ЛЕГКИЙ САМОЛЕТ-АМФИБИЯ Российский патент 1998 года по МПК B64C35/00 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к легкому многоцелевому двухмоторному самолету, способному производить штатную посадку и взлет с наземных, водных, снежных и обледенелых поверхностей.

Известна конструкция легкого самолета амфибия Twin Star.1000, осуществляющего взлет и посадку на сушу и воду, снабженного двумя двигателями с толкающими винтами, установленными на крыле, заключенными в мотогондолы (см. Jane's, 1987 - 1988 г. с. 343).

Указанная конструкция самолета имеет следующие недостатки.

1. Двигатели размещены на крыле и снаружи, что увеличивает лобовое сопротивление самолета, кроме этого, двигатели находятся под воздействием внешней среды, осадков в виде дождя, снега, града, обледенения. Ввиду близости к поверхности воды на двигатели оказывают неблагоприятное влияние водяные брызги и влажная морская среда, что ухудшает их работу и снижает технический ресурс.

2. Мотогондолы, установленные на крыле, снижают аэродинамические качества самолета.

3. Массы двигателей, разнесенные на значительное расстояние от центра массы самолета, создают нежелательный дестабилизирующий момент, ухудшающий поперечную устойчивость самолета на плаву, в случае повреждения или потери бокового поплавка самолет может перевернуться на волне.

4. В связи с высоким положением центра массы, самолет, перевернувшийся на воде, не может быть самостоятельно возвращен в нормальное состояние.

6. Размещение двигателя на крыле затрудняет осмотр, техобслуживание, ремонт и замену двигателе2
Технической задачей, на которую направлено данное изобретение, является улучшение летно-технического и эксплуатационного качества самолета, повышение его надежности и безопасности при эксплуатации в условиях низких температур, морского и тропического климата, обеспечение взлета и посадки на сушу, воду, снег и обледенелую поверхность.

Поставленная задача решается тем, что в легком самолете амфибии наземного и водного базирования, содержащем фюзеляж, крыло, горизонтальное оперение, вертикальное оперение и двигательную установку, состоящую из двух двигателей и толкающими винтами, крыло самолета, состоящее из центроплана и консолей, расположенное над фюзеляжем, изогнуто в корневой части и присоединено к фюзеляжу под углом, при этом в плоскости изгиба крыла на него установлены воздушные винты с приводами, заключенными в жесткие корпуса, имеющие обтекаемую форму, а сами двигатели размещены внутри фюзеляжа, при этом привод от двигателей к винтам осуществляется при помощи трансмиссионных передач, расположенных в центральной части крыла, содержащих валы и шестерни, при этом один конец каждого трансмиссионного вала механически присоединен к редуктору соответствующего двигателя, а другой (внешний) конец трансмиссионного вала соединен с механизмом привода винта, снабженным полувалом, установленным на подшипниках, на который крепится воздушный винт, а трансмиссионные валы между редукторами двигателей соединены между собой промежуточным валом, состоящим из двух частей и управляемым муфтой, при помощи которой обе половины промежуточного самолета в полете, в результате чего в работу включается воздушный винт остановившегося двигателя.

Кроме того, наплывы передней части центроплана выполнены в виде легкосъемной кесонной конструкции и одновременно являются топливными баками, снабженными заливными горловинами и трубопроводами для перелива топлива в другие баки, концы консолей отклонены вверх от плоскости хорды крыла на положительный угол, в систему выпуска стоек шасси включен режим неполного выпуска (уборки) основных шасси до уровня ниже днища на высоту, равную обжатию колес, а входящая дверь самолета состоит из двух частей: верхней (основной), открывающееся вверх и нижней, открывающейся вниз, снабженной выдвижной ступенькой, при этом нижняя часть двери при посадке (высадке) пассажиров на воде не открывается.

Для использования самолета в зимнее время года и в районах Севера самолет-амфибия, устанавливается на шасси. Самолет-амфибия также выполнен с возможностью преобразования в двухмоторные аэросани или в снегоход-буксировщик для буксировки парт или саней взамен оленьих упряжек.

