрузочные люки на своих торцах. Для обеспечения разгрузки груза внутри труб размещены трубки и сопла для подачи сжатого воздуха.

Недостатком самолета является невысокая скорость и дальность полета. Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является широкофюзеляжный перспективный американский стратегический бомбардировщик В-2 [2] имеющий широкий несущий фюзеляж и дельтовидное крыло, которое является плавным продолжением фюзеляжа и заострено на концах. При разработке самолета реализован принцип "летающее крыло". У самолета отсутствует вертикальный стабилизатор, что дополнительно уменьшает лобовое сопротивление самолета потоку воздуха. Все управление самолетом осуществляется с помощью элеронов, расположенных по всей длине задней части дельтовидного крыла, которое выполнено треугольным в передней кромке и пилообразным в задней. Самолет обладает исключительно высокими на сегодняшний день характеристиками: радиус действия 12000 км (около 23 т боевой нагрузки может перевозить на расстояние свыше 20000 км), практический потолок 15000 м, скорость 1200 км/час. Однако этот самолет при максимальном взлетном весе 159 т затрачивает на весь полет около 80 т топлива, что достаточно расточительно и объясняется ни чем иным, как значительным лобовым сопротивлением фюзеляжа и планера, несмотря на казалось бы совершенные обводы и обтекаемость, ввиду значительного поперечного сечения самолета и большого размаха крыла.

Целью изобретения является уменьшение лобового сопротивления планера потоку воздуха, увеличение экономичности, дальности и безопасности полета. Поставленная цель достигается описываемым самолетом, включающим фюзеляж, треугольное крыло, двигатели и воздухозаборники, органы управления.

Новым является то, что фюзеляж выполнен в виде полого эллиптического цилиндра с большими осями, расположенными горизонтально, и с малыми осями, расположенными вертикально, причем внутренняя поверхность оболочки фюзеляжа в любом сечении, проходящем через его продольную ось симметрии, представляет собой сопло Лаваля, а наружная симметрично усеченный с обоих торцов вытянутый эллипсоид.

На фиг 1 показан предложенный самолет, фюзеляж 1 которого является несущим и представляет собой полый зллиптический цилиндр с большими осями "а", расположенными горизонтально, и с малыми осями "в", расположенными вертикально, имеет наружную 2 и внутреннюю 3 обшивки. Внутренняя поверхность полого фюзеляжа в любом продольном сечении, проходящем через ось симметрии, представляет собой сопло Лаваля, обладающее замечательным свойством минимального сопротивления потоку газа, а наружная поверхность усеченный с обоих торцов вытянутый эллипсоид, причем продольные радиусы закругления как внутренней (R), так и наружной (R₁) оболочек фюзеляжа обратно пропорциональны их лобовым проекциям. Пространство между наружной и внутренней обшивками самолета используют в качестве грузовых и пассажирских отсекав, изолированных друг от друга двойными стенками и воздушным пространством полого фюзеляжа, благодаря чему последний приобретает чрезвычайно высокую прочность конструкции и обеспечивает дополнительную защиту экипажа и пассажиров от шума двигателей и большую пожаробезопасность. Самолет снабжен треугольным крылом 4, прикрепленным ближе к хвостовой части фюзеляжа, с лонжеронами. В верхней носовой части самолета расположена кабина управления 5, ниже ее находится воздухозаборник 6, в нижней хвостовой части расположены двигатели 7. Днище самолета для предотвращения срыва струи воздуха и увеличения подъемной силы по всей длине снабжено интерцепторами 8, а верхняя поверхность самолета в хвостовой части снабжена стабилизаторами 9. Стабилизатор и крыло имеют соответственно руль и элероны для изменения подъемной силы и разворота самолета без скольжения.

Самолет испытывает ничтожно малое лобовое сопротивление за исключением крыльев, стабилизаторов и кабины управления, суммарная площадь лобовой проекции которых многократно меньше площади проекции фюзеляжа. Почти весь поток воздуха, устремляющийся на фюзеляж, всасывается его полым пространством, представляющим собой разновидность сопла Лаваля (лишь малая часть этого потока плавно огибает наружную оболочку фюзеляжа снаружи). С какой скоростью входит воздух в нос фюзеляжа, с такой же выбрасывается из его хвоста без заметных завихрений.

