КАТАПУЛЬТА С УПРАВЛЯЕМЫМ ВЕКТОРОМ ПЕРЕГРУЗКИ Российский патент 2023 года по МПК B64F1/06 B63G11/00 

Изобретение относится к области морской авиации, а именно является способом, позволяющим оперативно осуществлять взлеты тяжелых самолетов (взлетным весом 45-50 тонн) с палубы авианосца посредством применения катапульты.

Известен способ взлета летательного аппарата (ЛА) с катапульты и катапульта для взлета летательного аппарата [патент РФ на изобретение №2344971 от 27.01.2009], который используется при обеспечении взлета малоразмерных беспилотных ЛА. Отмечается невысокая скорость продольного перемещения ЛА. При этом вектор перегрузки на всем протяжении взлета неуправляем и имеет направление 180°. Известная конструкция катапульты и такой способ взлета неприменимы для ЛА весом 45-50 тонн, т.к. разработаны для малоразмерных беспилотных летательных аппаратов.

Известен способ подготовки самолета к взлету со стартовой позиции авианесущего корабля [патент РФ на изобретение №2249545 от 29.08.2003], который используется при обеспечении взлета застопоренного на стартовой позиции ЛА с двигателем, выведенным на режим «полный форсаж», при поднятом газоотражательном щите, и отклонении вверх управляемого сопла, в момент снятия стопора ЛА возвращения сопла в нейтральное положение. Технический результат заключается в отражении газовой струи двигателя от газоотражательного щита, уменьшении обратного потока газов, засасываемых воздухозаборником и приводящих к неустойчивой работе двигателя.

Недостатком способа является то, что на катапульте с управляемым вектором перегрузки (катапульта УВП) застопоренный на стартовой площадке ЛА (все время разгона сохраняет направление 0°) перемещается по окружности радиусом 20 метров, а при проходе в секторе 0°-90°-180° движется соплом двигателя вперед, при этом тяга двигателей препятствует разгону катапульты, поток обратных газов, засасываемых двигателем заметно увеличивается. Для устранения попадания обратного потока газов в воздухозаборники двигателей ЛА необходимо оборудовать стартовую площадку подъемными реверсными щитками с рассекателями, работающими при проходе ЛА позиции 0°-90°-180°, и фильтровентиляторными установками подачи воздуха из под палубных решеток к воздухозаборникам двигателей и отражения обратного потока газов от газоотбойного щита.

Рассекатели предотвратят перегрев стабилизаторов и килей при попадании на них выхлопных газов (из сопел двигателей) отклоняемых вперед-вверх.

В качестве наиболее близкого аналога заявленного изобретения может быть выбрана катапульта с управляемым вектором тяги, охарактеризованная в источнике информации CN 111252263 В, опубл. 20.04.2021, содержащая стартовую площадку, оборудование крепления стоек летательного аппарата захватами, штангу подъемно-поворотного устройства реверсных щитков, роликов вращения катапульты и стартовой площадки, двух блоков управления стартовой площадкой, электродвигателя, редуктора, шестерен и зубчатых венцов приводов вращения катапульты и стартовой площадки.

Изобретение позволяет обеспечить устойчивую работу двигателей летательного аппарата в процессе его подготовки к взлету со стартовой площадки катапульты УВП авианосца за счет уменьшения обратного газового потока реверсными щитками и подачей дополнительного воздуха от под палубной фильтровентиляторной установки к воздухозаборникам двигателей при проверке готовности к взлету, и при вращении катапульты УВП при взлете ЛА, исключая при этом превышение температуры (за газоотражательным щитом) выше допустимых норм.

Технической задачей изобретения является осуществление взлета ЛА весом 45-50 тонн с катапульты с управляемым вектором перегрузки (катапульта УВП), при скорости отрыва 300 км/час при разгоне летательного аппарата на прямолинейном участке по палубе авианосца длиной 150 метров.

