СРЕДНЕМАГИСТРАЛЬНЫЙ САМОЛЁТ Российский патент 2022 года по МПК B64C1/00 B64C39/00 

Область техники

Изобретение относится к области авиации и может найти применение при создании среднемагистральных пассажирских и грузовых самолетов.

Уровень техники

Известен проект российского среднемагистрального самолета (МС-21 - Википедия), проходящего летные испытания, выполненный по традиционной схеме: имеет самый широкий фюзеляж в классе среднемагистральных самолетов для комфортного размещения в салоне более двухсот пассажиров, крылья, изготовленные из полимерных композитных материалов, двигатели, установленные под крыльями на пилонах, органы аэродинамического управления полетом на крыльях и на хвостовом стабилизаторе. При весе модификации самолета 79,25 т, коммерческой нагрузке 22,6 т и заправке топливом 20,4 т самолет обеспечивает доставку 211 пассажиров на расстояние до 6000 км. Самолет укомплектован двигателями ПД-14 с взлетной тягой каждого 14 т. По заявлениям разработчиков проекта самолет имеет предельно достижимые на сегодняшний день характеристики экономичности. Следовательно, недостатком проекта является невозможность дальнейшего улучшения показателей экономичности самолета в рамках применяемой компоновочной схемы.

Известен также проект самолета («Проект 111: необычный проект - конкурент Суперджета 100», Морской и воздушный флот), принятый за аналог, с плоским и широким фюзеляжем и короткими крыльями с установленными на пилонах под крыльями двигателями. Плоский и широкий фюзеляж проекта позволяет обеспечить до 40% относительной аэродинамической подъемной силы самолета, а значит - уменьшить размах крыльев и мощность силовой установки, что, в свою очередь, позволяет уменьшить вес самолета и тем самым в целом повысить экономичность проекта. Недостатком проекта является недостаточно полное использование подъемной силы плоского и широкого фюзеляжа с целью дальнейшего повышения экономичности.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и принимаемым в качестве прототипа является летательный аппарат (ЭКИП-Википедия), построенный по схеме «летающее крыло», с дисковидным фюзеляжем. Корпус аппарата выполнен в форме толстого крыла малого удлинения, обладает высоким аэродинамическим качеством и способен создавать подъемную силу в несколько раз выше, чем тонкое крыло, экономить на весе крыла и тем самым обеспечивать максимально возможную экономичность аппарата. Использование схемы «несущее крыло» позволяет обеспечить полезный внутренний объем в несколько раз больший, чем у перспективных самолетов равной грузоподъемности. Такой корпус повышает комфортность и безопасность полетов, существенно экономит топливо и снижает эксплуатационные расходы. Примененное на аппарате ЭКИП оперение используется исключительно для расположения аэродинамических рулей, поэтому практически все 100% относительной аэродинамической подъемной силы аппарата создается его корпусом. При этом длина взлетно-посадочной полосы для тяжелых версий аппарата не превышает 600 м. По мнению ученых и разработчиков аппарата существенным недостатком аппарата является низкая устойчивость из-за срыва потоков и образование зон турбулентности.

Из рассмотренных образцов уровня техники следует вывод, что дальнейшее повышение экономичности самолета связано с повышением относительной величины аэродинамической подъемной силы фюзеляжа и, соответственно, уменьшением подъемной силы крыла. Однако при почти 100%-ой относительной аэродинамической подъемной силе фюзеляжа существенно ухудшается устойчивость самолета.

Таким образом, известные технические решения не могут обеспечить достижение более высоких по сравнению с традиционной компоновкой самолета показателей экономичности при относительной аэродинамической подъемной силе фюзеляжа существенно выше 40% в связи с возможной в этом случае потерей устойчивости самолета.

Причиной, препятствующей решению технической проблемы существенного повышения экономичности самолета, является отсутствие знания о допустимой максимальной величине относительной аэродинамической подъемной силы фюзеляжа, при которой обеспечивается устойчивость самолета.

Раскрытие сущности изобретения

Предлагается среднемагистральный самолет, в котором с целью существенного повышения экономичности величина относительной аэродинамической подъемной силы фюзеляжа составляет 75% и при этом обеспечивается устойчивость при полете.

Фюзеляж среднемагистрального самолета выполнен в форме диска, имеет форму сплюснутого в поперечном направлении и заостренного в носовой части диска с плоским и скошенным к хвостовой части днищем. В носовой части фюзеляжа размещены отсек бортового оборудования и кабина экипажа с фонарем кабины, в центральной части размещены салон пассажиров или отсек для грузов, далее - топливный бак, а в хвостовой части размещены два двухконтурных турбовентиляторных двигателя с подводом забортного воздуха от воздухозаборников, расположенных сверху фюзеляжа по бокам киля, к двигателям по изогнутым S-образным каналам. По бокам фюзеляжа в его хвостовой части установлены низкорасположенные треугольные крылья малого размаха. Аэродинамические органы управления включают элевоны и интерцепторы на крыльях и руль направления на киле. Снизу под днищем установлено трехстоечное выпускающееся шасси. На концах крыльев установлены винглеты. Расположение воздухозаборников сверху фюзеляжа обеспечивает также отсос воздуха из пограничного слоя, что улучшает условия обтекания фюзеляжа, а расположение двигателей в закрытой хвостовой части фюзеляжа уменьшает шум от работы двигателей.

