Изобретение относится к транспортным средствам на динамической воздушной подушке, в том числе образуемой путем поддува под несущую поверхность (крыло) струй от воздушного движителя, таким как экранопланы, экранолеты, аппараты на воздушной подушке, в том числе скегового типа, аэросани и др.
Из уровня техники известны экранопланы и экранолеты, выполненные по схеме "составное крыло", состоящего из центроплана, оснащенного рабочей механизацией, и подсоединенных к нему консолей.
Так, в описании изобретения к патенту РФ №2099217, МПК B 60 V 1/08, В 64 С 39/00, 25/54, 25/56, авторы Жуков В.Г., Колганов В.В., Надров Б.М., дата публикации 20.12.1997 года, [1], представлен экранолет, содержащий фюзеляж, составное крыло, состоящее из центроплана и консолей, оперение, аэродинамические шайбы, по меньшей мере, один воздушный движитель, соединенный с двигателем и расположенный перед центропланом, который оснащен механизацией, выполнен с обратной стреловидностью по задней кромке, с отрицательным углом поперечного "V", а проекция средней аэродинамической хорды консолей на продольную ось экраноплана расположена между центром масс и задней кромкой центроплана.
Однако в описании изобретения [1] не представлены сведения, касающиеся геометрических параметров компоновки экранолета, что затрудняет его использование с достижением приемлемой устойчивости и управляемости без применения систем автоматического управления (САУ), демпфирования (САД) и других подобных систем при движении экранолета как вблизи опорной поверхности (экрана) на высотах действия экранного эффекта, так и вне зоны действия экранного эффекта.
В описании изобретения к патенту РФ №2076816, МПК B 60 V 1/08, автор Синицын Д.Н. и другие, дата публикации 10.04.1997 года, [2], представлен экраноплан, содержащий фюзеляж, составное крыло, состоящее из центроплана, оснащенного рабочей (взлетно-посадочной) механизацией, и консолей, оперение, аэродинамические шайбы, по меньшей мере, один воздушный движитель, соединенный с двигателем. В изобретении для повышения эффективности экраноплана и достижения им высоких экономических характеристик предлагается составное крыло выполнять с общим удлинением λ=l2/(SЦП+2SK)=4...5 при удлинении центроплана λЦП=lЦП 2/SЦП=1,5...2,5, каждой консоли λЦП=lK 2/SK=1,5...3,0 и отношении площади консолей к площади центроплана 2SК/SЦП=0,2...0,35.
Однако на одинаковых геометрических высотах и при равной площади крылья меньшего удлинения обладают более высокими демпфирующими характеристиками по высоте, пропорциональными производной подъемной силы по высоте. Это позволяет достигать на экранопланах с малым удлинением центроплана на одинаковой геометрической высоте над опорной поверхностью (экраном) лучшие характеристики устойчивости, чем на экранопланах такого же веса с компоновкой, представленной в изобретении [2], при сохранении высоких аэродинамических характеристик, а также выполнять экранопланы с меньшим взлетным весом.
В патенте РФ к изобретению №2127203, МПК B 60 V 3/08, 1/08, В 64 С 9/14, авторы Колганов В.В. и Сергеев В.Г., дата публикации 10.03.1999 года, [3], представлена механизация несущей поверхности транспортного средства на динамической воздушной подушке, содержащая крыло с установленным перед ним, по меньшей мере, одним воздушным движителем, соединенным с двигателем, канал в носовой части крыла со створками для перекрытия входа и выхода канала, причем в любом продольном сечении носка крыла кромки канала на верхней поверхности расположены ближе к носку крыла, чем соответствующие кромки канала на нижней поверхности, и образованием в носке крыла предкрылка, при этом каждая из створок оснащена приводом ее перемещения.
Недостатком изобретения [3] является недостаточно полное использование импульса направляемой на поддув струи воздушного движителя для увеличения подъемной силы и управления подъемной силой и моментом тангажа транспортного средства на динамической воздушной подушке вследствие кинематических ограничений перемещения предкрылка и створок щитков, выполненных в виде жалюзи.
В качестве наиболее близкого аналога настоящего изобретения принято устройство, представленное в описании изобретения к патенту РФ №2076816.
Решаемой в изобретении задачей является достижение высоких летно-технических характеристик и расширение функциональных возможностей экраноплана, выполнение экраноплана обладающего устойчивостью и управляемостью на разных режимах движения, достигаемой при отсутствии системы автоматического управления (САУ) и демпфирования (САД), при высоком соотношении крейсерской скорости к скорости отрыва от поверхности.