Техническая задача решается за счет того, что катапульта с управляемым вектором перегрузки, состоящая из стартовой площадки, оборудования крепления стоек летательного аппарата захватами, штанги подъемно-поворотного устройства реверсных щитков, роликов вращения катапульты и стартовой площадки, двух блоков управления стартовой площадкой, электродвигателя, редуктора, шестерен и зубчатых венцов приводов вращения катапульты и стартовой площадки, отличающаяся тем, что содержит вертикальные и горизонтальные ролики катапульты и стартовой площадки, аккумуляторную батарею и дизель-генератор, неподвижное внешнее кольцо, являющееся основанием катапульты УВП, выполненное с возможностью монтажа и жесткого закрепления в общей конструкции корпуса корабля, заподлицо с верхней палубой, на правом или левом борту с возможностью смещения в нос или в корму корабля, а также с возможностью восприятия сил перегрузки и моментов центробежных сил, внутреннее кольцо катапульты УВП, выполненное с возможностью вращения на роликах внутри упомянутого внешнего неподвижного кольца и на котором с внутренней стороны жестко закреплено наружной стороной внешнее кольцо стартовой площадки, а также внутреннее кольцо стартовой площадки, выполненное с возможностью вращения на роликах внутри внешнего кольца стартовой площадки с возможностью закрепления на ней летательного аппарата и постоянно сохраняющее направление оси ЛА параллельно направлению взлета для дальнейшего разгона ЛА на прямолинейном участке по палубе авианосца, а также с возможностью возвращения в исходное положение стартовой площадки после схода летательного аппарата со стартовой площадки и с возможностью торможения вращения катапульты УВП при подходе стартовой площадки в исходное положение в точку старта, при этом с правой стороны летательного аппарата со смещением в сторону хвоста размещена штанга подъемно-поворотного устройства реверсных щитков с рассекателями, две фильтровентиляторных установки подачи дополнительного воздуха через решетки в палубе к воздухозаборникам двигателей выполнены с возможностью размещения под палубой стартовой площадки, при этом стартовая площадка выполнена с возможностью крепления к ее палубе летательного аппарата за стойки шасси захватами, реверсные щитки, выполненные с рассекателями, установлены на стартовой площадке за выхлопными соплами двигателей ЛА и выполнены с возможностью подъема вверх и направления выхлопных струй вверх вперед, при этом венец зубчатого привода внутреннего кольца катапульты УВП расположен на внешней стороне окружности внутреннего кольца, а шестерни электродвигателей привода вращения катапульты УВП с редукторами с внешней стороны неподвижного внешнего кольца, при этом стартовая площадка выполнена с возможностью вращения электродвигателями, расположенными в подпалубном помещении катапульты УВП, при этом весовые нагрузки вращающихся внутреннего кольца катапульты УВП и внутреннего кольца стартовой площадки вокруг вертикальной оси обеспечивают горизонтальные ролики через верхние и нижние погоны на нижних крышках; основания катапульты УВП и катапульты УВП, нижней крышки внешнего кольца стартовой площадки и нижней крышки внутреннего кольца стартовой площадки, при этом катапульта УВП выполнена с возможностью управления пультом управления и блоками управления стартовой площадкой, расположенными в подпалубных помещениях катапульты и стартовой площадки.

На фиг. 1 изображена катапульта с управляемым вектором перегрузки, вид сверху, на котором показаны: поз. 1 - внешнее кольцо катапульты (основание катапульты); поз. 2 - внутреннее подвижное кольцо катапульты (катапульта со стартовой площадкой); поз. 3 - электродвигатель с редуктором привода катапульты; поз. 4 - ЛА на стартовой площадке катапульты УВП; поз. 5 - внутреннее подвижное кольцо стартовой площадки; поз. 6 - неподвижное наружное кольцо стартовой площадки, жестко скрепленное с внутренним кольцом катапульты.

