ЭКРАНОПЛАН Российский патент 2004 года по МПК B60V1/08 

Изобретение относится к судостроению, в частности к аппаратам на динамической воздушной подушке - экранопланам, и направлено на улучшение их взлетно-посадочных характеристик.

Существующие экранопланы движутся с большой скоростью (до 500 км/ч) над водной поверхностью на малой высоте (≈0,5÷10 м) и поэтому посадка происходит в очень короткое время, после того как водитель принял решение о посадке и начал снижать скорость до посадочной, т.е. до той, при которой любой из элементов экраноплана начинает касаться воды. Следует отметить, что касание экранопланом воды на отрицательных углах дифферента или с креном может привести к аварийной ситуации, иногда заканчивающейся тяжелыми последствиями.

Существующие формы подводной части экранопланов выполнены таким образом, что на них возникают гидродинамические силы, воздействующие на экраноплан по разному, в зависимости от угла дифферента и крена, волнения моря и т.д. что требует особого внимания водителя в процессе посадки. При этом следует иметь ввиду, что на посадочных скоростях воздействие аэродинамических органов управления (а других на существующих экранопланах нет) является малоэффективным из-за низких скоростей пробега по воде и не приводит к желаемому результату. Среди существующих авторских свидетельств и патентов на экранопланы имеются патенты 1786768 и 2094265 на посадочные устройства, направленные на снижение ударов воды о корпус за счет установки на экраноплане так называемых пневмобаллонов изготовленных из эластичного материала и заполненные воздухом под небольшим избыточным давлением и которые располагаются по всей длине корпуса. Имеется система регулирования для поддержания давления при ударе о воду.

Такая система требует постоянного вмешательства водителя или автоматической системы управления для поддержания работоспособности пневмобаллонов. Ввиду небольшой прочности существующих эластичных материалов эта конструкция практически неприменима для экранопланов большого водоизмещения.

В патенте 94044419 (П2073343) предусматривается корпус с глиссирующими обводами и поперечным реданом, расположенным перед центром масс на расстоянии В/2, где В - ширина корпуса.

Такая конструкция обеспечивает восприятие первого удара реданом, причем вся сила передается на корпус, и возникает значительный изгибающий момент, приводящий, как следствие этого, к большой массе корпуса. Кроме того, после первого удара действуют следующие силы, которые могут воздействовать на любой район днища, что при расчетах прочности приводит к еще большему увеличению массы корпуса. Поддержание постоянного угла дифферента или крена в этой компановке невозможно и также не исключаются аварийные ситуации при больших углах дифферента.

Как средство улучшения взлетно-посадочных характеристик экранопланов можно, наряду с вышеизложенными устройствами, рассматривать и специальный гидролыжный амортизированный комплекс, расположенный на днище экраноплана в районе ЦТ.

В книге ″Экранопланы. Особенности теории и проектирования″. - СПб.: Судостроение, 2000, в разделе 8.4. "Посадка" (с. 177) написано: “Гидролыжное устройство как средство механизации при посадке предназначается для того, чтобы воспринимать ударные нагрузки от воздействия волн, передавать их на корпус, уменьшать скорость начала контакта корпуса и его частей с водой, сокращать дистанцию и время пробега, демпфировать колебания по крену, дифференту и высоте”. На с. 33 рис.31 изображено лыжно-амортизационное устройство экраноплана, которое состоит из гидролыжи 1, колес 2, гидроцилиндров 3 выпуска и уборки колес, гидроцилиндров 4 выпуска и уборки гидролыжи. В описании приведена лишь гидролыжа, которая должна уменьшать удары в корпус (рис. 95-97), ее расположение и характеристики не связаны с основными характеристиками экраноплана.

Предметом настоящего изобретения является экраноплан, который после касания воды производит дальнейшее движение автоматически в безопасном для экраноплана режиме. Это преимущество достигается комплексом посадочных устройств, их взаимным расположением и размерами, связанными с размерами и посадочной скоростью экраноплана.

Рассмотрим экраноплан обычной схемы, состоящий из корпуса, основного крыла с концевыми шайбами, вертикального и горизонтального оперений, маршевой и поддувной силовых установок.