Технический результат заключается в обеспечении устойчивости, управляемости и маневренности экраноплана, в том числе легкого, без системы автоматического управления (САУ) и демпфирования (САД), как при движении в зоне действия экранного эффекта в широком диапазоне скоростей, так и в самолетных режимах движения вне зоны действия экранного эффекта, а также достижение высокой величины соотношения между крейсерской скоростью полета экраноплана и скоростью отрыва его от опорной поверхности, над которой экраноплан движется.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Экраноплан, как и в наиболее близком аналоге [2], содержит фюзеляж, составное крыло, состоящее из центроплана и консолей, оперение, аэродинамические шайбы, по меньшей мере, один воздушный движитель, соединенный с двигателем и расположенный перед центропланом, оснащенным рабочей механизацией, но в отличие от наиболее близкого аналога [2], центроплан выполнен с обратной стреловидностью по задней кромке и с отрицательным углом поперечного "V", проекция средней аэродинамической хорды каждой консоли на продольную ось экраноплана расположена между центром масс и задней кромкой средней аэродинамической хорды центроплана, механизация передней кромки центроплана выполнена в виде канала в носовой части со створками для перекрытия входа и выхода канала, причем в любом продольном сечении носка центроплана кромки канала на верхней поверхности расположены ближе к носку центроплана, чем соответствующие кромки канала на нижней поверхности, с образованием предкрылка при рабочей конфигурации центроплана, соответствующей открытому положению входа и выхода канала, а каждая створка содержит, по меньшей мере, одну панель с приводом ее перемещения, при этом:
удлинение составного крыла λ=l2/(SЦП+2SK)2,5;
удлинение центроплана 0,5≤λЦП=lцп 2/SЦП≤0,9;
относительная площадь консолей 0,3≤2SК/SЦП≤0,6;
продольный статический момент горизонтального оперения и консолей 0,25≤А=(LГОSГО+2LКSК)/ВАЦПSЦП≤0,45;
статический момент консолей 0,06≤АК=2LКSК/BАЦПSЦП≤0,11,
где:
l=lЦП+2lК, lЦП, lK - размах соответственно составного крыла экраноплана, центроплана и консоли;
SЦП, SK, SГО - площадь при виде в плане соответственно центроплана, консоли и горизонтального оперения;
LГО, LK - плечи горизонтального оперения и консолей, равные проекции на продольную ось экраноплана расстояния от центра масс экраноплана до 0,25 средней аэродинамической хорды соответственно горизонтального оперения и консолей;
ВАЦП - средняя аэродинамическая хорда центроплана.
Экраноплан характеризуется тем, что, по меньшей мере, один воздушный движитель оснащен средством отклонения струи газа относительно центроплана.
При этом по меньшей мере один воздушный движитель совмещен с двигателем.
Экраноплан характеризуется тем, что при рабочей конфигурации центроплана предкрылок механизации передней кромки образован путем перемещения, по меньшей мере, одной из панелей верхней створки.
Экраноплан характеризуется тем, что, по меньшей мере, одна из панелей нижней створки соединена с передней кромкой канала на нижней поверхности центроплана с возможностью ее фиксации, и/или демпфирования или свободного перемещения относительно предкрылка.
Экраноплан характеризуется также тем, что, по меньшей мере, одна из панелей нижней створки соединена с задней кромкой канала на нижней поверхности центроплана с возможностью ее фиксации, и/или демпфирования или свободного перемещения относительно центроплана.
При этом предкрылок выполнен с возможностью перемещения вместе с отклоненными панелями верхней и нижней створок.
Экраноплан характеризуется тем, что механизация задней кромки центроплана выполнена в виде щитка или закрылка.
При этом закрылок выполнен двухзвеньевым, причем второе звено выполнено с возможностью перемещения вверх и вниз относительно первого звена.
Кроме того, механизация задней кромки разделена по размаху на секции, каждая из которых оснащена собственным приводом перемещения, причем привод, по меньшей мере, одного из звеньев механизации задней кромки центроплана выполнен с возможностью демпфирования.
Экраноплан характеризуется тем, что он оснащен, по меньшей мере, одним передним щитком, размещенным между панелями нижних створок механизации передней кромки центроплана.
Экраноплан характеризуется также тем, что он оснащен, по меньшей мере, одним задним щитком, размещенным между секциями механизации задней кромки центроплана.
Экраноплан характеризуется тем, что консоли оснащены элеронами, а также механизацией передней и/или задней кромки. При этом по меньшей мере, одна из секций механизации каждой консоли выполнена в виде зависающего элерона.
Экраноплан характеризуется тем, что аэродинамические шайбы оснащены плоскими полозами, которые могут быть соединены с аэродинамическими шайбами с возможностью их перемещения и демпфирования.
Экраноплан характеризуется также тем, что аэродинамические шайбы выполнены в виде поплавков и/или скегов.
Представленные признаки необходимы и достаточны для получения всех указанных технических результатов, причем при исключении из независимого пункта формулы изобретения хотя бы одного из признаков невозможно достичь всех указанных технических результатов, а включенные в зависимые пункты формулы признаки приводят к усилению и развитию, по меньшей мере, одного из указанных технических результатов.
Выполнение экраноплана содержащим, как и в наиболее близком аналоге [2], фюзеляж, составное крыло, состоящее из центроплана и консолей, оперение, аэродинамические шайбы, по меньшей мере, один воздушный движитель, соединенный с двигателем и расположенный перед центропланом, оснащенным механизацией, позволяет достичь высоких эксплуатационных, аэродинамических и летно-технических характеристик.
