МНОГОЦЕЛЕВОЙ ЛЕГКИЙ САМОЛЕТ Российский патент 1998 года по МПК B64C39/00 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к конструкции легкого самолета широкого применения, предназначенного для эксплуатации в регионах с различными климатическими и географическими условиями.

Известна конструкция самолета с двигателями, установленными на крыше, снабженными толкающими винтами, выполненная по схеме "триплан".

Приведенная конструкция самолета имеет следующие недостатки:
- двигатели занимают часть полезной несущей поверхности крыла, что снижает его эффективность;
- двигатели с мотогондолами увеличивают лобовое и индуктивное сопротивление самолета, что понижает его аэродинамические качества и летно-технические характеристики;
- установка мотогондол на крыле увеличивает массу крыла;
- размещение двигателей с мотогондолами на крыле снижает скорость полета самолета и приводят к увеличению расхода топлива на 1 км пути и ухудшению экономичности самолета;
- установка двигателей с толкающими винтами на крыле снижает КПД винтов вследствие затенения сметаемой площади винтов мотогондолами и нарушения потока перед винтами;
- в случае остановки одного из двигателей в полете возникает несимметричная тяга, усложняющая путевое управление полетом;
- размещение двигателей на крыше увеличивает массу крыла за счет: усиления крыла, наличия элементов топливной, пневмогидравлической системы, электрокабелей и эксплуатационных лючков, а также усложняет технологию изготовления крыла.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение аэродинамического качества самолета, улучшение летно-технических и эксплуатационых характеристик, повышение КПД винтов, обеспечение работы всех винтов в случае остановки одного двигателя в полете, исключение из состава крыла трубопроводов топливной и пневмогидравлических систем, электрокабелей, элементов контроля и управления двигателями, контрольных, технологических и эксплуатационных лючков, облегчение массы крыла и упрощение технологичности его изготовления.

Задача решается тем, что в самолете, содержащем фюзеляж, крыло, переднее и заднее горизонтальные оперения, вертикальное оперение и двигательные установки винтами, двигательные установки размещены внутри фюзеляжа самолета, а их винты расположены на пилонах, установленных снаружи на фюзеляж, при этом привод к винтам осуществляется при помощи трансмиссоинных передач, каждая из которых имеет трансмиссионный вал, механически соединенный с одной стороны с редуктором соответствующего двигателя, а с другой стороны - с механизмом привода воздушного винта, снабженного шестернями и полувалом для крепления винта, при этом механизм привода винта заключен в металлический картер, имеющий обтекаемую форму, прочно присоединенный к пилону, а сам пилон представляет собой жесткую пустотелую конструкцию, присоединенную консолью к корпусу фюзеляжа самолета, а между редукторами двигателей проведены промежуточные валы, механически соединенные между собой в средней части при помощи управляемой муфты, при помощи которой промежуточный вал каждого двигателя может быть соединен (и разъединен) с промежуточным валом другого двигателя при его отказе в полете, чем обеспечивается работа всех установленных на самолете винтов при сохранении работоспособности хотя бы одного двигателя. Кроме того, пилоны подкрепляются снизу или сверху раскосами, присоединенными с одной стороны к концу пилона или картеру винта, а с другой стороны - к конструкции фюзеляжа. Для обеспечения штурману-оператору полного пространственного обзора передней полусферы через передний иллюминатор кресло штурмана размещено в кабине экипажа впереди по отношению к рабочему месту летчика и вынесено за пределы переднего стабилизатора.

Самолет также оборудован задней дверью, используемой нормально только в грузовом варианте и нештатных ситуациях, а в зоне размещения двигателей выполнены эксплуатационные люки, закрываемые быстрооткрываемыми крышками на силовых замках.

В фюзеляже самолета могут быть установлены три двигателя с воздушными винтами, при этом два винта устанавливаются на боковых пилонах слева и справа фюзеляжа, а третий винт с трансмиссионным приводом устанавливается в верхней части фюзеляжа на вертикальном пилоне, при этом трансмиссионные передачи всех трех винтов механически связаны с управляемой муфтой, посредством которой может быть включен в работу любой винт из трех винтов в случае остановки одного двигателя в полете и включены в работу два винта при остановке в полете двух двигателей для обеспечения самолету тройного запаса надежности по двигательной установке)
Для экономии топлива в полете на установившемся режиме один двигатель может быть переведен на режим работы на малом газе.