На фиг. 2 изображена схема катапульты с управляемым вектором перегрузки в разрезе А-А, на которой показаны: поз. 7 - верхняя палуба катапульты УВП; поз. 8 - верхняя палуба стартовой площадки; поз.9 - нижняя крышка внешнего кольца роликового подшипника качения (основания катапульты УВП); поз. 10 - нижняя крышка внутреннего кольца роликового подшипника качения (катапульта УВП); поз. 11 - нижняя крышка внешнего кольца роликового подшипника качения (стартовой площадки); поз. 12 - нижняя крышка внутреннего кольца роликового подшипника качения (стартовой площадки); поз. 13 - ролики подшипников качения (вертикальные и горизонтальные) катапульты УВП; поз. 14 - ролики подшипников качения (вертикальные и горизонтальные) стартовой площадки; поз. 15 - шестерня редуктора привода вращения внутреннего кольца подшипника катапульты УВП; поз. 16 - венец зубчатого колеса внутреннего кольца подшипника катапульты УВП; поз. 17 - шестерня редуктора привода вращения внутреннего кольца подшипника стартовой площадки; поз. 18 - венец зубчатого колеса внутреннего кольца подшипника стартовой площадки; поз. 19 - пульт управления катапультой УВП; поз. 20 - электродвигатель привода вращения катапульты УВП; поз. 21 - редуктор привода вращения катапульты УВП; поз. 22 - блок управления стартовой площадкой СП2 (гироазимутальное направление, работа захватов стоек шасси, подача воздуха к воздухозаборникам, работа реверсных щитков и т.д.); поз. 23 - электродвигатель привода вращения стартовой площадки катапульты УВП; поз. 24 - редуктор привода вращения стартовой площадки катапульты УВП; поз. 25 - верхняя палуба авианосца.

На фиг. 3 изображено расположение летательного аппарата (4) на стартовой площадке, где показано: поз. 26 - реверсные щитки в рабочем положении; поз. 27 - реверсные щитки рабочее положение подняты (при прохождении ЛА позиций 0°-90°-180°); поз. 28 - реверсные щитки рабочее положение опущены - при прохождении ЛА позиций 180°-270° и 330°-360°; поз. 30 - воздухозаборник двигателя; поз. 31 - фильтровентиляторные установки подачи дополнительного воздуха к двигателям ЛА; поз.3 2 - шахта подачи дополнительного воздуха к воздухозаборнику двигателя ЛА; поз. 33 - левая стойка шасси ЛА; поз. 34 - носовая стойка шасси ЛА.

На фиг. 4 изображено расположение оборудования на стартовой площадке, где показано: поз. 26 - реверсные щитки переведены из гаражного положения в рабочее; поз. 27 - реверсные щитки рабочее положение подняты - при прохождении ЛА позиций 0°-90°-180°; поз. 28 - реверсные щитки рабочее положение опущены - при прохождении ЛА позиций 180°-270° и 330°-360°; поз. 29 - реверсные щитки в гаражном положении (утоплены заподлицо с верхней палубой); поз. 30 - проекция воздухозаборника двигателя; поз. 31 - фильтровентиляторная установка подачи дополнительного воздуха к левому и правому двигателям ЛА; поз. 32 - левая шахта подачи дополнительного воздуха к воздухозаборнику двигателя ЛА; поз. 33 - левая стойка шасси ЛА; поз. 34 - носовая стойка шасси ЛА; поз. 35 - правая стойка шасси ЛА; поз. 36 - блок управления СП1 стартовой площадкой; поз. 37 - захваты правой стойки шасси в гаражном положении (отведены и утоплены заподлицо с верхней палубой); поз. 38 - подъемно-поворотная стойка реверсных щитков; поз. 39 - палубная решетка подачи дополнительного воздуха к левому двигателю ЛА; поз. 40 - палубная решетка подачи дополнительного воздуха к правому двигателю ЛА; поз. 41 - захваты стоек шасси в рабочем положении.

На фиг. 5 изображена диаграмма (круговая) управления вектором перегрузки по направлению и величине, где: Т_ст - точка старта на катапульте. Позиция приближенно 330° (329,4°). При вращении катапульты (при запуске ЛА) вектор перегрузки меняет направление вправо по нормали к окружности катапульты и возрастает.

На 1-ой секунде перегрузка равна Р=2,0 единицам.

Катапульта проходит угол равный 28,3°.

На 2-ой секунде перегрузка равна Р=4,5 единицы. ΔР=+2,5 ед.

Катапульта проходит угол равный 70,7°.