Выполнение экраноплана содержащим, в отличие от наиболее близкого аналога [2], центроплан с удлинением 0,5≤λЦП=lЦП 2/SЦП≤0,9, с обратной стреловидностью по задней кромке и с отрицательным углом поперечного "V", среднюю аэродинамическую хорду консоли, проекция которой на продольную ось экраноплана расположена между центром масс и задней кромкой САХ центроплана, составное крыло удлинением λ=l2/(SЦП+2SK)≥2,5, относительной площадью консолей 0,3≤2SK/SЦП≤0,6, с продольным статическим моментом консолей и оперения относительно поперечной оси экраноплана, равным 0,25≤A=(LГОSГО+2LKSК)/BАЦПSЦП≤0,45, в том числе со статическим моментом консолей 0,06≤АК=2LКSК/BАЦПSЦП≤0,11, где: l=lЦП+2lК, lЦП, lK - размах составного крыла экраноплана, центроплана и консоли, SЦП, SK, SГО - площадь при виде в плане соответственно центроплана, консоли и горизонтального оперения, LГО, LK - плечи горизонтального оперения и консолей, равное расстоянию от центра масс экраноплана до 0,25 средней аэродинамической хорды соответственно горизонтального оперения ВАГО и консолей ВАК; ВАЦП - средняя аэродинамическая хорда центроплана - обеспечивает, по сравнению с наиболее близким аналогом [2], достижение более высоких аэродинамических характеристик на одинаковой геометрической высоте при равной площади центроплана, и достижение устойчивости и управляемости без САУ и САД при движении как в зоне действия экранного эффекта, так и на высотах вне зоны действия экранного эффекта в широком диапазоне скоростей, т.е. расширяет функциональные возможности экраноплана.
Размещение, по меньшей мере, одного воздушного движителя перед центропланом обеспечивает возможность достижения амфибийности путем создания высокой аэродинамической разгрузки при поддуве струй от воздушного движителя под центроплан, что делает возможным движение на воздушной подушке, позволяет снизить взлетные и посадочные скорости, уменьшить площадь омываемой поверхности на глиссировании и, следовательно, снизить гидродинамические нагрузки на конструкцию при взлете и посадке. При этом оснащение воздушного движителя экраноплана средством наклона струи газа воздушного движителя позволяет регулировать величину аэродинамической разгрузки и тем самым расширить возможные режимы движения экраноплана, т.е. расширить функциональные возможности экраноплана.
Оснащение центроплана механизацией задней и/или передней кромки обеспечивает уменьшение скорости отрыва от поверхности экраноплана или посадки, что снижает гидродинамические нагрузки на экраноплан.
Выполнение механизации передней кромки центроплана в рабочей конфигурации в виде канала в носовой части со створками для перекрытия входа и выхода канала таким образом, что в любом продольном сечении носка центроплана кромки канала на верхней поверхности расположены ближе к носку центроплана, чем соответствующие (то есть находящиеся на одной поверхности стенки канала) кромки канала на нижней поверхности с образованием предкрылка при рабочей конфигурации центроплана, и выполнение каждой створки содержащей, по меньшей мере, одну панель с приводом ее перемещения обеспечивает в рабочей конфигурации направление струй от впереди расположенных воздушных движителей под центроплан и увеличивает эффективность поддува как за счет увеличения импульса струи, направляемой под центроплан, так и за счет создания воздушной завесы вдоль передней кромки. При этом увеличивается подъемная сила, что позволяет уменьшить скорость отрыва экраноплана от поверхности. Кроме того, такое выполнение механизации позволяет приблизить движитель к передней кромке центроплана и использовать в качестве воздушного движителя воздушный винт (в том числе винто-кольцевой движитель - ВКД) и снизить моменты инерции и вес экраноплана, что приводит к улучшению управляемости экраноплана вследствие снижения необходимых управляющих моментов и увеличению коэффициента затухания колебаний при возмущенном продольном движении.
Формирование предкрылка механизации передней кромки центроплана в рабочей конфигурации путем перемещения, по меньшей мере, одной из панелей верхней створки упрощает конструкцию и снижает вес механизации.
Соединение, по меньшей мере, одной из панелей нижней створки с передней кромкой канала на нижней поверхности центроплана с возможностью фиксации ее положения относительно предкрылка в рабочей конфигурации обеспечивает повышение эффективности поддува за счет снижения обратных течений из-под центроплана при формировании струйной завесы вдоль передней кромки центроплана с требуемыми параметрами. Выполнение соединения панели с предкрылком с возможностью демпфирования приводит к уменьшению нагрузки на створку при встрече панели со случайной волной или другим препятствием, а также способствует перераспределению скоростного напора потоков под панелью и в канале и их взаимодействию между собой и с потоком под центропланом. Соединение панели с предкрылком с возможностью свободного перемещения относительно предкрылка усиливает указанный эффект перераспределения скоростного напора потоков.
Соединение, по меньшей мере, одной из панелей нижней створки с задней кромкой канала в центроплане на его нижней поверхности с возможностью фиксации положения створки относительно центроплана в рабочей конфигурации обеспечивает повышение эффективности поддува за счет предотвращения потерь напора на возвратные течения благодаря формированию струйной завесы с требуемыми параметрами. Соединение панели с возможностью демпфирования или свободного перемещения приводит к занятию панелями створки такого положения, при котором давление на верхней и нижней поверхности панели выравниваются, что снижает потери напора и повышает эффективность поддува.
Выполнение предкрылка с возможностью перемещения вместе с отклоненными панелями верхней и нижней створок обеспечивает управление величиной подъемной силы при поддуве и моментом тангажа (дифферента), что позволяет обеспечить балансировку при движении с малыми скоростями на динамической воздушной подушке ("на поддуве").