На пилонах могут быть установлены как толкающие, так и тянущие винты изменения двигательной установки.

Конструкции самолета представлена на следующих фигурах: на фиг. 1 показан общий вид самолета сбоку; на фиг. 2 - общий вид самолета спереди; на фиг. 3 - общий вид в плане; на фиг. 4 - вид двигательной установки спереди; на фиг. 5 - вид двигательной установки в плане; на фиг. 6 - варианты установки винтов на низкоплане; на фиг. 7 - варианты установки винтов на высокоплане; на фиг. 8 - вариант подъема и сближения винтов; на фиг. 9 - вариант полного сближения винтов; на фиг. 10 - установка винта на одномоторном самолете; на фиг. 11 - вариант установки трех винтов при трех моторах на самолете; на фиг. 12 - установка эксплуатационных люков ДУ на фюзеляже при виде сбоку, крышки люков закрыты; на фиг. 13 - то же, крышки эксплуатационных люков открыты; на фиг. 14 - сечения А-А, вид раскрытых эксплуатационных крышей левого и правого двигателей; на фиг. 15 - вид двигательной установки в плане с тянущими винтами.

Самолет имеет аэродинамическую схему " триплана" с низко расположенным свободнонесущим крылом. Он состоит из фюзеляжа 1, крыла 2 элеронами 3 и закрылками 4, передней несущей плоскости 5, заднего горизонтального оперения 6 с рулями 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. Самолет оборудован двумя винтомоторными установками 12 с редукторами 13, расположенными внутри фюзеляжа 1, рядом друг с другом, слева и справа от продольной оси самолета.

Двигательные установки 12 снабжены многолопастными винтами 14, размещенными на консольных пилонах 15, установленных на фюзеляже на фюзеляже 1 с левой и правой стороны от него на расстоянии, несколько превышающем размеры радиуса винта.

Привод к винтам 14 осуществляется при помощи трансмиссионных валов 16, расположенных внутри пилонов 15, проведенных от редукторов 13 двигателей 12 внутри пилонов 15.

Пилоны 15 представляют собой жесткую пустотелую консольную конструкцию, прочно присоединенную к каркасу фюзеляжа 1, имеющую в сечении обтекаемую форму.

Трансмиссионные валы 16 связаны с двигателями 12 и винтами 14 следующим образом: один конец каждого трансмиссионного вала 16 оканчивается шестерней, которая входит в зацепление с выходной шестерней редуктора 13 двигателя 12, а другой - внешний конец трансмиссионного вала 16 - оканчивается шестерней которая входит в зацепление с приводным механизмом 17 воздушного винта 14, снабженным полувалом 18, на который установлен винт 14.

В том случае, когда винты 14 и их приводы имеют большую массу, силовые пилоны 15 подкрепляются снизу или сверху подкосами 19, имеющими также обтекаемый профиль.

При этом приводной механизм 17 заключен в металлический картер 20, который прочно присоединяется к пилону 15 и имеет хорошо обтекаемую каплевидную форму.

Между редукторами 13 двигателей 12 проведен промежуточный вал 21, состоящий из двух половин, левой и правой, соединенный между собой в центре управляемой муфтой 22, при помощи которой обе половины промежуточного вала 21 могут быть соединены или разъединены.

В многоцелевом самолете предлагаемой конструкции двигательные установки 12 размещены в хвостовой части фюзеляжа за пассажирским салоном, а их винты 14 и пилоны 15 вынесены за пределы задней кромки крыла, что позволяет складывать консоли крыла вверх для удобства ангарного хранения и транспортирования.

В салоне самолета находятся пассажирские кресла 23, в кабине экипажа кресла для датчика 24 и штурмана 25.

Самолет имеет две двери, основную дверь 26 для посадки экипажа и пассажиров и вторую, более широкую, запасную дверь 27, расположенную в салоне, используемую только в грузовом варианте самолета или как аварийную.