Предлагаемый самолет способен на около звуковой скорости (1000-1200 км/ч) перевозить большое количество груза на большие расстояния в экономичном режиме с перегоночной дальностью, намного превышающей аналогичные показатели всех известных самолетов, вследствие малого лобового сопротивления, так как фюзеляж в любом сечении, проходящем через продольную ось самолета, напоминает иглу и является как бы набранной из множества таких секций-игл по эллиптическому периметру фюзеляжа, а удельная поверхность фюзеляжа (отношение площади поверхности к объему или к грузу) значительно меньше, чем удельная поверхность каждой из этих отдельных секций. Следовательно, удельная поверхность предлагаемого самолета, приходящаяся на количество перевозимого груза, значительно меньше аналогичного показателя известных самолетов, фюзеляж большинства из которых представляет сплошной круговой цилиндр более или менее обтекаемой и удлиненной далеко не идеальной формы со значительным лобовым сопротивлением, не является несущим, что обуславливает наличие у каждой больших несущих крыльев с большим собственным лобовым сопротивлением. Сама конструкция предлагаемого самолета представляет собой своего рода воздушный катамаран. Широкий несущий фюзеляж дает возможность уменьшить размеры несущих крыльев, выполнить их более обтекаемыми и дополнительно уменьшить лобовое сопротивление самолета.

Из вида А на фиг. 2 видно, что площадь проекции наружной обшивки фюзеляжа в 4-5 раз меньше площади проекции внутренней обшивки фюзеляжа, соответственно его внутренний продольный радиус закругления R, направленный по нормали от поверхности, настолько же меньше наружного продольного радиуса закругления R₁ корпуса фюзеляжа, а суммарная площадь проекции крыльев, стабилизаторов, кабины управления и наружной обшивки фюзеляжа, обладающих высокой обтекаемостью формы, в 3-4 раза меньше площади проекции внутренней поверхности фюзеляжа, которая почти не испытывает лобового сопротивления.

Следовательно, можно предположить, что главную роль в общем сопротивлении самолета потоку воздуха играет сопротивление в пограничном слое и что общее сопротивление у предложенного самолета примерно в 1,5-2 раза меньше, чем у самолета по прототипу. Соответственно на столько же увеличивается экономичность и дальность полета при перевозке одинакового количества грузов, что на сегодня в связи с исчерпанием энергоресурсов и острой нехваткой авиационного топлива. Возрастает и срок службы самолетов, так как для совершения дальних перелетов требуется меньше промежуточных посадок, связанных с дозаправкой самолета, дополнительным износом и обслуживанием самолета.Возрастает также удельный вес перевозимых грузов на количество затрачиваемого топлива в связи с уменьшением удельного топлива от общего веса самолета.

Фюзеляж предлагаемого самолета обладает чрезвычайно высокой способностью, так как несущей является не только почти вся площадь днища, но и вся верхняя половина внутренней поверхности полого фюзеляжа. Это способствует увелечению подъемной силы, уменьшению посадочной скорости и длины пробега при взлете и посадке, увеличению безопасности полета. Последнее достигается благодаря уменьшению удельного веса перевозимого топлива и уменьшению количества промежуточных посадок для дозаправки топливом. Самолет обладает не только высокой экономичностью и дальностью полета лучшими свойствами любого самолета, но и сочетает в себе лучшие свойства, присущие биплану, оставаясь при этом, по существу, монопланом.

Использование: изобретение относится к области авиационной техники, в частности, к конструкции пассажирских и транспортных летательных аппаратов. Сущность: широкофюзеляжный самолет включает фюзеляж, треугольное крыло, двигатели и воздухозаборники, органы управления. Фюзеляж выполнен а виде полого эллиптического цилиндра с большими осями расположенными горизонтально. Внутренняя поверхность оболочки фюзеляжа в любом сечении, проходящем через его продольную ось симметрии, представляет собой сопло Лаваля, а наружная - симметрично усеченный с обеих торцов вытянутый эллипс. 2 ил.

Широкофюзеляжный самолет, включающий фюзеляж, треугольное крыло, двигатели и воздухозаборники, органы управления, отличающийся тем, что фюзеляж выполнен в виде полого эллиптического цилиндра с большими осями, расположенными горизонтально, и с малыми осями, расположенными вертикально, причем внутренняя поверхность оболочки фюзеляжа в любом сечении, проходящем через его продольную ось симметрии, представляет собой сопло Лаваля, а наружная симметрично усеченный с обеих торцов вытянутый эллипс.