Выполнение механизации задней кромки центроплана (имеющей обратную стреловидность) в виде щитка или бесщелевого закрылка повышает эффективность поддува за счет создания камеры воздушной подушки между нижней поверхностью центроплана, внутренними боковыми поверхностями аэродинамических шайб и механизацией задней кромки центроплана в их отклоненном положении, что соответствует рабочей конфигурации.
Выполнение закрылков двухзвеньевыми, со вторым звеном, перемещаемым вверх и вниз относительно первого звена, расширяет диапазон регулирования параметров воздушной подушки (таких как величина давления под центропланом, положение центра давления, реактивная тяга струи, вытекающей из-под центроплана и др.), возникающей как при движении на поддуве, так и полете вблизи экрана.
Выполнение механизации задней кромки центроплана разделенной на секции по размаху, каждая из которых оснащена собственным приводом отклонения, повышает маневренность по курсу при отклонении одной из секций вследствие создания момента относительно центра масс экраноплана реактивной струей, выходящей между поверхностью и поднятой секцией, и силой давления на отклоненной секции щитка или закрылка. При поддуве под центроплан от впереди расположенных движителей маневренность по курсу возрастает в связи с увеличением реактивной силы истечения струи под одной секцией щитка (закрылка) и силы давления на другую секцию щитка (закрылка).
Оснащение экраноплана, по меньшей мере, одним передним щитком, размещенным между панелями нижней створки механизации передней кромки центроплана, повышает эффективность поддува за счет предотвращения возвратных течений.
Оснащение экраноплана, по меньшей мере, одним задним щитком, размещенным между секциями механизации задней кромки центроплана, повышает эффективность поддува за счет увеличения давления под центропланом вследствие отсутствия зазоров между звеньями механизации задней кромки.
Оснащение консолей элеронами обеспечивает управление по крену и улучшает маневренность.
Оснащение консолей механизацией передней и/или задней кромки снижает скорость отрыва от поверхности и посадки, что уменьшает гидродинамические нагрузки на экраноплан при движении по воде. Выполнение, по меньшей мере, одной из секций механизации задней кромки каждой консоли в виде зависающего элерона повышает эффективность системы управления.
Оснащение аэродинамических шайб плоскими полозами обеспечивает снижение нагрузки на подстилающую поверхность (снег, лед, грунт со слабыми несущими свойствами) при базировании на суше. Соединение полоза и/или лыжи с аэродинамическими шайбами с возможностью их перемещения и демпфирования снижает инерционные нагрузки на конструкцию экраноплана при движении в режиме аэросаней или при встрече со случайной волной или препятствием.
Выполнение аэродинамических шайб в виде поплавков, или лыж, или скегов приводит к усилению экранного эффекта и позволяет базироваться на поверхности с разной несущей способностью.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 показан экраноплан с ТВД при виде в плане.
На фиг.2 показан экраноплан с ТВД при виде сбоку.
На фиг.3 показан экраноплан с ТВД при виде спереди.
На фиг.4 показан экраноплан в предпочтительном варианте выполнения при виде в плане.
На фиг.5 показан разрез 1-1 на фиг.1.
На фиг.6 показан разрез 2-2 на фиг.1.
На фиг.7 показан разрез 3-3 на фиг.1.
На фиг.8. показан разрез 4-4 на фиг.1.
На фиг.9. показан разрез 5-5 на фиг.1.
На фиг.10 показан разрез 6-6 на фиг.1.
На фиг.11 показан разрез 7-7 на фиг.2 с демпфированным полозом.
Экраноплан устроен следующим образом.
Экраноплан (фиг.1...4) содержит фюзеляж 1, составное крыло, состоящее из центроплана 2, оснащенного рабочей механизацией, и консолей 3, проекция средней аэродинамической хорды ВАК (САХ) которых на продольную ось экраноплана расположена между центром масс (ЦМ) и задней кромкой САХ центроплана (фиг.4), горизонтальное 4 и вертикальное 5 оперение, аэродинамические шайбы, выполненные, например, в виде скегов, лыж или поплавков 6, по меньшей мере, один двигатель 7, соединенный с воздушным движителем 8, расположенным перед центропланом 2. В качестве двигателя 7 целесообразно использовать авиационные поршневой, турбореактивный (ТРД), турбовинтовой (ТВД), турбовинто-вентиляторный, двухконтурный ТРД и другие двигатели. При скоростях полета до 200 км/час воздушный движитель 8 целесообразно выполнять в виде винто-кольцевого движителя (ВКД), (на фигурах не показано). На легких экранопланах в качестве двигателя 7 может использоваться автомобильный двигатель.
Центроплан 2 выполнен с обратной стреловидностью по задней кромке и с отрицательным углом поперечного "V". Консоли 3 оснащены элеронами 9, а также механизацией передней и/или задней кромок. Фюзеляж 1 может выполняться в виде лодки (на фигурах не показан), однако в предпочтительном варианте выполнения фюзеляж 1 не выходит за теоретические обводы нижней поверхности профиля центроплана 2. Аэродинамические шайбы могут быть выполнены в виде скегов, лыж (при эксплуатации по снегу и льду) или поплавков 6 (фиг.1 и 2), которые могут оснащаться колесами (на фигурах не показаны) и являются шасси. Горизонтальное оперение 4 целесообразно устанавливать выше центроплана 2, например на вертикальном оперении 5.
