САМОЛЕТ "СОКОЛ" Российский патент 2000 года по МПК B64C39/08 

Изобретение относится к самолетостроению и может быть использовано при разработке и производстве самолетов малой авиации, авиации общего назначения, деловой авиации, спортивной авиации, самолетов-амфибий, а также для тяжелой транспортной авиации грузоподъемностью 500 т и более и пассажирских самолетов большой и малой грузоподъемности.

Известен самолет, содержащий фюзеляж, в хвостовой части которого расположены воздушные винты с кольцевым обтекателем, крылья, состоящие из передней консоли с прямой стреловидностью и задней консоли с обратной стреловидностью, соединенные по концевым сечениям, при этом корневые сечения передних консолей закреплены в верхней части бортовой поверхности фюзеляжа, корневые сечения задних консолей закреплены на внешней поверхности кольцевого обтекателя воздушных винтов (патент РФ N 1790529, 1993, B 64 C 39/08).

Недостатками самолета является небольшой разнос крыльев по вертикали в корневой части и аэродинамическое затенение заднего крыла на углах атаки, увеличенный крутящий момент на крыле.

Известен самолет, содержащий фюзеляж, два тандемно расположенных крыла, гондолы с двигателями по бокам фюзеляжа, два киля, установленных в хвостовой части на концах балок, расположенных вдоль оси фюзеляжа, кили соединены между собой горизонтальным оперением (патент РФ N 2015070, 1994, B 64 C 39/08).

Недостатком самолета является увеличенная деформация переднего крыла и малая управляемость на взлетно-посадочных скоростях.

Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является самолет, содержащий фюзеляж, расположенный в хвостовой части фюзеляжа толкающий винт в кольцевом обтекателе и киль с рулями управления по курсу; систему крыльев, каждое из которых имеет низкорасположенную консоль прямой стреловидности с положительным углом поперечного V, закрепленную корневой частью в середине фюзеляжа и высокорасположенную консоль обратной стреловидности с отрицательным углом поперечного V, закрепленную корневой частью на киле, и сочлененных между собой пилонами, самолет имеет переднее и заднее колесное шасси, закрепленное на фюзеляже (патент РФ N 2001842, 1993, B 64 C 39/08).

Недостатками самолета являются большие весовые потери за счет наличия силовой конструкции кольца винта, воспринимающего нагрузки от крыла и через крыло от хвостового оперения; попадание горизонтального оперения в струю винта на отдельных режимах при маневрах и при посадке изменяет подъемную силу и нарушает устойчивость самолета. Малая механизация крыльев ограничивает диапазон условий использования по углу атаки, а также на режимах взлета и посадки.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение устойчивости и управляемости летательного аппарата в разных режимах полета, а также улучшение летных характеристик и повышение безопасности полета.

Поставленная задача решается тем, что в самолете, содержащем фюзеляж с кабиной по центру, установленные в хвостовой части фюзеляжа киль и двигатель, два крыла, каждое из которых состоит из передней нижней и задней верхней консолей, сочлененных между собой пилонами, при этом передняя нижняя консоль прямой стреловидности с положительным углом поперечного V крыла закреплена корневой частью в нижней передней части фюзеляжа, а задняя верхняя консоль обратной стреловидности с отрицательным углом поперечного V крыла закреплена корневой частью на киле, и шасси переднее и заднее, закрепленное на фюзеляже, согласно изобретению, фюзеляж имеет герметичную кабину, носовая часть которой вместе с пилотской кабиной установлена с возможностью поворота на 90 градусов, а в хвостовой части фюзеляжа дополнительно в обечейке установлены двигатели пакетным способом, между гермокабиной и обечейкой установлен воздухозаборник, диаметр которого на 10 - 15% больше диаметра фюзеляжа, в хвостовой части фюзеляжа по правому и левому борту размещены два киля с установочными углами относительно вертикальной оси самолета от 90 до 115 градусов, между килями размещен управляемый стабилизатор с рулем высоты, имеющий возможность вращения вокруг жестко соединенных передних лонжеронов задних консолей, проходящих внутри стабилизатора, при этом передние лонжероны задних консолей жестко соединены с левым и правым передними лонжеронами килей, а задние лонжероны задних консолей жестко соединены с задними лонжеронами килей, которые между собой не соединены, при этом передние консоли крыла самолета закреплены корневой частью в нижней носовой части фюзеляжа, а задние верхние консоли закреплены корневой частью к килям, расположенным в хвостовой части фюзеляжа справа и слева по борту, на расстоянии 10-20% удлинения киля от его верхнего края, концевые части передней нижней и задней верхней консолей жестко соединены между собой при помощи подкоса на расстоянии 10-20% удлинения консоли от их конца или при помощи законцовки, образованной плавным загибом вверх нижней консоли, жестко соединенного с плавным загибом вниз верхней консоли; шасси самолета выполнено в виде колесных тележек гусеничного типа с передней носовой стойкой.