Конструкция самолета представлена на следующих фигурах.

на фиг. 1 показан общий вид самолета сбоку,
на фиг. 2 - общий вид спереди:
на фиг. 3 - общий вид в плане;
на фиг. 4 - компоновка самолета, вид сбоку;
на фиг. 5 - то же, вид в плане:
на фиг. 6 - общий вид двигательной установки в плане:
на фиг. 7 - сечение фюзеляжа при горизонтальной двери,
на фиг. 8 - то же, при полностью открытой двери при посадке пассажиров на земле:
на фиг. 3 - то же, при открытой верхней части двери при посадке пассажиров на воде:
на фиг. 10 - вид самолета на плаву, сбоку ;
на фиг. 11 - то же, вид на плаву спереди;
на фиг. 12 - вид самолета при посадке на лед (снег) сбоку,
на фиг. 13 - то же, вид спереди:
на фиг. 14 - показан общий вид самолета-амфибии на лыжных шасси, вид сбоку;
на фиг. 15 - то же, вид спереди;
на фиг. 16 - то же, вид в плане;
на фиг. 17 - общий вид аэросаней, вид сбоку:
на фиг. 18 - то же, вид спереди:
на фиг. 19 - вид аэросаней, попавших в полынью, сбоку;
на фиг. 20 - аэросани в момент выхода из полыньи:
на фиг. 21 - буксировка аэросанями каравана саней, вид сбоку;
на фиг. 22 - то же, вид в плане;
Самолет амфибия представляет собой свободнонесущий моноплан с верхним расположением крыла, изогнутым в корневой части в форме "ячейки".

Он состоит из фюзеляжа 1, центроплана 2, двух консолей 3 с электронами 4 и щелевыми закрылками 5, горизонтального оперения 6 с рулем высоты 7 и вертикального оперения 8 с рулем направления 9.

Самолет имеет трехколесное убирающееся шасси, состоящее из двух основных опор 10 и переднего колеса 11.

Основные упоры 10 убираются в бортовые герметичные ниши 12, а переднее колесо 11 поднимается вверх и частично убирается в носовую часть фюзеляжа 1 в целях исключения контакта с водой (фиг. 4 и 5).

Самолет оборудован двумя двигательными установками 13 с редукторами, расположенными внутри фюзеляжа 1 рядом друг с другом, слева и справа от продольной оси самолета.

Двигательные установки 13 снабжены многолопастными винтами 14, которые размещены на крыле в местах крепления консолей 3 к центроплану 2 на расстоянии, несколько превышающем размеры радиуса винта.

Привод от двигателей к винтам 14 осуществляется при помощи трансмиссионных валов 15, расположенных внутри центроплана 2, проведенных от редукторов 16 двигателей 13 за задним лонжероном крыла.

Трансмиссионные валы 15 связаны с двигателями 13 и винтами 14 следующим образом: один конец трансмиссионного вала 15 механически соединен с редуктором 16 двигателей, а другой конец через конические шестерни механически присоединен к приводу винта 17, снабженному полувалом 18, на которой крепится винт 14 (фиг. 4 - 6).

При этом приводной механизм 17 заключен в металлический корпус 18, жестко присоединенный к крылу, имеющий хорошо обтекаемую форму (фиг. 6).

Между редукторами 16 двигателей 13 проведен промежуточный вал 19, состоящий из двух половин - левой и правой, соединенных между собой в центре управляемой муфтой 20, при помощи которой обе половины промежуточного вала 19 могут быть соединены или разъединены.

В салоне самолета размещены пассажирские кресла 21, в кабине экипажа находятся кресло для летчика 22 и кресло для штурмана 23 или пятого пассажира.

Самолет имеет входную дверь, расположенную с левой стороны фюзеляжа, состоящую из двух частей: верхней части 24, открывающейся вверх и нижней части 25, открывающейся вниз (фиг. 4).