Для обеспечения устойчивости экраноплана при достижении высоких аэродинамических характеристик при полете как в зоне действия экранного эффекта, так и на внеэкранных высотах (выше зоны его действия) составное крыло и экраноплан должен выполняться со следующими геометрическими характеристиками:
- удлинение составного крыла λ=l2/(SЦП+2SК)≥2.5;
- удлинение центроплана 0.6≤λЦП=lЦП 2/SЦП≤0.9;
- относительная площадь консолей 0.3≤2SК/SЦП≤0.6;
- статический момент горизонтального оперения и консолей 0.25≤A=АГО+AK=(LГОSГО+2LKSK)/BАЦПSЦП≤0.45;
- статический момент консолей 0.06<АК=2LKSK/BЦПSЦП≤0.11,
где: l=lЦП+2lK, lЦП, lК - размах соответственно составного крыла экраноплана, центроплана 2 и консоли 3;
SЦП, SK, SГО - площадь соответственно центроплана 2, консоли 3 и горизонтального оперения 4 при виде в плане;
LГО, LK - плечо горизонтального оперения 4 и консолей 3, равное расстоянию от центра масс (ЦМ) экраноплана до 0.25 САХ соответственно горизонтального оперения 4 и консолей 3;
ВАЦП, ВАГО, ВАК - САХ соответственно центроплана 2, горизонтального оперения 4 и консоли 3.
Для снижения скорости отрыва от поверхности и скорости посадки экраноплана центроплан 2 оснащен механизацией задней и/или передней кромки.
Механизация передней кромки центроплана 2 выполнена в виде канала 10 щелевого предкрылка в его передней части со створками, причем в любом продольном сечении носка 11 центроплана 2 кромки 12 канала 10 на верхней поверхности расположены ближе к носку 11 центроплана, чем соответствующие кромки 13 канала 10 на нижней поверхности. Вход и выход канала 10, расположенные соответственно на верхней и нижней поверхности центроплана 2, перекрываются створками 14 и 15, выполненными в виде панелей (на фигурах не обозначено) с приводом их перемещения, с образованием щелевого предкрылка 16 при рабочей конфигурации, когда вход и выход канала 10 открыты (сплошные линии на фиг.5). В крейсерской конфигурации вход в канал 10 и выход из канала 10 закрыты створками 14 и 15 (штрих-пунктирные линии на фиг.5).
Предкрылок 16 может выполняться как элемент конструкции центроплана 2 с замкнутым профилем. В этом случае панели створок 14 имеют вид жалюзи с приводом их перемещения (на фигурах не показаны). Однако наиболее целесообразно формировать предкрылок 16 в рабочей конфигурации путем перемещения посредством привода 17, например, гидроцилиндра, электромеханизма и т.п., по меньшей мере, одной из панелей верхней створки 14 относительно оси 18, расположенной между верхней и нижней обшивками носка 11 центроплана 2. По меньшей мере, одна панель (на фигурах не обозначена) нижней створки 15 соединена с передней кромкой канала 10 на нижней поверхности центроплана 2 и оснащена приводом 19 перемещения панели створки 15 с возможностью фиксации ее положения относительно указанной кромки 13, а также ее демпфирования или свободного перемещения относительно предкрылка. Также возможен вариант выполнения нижней створки 15, при котором, по меньшей мере, одна ее панель (на фигурах не обозначена) соединена с задней кромкой канала 10 на нижней поверхности центроплана 2 с возможностью фиксации, а также ее демпфирования или свободного перемещения относительно центроплана 2 в рабочей конфигурации. При закреплении приводов 17 и 19 створок 14 и 15 на предкрылке 16 и оснащении его приводом 20, например гидроцилиндром, электромеханизмом, рычажным механизмом и т.п., предкрылок 16 вместе с закрепленными на нем панелями створок 14 и 15 может перемещаться, например, поворачиваться относительно оси 18 (фиг.5.) и/или перемещаться по направляющим (на фиг. не показано). Между нижними створками 15, панели которых соединены с передней и/или задней кромками 13 канала 10 и оснащены собственными приводами (на фигурах не показаны), может устанавливаться щиток 21 с приводом 22 его перемещения (фиг.7.).
Механизация задней кромки центроплана 2 выполнена в виде щитка (на фиг. не показано) или одно-, двухзвеньевого закрылка 23, разделенного по размаху на секции 24. Каждая из секций 24 снабжена приводом 25, выполненным, например, в виде рычажного механизма, электропривода, гидропривода и т.п. В предпочтительном варианте исполнения закрылок 23 выполнен бесщелевым двухзвеньевым, причем второе звено 26 закрылка оснащено приводом 27 перемещения как вниз, так и вверх относительно первого звена 28. При этом приводы 25 и 27 перемещения щитка или закрылка 23 могут выполняться с обеспечением демпфирования отклонения секций щитка или закрылка 23. Между секциями 24 закрылка 23 может устанавливаться задний щиток 29 с приводом 30 его перемещения (фиг.8).
Консоли 3 оснащены элеронами 9 и могут оснащаться взлетно-посадочной механизацией, которую целесообразно выполнять в виде закрылков, предкрылков, зависающих элеронов 31 (фиг.9) и т.п., отклоняемых относительно оси 32 приводом 33, выполненным, например, в виде гидроцилиндра, электромеханизма и т.п.