В конце салона размещены багажное отделение 28 и туалет 29, за стенкой которого находится отсек с топливными баками 30, а за ним отсек 31 с двигательными установками, оба стояка отделены от пассажирского салона герметизированными противопожарными перегородками 32 (фиг. 12 и 13).

В зоне размещения ДУ в фюзеляже расположены левый и правый эксплуатационные люки 33, закрываемые легко открывающимися крышками 34 и замками 35, обеспечивающие свободный подход к ДУ при техническом обслуживании, ремонте и их замене (фиг. 13 и 14)
В носовой части самолета 36 размещено навигационное, радиотехническое и другое оборудование 37, необходимое для восхождения самолета, выполняющего также роль центровочного груза.

Кресло штурмана 25 может быть вынесено относительно рабочего места летчика 24 вперед, за пределы переднего стабилизатора 5, благодаря чему штурману может обеспечиваться свободный пространственный обзор передней полусферы, через иллюминатор 38.

Предлагаемая конструкция самолета с двигателями в фюзеляже и вынесенными винтами, размещенными на пилонах, может быть реализована на самолетах любого типа, в том числе на гидросамолетах и амфибиях.

На фиг. 6 показан вариант размещения ДУ на низкоплане, на фиг. 7 - размещение ДУ на высокоплане.

Для гидросамолетов и амфибий, для которых желателен наибольший подъем винтов от воды, трансмиссионные валы 16 могут быть установлены под углом по отношению к горизонтальной плоскости (фиг. 8 и 9).

Посредством предлагаемой конструкции (установки винтов на пилонах) может быть достигнуто максимальное сближение винтов друг к другу, как это показано на фиг. 9, что повышает КПД винтов.

На фиг. 10 показан вариант установки винта на одномоторном самолете на вертикальном пилоне, при размещении мотора в фюзеляже. Такое размещение мотора и винта особенно выгодно для небольших одномоторных гидросамолетов и амфибий, так как эта компоновка исключает внешнюю установку мотогондолы, которая значительно увеличивает лобовое сопротивление самолета. Размещение двигателя в фюзеляже понижает центровку самолета, что крайне важно для устойчивости морских самолетов и защищает мотор от осадков: дождя, снега, града, обледенения.

На фиг. 14 показан вариант размещения на самолете трех двигателей 12 в фюзеляже и трех винтов 14 на пилонах 15.

В этом варианте два винта 14 крайних двигателей 13 устанавливаются слева и справа от оси фюзеляжа, а винт среднего двигателя 12 располагается на пилоне 15 вертикально.

Каждый винт приводится в действие от своего двигателя при помощи своей трансмиссионной передачи 16. Все три трансмиссионные передачи 18 связаны между собой механически с управляемой муфтой 22, при этом трансмиссионные валы 16 крайних двигателей связаны с управляемой муфтой 22 через промежуточные валы 21, которые при нормальной работе крайних двигателей с муфтой 22 разомкнуты.

Трансмиссионный вал 16 среднего двигателя 12 механически связан с муфтой 22 постоянно и приводится во вращение от редуктора 13 среднего двигателя 12.

При помощи муфты 22 может быть включен в работу винт любого двигателя, остановившегося в полете.

Предлагаемая конструкция, показанная на фиг. 11, позволяет продолжать полет самолета на всех трех работающих винтах при отказе одного из двух двигателей 12 в полете на формированном режиме одного двигателя, не вышедшего из строя, обеспечивая, таким образом, тройной запас надежности ДУ.

Сближение винтов 12 на предельное расстояние друг к другу согласно конструкции, изображенной на фиг. 11, существенно повышает общую эффективность ДУ, так как воздушный поток от каждого винта 12 сливается в единый воздушный поток, не заторможенный в сопредельных областях от сметаемых плоскостей каждого винта, в котором исключаются также непроизводительные потери воздушных масс, сходящих с лопастей винтов в радиальном направлении, что увеличивает массу и энергию воздушного потока.

Двигательная установка предлагаемой конструкции работает следующим образом.