Для уменьшения сопротивления на взлете корпус выполнен в подводной части плоскокилеватой формы со срывниками и реданами, обеспечивающими снижение сопротивления на больших скоростях. Для посадки на днище создаются посадочные устройства, которые не должны ухудшать взлетные качества. Это прежде всего гидролыжа шириной 0,4-0,8 В, где В - ширина корпуса по скуле в районе расположения гидролыжи, и длиной 0,04-0,08 L, где L - теоретическая длина корпуса. Внешние обводы гидролыжи повторяют обвод корпуса в районе ее расположения. Высота гидролыжи определяется условиями обеспечения ее прочности. Во взлетном положении гидролыжа находится в специальном вырезе корпуса заподлицо с корпусом.

В этом положении между лыжей и корпусом по всей поверхности контакта располагаются амортизаторы, обеспечивающие упругий контакт по линии лыжа - корпус, при этом частота колебаний системы лыжа - амортизатор должна превышать первые 3 упругие тона колебаний корпуса.

В посадочной конфигурации лыжа одним или двумя гидроцилиндрами переводится в выпущенное положение, т.е. угол поверхности гидролыжи с корпусом в этом случае будет составлять 30-50°. Для возможности воспринимать удары в выпущенном положении гидролыжа поддерживается гидроцилиндрами-амортизаторами, которые при ударе, равном расчетному, должны воспринимать его при 80-90% хода цилиндра-амортизатора.

Частота колебаний системы “гидролыжа-цилиндр-амортизатор” должна быть не менее 1,25-1,5 от частоты упругих колебаний корпуса I тона.

Шарнир гидролыжи располагается на 0,05-0,1 L в нос от точки пересечения линии середины аэродинамических хорд крыла с диаметральной плоскостью. В выпущенном положении на лыже возникают вертикальная подъемная и горизонтальная силы. Эти силы в сумме дают момент, дифферентующий аппарат на корму, где на расстоянии (0,7-0,8) L от носа располагается кормовой редан.

Кормовой редан занимает всю ширину корпуса и имеет высоту 0,05-0,2 В. Движение экраноплана, как правило, происходит с нулевым или положительным дифферентом.

В некоторых случаях для восприятия редко возникающего дифферента на нос на расстоянии 0,2-0,3 L от носа располагается носовой редан, имеющий высоту 0,05-0,2 В и ширину, равную 30-100% ширины корпуса в месте расположения редана.

Для экраноплана с отношением L/H>10 целесообразно носовой редан выполнить амортизированным таким образом, чтобы частота колебаний носового редана превышала более чем на 15% частоту упругих колебаний корпуса III тона.

Для экраноплана со значительной посадочной скоростью может быть реализован корпус с жесткой лыжей по всей длине экраноплана, имеющей ширину 0,2-0,45 от ширины корпуса на миделе и высоту 0,1-0,3 от ширины лыжи, протяженность которой составляет длину от носа до кормового редана. Угол килеватости глиссирующей части гиидролыжи 0-10°. Носовой редан и амортизированная гидролыжа в этом случае выполняется шириной, равной ширине гидролыжи.

Вышеописанная конструкция изображена на чертежах.

На фиг. 1 изображен корпус с днищем килеватой конструкции 1 с амортизированной гидролыжей 2 и кормовым реданом 3. Гидролыжа в полетном режиме убирается в вырез в корпусе 4 и выпускается в посадочное положение гидроцилиндром 5.

На фиг. 2 более подробно изображена конструкция самой гидролыжи.

Кроме обозначенных элементов, на фиг. 2 дополнительно указаны: 6 - носовой шарнир гидролыжи, 7 - амортизаторы, работающие на взлетном режиме, 8 - подкрепление под амортизаторы на корпусе, 9 - верхнее крепление гидроцилиндра на корпусе, 10 - крепление гидроцилиндра на лыже.

На фиг. 3 изображен вариант днища с жесткой гидролыжей и носовым реданом.

На фиг. 3 дополнительно изображены: 11 - жесткая гидролыжа, идущая от носа до кормового редана, 12 - носовой редан.