Установленный перед центропланом 2, по меньшей мере, один воздушный движитель 8 оснащен средством наклона струи газа, выполненным, например, в виде соединенного с фюзеляжем 1 пилона 34 с установленным на нем, по меньшей мере, одним двигателем 7, который перемещается посредством привода 35 относительно оси 36 (фиг.10), поворотных сопел реактивных двигателей, поворотных козырьков или створок (на фигурах не показано). Для экранопланов со скоростями полета до 200 км/час движитель 8 может выполняться в виде ВКД, средство наклона струи газа - в виде поворотного пилона 34 с приводом 35 его перемещения, например, поворотом вокруг оси 36 или по направляющим (на фиг. не показано).
Для увеличения давления под нижней поверхностью центроплана 2, а также уменьшения давления на подстилающий грунт во время стоянки и руления аэродинамические шайбы, установленные на концевых нервюрах центроплана 2, выполняются с плоскими полозами 37 лыж. При эксплуатации экраноплана преимущественно над водой аэродинамические шайбы выполняются в виде поплавков 6 с неизменяемыми обводами. Для уменьшения динамических нагрузок во время руления, при встрече с волной или другим препятствием полозы 37 могут соединяться с аэродинамическими шайбами, например, выполненными в виде поплавков 6, с возможностью перемещения и демпфирования полозов 37, например, посредством амортизаторов 38 (фиг.11) или иного выполнения упругой подвески полоза 37 лыжи.
В предпочтительном варианте выполнения экраноплана (фиг.4) перед центропланом 2 на соединенном с фюзеляжем 1 пилоне 34 установлены ТВД. Центроплан 2 оснащен механизацией передней кромки, содержащей предкрылок 16, сформированный в рабочей конфигурации путем перемещения посредством приводов 17 и 19 панелей верхних створок 14, и нижних створок 15, соединенных с нижней передней кромкой канала 10, с возможностью фиксации положения панелей створок 15. Приводы отклонения верхней 14 и нижней створок 15 закреплены на предкрылке 16, который дополнительно оснащен приводом 20 для его перемещения, например поворота относительно оси 18 (фиг.5). Механизация задней кромки выполнена в виде бесщелевого, двухзвеньевого закрылка 23, разделенного по размаху на две секции 24 (фиг.3) с собственными приводами 25, причем второе звено 26 закрылка 23 оснащено приводом 27 для его перемещение вверх и вниз относительно первого звена 28. Между створками 15 и секциями 24 закрылков 23 размещены соответственно передний 21 и задний 29 щитки, оснащенные собственными приводами 22 и 30. Консоли 3 оснащены зависающими элеронами 31, разделенными по размаху на секции (на фиг.9 не обозначено). При этом для обеспечения устойчивости и управляемости при полетах вблизи экрана и вне зоны действия экранного эффекта экраноплан (в том числе легкий) имеет удлинение составного крыла λ=l2/(SЦП+2SK)=3.5, удлинение центроплана 2 - λЦП=lЦП 2/SЦП=0.72, относительную площадь консолей 3 2SК/SЦП=0.4, статические моменты горизонтального оперения 4 и консолей 3 равными соответственно АГО=0.28, АК=0.08.
Экраноплан работает следующим образом.
Перед взлетом, а также при движении (рулении) в амфибийном режиме ("на поддуве") механизация центроплана 2 находится в рабочей конфигурации (сплошные линии на фиг.5...10). При этом приводом 17 панели верхней створки 14 отклонены, например, поворотом относительно оси 18 (фиг.5) или перемещением вдоль направляющих (на фигурах не показано), с образованием предкрылка 16 и канала 10 в носке 11 центроплана 2, а приводом 19 панели нижней створки 15 отклонены вниз, приводом 22 отклонен передний щиток 21, расположенный между панелями створок 15. Приводом 25 отклонены секции 24 щитка или закрылка 23 центроплана 2. При выполнении закрылка 23 двухзвеньевым отклонены звенья 28, 26 приводом 30 и опущен задний щиток 29, расположенный между секциями 24 щитка или закрылка 23. Механизация консолей, например, зависающие элероны 31 переведены в рабочую (взлетно-посадочную) конфигурацию.
Струи от воздушного движителя 8 посредством разворота струй, например, отклонением пилона 34, направляются под нижнюю поверхность центроплана 2, которая совместно с аэродинамическими шайбами, выполненными, например, в виде скегов или поплавков 6, закрылками 23 и задними щитками 29, расположенными между его секциями 24, образует камеру воздушной подушки. Выполнение центроплана с каналом 10 увеличивает импульс струи, направляемой под центроплан 2. Струи от воздушного движителя 8, например ТВД, направляемые в канал 10, обеспечивают увеличение импульса струи, направляемой под центроплан 2, пропорционально площади входа в канал 10 в сечении, перпендикулярном потоку за воздушными движителями 8, например, винтами ТВД. Отклоненные панели нижней створки 15 повышают эффективность поддува за счет создания струйной завесы вдоль носка 11 центроплана 2, что повышает эффективность преобразования импульса струи в статическое давление в камере воздушной подушки. Отклоненный передний щиток 21, расположенный между предкрылками 16, снижает потери импульса струи на возвратные течения и тем самым повышает подъемную силу экраноплана. Механизация консолей 3, выполненная, например, в виде зависающих элеронов 31, поворачиваясь относительно оси 32 посредством привода 33, переводится в рабочую конфигурацию.