На двухмоторном самолете при нормальной работе двигателей каждый винт 14 приводится во вращение соответствующим двигателем 12 посредством своей трансмиссионной передачи 16. При этом левая и правая половины промежуточного вала 21 (фиг. 4) механически разомкнуты между собой управляемой муфтой 22 и каждая из них вращается самостоятельно вместе с трансмиссионным валом своего двигателя, будучи механически связанной с редуктором 13 своего двигателя.

В случае остановки одного из двигателей в полете трансмиссионный вал 16 остановившегося двигателя автоматически отключается от своего редуктора 13 и в действие включается автоматически управляемая муфта 22, которая при помощи заключенного в ней механизма соединяет между собой обе половины промежуточного вала 22, вводя этим в действие трансмиссию 16 остановившегося двигателя и его винт.

Поэтому при остановке в воздухе одного, любого из двигателей в работу включаются оба винта.

На трехмоторном самолете при остановке, например, одного двигателя, расположенного слева от фюзеляжа, автоматически отключается от редуктора 13 его трансмиссионный вал 21 и посредством управляющей муфты 22 обе половины промежуточного вала 21 соединяются между собой. В результате этого приводится в действие трансмиссия 21 остановившегося двигателя и его винт.

То же самое относится к остановке правого двигателя в полете. В случае остановки среднего двигателя в полете его трансмиссионный вал 10 отключается от редуктора среднего двигателя и при помощи управляемой муфты 22 автоматически подключается к какой-либо половине промежуточного вала 21, заставляя один двигатель работать на два винта.

Поэтому при остановке в полете одного двигателя на трех и даже двух двигателей самолет может продолжать полет на одном работающем двигателе при участии в работе всех трех винтов или двух винтов, по выбору, в зависимости от мощности двигателя.

Предлагаемая конструкция самолета ДУ с размещенной в фюзеляже и вынесенными винтами дает большие преимущества в повышении летно-технических и эксплуатационных показателей.

Сравнительный анализ эффективности самолета данной схемы с самолетом традиционной схемы с двигателями, расположенными на крыле, показывает значительное повышение аэродинамического качества самолета, увеличение скорости полета, уменьшение расхода топлива на 1 км пути, снижение взлетной массы, улучшение взлетно-посадочных характеристик и управляемости самолета.

Расчеты показывают, что массово-инерционные показатели самолета улучшаются по сравнению с самолетами, имеющими ДУ на крыше.

Предлагаемая конструкция самолета дает следующие технические преимущества по сравнению с самолетами известной конструкции:
- повышение аэродинамического качества самолета, улучшение летно-технических характеристик;
- уменьшение расхода топлива на 1 км пути и повышение экономичности;
- повышение эффективности крыла, уменьшение массы крыла, упрощение конструкции и технологии изготовления крыла:
- исключение из крыла элементов крепления ДУ, трубопроводов пневмогидросистемы, топливных систем, электрокабелей, элементов системы управления, контроля и индикации работы ДУ;
- повышение КПД толкающих винтов;
- устранение несимметричной тяги в случае остановки одного двигателя в полете, повышение надежности полета с одним работающим двигателем;
- упрощение систем отбора воздуха от ДУ для целей вентиляции, наддува и обогрева кабины экипажа и пассажирского салона;
- облегчение технического обслуживания самолета, упрощение контроля, ремонта и замены двигателей и его обслуживающих систем;
- улучшение массово-инерционных характеристик и улучшение управления в продольном и поперечных каналах;
- возможность установки на самолете: одного, двух, трех или более двигателей с воздушными винтами;
- конструкция обеспечивает благоприятные условия для эксплуатации в регионах с различными климатическими условиями с резким перепадом температур, исключает воздействие на ДУ механических повреждений (попадание птиц) осадков в виде снега, града, обледенения, пылевых бурь, воздействии морской среды, неблагоприятной для двигателей, установленных на гидросамолетах и амфибиях;
- конструкция обеспечивает возможность складывания консолей крыла вверх на земле для удобства ангарного хранения и транспортирования самолета.

