СПОСОБ СТАБИЛИЗАЦИИ ЭКРАНОПЛАНА И ЭКРАНОПЛАН, РЕАЛИЗУЮЩИЙ СПОСОБ Российский патент 1997 года по МПК B64C21/04 B60V1/08 

Изобретение относится к способам стабилизации летательных аппаратов, совершающих полет в зоне действия экранного эффекта, и к летательным аппаратам: экранопланам, экранолетам и т.п. реализующим способ.

Из уровня техники, например, Белавин Н.И. Экранопланы. Л. Судостроение, 1968, известно, что проблема стабилизации (т.е. обеспечение устойчивости) летательного аппарата вблизи экрана решается либо выбором компоновки, либо с помощью систем автоматического управления.

В патенте США N 4442986, кл. B 64 C 21/04, 244/12.1, опублик. 17.04.84. представлен экраноплан, выполненный по самолетной схеме и имеющий горизонтальное оперение с большой относительной площадью. Использование горизонтального оперения с большой относительной площадью, превышающей 0,35 площади крыла, обусловлено необходимостью обеспечения устойчивого полета вблизи экрана, и приводит к уменьшению эффективности использования экранного эффекта, увеличению массы конструкции и момента инерции экраноплана, что оказывает негативное влияние на летно-технические характеристики и управляемость экраноплана. Использование систем автоматического управления на таких экранопланах связано со значительными энергозатратами, необходимыми для практически, беспрерывного отклонения поверхностей, обеспечивающих демпфирование колебаний экраноплана, например, отклонение рулей высоты.

В патенте США N 5065833, кл. B 60 V 1/08, 180/117, опублик. 19.11.91. представлен экраноплан, содержащий крыло, фюзеляж, стабилизатор, силовую установку, включающую двигатель и газовый движитель (воздушный винт), обдувающий стабилизатор и руль высоты. Обдув горизонтального оперения газовой струей от движителя (воздушного винта) действительно несколько повышает устойчивость экраноплана у экрана, поскольку через границу струи не проходят скосы потока, индуцированные присоединенным вихрем крыла, положение которых в значительной степени зависит от высоты и угла тангажа крыла, находящегося в зоне действия экранного эффекта. Однако, установка движителя под постоянным углом к горизонтальному оперению ограничивает возможности стабилизации, поскольку с изменением истинного угла атаки крыла истинный угол атаки участка горизонтального оперения, обдуваемого струей газа, будет оставаться практически постоянным, не обеспечивающим необходимое изменение величины подъемной силы горизонтального оперения. Именно для уменьшения неблагоприятного воздействия струи движителя, обтекающей горизонтальное оперение, на устойчивость экраноплана в патенте США N 5065833 предлагается устанавливать горизонтальное оперение под большим углом к оси струи движителя.

Патент США N 5065833 принят в качестве наиболее близкого аналога предлагаемого в изобретении способа стабилизации экраноплана и самого экраноплана.

Цель изобретения обеспечение устойчивости экраноплана в продольном движении. Технический результат заключается в стабилизации экраноплана при полете в зоне действия экранного эффекта и в уменьшении размеров горизонтального оперения.

Сущность группы изобретений заключается в следующем.

Способ стабилизации, как и в наиболее близком аналоге, включает обдув стабилизатора струями газа, но в отличие от наиболее близкого аналога, обдув стабилизатора экраноплана производят под постоянным углом к горизонту.

Экраноплан, как и в наиболее близком аналоге, содержит крыло, стабилизатор, силовую установку, включающую двигатель и движитель, но, в отличие от наиболее близкого аналога, экраноплан снабжен также газогенератором, формирователем струи и системой ориентации формирователя струи под постоянным углом к горизонту.

Экраноплан характеризуется также тем, что газогенератор выполнен в виде двигателя, а формирователь струи в виде движителя силовой установки.