Необходимо, чтобы передние кромки передних нижних и задних верхних консолей, подкосов или законцовок, стабилизатора и килей имели одинаковую стреловидность 30 - 60 градусов.

Необходимо, чтобы передние и задние консоли крыла имели одинаковую площадь, а также чтобы имели одинаковую площадь и углы отклонения спойлеры, установленные на верхних поверхностях передних и задних консолей, а также одинаковую площадь и углы отклонения имели элероны и щелевые закрылки, установленные на каждой из консолей.

Предпочтительно, чтобы задняя кромка стабилизатора имела такую же стреловидность, что и передняя кромка стабилизатора.

Примечательно, что хвостовая часть обечайки двигателей имеет усечение и загиб по плоскости от задней тележки шасси до нижнего обреза сопел нижних двигателей для обеспечения достаточного тангажа на посадке.

Возможен вариант установки двигателей на пилонах в хвостовой части фюзеляжа, по схеме самолета Ил-62.

Отличием заявленного технического решения от известного является наличие в нем фюзеляжа с гермокабиной, носовая часть которой вместе с пилотской кабиной имеет возможность поворота на 90 градусов, дополнительно установленных в обечайке в хвостовой части фюзеляжа двигателей пакетным способом, воздухозаборника, установленного между гермокабиной и обечайкой двигателей, диаметр которого на 10-15% больше диаметра фюзеляжа, двух килей, установленных в хвостовой части фюзеляжа по левому и правому борту, с установочными углами относительно вертикальной оси самолета от 90 до 115 градусов, размещенный между килями управляемый стабилизатор с рулем высоты, имеющий возможность вращения вокруг передних лонжеронов задних консолей, проходящих внутри стабилизатора, при этом передние лонжероны задних консолей жестко соединены с левым и правым передними лонжеронами килей и жестко соединены между собой внутри стабилизатора, а задние лонжероны задних консолей жестко соединены с задними лонжеронами килей, которые не соединены между собой, причем передняя нижняя консоль крыла самолета закреплена корневой частью в нижней носовой части фюзеляжа, задняя верхняя консоль одного из крыльев прикреплена корневой частью к килю, расположенному справа по борту, а задняя верхняя консоль другого крыла - к килю, расположенному слева по борту, причем консоли закреплены на расстоянии 10-20% удлинения киля от его верхнего края, образуя на поверхности крыла и стабилизатора аэродинамический нож, при этом концевые части консолей жестко соединены между собой либо при помощи подкоса на расстоянии 10-20% удлинения консоли от ее конца, либо при помощи законцовки, образованной плавным загибом концов передней и задней консолей навстречу друг другу и жестко соединены между собой, шасси самолета выполнено в виде колесных тележек, расположенных по левому и правому борту, вдоль всего фюзеляжа с передней носовой стойкой. Следует отметить, что передние кромки передних и задних консолей, подкосов или законцовок, стабилизатора и килей имеют одинаковую стреловидность, равную 30-60 градусов, передние и задние консоли крыла имеют одинаковую площадь. Спойлеры, установленные на верхних поверхностях передних и задних консолей, имеют одинаковую площадь и углы отклонения. Элероны и щелевые закрылки, установленные на каждой из консолей, имеют одинаковую площадь и углы отклонения. Задняя кромка стабилизатора и передняя кромка стабилизатора имеют одинаковую стреловидность. Хвостовая часть обечайки двигателей имеет усечение и загиб по плоскости от задней тележки шасси до нижнего обреза сопел нижних двигателей.