Задачей этого изобретения является разработка среднемагистрального самолета с высокой экономичностью, имеющего фюзеляж в форме диска, обеспечивающего 75% общей аэродинамической подъемной силы самолета, а также имеющего развитые крыло и киль с органами аэродинамического управления и обладающего устойчивостью.

Поставленная задача решается тем, что среднемагистральный самолет, содержащий фюзеляж с герметичными кабиной экипажа с фонарем кабины и салоном для пассажиров или отсеком для грузов, крылья и хвостовое оперение с органами аэродинамического управления, турбовентиляторные двигатели, трехстоечное выпускающееся шасси, баки с топливом, системы связи и управления, согласно изобретению с целью повышения экономичности полета фюзеляж самолета выполнен в форме диска, создает 75% общей аэродинамической подъемной силы, имеет форму сплюснутого в поперечном направлении и заостренного в носовой части диска с плоским и скошенным к хвостовой части днищем, в носовой части фюзеляжа размещены отсек бортового оборудования и кабина экипажа с фонарем кабины, в центральной части размещены салон пассажиров или отсек для грузов, далее топливный бак, а в хвостовой части размещены два турбовентиляторных двигателя с подводом забортного воздуха от воздухозаборников, расположенных сверху фюзеляжа по бокам киля, к двигателям по изогнутым S-образным каналам, по бокам фюзеляжа в его хвостовой части установлены низкорасположенные треугольные крылья малого размаха, аэродинамические органы управления включают элевоны и интерцепторы на крыльях и руль направления на киле, снизу под днищем установлено трехстоечное выпускающееся шасси, на концах крыльев установлены винглеты.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

На чертеже (фиг.1) приведена проекция среднемагистрального самолета на вертикальную, горизонтальную и нормальную плоскости.

На этом чертеже:

1 - фюзеляж;

2 - плоское и скошенное к хвостовой части днище;

3 - фонарь кабины экипажа;

4 - воздухозаборник двигателя;

5 - киль;

6 - руль направления;

7 - треугольное крыло;

8 - интерцептор;

9 - элевон;

10 - внутренний канал турбовентиляторного двигателя;

11 - вентилятор двигателя;

12 - S-образный канал;

13 - внешний канал турбовентиляторного двигателя;

14 - трехстоечное шасси;

15 - винглет.

Осуществление изобретения

Пример возможной реализации предложенного технического решения.

Среднемагистральный самолет содержит фюзеляж 1, выполненный в форме диска, имеет форму сплюснутого в поперечном направлении и заостренного в носовой части диска с плоским и скошенным к хвостовой части днищем 2, в носовой части фюзеляжа размещены отсек бортового оборудования и кабина экипажа с фонарем 3 кабины, в центральной части размещены салон пассажиров или отсек для грузов, далее топливный бак, а в хвостовой части размещены два двухконтурных турбовентиляторных двигателя с воздухозаборниками 4, расположенными сверху фюзеляжа по бокам киля 5 с рулем направления 6, по бокам фюзеляжа в его хвостовой части установлены низкорасположенные треугольные крылья 7 малого размаха с интерцепторами 8 и элевонами 9. Турбовентиляторный двигатель имеет внутренний канал 10, вентилятор 11, S-образный канал 12 подвода воздуха от воздухозаборников и внешний канал 13. Самолет имеет трехстоечное выпускающееся шасси 14. На концах крыльев установлены винглеты 15.

Самолет имеет следующие характеристики: максимальная ширина фюзеляжа 12 м, длина 20 м, максимальная высота фюзеляжа 3,5 м, размах крыльев равен 20 м, масса конструкции самолета 25 т, масса полезного груза 21 т, масса заправляемого топлива 18 т. Аэродинамическая подъемная сила фюзеляжа составляет 75% общей аэродинамической подъемной силы самолета. Коэффициент аэродинамического качества самолета равен 20. Тяга каждого из двух турбореактивных двигателей на взлетном режиме равна 14 тс. Самолет может перевозить 200 пассажиров на расстояние 6000 км.

Среднемагистральный самолет работает следующим образом.