При посадке пассажиров на земле раскрываются обе части входной двери - верхняя часть 24 и нижняя часть 25. Нижняя часть 25 снабжена выдвижной подножкой 26 (фиг. 8).

В случае посадки или высадки пассажиров на воде открывается только верхняя часть двери 24, нижняя часть двери остается закрытой и уплотненной эластичной окантовкой.

В носовой части самолета размещена приборная доска 27, пульты, навигационно-пилотажное и радиотехническое оборудование 28, в верхней панели носовой части имеется ниша 29 для частичной уборки переднего колеса шасси.

В конце салона размещен туалет 30 и бачок с водой, за сиденьем штурмана расположен шкаф с подогревом пищи и бар. Туалет 30 отделен от салона сдвижной дверью, двигательный отсек изолирован от салона и ль хвостовой части фюзеляжа противопожарными шумопоглощающими перегородками 31.

В туалетном отсеке 30 в его верхней части находится аварийный пик 32, герметично уплотненный, который служит для покидания самолета пассажирами в аварийных ситуациях на воде.

На самолете имеются пять топливных баков, связанных между собой трубопроводами и системой топливораспределения.

Описанными топливными баками являются три бака: один бак 33 (расходный), расположенный в двигательном отсеке, и два бака 34, размещенных в центроплане 2.

Центральные топливные баки 34 образуют переднюю часть наплыва крыла и являются элементом конструкции центроплана, они снабжены заливными горловинами и трубопроводами слива топлива в другие баки.

Кроме них, в качестве дополнительных топливных баков используются два гермоотсека 35, расположенные в килевой части фюзеляжа по линии тяжести самолета под полом самолета, которые заливаются топливом для увеличения дальности полета за счет массы коммерческого груза.

Баки 35 имеют сливные краны. В хвостовой части фюзеляжа размещен багажный отсек 36 с люком 37 для хранения туристского инвентаря и аварийных спасательных средств.

При недостаточном количестве пассажиров багаж из грузового отсека переносится в салон. Центроплан оснащен отклоняемыми щитками 38, а консоли крыла оборудованы целевыми закрылками 5 (фиг. 12 и 13).

На консолях 3 установлено два боковых поплавка 39, а концы консолей 40 подняты на некоторый угол в целях улучшения поперечной динамической устойчивости вблизи от поверхности воды и удаления концов крыла от воды при крене самолета.

Килевая часть 41 фюзеляжа от низа до пола салона представляет собой жесткую кесонную конструкцию с герметичными отсеками и имеет килеватое, полированное днище с одним реданом.

Килевая часть 4 является основным силовым элементом конструкции фюзеляжа, она жестко соединена с силовыми шпангоутами отсека 30 и лонжеронами центроплана 2. Кабина самолета имеет передний иллюминатор 42 с тонирующим стеклом, обеспечивающим экипажу широкий обзор передней полусферы.

Самолет оснащен комфортабельным салоном с широкими окнами 43 и удобными креслами, два из которых имеют раскладывающуюся конструкцию и вместе с другими двумя креслами превращаются в спальные места.

Пассажирский салон оборудован системой вентиляции, отопления, общим и индивидуальным освещением и имеет внутреннюю обивку теплых тонов с шумопоглощающей подложкой. Кресла 21 легко демонтируются, могут перемещаться по полу, превращая пассажирский салон в грузовой отсек или деловое служебное помещение с баром и деловым столиком на четыре персоны.

В килевой части днища установлен водяной руль 44 для путевого управления на воде. Самолет может производить взлет и посадку на землю, снег, лед и обледенелую поверхность.

Легкий самолет-амфибия имеет конструкцию, которая в зависимости от условий эксплуатации и возлагаемых задач может быть преобразована в транспортные средства другого типа и назначения.

Так, например, для эксплуатации самолета в северных районах, где преобладают низкие температуры, а земля большую часть года покрыта снегом, самолет-амфибия может быть установлен на лыжное шасси.