На фиг. 4 изображен вариант амортизированного носового редана: 13 - конструкция амортизированного носового редана, 14 - ниша в корпусе под носовой редан, 15 - выпускное амортизационное устройство, 16 - носовой шарнир.

Предлагаемая конструкция экраноплана обеспечивает безопасную посадку следующим образом. В полете главная гидролыжа поджата и не создает дополнительного аэродинамического сопротивления. После принятия решения о посадке пилот одновременно начинает снижать скорость полета и выпускать гидролыжу. При выпуске гидролыжи пилот ощущает начало касания воды и, следовательно, начало посадки, т.к. на малых высотах оценить отстояние экраноплана от воды затруднительно. После получения сигнала о касании пилот уменьшает обороты или отключает тяговые двигатели, переводит органы управления в посадочное положение, и дальнейшая посадка происходит в режиме глиссирования на гидролыже, которая является одним из основных стабилизирующих элементов практически без вмешательства пилота в управление.

При воздействии на гидролыжу большой гидродинамической силы она вызывает горизонтальную составляющую - силу сопротивления и вертикальную - подъемную силу, которые или дают нулевой, или небольшой момент, дифферентующий экраноплан на корму, и дальнейшее движение происходит или на главной гидролыже, или на главной гидролыже и кормовом редане. Через небольшое время скорость падает, площадь контакта гидролыжи с водой увеличивается, гидродинамические силы, действующие на гидролыжу, отклоняют ее на небольшой угол, и дальнейшее движение происходит с выпущенной гидролыжей, т.е. со значительным сопротивлением. За счет этого происходит быстрое снижение скорости, и посадка происходит в короткое время. В переходном режиме движение на гидролыже происходит с углом дифферента, близким к нулю, на волнении возможен удар в кормовую часть за лыжей и, как следствие, возникновение момента, дифферентующего экраноплан на нос. В этих редких случаях происходит касание воды носовым реданом и за счет возникновения подъемных сил возврат экраноплана в положение с дифферентом на корму. Т.е. после касания гидролыжей поверхности воды посадка происходит автоматически без вмешательства пилота и безопасно, т.к. все время поддерживается дифферент на корму, а встреча с водой происходит только с элементами экраноплана, приспособленными для восприятия гидродинамических сил. При возникновении крена его устраняют силы, возникающие на реданах шайб крыла.

Таким образом, предлагаемая конструкция экраноплана обеспечивает автоматическую безопасную посадку, короткий послепосадочный пробег и снижение величины и количества ударов при посадке. Сравнение долговечности конструкций экраноплана при посадке с гидролыжей и без нее на волне показывает, что долговечность конструкции корпуса при использовании гидролыжи увеличивается.