Использование: изобретение относится к авиационной технике. Сущность: в самолете двигателя 12 размещаются в фюзеляже 1 самолета, а воздушные винты 14 располагаются на пилонах 15, установленных слева или сверху фюзеляжа 1 на расстоянии, несколько превышающем размеры радиуса винта. При этом привод к винтам 14 от двигателей 12 осуществляется при помощи трансмиссионных валов 16, расположенных внутри пилонов 15. Один конец каждого трансмиссионного вала 16 механически присоединен к редуктору 13 двигателя 12, а другой (внешний) конец трансмиссионного вала 16 соединен с механизмом привода винта 18, закрепленным на конце пилона 15 и заключенным в металлический картер 20. Пилон 15 представляет собой жесткую, силовую конструкцию, прочно связанную с фюзеляжем, и имеет аэродинамически обтекаемый профиль. Трансмиссионные валы 16 между редукторами 13 соединены друг с другом промежуточным валом 21, состоящим их двух частей, механически связанных между собой через управляемую муфту 22. В случае остановки одного из двигателей в полете управляемая муфта 22 включает в работу трансмиссионный вал 16 остановившегося двигателя и его воздушный винт 14. Изобретение позволяет повысить аэродинамическое качество самолета, улучшить его летно-технические и эксплуатационные характеристики, защитить двигательные установки от внешней среды и повысить надежность ее работы в сложных метеоусловиях. 7 з.п.ф-лы, 15 ил.

1. Многоцелевой легкий самолет, содержащий фюзеляж, крыло, переднее и заднее горизонтальные оперения, вертикальное оперение и двигательные установки с винтами, отличающийся тем, что его двигательные установки (ДУ) размещены внутри фюзеляжа самолета, а их винты расположены на пилонах, установленных снаружи на фюзеляже, при этом привод к винтам осуществляется при помощи трансмиссионных передач, каждая из которых имеет трансмиссионный вал, механически соединенный с одной стороны с редуктором соответствующего двигателя, а с другой стороны с механизмом привода воздушного винта, снабженного шестернями и полувалом для крепления винта, при этом механизм привода винта заключен в металлический картер, имеющий обтекаемую форму, прочно присоединенный к пилону, а сам пилон представляет собой жесткую пустотелую конструкцию, присоединенную консолью к корпусу фюзеляжа самолета, а между редукторами двигателей проведены промежуточные валы, механически соединенные между собой в средней части при помощи управляемой муфты, при помощи которой промежуточный вал каждого двигателя может быть соединен (и разъединен) с промежуточным валом другого двигателя при его отказе в полете, чем обеспечивается работа всех установленных на самолете винтов при сохранении работоспособности хотя бы одного двигателя. 2. Самолет по п.1, отличающийся тем, что пилоны подкрепляются снизу или сверху раскосами, присоединенными с одной стороны к концу пилона или картеру винта, а с другой стороны к конструкции фюзеляжа. 3. Самолет по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения штурмана-оператору полного пространственного обзора передней полусферы через передний иллюминатор кресло штурмана размещено в кабине экипажа впереди по отношению к рабочему месту летчика и вынесено за пределы переднего стабилизатора. 4. Самолет по п.1, отличающийся тем, что самолет оборудован задней дверью, используемой нормально только в грузовом варианте и нештатных ситуациях. 5. Самолет по п.1, отличающийся тем, что в зоне размещения двигателей выполнены эксплуатационные люки, закрываемые быстро открываемым крышками на силовых замках. 6. Самолет по п.1, отличающийся тем, что в его фюзеляже устанавливаются три двигателя с воздушными винтами, при этом два винта устанавливаются на боковых пилонах слева и справа фюзеляжа, а третий винт с трансмиссионным приводом устанавливается в верхней части фюзеляжа на вертикальном пилоне, при этом трансмиссионные передачи всех трех винтов механически связаны с управляемой муфтой, посредством которой может быть включен в работу любой винт из трех винтов в случае остановки одного двигателя в полете или включены в работу два винта при остановке в полете двух двигателей для обеспечения самолету тройного запаса надежности по двигательной установке. 7. Самолет по п.1, отличающийся тем, что для экономии топлива в полете на установившемся режиме один двигатель может быть переведен на режим работы на малом газе. 8. Самолет по п. 1, отличающийся тем, что на пилонах могут быть установлены как толкающие, так и тянущие винты без изменения компоновки двигательной установки.