Экраноплан характеризуется тем, что система ориентации формирователя струи под постоянным углом к горизонту содержит следящую систему, снабженную гиростабилизированной платформой по меньшей мере двумя сельсинами, и блоком управления, при этом гиростабилизированная платформа стабилизирована вдоль оси, лежащей в вертикальной продольной плоскости экраноплана, и соединена с ним посредством вала, расположенного перпендикулярно указанной плоскости, один из сельсинов является передатчиком, и взаимосвязан с указанным валом, а другой сельсин является приемником и взаимосвязан с валом поворота формирователя струи, который установлен перпендикулярно вертикальной продольной плоскости экраноплана, а блок управления предназначен для сравнения информации, поступающей с сельсинов, выработки и передачи сигнала на сельсин-приемник.

Гиростабилизированная платформа следящей системы может выполняться в виде авиагоризонта.

Предлагается также экраноплан снабжать приводом наклона движителей силовой установки, а сельсин-приемник выполнять кинематически связанным с механизмом наклона движителей силовой установки.

Перечисленные признаки являются существенными для достижения указанных технической задачи и технического результата, взаимосвязаны между собой и достаточны для реализации экраноплана, использующего данный способ стабилизации.

Обдув стабилизатора, в частности, горизонтального оперения, струей газа под постоянным углом к горизонту обеспечивает изменение истинного угла атаки стабилизатора (горизонтального оперения) при изменении угла тангажа экраноплана, и при этом предотвращает влияние углов скоса потока, индуцированных присоединенными к крылу вихрями, на истинный угол атаки стабилизатора в связи с непроникновением сквозь границу струи указанных скосов, или размыванием скосов потока при эфектировании струей газа, обдувающего оперение, окружающего воздуха. Изменение же угла атаки стабилизатора при изменении угла тангажа экраноплана обеспечивает возникновение стабилизирующего, т.е. возвращающего в исходное положение, аэродинамического момента на стабилизаторе (горизонтальном оперении) при изменении угла тангажа экраноплана, и, следовательно, крыла. При этом в силу разницы скоростей в струе и в набегающем потоке необходимая для стабилизации площадь горизонтального оперения (стабилизатора) уменьшается.

Выполнение экраноплана с крылом стабилизатором, силовой установкой, включающей двигатель и движитель, а также с газогенератором, формирователем струи и системой ориентации формирователя струи под постоянным углом к горизонту обеспечивает необходимые и достаточные условия для реализации способа, то есть обеспечения обдува стабилизатора под постоянным углом к горизонту. При этом взаимное расположение стабилизатора и формирователя струи может быть определено по известным зависимостям изменения границ струи и поля скоростей в струе.

Выполнение газогенератора в виде двигателя, а формирователя струи в виде движителя силовой установки позволяет реализовать способ в большинстве используемых аэродинамических компоновках экранопланов.

Выполнение системы ориентации формирователя струи под постоянным углом к горизонту содержащей следящую систему, снабженную гиростабилизированной платформой по меньшей мере двумя сельсинами и блоком управления, стабилизация гиростабилизированной платформы относительно оси, лежащей в вертикальной продольной плоскости экраноплана, соединение платформы с экранопланом посредством вала, перпендикулярного указанной плоскости, соединение одного из сельсинов, который является передатчиком, с указанным валом, а другого сельсина, который является приемником, с валом поворота формирователя струи, установленным перпендикулярно вертикальной продольной плоскости экраноплана обеспечивает возможность выработки сигналов поворота сельсинов относительно валов, т.е. определение углов поворота в вертикальной плоскости экраноплана относительно гиростабилизированной платформы, и относительно вала поворота формирователя струи. Наличие блока управления (которым, как правило, снабжена любая следящая система) обеспечивает сравнение сигналов, поступающих с сельсинов, выработку и передачу сигнала на сельсин-приемник, который обеспечит параллельность ориентирование формирователя струи (в частности, движителя силовой установки) под постоянным углом к горизонту путем поворота вала формирователя на угол рассогласования.

Выполнение гиростабилизированной платформы в виде авиагоризонта позволяет использовать штатное оборудование экранопланов для системы ориентации формирователя струи.

Наличие на экраноплане привода поворота движителей позволяет использовать поддув или воздушную подушку для уменьшения взлетно-посадочных скоростей, а наличие кинематической связи между сельсином-приемником и механизмом наклона движителей силовой установки позволяет реализовать способ на существующих экранопланах с поддувом после их модернизации.