После загрузки и заправки самолета производится запуск и прогрев двигателей, после чего самолет выруливает на взлетно-посадочную полосу, включаются тормоза шасси, двигатели переводятся на взлетный режим работы, после чего снимаются тормоза. Далее самолет разгоняется до скорости отрыва, элевоны отклоняются вверх на заданный угол, причем вначале отрывается от взлетно-посадочной полосы передняя стойка шасси, затем основные стойки. В таком состоянии самолет продолжает набор высоты и скорости. Производится уборка шасси. Для выхода на заданный азимут полета осуществляется маневр путем отклонения элевонов в разные стороны для создания угла крена и поворот руля направления для поворота на заданный азимут полета. После выхода на заданный азимут полета продолжается набор высоты и скорости. При этом двигатели переводятся из взлетного режима работы на номинальный. После достижения параметров крейсерского полета по высоте и скорости самолет переводится в режим горизонтального полета, двигатели переводятся в крейсерский режим тяги. По достижению заданных координат полета начинается режим снижения, для чего двигатели переводятся в режим малого газа. Перед посадкой осуществляются необходимые маневры по выходу на посадочную полосу аэропорта прибытия, выпуск шасси и посадка самолета. При всех этих маневрах управление осуществляется аэродинамическими рулями управления, включая элевоны, интерцепторы и руль направления, а также тягой двигателей. Касание взлетно-посадочной полосы осуществляется вначале колесами основных стоек шасси, а затем колесами передней стойки. Посадка завершается торможением движения и заруливанием на стоянку.

В результате применения настоящего изобретения техническое решение, направленное на разработку среднемагистрального самолета, в котором с целью существенного повышения экономичности величина относительной аэродинамической подъемной силы фюзеляжа составляет 75% и при этом обеспечиваются устойчивость самолета на всех режимах полета, реализуется за счет того, что:

- фюзеляж самолета выполнен в форме диска, имеет форму сплюснутого в поперечном направлении и заостренного в носовой части диска с плоским и скошенным к хвостовой части днищем;

- по бокам фюзеляжа в его хвостовой части установлены низкорасположенные треугольные крылья малого размаха, а сверху фюзеляжа в хвостовой части установлен киль;

- аэродинамические органы управления включают элевоны и интерцепторы на крыльях и руль направления на киле;

в хвостовой части самолета размещены два турбовентиляторных двигателя с подводом забортного воздуха от воздухозаборников, расположенных сверху фюзеляжа по бокам киля, к двигателям по изогнутым S-образным каналам. Расположение воздухозаборников сверху фюзеляжа обеспечивает также отсос воздуха из пограничного слоя, что улучшает условия обтекания фюзеляжа, а расположение двигателей в закрытой хвостовой части фюзеляжа уменьшает шум от работы двигателей.

Изобретение относится к авиационной технике. Среднемагистральный самолет содержит фюзеляж с герметичными кабиной экипажа с фонарем кабины и салоном для пассажиров или отсеком для грузов, крылья и хвостовое оперение с органами аэродинамического управления, турбовентиляторные двигатели, трехстоечное выпускающееся шасси, баки с топливом, системы связи и управления. При этом фюзеляж самолета создает 75% общей аэродинамической подъемной силы, выполнен в форме диска, имеет форму сплюснутого в поперечном направлении и заостренного в носовой части диска с плоским и скошенным к хвостовой части днищем. В носовой части фюзеляжа размещены отсек бортового оборудования и кабина экипажа с фонарем кабины, в центральной части размещены салон пассажиров или отсек для грузов, далее топливный бак, а в хвостовой части размещены два турбовентиляторных двигателя с подводом забортного воздуха от воздухозаборников, расположенных сверху фюзеляжа по бокам киля, к двигателям по S-образным каналам. По бокам фюзеляжа в его хвостовой части установлены низкорасположенные треугольные крылья малого размаха, аэродинамические органы управления включают элевоны и интерцепторы на крыльях и руль направления на киле, снизу под днищем установлено трехстоечное выпускающееся шасси, на концах крыльев установлены винглеты. Среднемагистральный самолет, в котором с целью существенного повышения экономичности полета. 1 ил.

Среднемагистральный самолет, содержащий фюзеляж с герметичными кабиной экипажа с фонарем кабины и салоном для пассажиров или отсеком для грузов, крылья и хвостовое оперение с органами аэродинамического управления, турбовентиляторные двигатели, трехстоечное выпускающееся шасси, баки с топливом, системы связи и управления, отличающийся тем, что с целью повышения экономичности полета фюзеляж самолета создает 75% общей аэродинамической подъемной силы, выполнен в форме диска, имеет форму сплюснутого в поперечном направлении и заостренного в носовой части диска с плоским и скошенным к хвостовой части днищем, в носовой части фюзеляжа размещены отсек бортового оборудования и кабина экипажа с фонарем кабины, в центральной части размещены салон пассажиров или отсек для грузов, далее топливный бак, а в хвостовой части размещены два турбовентиляторных двигателя с подводом забортного воздуха от воздухозаборников, расположенных сверху фюзеляжа по бокам киля, к двигателям по S-образным каналам, по бокам фюзеляжа в его хвостовой части установлены низкорасположенные треугольные крылья малого размаха, аэродинамические органы управления включают элевоны и интерцепторы на крыльях и руль направления на киле, снизу под днищем установлено трехстоечное выпускающееся шасси, на концах крыльев установлены винглеты.