Для установки самолета на лыжные шасси на основные стойки вместо основных колес 10 устанавливаются основные лыжи 45, а на переднюю стойку вместо переднего колеса 11 устанавливается передняя лыжа 46 (фиг. 15 и 14).

С консолей крыла 3 снимаются боковые поплавки 39. Передняя и основные стойки в полете не убираются. Герметичные ниши 12 уборки основных колес в фюзеляж закрываются герметичными крышками 47, а их емкости используются в качестве дополнительных багажных отсеков.

Установка самолета на лыжи не изменяет массу, центровку и летные качества самолета.

Размеры лыж обеспечивают самолету небольшое удельное давление на поверхность 0,08 кг/см², что позволяет самолету производить взлет и посадку на рыхлый снег высотой 30 см и более.

При длительных стоянках, при низких температурах окружающей среды подогрев салона и кабины экипажа может обеспечиваться включением в работу одного из двигателей 13, при этом трансмиссионные валы 15 и винты 14 отключаются от двигателей 13. Замена колес на лыжи представляет собой несложную операцию и может выполняться в ангарных условиях одним или двумя механизмами.

В тех случаях, когда зимой по условиям погоды и отсутствия посадочных площадок самолет не может достичь отдаленных районов для заброски грузов, продуктов питания, доставки сменных бригад, экспедиций, медперсонала для показания экстренной медицинской помощи, самолет-амфибия может быть без доработок превращен в двухмоторные аэросани, обладающие большой дальностью действия и проходимостью по лыжным зимним трассам и по тундре.

Аэросани обладают большой экономичностью и надежностью, они могут ходить по северным рекам по снегу и по льду, не опасаясь попасть в полынью, из которой они способны выйти самостоятельно.

Аэросани могут быть также использованы в качестве аэросанного буксира для буксировки нарт или саней с грузом по снежным трассам на большие расстояния и заменить собой оленьи упряжки.

Самолет-амфибия может быть также успешно преобразован в быстроходлный двухмоторный катер, который может быть использован для достижения грузов в прибрежные районы, проведения поисково-спасательных операций, рыбной ловли, морских и речных путешествий и др. работ.

Для превращения самолета-амфибия в аэросани с самолета, установленного на лыжные шасси, снимаются консоли крыла 3 и горизонтальное оперение 6, при необходимости с самолета может быть снят и киль 8 с рулем направления 9 (фиг. 17 и 18).

Все агрегаты имеют легкоразъемные соединения и небольшую массу, поэтому их отстыковка не представляет трудностей и может производиться в ангарных условиях.

При снятии консолей 3 и горизонтального оперения 6 масса самолета уменьшается на 150 кг, что используется для принятия на аэросани дополнительного груза или топлива.

Ниши уборки основных колес закрываются герметичными крышками и используются для укладки багажа или продуктов.

В целях придания аэросаням положительного деферента на плаву и задней центровки багаж пассажиров укладывается в заднее багажное отделение 36.

Аэросани имеют широкую лыжную колею, прочную килевую часть, небольшую удельную нагрузку на смежную поверхность, что обеспечивает им хорошую управляемость и проходимость по глубокому снегу, обледенелому насту и по тундре.

В зависимости от рельефа и характера местности аэросани могут идти на двух или на одном двигателе, экономия топливо и оставляя один двигатель в разрезе.

Скорость движения аэросаней по ровной местности до 90 км/ч. дальность передвижения до 1000 км без дозаправки.

Аэросани обладают большой надежностью, возможностью ходить по сибирским рекам и по неокрепшему льду. Провал аэросаней в полынью для них не является аварийной ситуацией, они способны самостоятельно выйти из полыньи на лед.

Выход аэросаней из полыньи производится следующим образом.

При провале аэросаней в полынью принимаются меры по приданию аэросаням наибольшего положительного дефферента в целях подъема его носовой части над уровнем льда. Для этого багаж и пассажиры перемещаются назад ближе к центру массы аэросаней.