Возможен вариант установки двигателей на пилонах в хвостовой части фюзеляжа по схеме самолета Ил-62.

Изобретение самолет "Сокол" поясняется чертежами, где изображено:
на фиг. 1 - самолет, вид сверху, (крыло с подкосом);
на фиг. 1А - самолет, вид сверху, (крыло с законцовкой);
на фиг. 2 - вид А на фиг. 1;
на фиг. 3 - вид спереди (крыло с подкосом);
на фиг. 4 - вид спереди (крыло с законцовкой);
на фиг. 5 - вид сбоку, (крыло с подкосом), и вид С (крыло с законцовкой);
на фиг. 6 - вид Б на фиг. 3;
на фиг. 7 - вид В на фиг. 5;
на фиг. 8 - общий вид.

Самолет содержит фюзеляж 1 (фиг. 1), пилотскую кабину 2, гермокабину 3 с носовой частью 4, систему крыльев, состоящую из двух передних нижних консолей 5 прямой стреловидности и двух задних верхних консолей 6 обратной стреловидности, два киля 7 - правый и левый, стабилизатор 8, руль высоты 9 на стабилизаторе, воздухозаборник 10, обечайка двигателей 11, спойлеры 12, щелевые закрылки 13, элероны 14, пакет 15 двигателей (фиг. 2), состоящий из трех или четырех двигателей, подкос 16 (фиг. 3 и 5) крыльев, законцовка 17 (фиг. 4 - 5) крыльев, передняя носовая стойка 18, основные тележки шасси 19, руль направления 20 (фиг. 5), передний лонжерон 21 (фиг. 6) задней верхней консоли 6, задний лонжерон 22 задней верхней консоли 6, передний лонжерон 23 киля 7, задний лонжерон 24 киля 7.

Новая конструкция планера самолета основана на применении нового принципа балансировки самолета по тангажу не через стабилизатор 8 как на существующих самолетах, а через заднее крыло 6, создающее положительную подъемную силу крыла, равную подъемной силе переднего крыла.

Управляемый стабилизатор 8 служит для обеспечения полета самолета с нулевым тангажом, т.е. с наименьшим лобовым сопротивлением фюзеляжа в полете. Рулем высоты 9, находящимся на стабилизаторе, осуществляется управление самолета по тангажу.

Раздвоенный киль 7 самолета имеет меньшую высоту по сравнению с современными самолетами подобного класса, а следовательно, меньшую парусность при боковом ветре на взлете и на посадке, что обеспечивает совместно с системой крыльев беспрепятственные взлеты и посадки с максимальными боковыми ветрами почти без ограничений.

Система крыльев, состоящая из четырех консолей: двух передних нижних консолей 5 прямой стреловидности и положительным углом поперечного V крыла, которые крепятся корневой частью к нижней носовой части фюзеляжа 1, и двух задних верхних консолей 6 обратной стреловидности и отрицательным углом поперечного V крыла, которые крепятся корневой частью одна к правому килю 7, другая к левому килю 7. Каждая из четырех консолей крыла имеет аэродинамическую крутку крыла (установочный угол атаки корневой нервюры равен трем градусам, а установочный угол атаки концевой нервюры равен минус полтора градуса) и геометрическую крутку крыла (длина концевой нервюры меньше длины корневой нервюры в три раза).

Такая система крыльев обеспечивает прирост удлинения крыла, в результате чего увеличивается аэродинамическое качество самолета. Соединение консолей в концевой части через подкос 16 или через законцовку 17, а также жесткий задел в корневой части передних лонжеронов 21 задних верхних консолей 6 и задних лонжеронов 22, за два киля 7, жесткое соединение передних лонжеронов задних консолей между собой внутри стабилизатора усиливает жесткость конструкции и надежность системы крыла и всего самолета.