На 3-ей секунде перегрузка равна Р=7,0 единиц. ΔР=+2,5ед.

Катапульта проходит угол равный 95,4°.

На 4-ой секунде перегрузка выдерживается равной Р=7,0 единицам.

Катапульта проходит угол равный 106,0°.

Т_сх - Точка схода (позиция - 270°) ЛА с катапульты на прямолинейный участок разгона по палубе авианосца в течение следующих 2-х секунд (5-й и 6-й) с перегрузкой Р=3 единицам (направление перегрузки 180°) до Точки отрыва (Т_отр).

Суммарно за 4 секунды катапульта проворачивается вправо на угол 300,4°. Ее скорость вращения достигает 18 оборотов в минуту. ЛА при сходе с катапульты имеет линейную скорость схода равную 37,05 м/с (133,38 км/час).

На фиг. 6 изображен график управления вектором перегрузки по величине и направлению, где показано: поз. 42 - вертикальная шкала перегрузки: Оцифровка шкалы слева - изменения вектора перегрузки Р° в градусах на катапульте УВП от 320° вправо через 0° до 300°. Оцифровка шкалы справа - величина перегрузки в единицах перегрузки от 0 до 7 единиц; поз. 43 - горизонтальная шкала времени в секундах (Т_сек) от нуля до 6 секунд; поз. 44 - функция изменения величины перегрузки до точки схода (Т_сх) ЛА с катапульты УВП на прямолинейный участок разгона; поз. 45 - функция изменения величины перегрузки от точки схода ЛА с катапульты УВП на прямолинейном участке разгона до точки отрыва; поз. 46 - функция изменения направления вектора перегрузки до точки схода ЛА с катапульты УВП на прямолинейный участок разгона; поз. 47 - функция изменения направления вектора перегрузки от точки схода ЛА с катапульты УВП на прямолинейном участке разгона до точки отрыва.

На фиг. 7 изображена схема набора скорости ЛА при взлете с катапульты УВП на авианосце, где показано: поз.48 - разгон ЛА на катапульте УВП до 133,38 км/час с использованием 20 метров длины полетной палубы до точки схода на прямолинейный участок разгона; поз.49 - вертикальная шкала скорости ЛА в километрах в час в числителе, и метрах в секунду в знаменателе; поз. 50 - горизонтальная шкала необходимой длины полетной палубы в метрах: 20 метров в точке схода ЛА с катапульты УВП на 4-й сек взлета; 50,95 метра на 5-й сек взлета; 78,75 метра на 6-й сек взлета. Необходимая суммарная длина взлетной палубы 149,7 метра. Скорость отрыва на 6-й сек 333,54 км/час или 92,65 м/с; поз. 51 - функция изменения скорости ЛА при взлете от точки схода с катапульты УВП до точки отрыва с палубы на авианосце.

Катапульта с управляемым вектором перегрузки (2) может быть использована следующим образом. Летательный аппарат (4) своим ходом на режиме «малый газ» перегоняют с технической позиции на стартовую площадку (5) катапульты (2) с управляемым вектором перегрузки. Стартовая площадка (5) находится в позиции 270°.

Стартовая площадка (5) представляет собой круг радиусом 4-6 метров в зависимости от размеров базы и колеи шасси (33, 34, 35) летательного аппарата (4) с максимальным взлетным весом 45-50 тонн. При расположении катапульты на правом борту вращение катапульты по часовой стрелке.

Направление стартовой площадки (5) гироскопическим электромеханизмом синхронизации (22, 36) устанавливается параллельно оси взлета на палубе авианосца и выдерживается все время от начала разгона летательного аппарата (4) на катапульте (2), т.е. от точки старта (Т_ст) до достижения стартовой площадкой (5) с закрепленным на ней летательным аппаратом (4) точки схода (Т_сх) параллельно прямолинейному участку разгона по палубе авианосца. Стойки шасси (33, 34, 35) летательного аппарата (4) крепятся захватами (41). Подключается телефонная связь летательного аппарата (4) с пультом управления (19) катапультой с управляемым вектором перегрузки (2). Выдвигается и поворачивается в рабочее положение штанга (38) реверсных щитков с рассекателями (26). Положение щитков - «опущены» (28). Фильтровентиляторная установка (31) через палубные решетки (39, 40) подает воздух к воздухозаборникам (30) двигателей. На палубе авианосца поднят газоотбойный щит на угол 60°. Производится предстартовая подготовка катапульты (2) с управляемым вектором перегрузки к запуску летательного аппарата (4).