Убедившись в том, что нос аэросаней поднят, летчик включает систему подъема передней стойки шасси с передней лыжей на режим неполного подъема стойки, при котором носок передней лыжи возвышается над носовой частью фюзеляжа и имеет надежное превышение над уровнем ледяной кромки.

После этого летчик включает в работу двигатели на малый газ, подводит аэросани к кромке льда, после чего включаются двигатели на полный газ.

Под действием тяги винтов передняя лыжа и носовая часть аэросаней, а затем и сами аэросани скользят по льду и выходят из полыньи.

На аэросанях все топливные баки самолета (центропланные баки 34, фюзеляжный бак 33 и килевые баки 35) заполняются топливом общей массой до 700 кг.

Большое количество топлива увеличивает дальность передвижения аэросаней до 1000 км и обеспечивает подключение двигателей для обогрева пассажирского салона на длительных стоянках при неблагоприятной метеорологической обстановке и низких температурах окружающей среды.

Полет самолета на разных режимах обеспечивается следующим образом.

1. Работа двигательной установки.

При остановке одного из двигателей в полете его трансмиссионный вал 15 отключается от редуктора 16 двигателя 13, а управляемая муфта 20 автоматически соединяет между собой обе половины промежуточного вала 19.

При соединении обеих половин промежуточного вала 10 в действие вводится трансмиссионный вал 15 остановившегося двигателя 13 и его воздушный винт 14. После этого самолет продолжает полет на одном двигателе с двумя работающими винтами.

2. режимы полета.

Нормальный полет самолета производится с убранными шасси. При нормальной посадке самолета на аэродром или грунтовую площадку производится полный выпуск основных стоек и переднего колеса. Нормальная посадка самолета на воду производится при полностью убранных шасси (фиг. 10 и 11).

Взлет и посадка самолета на снег, лед, обледенелую поверхность производится с убранным передним колесом и частично опущенными основными стойками шасси до уровня несколько ниже днища фюзеляжа. Величина между уровнем днища фюзеляжа и низком колес должна быть равна длине хода амортизаторов основных стоек (фиг. 12 и 13)
Аварийная посадка самолета на аэродром или на землю в случаях невыпуска переднего колеса, одной основной стойки или отказа обоих двигателей производится на днище фюзеляжа при полностью убранных шасси с полностью отключенными трансмиссионными валами 15 от редукторов двигателей.

3 При посадке (высадке) пассажиров на земле открываются полностью верхняя половина и нижняя половина двери 25 (фиг. 8), а при посадке (высадке) пассажиров на воде - только верхняя половина двери 24 (фиг. 9).

4. Заправка самолета топливом производится через центропланные топливные баки 34, снабженные заливными горловинами.

Предлагаемая конструкция легкого самолета-амфибии имеет следующие технические преимущества:
- самолет имеет свободное крыло, не занятое мотогондолами, что повышает его аэродинамическое качество, летно-технические и эксплуатационные характеристики.

- двигатели размещены в фюзеляже, что повышает надежную работу двигательной установки, обеспечивает защиту двигателей от дождя, снега, града, обледенения, водяных брызг, влажного морского климата, низких температур, что повышает надежность эксплуатации самолета в районах Крайнего Севера,
- размещение двигателей на фюзеляже обеспечивает высокую поперечную устойчивость самолета на воде, что в сочетании с крылом самолета в форме чайки исключает переворот самолета на волне.

- самолет оборудован двумя двигателями, что обеспечивает нормальный полет самолета на одном двигателе, исключает несимметричную тягу и обеспечивает высокую надежность и безопасность самолета,
- самолет может взлетать и садиться на землю, воду, снег, лед, обледенелую поверхность,
- отсутствие мотогондолы на крыле перед винтом повышает КПД винта,
- размещение двигателей в фюзеляже облегчает осмотр, техническое обслуживание, ремонт и замену двигателей, позволяет вести осмотр двигателей и устранять неполадки в работе двигательной установки в полете,
- конструкция имеет поднятые винты и жесткую килевую часть фюзеляжа и обеспечивает аварийную посадку самолета на любую подстилающую поверхность земли,
- конструкция легко устанавливается на зимние лыжи и превращается в аэросани.