Изменение посредством привода 19 угла отклонения панелей нижней створки 15 обеспечивает управление экранопланом по тангажу вследствие изменения момента аэродинамических сил по тангажу и положения центра давления аэродинамических сил. Однако более эффективно управлять по тангажу при отклонении приводом 20 предкрылков 16 вместе с закрепленными на них панелями верхней 14 и нижней 15 створок.
Для маневрирования по курсу при движении на воздушной подушке приводом 25 отклоняется одна из секций 24 щитка (на фигурах не показан) или закрылка 23. В результате в зазоре между поднятой секцией и экраном возникает реактивная сила выходящего из камеры воздушной подушки воздуха, которая относительно центра масс экраноплана создает разворачивающий момент, а на опущенной секции сила давления создает момент того же направления. Обратная стреловидность по задней кромке центроплана 2 позволяет увеличить плечо относительно центра масс, силу давления и реактивную силу в связи с увеличением площади закрылков 23. Использование поддува усиливает маневренность экраноплана по курсу.
Рабочая конфигурация механизации передней кромки в сочетании с отклоненным закрылком 23 при поддуве струями от впереди расположенного воздушного движителя 8 обеспечивает разгрузку экраноплана, достаточную для самостоятельного выхода на пологий берег, маневрирования на берегу и схода с берега на воду. Такой режим движения экраноплана аналогичен режиму движения аппарата на воздушной подушке скегового типа, судна на динамической воздушной подушке, аэросаней и других подобных транспортных средств. Причем в случае соединения полоза 37 лыжи с аэродинамическими шайбами посредством амортизаторов 38 при их встрече с препятствием демпфируют удары, что уменьшает величину ударной нагрузки, действующей на конструкцию экраноплана.
После разгона экраноплана до скорости, достаточной для создания аэродинамической силы, превышающей вес экраноплана, механизация центроплана 2 переводится в крейсерскую конфигурацию (при которой поверхности панелей верхней 14 и нижней 15 створок образуют обтекаемый профиль, показанный штрих-пунктирными линиями на фиг.5...10), воздушный движитель 7 для увеличения горизонтальной составляющей тяги также переводится в крейсерское положение, например, посредством поворота приводом 35 пилона 34 вокруг закрепленной в фюзеляже 1 оси 36 (штрих-пунктирные линии на фиг.10). Это снижает аэродинамическое сопротивление экраноплана и позволяет увеличить скорость движения при заданной тяге силовой установки.
При полете в зоне действия экранного эффекта экраноплана с заявленными геометрическими параметрами достигается устойчивость даже без использования САУ и САД при высоком аэродинамическом качестве. При выходе экраноплана на высоты, превышающие зону проявления экранного эффекта (больше величины средней аэродинамической хорды центроплана), экраноплан переходит на самолетные режимы движения, на которых при выполнении компоновки с заявленными геометрическими параметрами, также обеспечивается устойчивый и сбалансированный полет без использования САУ и САД.
В случае эксплуатации экраноплана преимущественно в экранном режиме движения и обеспечения устойчивости и балансировки экраноплана при выполнении подлетов целесообразно выдерживать геометрические соотношения, близкие к указанным нижним предельным величинам. В случае эксплуатации экраноплана преимущественно в самолетном режиме движения и использования экранного эффекта в основном для улучшения рабочих характеристик и непродолжительных полетов целесообразно удлинение составного крыла увеличить, сохраняя в указанных пределах геометрические параметры экраноплана.
Представленные в описании признаки изобретения позволяют создавать экранопланы, (в том числе легкие, а также без САУ и САД), которые могут передвигаться в режиме динамической воздушной подушки с самостоятельным сходом в воду и выходом на пологий берег, рулением и маневрированием на суше, глиссировать и перемещаться над снегом и льдом в режиме с частичной аэродинамической разгрузкой, а также выполнять полеты в широком диапазоне скоростей как на высотах действия экранного эффекта, так и в самолетных режимах. Степень раскрытия устройства экраноплана достаточна для реализации изобретения в промышленности с достижением заявленного технического результата.
Перечень позиций и обозначений к фигурам изобретения "Экраноплан"
1 - фюзеляж;
2 - центроплан;
3 - консоли;
4 - горизонтальное оперение;
5 - вертикальное оперение;
6 - поплавок;
7 - двигатель;
8 - воздушный движитель;
9 - элероны консолей
10 - канал в носке 11 центроплана 2;
11 - носок центроплана 2;
12 - кромки канала 10 на верхней поверхности центроплана 2;
13 - кромки канала 10 на нижней поверхности центроплана 2;
14 - створки перекрытия канала 10 на верхней поверхности;
15 - створки перекрытия канала 10 на нижней поверхности;
16 - предкрылок в носке 11 центроплана 2;
17 - привод перемещения панелей верхней створки 14;
18 - ось вращения панелей верхней створки 14;
19 - привод перемещения панелей нижней створки 15;
20 - привод перемещения предкрылка 16;
21 - передний щиток центроплана 2;
22 - привод перемещения переднего щитка 21 центроплана;
23 - закрылок центроплана 2;
24 - секция закрылка 23 по размаху центроплана 2;
25 - привод перемещения секции закрылка 23;
26 - второе звено закрылка 23;
27 - привод перемещения второго звена 26 закрылка 23;
28 - первое звено закрылка 23;
29 - задний щиток центроплана 2;
30 - привод перемещения заднего щитка 29 центроплана 2;
31 - зависающий элерон консоли 3;
32 - ось вращения зависающего элерона;
33 - привод перемещения зависающего элерона;
34 - пилон;
35 - привод перемещения пилона 34;
36 - ось поворота пилона 34.