Вся механизация крыла и элероны 14 расположены на консолях симметрично, имеют одинаковую площадь и одинаковые углы отклонения, при выпуске щелевых закрылков 13 одновременно на всех четырех консолях обеспечивается равномерное увеличение кривизны профиля крыла, это не вызывает появления пикирующего или кабрирующего момента, требующего перебалансировки самолета, а создает прирост подъемной силы, что легко парируется рулем высоты.

Спойлеры 12 симметрично расположены на верхних поверхностях передних нижних и задних верхних консолях, имеют одинаковую площадь и углы отклонения, синхронный выпуск спойлеров уменьшает подъемную силу крыла, что легко парируется рулем высоты и не требует перебалансировки самолета, спойлеры используются для торможения в воздухе при скоростном снижении с эшелона и на посадке для уменьшения дистанции пробега самолета.

Внутри фюзеляжа 1 расположена грузовая или пассажирская гермокабина 3, носовая часть 4, которая вместе с пилотской кабиной 2 имеет возможность поворота на 90 градусов и обеспечивает максимальный доступ в грузовую кабину по сечению фюзеляжа, при этом возможна контейнерная перевозка грузов и пассажиров.

В хвостовой части фюзеляжа пакетным способом установлены двигатели 15, по три или четыре двигателя. Двигатели 15 установлены в обечайке 11, между гермокабиной 3 и обечайкой 11 расположен воздухозаборник 10, диаметр которого на 10-15% больше диаметра фюзеляжа. Расстояние от гермокабины 3 до обечайки 11 рассчитывается в зависимости от суммарной тяги двигателей. Эта схема расположения двигателей позволяет значительно уменьшить коэффициент лобового сопротивления самолета, что также приводит к увеличению аэродинамического качества самолета.

Возможно использование схемы расположения двигателей самолета Ил-62.

Шасси 19 - "гусеничного" типа установлено вдоль фюзеляжа 1 по левому и правому борту, в виде колесных тележек, с передней носовой стойкой 18, которой осуществляется управление самолетом на земле при рулении. На удалении 25% длины фюзеляжа назад от центра тяжести самолета по левому и правому бортам самолета расположены две основные тележки 19А, жестко соединенные с фюзеляжем от поворота вокруг аммортстойки, вокруг этих тележек происходит разворот самолета, остальные основные тележки, расположенные вдоль левого и правого бортов, имеют возможность поворота вокруг аммортстойки для обеспечения разворота самолета. Количество тележек рассчитывается в зависимости от максимальной взлетной массы самолета. Такое шасси обеспечивает минимальную нагрузку на бетон аэродрома, достаточную маневренность самолета на земле и позволяет осуществлять перевозку больших грузов, весом до 500 т и более.

Аэродинамическое качество данного самолета за счет применения предлагаемой системы крыла увеличивается от 14-17 до 35 и более условных единиц. Это означает что любой современный самолет, доработанный по предложенной системе крыла, на том же топливе и на тех же двигателях, может преодолевать в два с лишним раза большие расстояния, тем самым себестоимость авиационной перевозки грузов и пассажиров приравнивается к себестоимости перевозки водного транспорта, при этом увеличивается надежность конструкции самолета и безопасность полетов.

По статистике авиационных катастроф мира около 75% связаны с изменением центровки самолета в полете, обледенением стабилизатора - знаменитый "КЛЕВОК" самолета, сваливанием самолета в "ШТОПОР".

Современный самолет можно сравнить с тележкой с одной осью и двумя колесами, чтобы везти на ней тяжелый груз приходится постоянно балансировать ее от опрокидывания вперед или назад, пилот постоянно балансирует самолет: размещением груза, выработкой топлива, стабилизатором, триммерами и рулем высоты.

Новую конструкцию самолета можно сравнить с тележкой с двумя осями и четырьмя колесами, везти на ней тяжелый груз на много проще, не нужна постоянная балансировка, повысилась надежность, безопасность, а главное этот самолет не боится "штопора".