Использование: изобретение относится к авиационной технике. Сущность: у самолета-амфибии крыло изогнуто в корневой части, концы крыла отклонены вверх, двигатели размещены внутри фюзеляжа 1 за пассажирским салоном, а воздушные винты 14 установлены на крыле в месте перехода консолей 3 крыла в центроплан 2. Привод к винтам 14 осуществляется при помощи трансмиссионных передач, размещенных в центральной части крыла, механически соединенных с двигателем. Двигатели через редукторы соединены между собой валом, снабженным механическим устройством, при помощи которого любой из двигателей (в случае остановки одного двигателя в полете) может быть переключен на два винта. Самолет снабжен боковыми поплавками 39. Легкий самолет-амфибия имеет универсальную конструкцию, которая в зависимости от условия эксплуатации и назначения может быть преобразована в транспортное средство другого назначения без производственных доработок, так самолет-амфибия может быть установлен на лыжи, а также он может быть преобразован в двухмоторные аэросани или снегоход-буксировщик. 6 з.п. ф-лы, 22 ил.

1. Легкий самолет-амфибия наземного и водного базирования, содержащий фюзеляж, крыло, горизонтальное оперение, вертикальное оперение и двигательную установку, состоящую из двух двигателей с толкающими винтами, отличающийся тем, что крыло самолета, состоящее из центроплана и консолей, расположенное над фюзеляжем, изогнуто в корневой части и присоединено к фюзеляжу под углом, при этом в плоскости изгиба крыла на него установлены воздушные винты с приводами, заключенными в жесткие корпуса, имеющие обтекаемую форму, а сами двигатели размещены внутри фюзеляжа, при этом привод от двигателей к винтам осуществляется при помощи трансмиссионных передач, расположенных в центральной части крыла, содержащих валы и шестерни, при этом один конец каждого трансмиссионного вала механически присоединен к редуктору соответствующего двигателя, а другой (внешний) конец трансмиссионного вала соединен с механизмом привода винта, снабженным полувалом, установленным на подшипниках, на который крепится воздушный винт, а трансмиссионные валы между редукторами двигателей соединены между собой промежуточным валом, состоящим из двух частей, и управляемой муфтой, при помощи которой обе половины промежуточного вала соединяются между собой в случае остановки одного двигателя самолета в полете, в результате чего в работу включается воздушный винт остановившегося двигателя. 2. Самолет-амфибия по п.1, отличающийся тем, что наплывы передней части центроплана выполнены в виде легкосъемной кесонной конструкции и одновременно являются топливными баками, снабженными заливными горловинами и трубопроводами для перелива топлива в другие баки. 3. Самолет-амфибия по п.1, отличающийся тем, что концы консолей отклонены вверх от плоскости корды крыла на положительный угол. 4. Самолет-амфибия по п.1, отличающийся тем, что систему выпуска основных стоек шасси включен режим неполного выпуска (уборки) основных шасси до уровня ниже днища на высоту, равную обжатию колес. 5. Самолет-амфибия по п. 1, отличающийся тем, что его входная дверь состоит из двух частей: верхней (основной) открывающейся вверх и нижней открывающейся вниз, снабженной выдвижной ступенькой, при этом нижняя часть двери при посадке (высадке) пассажиров на воде не открывается. 6. Самолет-амфибия по п. 1, отличающийся тем, что для использования обеспечения самолета в зимнее время года и в районах Севера самолет-амфибия устанавливается на лыжи. 7. Самолет-амфибия по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью преобразования в двухмоторные аэросани или в снегоход-буксировщик для буксировки нарт или саней взамен оленьих упряжек.