Изобретение относится к транспортным средства на динамической воздушной подушке и касается создания экранопланов с шасси для взлета и посадки на водную поверхность. Экраноплан имеет подводную часть, выполненную в виде килеватого тела с переменной килеватостью по длине, с углом килеватости 40-70° в носовой части и углом килеватости 10-20° на расстоянии 0,5-0,75L от носового перпендикуляра. Подводная часть имеет первый редан на расстоянии 0,01-0,05L в нос от точки пересечения линии середины аэродинамических хорд крыла с диаметральной плоскостью. В средней части корпуса расположена гидролыжа с размерами в плане шириной в=0,25-0,6 Вск (Вск - ширина корпуса по скуле) и длиной l=0,05-0,08L (L - теоретическая длина), шарнирно закрепленная в носовой части к жестким элементам корпуса. На расстоянии 0,6-0,71 от шарнира располагаются цилиндры-амортизаторы, осуществляющие выпуск и уборку лыжи в нижнее положение до угла 30-50° и в верхнее положение, чтобы нижняя поверхность лыжи была заподлицо с обводами корпуса в этом районе. Амортизационные свойства обеспечивают собственную частоту системы “гидролыжа-цилиндр-амортизатор”, на 15-20% отличающуюся в любую сторону от частоты упругих колебаний экраноплана I тона. На верхней поверхности гидролыжи расположены несколько амортизаторов, в поджатом положении упирающихся в опорные площадки, жестко закрепленные на жестких связях корпуса. Суммарная жесткость всех амортизаторов такова, что частота системы “гидролыжа-амортизатор” превышает не менее чем на 20% частоту третьего тона упругих колебаний корпуса ν_гл>1,2_IIIк.. Второй редан расположен на расстоянии 0,65-0,75L, имеет высоту h=0,15-0,25 Вск и ширину на полную ширину корпуса в этом районе и выполнен как часть конструкции корпуса. На нижней поверхности концевых шайб крыла выполнены по 3-4 редана, на примерно равных расстояниях по длине шайбы и имеющих высоту 0,8-1,2 от ширины шайбы. Технический результат реализации изобретения заключается в обеспечении автоматической безопасной посадки, короткого послепосадочного пробега и в снижении величины и количества ударов при посадке экраноплана. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Экраноплан, состоящий из корпуса, крыльев с концевыми шайбами, вертикальным и горизонтальным оперениями, маршевой и стартовой силовыми установками, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности при посадке и сокращения пробега, подводная часть экраноплана выполнена в виде килеватого тела с переменной килеватостью по длине, с углом килеватости 40-70° в носовой части и углом килеватости 10-20° на расстоянии 0,5-0,75L от носового перпендикуляра и снабжена реданами - первый на отстоянии 0,01-0,05L в нос от точки пересечения линии середины аэродинамических хорд крыла с диаметральной плоскостью, а в средней части корпуса расположена гидролыжа с размерами в плане шириной в=0,25-0,6 Вск (Вск - ширина корпуса по скуле) и длиной l=0,05-0,08L (L - теоретическая длина), шарнирно закрепленная в носовой части к жестким элементам корпуса, при этом на расстоянии 0,6-0,71 от шарнира располагаются цилиндры-амортизаторы, осуществляющие выпуск и уборку лыжи в нижнее положение до угла 30-50° и в верхнее положение, чтобы нижняя поверхность лыжи была заподлицо с обводами корпуса в этом районе и с амортизационными свойствами, обеспечивающими собственную частоту системы “гидролыжа-цилиндр-амортизатор”, на 15-20% отличающуюся в любую сторону от частоты упругих колебаний экраноплана I тона, на верхней поверхности гидролыжи располагаются несколько амортизаторов, в поджатом положении упирающихся в опорные площадки, жестко закрепленные на жестких связях корпуса, суммарная жесткость всех амортизаторов должна быть такой, чтобы частота системы “гидролыжа-амортизатор” превышала не менее чем на 20% частоту третьего тона упругих колебаний корпуса ν_гл>1,2_IIIк., второй редан располагается на расстоянии 0,65-0,75L, имеет высоту h=0,15-0,25 Вск и ширину на полную ширину корпуса в этом районе и выполнен как часть конструкции корпуса, кроме того, на нижней поверхности концевых шайб крыла выполнены по 3-4 редана, на примерно равных расстояниях по длине шайбы и имеющих высоту 0,8-1,2 от ширины шайбы.2. Экраноплан по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения безопасности посадки в нерасчетных положениях на 0,1-0,15L от носа располагается носовой редан с шириной до 0,5 Вск, углом к основной линии α=10-20° и высотой редана 0,05-0,1 Вск.3. Экраноплан по п.1, отличающийся тем, что для уменьшения силы удара и растяжения ее действия по времени по длине экраноплана до 0,75L днище выполнено с постоянной жесткой гидролыжей шириной 0,25-0,4 Вск, высотой 0,2-0,3 Вск и углом килеватости 0-10°, являющейся конструкцией корпуса, причем реданы и амортизированная гидролыжа выполняются шириной, равной ширине жесткой гидролыжи.4. Экраноплан по п.1, отличающийся тем, что носовой редан выполнен с переменной высотой выпуска и амортизирован так, чтобы частота колебаний его в выпущенном состоянии была больше, чем частота упругих колебаний корпуса III тона, а высота выпуска обеспечивала угол α=30-40° к основной линии.