Реверсные щитки в рабочем положении поднимают (27), и летчик выводит двигатель на режим «полный форсаж». Далее проводят контроль готовности к взлету, и в случае готовности передают об этом сообщение. Летательный аппарат (4) снимают со стопора, при этом реверсные щитки опускают (28) на палубу ниже сопел двигателей).

После получения подтверждения всех постов о готовности оборудования к запуску ЛА дается разрешение на «старт» ЛА на взлет.

Катапульта УВП (2) из позиции 270° начинает вращение в точку старта

В точке Т_ст (330°) включается программа взлета ЛА.

На 1-й секунде перегрузка Р=2,0 единицам. Катапульта проходит угол равный 28,3°.

На 2-й секунде перегрузка Р=4,5 единицам. ΔР=+2ед. Катапульта проходит угол равный 70,2°.

На 3-й секунде перегрузка Р=7,0 единицам. ΔР=+2,5ед. Катапульта проходит угол равный 95,4°.

На 4-й секунде перегрузка выдерживается равной Р=7,0 единицам. Катапульта проходит угол равный 106,0° и выходит в точку схода (Т_сх) (позиция 270°) летательного аппарата (4) с катапульты (2) на прямолинейный участок разгона по палубе авианосца в течение следующих 2-х секунд (5-й и 6-й секунд) с перегрузкой Р=3 единицам, которую обеспечивает ЛА своими двигателями до точки отрыва (Т_отр).

При проходе катапультой УВП (2) позиций 0°-90°-180° реверсные щитки (26) переводятся в верхнее положение (27 «подняты») для направления выхлопных газовых струй двигателей «вверх и вперед» способствуя дальнейшему разгону катапульты УВП (2).

Суммарно за 4 секунды катапульта (2) проворачивается на угол 300,4°. Управляемый вектор перегрузки меняет направление вправо от 330° через 0°-90°-180° до 270°. Скорость вращения катапульты УВП (2) увеличивается и достигает 18 оборотов в минуту. ЛА (4) при сходе с катапульты (2) па прямолинейный участок взлета имеет линейную скорость схода равную 37,05 м/с (133,38 км/час), при этом задействуется только 20 метров линейной длины полетной палубы авианосца. На 5-й секунде взлета с Р=3 ед. задействуется 50,95 м длины палубы авианосца. На 6-й секунде взлета с Р=3 ед. задействуется 78,75 м длины палубы авианосца.

Необходимая суммарная длина взлетной палубы равна 149,7 метра. Скорость отрыва на 6-й секунде достигает 333,54 км/час или 92,65 м/сек. При этом суммарная скорость ветра и авианосца принимаются равными 0,0 м/сек.

После схода ЛА (4) с СП (5) катапульта УВП (2) тормозится в позиции 270° следующего оборота.

В боевых условиях, в случае если на первом обороте (через 4 секунды) катапульта УВП (2) не достигнет перегрузки Р=7 ед. можно в аварийном порядке произвести дальнейший разгон ЛА на втором обороте. Если и на втором обороте перегрузка Р=7 ед. не будет достигнута, катапульту УВП (2) следует остановить, иначе пилот может внезапно потерять сознание и будут потеряны и пилот, и ЛА.

Изобретение позволяет осуществить взлет с катапульты УВП тяжелых ЛА весом 45-50 тонн, при скорости отрыва 300 км/ч, задействуя 150 метров длины взлетной палубы на авианосце, обеспечивая устойчивую работу двигателей летательного аппарата в процессе его подготовки к взлету со стартовой площадки авианосца за счет уменьшения обратного газового потока реверсными щитками и подачей дополнительного воздуха от подпалубной фильтровентиляторной установки к воздухозаборникам двигателей при проверке готовности к взлету и при вращении катапульты УВП при взлете ЛА, исключая при этом превышение температуры за газоотражательным щитом выше допустимых норм.