Изобретение относится к авиации. Самолет содержит фюзеляж с гермокабиной, два крыла, установленный между двумя килями управляемый стабилизатор, двигатели, шасси. Каждое крыло состоит из двух консолей разной стреловидности, жестко соединенных между собой либо пилонами, либо подкосами на расстоянии 10-20% удлинения консоли от их конца. Передние консоли закреплены корневой частью в нижней передней части фюзеляжа, а задние консоли прикреплены корневой частью к соответствующему килю на расстоянии 10-20% удлинения киля от его верхнего края. Носовая часть кабины вместе с пилотской кабиной установлена с возможностью поворота на 90^o. В хвостовой части фюзеляжа имеется обечайка, в которой установлено три или четыре двигателя. Воздухозаборник расположен между кабиной и обечайкой. Стабилизатор установлен с возможностью вращения вокруг передних лонжеронов задних консолей, проходящих внутри него, жестко соединенных с передними лонжеронами килей и между собой. Задние лонжероны задних консолей жестко соединены с задними лонжеронами килей. Шасси выполнено с носовой и несколькими основными стойками, расположенными вдоль бортов самолета. Предложенная конструкция позволяет повысить устойчивость и управляемость ЛА на разных режимах полета, улучшить летные характеристики и повысить безопасность полета. 7 з.п.ф-лы, 9 ил.

1. Самолет, содержащий фюзеляж с кабиной, два крыла, каждое из которых состоит из передней нижней и задней верхней консолей, жестко соединенных между собой, при этом передняя нижняя консоль выполнена прямой стреловидности с положительным углом поперечного V крыла и закреплена корневой частью в нижней передней части фюзеляжа, а задняя верхняя консоль имеет обратную стреловидность крыла с отрицательным углом поперечного V крыла и закреплена корневой частью соответственно на одном из двух килей, установленных один по левому, другой по правому борту, между которыми расположены стабилизатор, двигатели, а также шасси, закрепленное на фюзеляже, отличающийся тем, что он снабжен обечайкой, расположенной в хвостовой части фюзеляжа, в которой установлено три или четыре двигателя, кабина выполнена герметичной пассажирской или грузовой, носовая часть которой вместе с пилотской кабиной установлена с возможностью поворота на 90^o, а между кабиной и обечайкой расположен воздухозаборник, стабилизатор выполнен управляемым с рулем высоты и установлен с возможностью вращения вокруг передних лонжеронов задних верхних консолей, проходящих внутри стабилизатора, жестко соединенных с передними лонжеронами килей и между собой внутри стабилизатора, а задние лонжероны задних верхних консолей жестко соединены с задними лонжеронами килей, каждая задняя верхняя консоль крыла закреплена корневой частью в верхней части соответствующего киля на расстоянии 10 - 20% удлинения киля от его верхнего края, при этом верхние и нижние консоли соединены между собой пилонами по торцам или подкосами на расстоянии 10 - 20% удлинения консоли от их конца, а шасси выполнено с носовой и несколькими основными стойками, расположенными вдоль бортов самолета. 2. Самолет по п.1, отличающийся тем, что передние кромки передних нижних и задних верхних консолей крыла, подкосов и законцовок, стабилизатора и килей выполнены с одинаковой стреловидностью 30 - 60^o. 3. Самолет по п. 1, отличающийся тем, что передние нижние и задние верхние консоли крыла выполнены одинаковыми по площади. 4. Самолет по п. 1, отличающийся тем, что на каждой из консолей установлены элерон и щелевые закрылки, имеющие одинаковую площадь и одинаковые углы отклонения. 5. Самолет по п. 1, отличающийся тем, что на верхних поверхностях передних нижних и задних верхних консолей установлены спойлеры одинаковой площади с одинаковыми углами отклонения. 6. Самолет по п.1, отличающийся тем, что задняя и передняя кромки стабилизатора выполнены с одинаковой стреловидностью. 7. Самолет по п.1, отличающийся тем, что хвостовая часть обечайки двигателей выполнена с усечением. 8. Самолет по п.1, отличающийся тем, что двигатели установлены на пилонах.