37 - лыжа поплавка;
38 - амортизатор упругой подвески лыжи 37.
ЦМ - центр масс экраноплана;
λ=l2/(SЦП+2SK), λЦП=lЦП 2/SЦП - удлинение составного крыла и центроплана 2;
l=lЦП+2lК, lЦП, lК - размах экраноплана, центроплана 2 и консоли 3;
SЦП, SГО, SK - площадь при виде в плане центроплана 2, горизонтального оперения 4 и консоли 3;
A=АГО+АК=(LГОSГО+2LKSK)/BЦПSЦП - статические моменты экраноплана, горизонтального оперения 4 и консолей 3;
LГО, LK - плечо горизонтального оперения 4 и консолей 3, равное расстоянию от центра масс до 0.25 средней аэродинамической хорды соответственно горизонтального оперения 4 и консолей 3;
ВАЦП, ВАГО, ВАК - средняя аэродинамическая хорда (САХ) соответственно центроплана 2, горизонтального оперения 4 и консолей 3.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| ЭКРАНОПЛАН | 2019 |
|
RU2716303C1 |
| ЭКРАНОПЛАН | 2011 |
|
RU2466888C1 |
| ЭКРАНОПЛАН | 2010 |
|
RU2432274C1 |
| ЭКРАНОПЛАН | 2005 |
|
RU2297933C1 |
| ЭКРАНОПЛАН | 2011 |
|
RU2471660C2 |
| ЭКРАНОПЛАН | 2010 |
|
RU2432275C1 |
| ГИДРОСАМОЛЕТ С ЭКРАННЫМ ЭФФЕКТОМ | 2012 |
|
RU2532658C2 |
| ЭКРАНОЛЕТ, ЕГО ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНОЕ УСТРОЙСТВО И ПРИВОД СКЛАДЫВАНИЯ КРЫЛА | 1995 |
|
RU2099217C1 |
| ЭКРАНОПЛАН | 2004 |
|
RU2273572C2 |
| МОРСКОЙ ПАССАЖИРСКИЙ ЭКРАПОПЛАН | 1992 |
|
RU2076816C1 |
Изобретение относится к экранопланам с поддувом. Экраноплан содержит фюзеляж, составное крыло, содержащее центроплан и консоли, горизонтальное оперение (ГО), поплавки, расположенный перед центропланом воздушный движитель, соединенный с двигателем. Центроплан выполнен с обратной стреловидностью по задней кромке и отрицательным углом поперечного "V", оснащен механизацией передней кромки в виде наклонного канала, кромки которого на верхней поверхности расположены ближе к носку центроплана, чем соответствующие створки на нижней поверхности. Параметры экраноплана: λ=l2/(Sцп+2Sk)≥2,5; λцп=lцп 2/Sцп=0,5...0,9; 0,3≤2Sк/Sцп≤0,6; A=(LгоSго+2LкSк)/BацпSцп=0,25...0,45; Aк=2Lk(Sк/BацпSцп=0,06...0,11, где: l=lцп+2lк, lцп, lk - размах составного крыла, центроплана и консоли; Sцп, Sк, Sго - площадь центроплана, консоли и ГО; Lго, Lк - плечо ГО и консолей, равное расстоянию от центра масс экраноплана до 0,25 средней аэродинамической хорды (САХ) ГО и консолей; Bацп - САХ центроплана. Технический результат реализации изобретения заключается в обеспечении устойчивости, управляемости и маневренности экраноплана без системы автоматического управления и демпфирования как при полете вблизи, так и вне близости экрана, а также в достижении высокой величины соотношения крейсерской скорости полета экраноплана и скорости его отрыва от поверхности экрана. 18 з.п. ф-лы, 11 ил.
λ=l2/(Sцп+2Sk)≥2,5;
удлинение центроплана
0,5≤λцп=lцп 2/Sцп≤0,9;
относительная площадь консолей
0,3≤2Sк/Sцп≤0,6;
продольный статический момент горизонтального оперения и консолей
0,25≤А=(LгоSго+2LкSк)/ВацпSцп≤0,45;
статический момент консолей
0,06≤Ак=2LкSк/BацпSцп≤0,11,
где l=lцп+2lк, lцп, lk - размах соответственно составного крыла экраноплана, центроплана и консоли;
Sцп, Sk, Sго - площадь при виде в плане соответственно центроплана, консоли и горизонтального оперения;
Lго, Lк - плечи горизонтального оперения и консолей, равные проекциям на продольную ось экраноплана расстояний от центра масс экраноплана до 0,25 средней аэродинамической хорды соответственно горизонтального оперения и консолей;
Вацп - средняя аэродинамическая хорда центроплана.
| МОРСКОЙ ПАССАЖИРСКИЙ ЭКРАПОПЛАН | 1992 |
|
RU2076816C1 |
| ЭКРАНОПЛАН | 1994 |
|
RU2078002C1 |
| Устройство управления двигателем внутреннего сгорания | 1986 |
|
SU1370273A1 |