Изобретение относится к морской авиации. Катапульта с управляемым вектором перегрузки содержит внешнее кольцо (1) катапульты и внутреннего подвижное кольцо (2) катапульты, выполненное с возможностью вращения на роликах внутри упомянутого внешнего неподвижного кольца. На внутреннем кольце (2) жестко установлено неподвижное наружное кольцо (6) стартовой площадки, внутри которого скреплено с внутренним подвижным кольцом (5) стартовой площадки. Привод катапульты выполнен в виде электродвигателей (3). Достигается повышение устойчивости работы двигателей летательного аппарата в процессе его подготовки к взлету со стартовой площадки катапульты. 7 ил.

Катапульта с управляемым вектором перегрузки, состоящая из стартовой площадки, оборудования крепления стоек летательного аппарата захватами, штанги подъемно-поворотного устройства реверсных щитков, роликов вращения катапульты и стартовой площадки, двух блоков управления стартовой площадкой, электродвигателя, редуктора, шестерен и зубчатых венцов приводов вращения катапульты и стартовой площадки, отличающаяся тем, что содержит вертикальные и горизонтальные ролики катапульты и стартовой площадки, аккумуляторную батарею и дизель-генератор, неподвижное внешнее кольцо, являющееся основанием катапульты УВП, выполненное с возможностью монтажа и жесткого закрепления в общей конструкции корпуса корабля, заподлицо с верхней палубой, на правом или левом борту с возможностью смещения в нос или в корму корабля, а также с возможностью восприятия сил перегрузки и моментов центробежных сил, внутреннее кольцо катапульты УВП, выполненное с возможностью вращения на роликах внутри упомянутого внешнего неподвижного кольца и на котором с внутренней стороны жестко закреплено наружной стороной внешнее кольцо стартовой площадки, а также внутреннее кольцо стартовой площадки, выполненное с возможностью вращения на роликах внутри внешнего кольца стартовой площадки с возможностью закрепления на ней летательного аппарата и постоянно сохраняющее направление оси ЛА параллельно направлению взлета для дальнейшего разгона ЛА на прямолинейном участке по палубе авианосца, а также с возможностью возвращения в исходное положение стартовой площадки после схода летательного аппарата со стартовой площадки и с возможностью торможения вращения катапульты УВП при подходе стартовой площадки в исходное положение в точку старта, при этом с правой стороны летательного аппарата со смещением в сторону хвоста размещена штанга подъемно-поворотного устройства реверсных щитков с рассекателями, две фильтровентиляторные установки подачи дополнительного воздуха через решетки в палубе к воздухозаборникам двигателей выполнены с возможностью размещения под палубой стартовой площадки, при этом стартовая площадка выполнена с возможностью крепления к ее палубе летательного аппарата за стойки шасси захватами, реверсные щитки, выполненные с рассекателями, установлены на стартовой площадке за выхлопными соплами двигателей ЛА и выполнены с возможностью подъема вверх и направления выхлопных струй вверх вперед, при этом венец зубчатого привода внутреннего кольца катапульты УВП расположен на внешней стороне окружности внутреннего кольца, а шестерни электродвигателей привода вращения катапульты УВП с редукторами с внешней стороны неподвижного внешнего кольца, при этом стартовая площадка выполнена с возможностью вращения электродвигателями, расположенными в подпалубном помещении катапульты УВП, при этом весовые нагрузки вращающихся внутреннего кольца катапульты УВП и внутреннего кольца стартовой площадки вокруг вертикальной оси обеспечивают горизонтальные ролики через верхние и нижние погоны на нижних крышках основания катапульты УВП и катапульты УВП, нижней крышки внешнего кольца стартовой площадки и нижней крышки внутреннего кольца стартовой площадки, при этом катапульта УВП выполнена с возможностью управления пультом управления и блоками управления стартовой площадкой, расположенными в подпалубных помещениях катапульты и стартовой площадки.