На фиг. 1 показан пример компоновки предлагаемого экраноплана, вид сбоку; на фиг. 2 пример компоновки, вид в плане; на фиг. 3 вид компоновки, вид спереди; на фиг.4 пример системы ориентации формирователя струи, выполненного в виде газового движителя.

Экраноплан, реализующий способ стабилизации, устроен следующим образом.

Экраноплан содержит фюзеляж 1, крыло 2, ограниченное концевыми аэродинамическими шайбами 3, горизонтальное оперение 4, содержащее стабилизатор 5 и рули высоты 6, вертикальное оперение 7, силовую установку, содержащую двигатели 8 и газовые движители 9, механизм изменения угла наклона движителей 9 относительно фюзеляжа 1, снабженный системой 10 ориентации движителей 9 относительно горизонта.

Функцию газогенератора выполняют двигатели 8, а формирователя струи - движители 9. В качестве газовых движителей могут использоваться: сопло при использовании турбореактивных двигателей, винты и вентиляторы при использовании турбовинтовых, винто-вентиляторных реактивных двигателей и поршневых двигателей.

Для обеспечения обдува горизонтального оперения 4 и его стабилизатора 5 механизм изменения угла наклона движителей 9 содержит энергопривод 11, соединенный посредством тяги 12 (например, штока гидроцилиндра энергопривода и т.п.) с рычагом 13, закрепленном на валу 14 поворота движителей 9, и связанный с системой 10 ориентации движителей 9.

Система 11 ориентации формирователя струи (например, движителей 9) под постоянным углом к горизонту содержит гиростабилизированную платформу 15, соединенную с фюзеляжем 1 посредством вала 16, закрепленного на экраноплане перпендикулярно вертикальной продольной плоскости экраноплана, содержащую гироскоп, ось которого стабилизирована в вертикальной продольной плоскости экраноплана, взаимосвязанный с валом 16 сельсин-передатчик 17, установленный на валу 14 сельсин-приемник 18, а также блок 19 управления. Гиростабилизированная платформа 15, сельсины 17, 18, валы 14, 16 и блок управления вместе образуют следящую систему, обеспечивающую выработку сельсинами 17, 18 углов поворота соответственно платформы 15 и движителей 9 относительно фюзеляжа 1, сравнение углов поворота, нахождение угла рассогласования сельсина-приемника 18 с валом 14 и сельсина-передатчика 17 с валом 16 и выработку управляющего сигнала для поворота вала 14 на угол рассогласования.

В качестве гиростабилизированной платформы 15 целесообразно использовать штатное оборудование экраноплана, например, авиагоризонт (не показан). Сельсин-приемник 18 целесообразно кинематически связать с механизмом наклона движителей 9.

Экраноплан функционирует следующим образом.

Перед взлетом механизация крыла отклоняется во взлетную конфигурацию (не показано), движители 9 посредством энергопривода 11, тяги 12 и рычага 13 поворачивают закрепленные на валу 14 движители 9 в положение, обеспечивающее поддув под крыло 2, двигатели 8 запускаются, и экраноплан совершает взлет, причем за счет поддува скорость отрыва незначительна по величине. После взлета и набора достаточной для горизонтального полета скорости механизация крыла принимает крейсерскую конфигурацию, движители 9 переводятся в крейсерское положение, и включается система 10 ориентации движителей относительно горизонта. При этом движители 9 ориентируются под постоянным углом к горизонту, и производят обдув горизонтального оперения 4 и стабилизатора 5.

При колебаниях экраноплана относительно центра масс горизонтальное оперение 4 также совершает колебания, однако, находясь в струе, ориентированной под постоянным углом к горизонту, при перемещении горизонтального оперения в струе создается угол атаки, который создает аэродинамическую силу, противоположно направленную перемещению, т.е. происходит демпфирование колебаний экраноплана.

