САМОЛЕТ-АМФИБИЯ Российский патент 2004 года по МПК B64C35/02 B64C35/00 

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано при разработке гидросамолетов и самолетов-амфибий.

Известны гидросамолеты, содержащие корпус лодки, крыло, хвостовое оперение и силовую установку. Это гидросамолеты классических компоновок, в которых корпус лодки и (или) поплавков имеет прямые поперечные реданы или реданы с обратной стреловидностью. Гидродинамическая подъемная сила у них возникает на днище корпуса самолета, а также на поплавках. Крыло в создании гидродинамических сил не участвует.

Для гидросамолетов классических компоновок характерно следующее.

“Систематические наблюдения за поведением обычных моделей при испытании их в бассейне на постоянных скоростях показывают, что колебания моделей в большинстве случаев возникают на скоростях, близких к скорости отрыва второго редана, и, как правило, исчезают по мере увеличения скорости буксировки (при глиссировании на одном редане)”. (“Справочник авиаконструктора”, том II, стр. 241, Гидромеханика самолета, издание ЦАГИ, 1938).

“В случае глиссирования на одном редане по мере увеличения скорости гидросамолет приобретает тенденцию к продольным колебаниям, что может быть вызвано происходящим при этом уменьшением угла атаки” (“Справочник авиаконструктора”, том II, стр. 242, Гидромеханика самолета, издание ЦАГИ, 1938).

Известен самолет-амфибия по патенту RU №2135394 (наиболее близкий аналог, принятый за прототип), содержащий корпус лодки с поперечными реданами обратной стреловидности, водоизмещающее крыло, хвостовое оперение и силовую установку. Самолет имеет “трехточечную” схему глиссирования, в которой при движении по воде несущие смоченные участки образуются на днище перед поперечным реданом (прямым или обратной стреловидности), расположенным впереди от центра тяжести самолета и у задних кромок крыла. Эта схема глиссирования сохраняется во всем диапазоне скоростей глиссирования, вплоть до отрыва самолета от поверхности воды, обеспечивая повышенную или даже избыточную устойчивость.

Эта компоновка имеет ряд недостатков: мореходность понижена из-за больших вертикальных перегрузок, возникающих вследствие значительного избытка несущих глиссирующих поверхностей, так как даже на небольшом волнении в соприкосновении с водой приходит значительная часть нижней поверхности низкорасположенного крыла. По этой же причине - большой прирост гидродинамического сопротивления на волнении, сильное брызгообразование. Избыточная устойчивость препятствует попыткам увеличить угол атаки самолета рулем высоты в диапазоне предвзлетных скоростей с целью сокращения взлетной дистанции.

Задачей заявленного изобретения является создание самолета-амфибии с повышенными мореходными и взлетно-посадочными свойствами.

Технический результат достигается тем, что в самолете-амфибии, содержащем корпус лодки по крайней мере с одним реданом, редан выполнен прямой стреловидности в пределах угла 10-60° относительно базовой плоскости самолета-амфибии по задней кромке редана.

Смоченное пятно, создающееся перед реданом прямой стреловидной формы, при равной площади по сравнению с любым другим имеет наибольшие длину и ширину. Это приводит к возникновению больших статических восстанавливающих моментов в режиме глиссирования, а также обеспечивает лучшее демпфирование продольных и поперечных колебаний по сравнению с прямым поперечным реданом и тем более по сравнению с реданом обратной стреловидности. Увеличение угла атаки вследствие каких-либо дестабилизирующих воздействий (например, порыва ветра) приводит к изменению формы смоченного пятна перед реданом прямой стреловидности, вследствие чего равнодействующая гидродинамических сил перемещается назад, создавая противодействующий возмущающему воздействию момент. При уменьшении угла атаки аналогично создается восстанавливающий момент, возвращающий самолет-амфибию в положение равновесия. Поскольку все моменты пропорциональны продольному размеру смоченного пятна, постольку для редана прямой стреловидной формы восстанавливающие моменты больше, чем для реданов с другими формами, чем и обеспечивается улучшение продольной и поперечной устойчивости движения гидросамолета в режиме глиссирования. Диапазон углов стреловидности редана, при котором достигается технический результат, был определен в процессе буксировки моделей самолетов-амфибий.

Кроме того, редан прямой стреловидной формы обеспечивает минимальное глиссирующее удлинение по сравнению с другими формами и поэтому создает возможность уменьшения гидродинамического сопротивления.

Заявляемый самолет-амфибия поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид самолета-амфибии сбоку; на фиг.2 - днище самолета-амфибии; на фиг.3 - форма смоченного пятна, вид сбоку; на фиг.4 - форма смоченного пятна, вид снизу.

Самолет-амфибия имеет фюзеляж 1, на килеватом днище 2 которого выполнен поперечный редан 3 в плане прямой стреловидности с углом стреловидности γ=23,86° относительно базовой плоскости самолета-амфибии по задней кромке редана.

Самолет-амфибия работает следующим образом. При разгоне самолета-амфибии по воде на скорости выше 0,3 взлетной происходит отрыв потока воды от задней стенки редана 3, выполненного на днище 2, при этом перед реданом 3 образуется смоченное пятно, обеспечивающее уменьшенное гидродинамическое сопротивление.

Прямая в плане стреловидная форма редана была отработана на буксируемых моделях самолета-амфибии, а затем опробована во время пробных пробежек по воде экспериментального самолета-амфибии СА-20П. Угол стреловидности редана был подобран в процессе буксировки моделей самолетов-амфибий. Испытания подтвердили заявляемые гидродинамические характеристики.

Буксировочное устройство имело возможность менять направление приложения тянущего усилия по высоте во время буксировки, что позволило имитировать возмущающие моменты на кабрирование/пикирование для оценки степени продольной статической устойчивости модели. Кроме того, буксировочные испытания проводились при различном волнении, что позволяет судить о мореходных качествах самолета. Модель продемонстрировала устойчивый характер движения во всем диапазоне скоростей буксировки вплоть до предвзлетных. Угол атаки α модели во всем диапазоне скоростей глиссирования был равен 6°.

Изобретение относится к авиационной технике и касается создания гидросамолетов и самолетов-амфибий. Самолет-амфибия содержит корпус лодки по крайней мере с одним реданом. Редан выполнен прямой стреловидности в пределах угла 10-60° относительно базовой плоскости самолета-амфибии по задней кромке редана. Технический результат реализации изобретения заключается в повышении мореходных и взлетно-посадочных характеристик самолета-амфибии. 4 ил.

Самолет-амфибия, содержащий корпус лодки по крайней мере с одним реданом, отличающийся тем, что редан выполнен прямой стреловидности в пределах угла 10-60° относительно базовой плоскости самолета-амфибии по задней кромке редана.