Несмотря на то, что большинство движителей 9 обладают гироскопическим эффектом в связи с наличием вращающихся масс вокруг оси, ориентированной под углом к горизонту, в процессе колебаний экраноплана и полете возникает угол рассогласования между гиростабилизированной платформой 15 и движителем 9 (формирователем струи). При этом угол рассогласования фиксируется сельсином-передатчиком 17 (относительно вала 16) сельсином-приемником 18 (относительно вала 14 поворота движителей 9/, в блоке 19 управления вырабатывается управляющий сигнал, который передается на сельсин-приемник 18, и осуществляется поворот вала 14 с закрепленном на нем движителями 9, на угол рассогласования, и обдув горизонтального оперения осуществляется под постоянным углом к горизонту.

В связи с тем, что при полете экраноплана в зоне действия экранного эффекта изменение углов тангажа ограничено, горизонтальное оперение 4 будет практически все время находиться в струе, ориентированной под постоянным углом к горизонту, и практически не будет подвержено воздействию скосов потока от присоединенного вихря к крылу экраноплана. В результате при изменении угла тангажа экраноплана, и следовательно, угла атаки крыла, будет изменяться и истинный угол атаки стабилизатора 5 и горизонтального оперения 4, что обеспечит создание на горизонтальном оперении 4 стабилизирующего аэродинамического момента, что и обеспечит стабилизацию, т.е. устойчивость экраноплана в продольном движении при полете в зоне действия экранного эффекта.

Возможно большое количество примеров реализации способа и аэродинамических компоновок экранопланов (и других типов летательных аппаратов), реализующих способ, однако, в большинстве из них будут использованы признаки изобретения.

Использование: в летательных аппаратах, осуществляющих полет в зоне действия экранного эффекта - экранопланах, экранолетах и т.п., для обеспечения их устойчивости (стабилизации). Сущность группы изобретений. Способ стабилизации экраноплана заключается в обдуве его стабилизатора под постоянным углом к горизонту. Экраноплан, реализующий способ, содержит крыло 2, стабилизатор 5, силовую установку с двигателем 8 и движителем 9, а также газогенератор и формирователь струи, и систему ориентации формирователя струи под постоянным углом к горизонту. Газогенератор может выполняться в виде двигателя 8, а формирователь струи - в виде движителя 9. Систему ориентации предлагается оснащать гиростабилизированной платформой (в качестве которой может использоваться штатный авиагоризонт), сельсином-передатчиком и сельсином-приемником, взаимодействующих соответственно с валом, соединяющим гиростабилизированную платформу с экранопланом, и с валом, соединенным с движителями 9, и блоком управления сельсином-приемником. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Способ стабилизации экраноплана, включающий обдув стабилизатора струей газа, отличающийся тем, что обдув стабилизатора производят под постоянным углом к горизонту. 2. Экраноплан, содержащий крыло, стабилизатор, силовую установку, включающую двигатель и движитель, отличающийся тем, что экраноплан снабжен газогенератором, формирователем струи и системой ориентации формирователя струи под постоянным углом к горизонту. 3. Экраноплан по п.2, отличающийся тем, что газогенератор выполнен в виде двигателя, а формирователь струи в виде движителя силовой установки. 4. Экраноплан по п.2 или 3, отличающийся тем, что система ориентации формирователя струи под постоянным углом к горизонту содержит следящую систему, снабженную гиростабилизированной платформой, по меньшей мере двумя сельсинами и блоком управления, при этом гиростабилизированная платформа стабилизирована вдоль оси, лежащей в вертикальной продольной плоскости экраноплана, и соединена с ним посредством вала, расположенного перпендикулярно указанной плоскости, один из сельсинов является передатчиком и взаимосвязан с валом поворота формирователя струи, который установлен перпендикулярно вертикальной продольной плоскости экраноплана, а блок управления предназначен для сравнения информации, поступающей с сельсинов, выработки и передачи сигнала на сельсин-приемник. 5. Экраноплан по п. 4, отличающийся тем, что гиростабилизированная платформа следящей системы выполнена в виде авиагоризонта. 6. Экраноплан по одному из пп.2 5, отличающийся тем, что он снабжен приводом наклона движителя силовой установки. 7. Экраноплан по п.6, отличающийся тем, что сельсин-приемник кинематически связан с механизмом наклона движителя силовой установки.