АЭРОДИНАМИЧЕСКИЙ ТОРМОЗ Российский патент 2023 года по МПК B64C9/32 

Изобретение относится к аэродинамическому тормозу, укорачивающему пробег самолета при посадке, в частности, при посадке на авианесущие корабли.

Одним из первых аэродинамических тормозов описан в авторском свидетельстве [«Аэродинамический парусный тормоз», класс 62b 17, №47179, опубликовано 31.05.1936]. На оси тормоза вращается ветряк, скрепленный на концах своих лопастей при помощи кольца с круглым матерчатым парусом, снабженным по окружности гибким ободом-цепочкой. Парус разворачивается на стойке с шарниром, укрепленной над фюзеляжем самолета. В нерабочем положении тормоз сложен на фюзеляже. Тормоз может быть использован только для самолетов первых поколений, имеющих малую посадочную скорость, вследствие недостаточной прочности всей конструкции. При достаточно высоких скоростях посадки современных самолетов парус тормоза начнет сминаться, нарушая его геометрию, что приведет к разрушению тормоза и фюзеляжа самолета.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является аэродинамический тормоз, описанный в патенте [«Воздушный тормоз для самолетов», патент RU 2469910 С2, опубликован 20.12.2012 Бюл. №35]. Тормоз содержит переднюю часть в виде полусферы, обращенной к набегающему потоку воздуха, выполненную с возможностью выдвижения в поток для увеличения аэродинамического сопротивления. На верхней стороне тормоза с одной стороны относительно его срединной линии установлен выступ так, что выступ во втянутом состоянии тормоза простирается вдоль направления потока воздуха. Выступ предотвращает резонанс.

Недостаток данного тормоза состоит в его значительной технологической сложности при реализации укороченного пробега в процессе посадки.

Зависимость длины пробега L от радиуса воздушного тормоза R описывается в статье [Мищенко А.А. Вычисление пробега самолета при посадке на авианесущие корабли без аэрофинишера // Студенческий: электрон, научн. журн. 2022. №20(190). Ч. 9. С.16-19. URL: https://sibac.info/journal/student/190/256127 (дата обращения: 15.06.2022)]. График зависимости длины пробега от радиуса тормоза приведен на фиг. 1. Он построен для самолета МиГ-29К, для значений m=14000 кг - посадочная масса пустого самолета, μ=0,25 - коэффициент трения колес о ВПП, с - коэффициент сопротивления, величина которого для полусферы равна 1,33, h -толщина тормоза, которой можно пренебречь, ρ_в=1,2 кг/м - плотность воздуха при нормальных условиях, ν₀=60 м/с - посадочная скорость самолета относительно воздуха, ν_к=15 м/с - скорость корабля, идущего против ветра, относительно воды, ν_в=5 м/с - скорость ветра.

Из графика на фиг. 1 видно, что укорочение длины пробега до 150 м возможно при радиусе тормоза не менее 2,8 м. Технологическая сложность тормоза с учетом креплений, обеспечивающих его прочность, и устройств выдвижения в процессе полета, препятствует практической реализации воздушного тормоза такого радиуса при посадочных скоростях современных самолетов.

Технический результат изобретения заключается в изготовлении простого аэродинамического тормоза, обеспечивающего необходимую силу сопротивления и прочность конструкции.

Сущность изобретения заключается в том, что воздушный тормоз (1) выполнен в виде упругого цилиндрического баллона, надуваемого в процессе посадки нагретыми газами от двигателей самолета через штуцер (6) с клапаном и управляемым краном, обеспечивающим давление в баллоне, необходимое для образования вогнутой полусферы (2) набегающим потоком воздуха (см. схему расположения аэродинамического тормоза на самолете, изображенную на фиг. 2). При взлете и в процессе полета тормоз свернут и спрятан внутри фюзеляжа самолета, не ухудшая его аэродинамику. Тормоз выдвигается из ниши (3) с использованием стойки на шарнире (4) и крепится к фюзеляжу самолета в ряде точек с помощью крепежа (5).

Масса надутого баллона существенно меньше массы аэродинамического прототипа, обеспечивающего ту же самую силу сопротивления. За счет крепления тормоза в ряде точек к фюзеляжу самолета он образует с ним единое целое, что препятствует разрушению фюзеляжа. Выдвижение упругого баллона не представляет технологической сложности.

Схожесть признаков прототипа и предлагаемого тормоза состоит в использовании передней части тормоза в виде полусферы, обеспечивающей максимальную силу сопротивления при заданном радиусе. Однако предлагаемое техническое решение обладает большей технологической простотой и возможностью его практического использования.

При реализации укороченной посадки на самолет действует четыре силы: сила сопротивления, возникающая за счет действия тормоза; сила сопротивления за счет торможения колесами шасси, сила тяжести и подъемная сила Архимеда, уменьшающая его вертикальную посадочную скорость.

Время пробега рассчитано в работе [Мищенко А.А. Вычисление пробега самолета при посадке на авианесущие корабли без аэрофинишера // Студенческий: электрон, научн. журн. 2022. №20(190). Ч. 9. С. 16-19. URL: https://sibac.info/joumal/student/190/256127 (дата обращения: 15.06.2022)]. На фиг. 3 показано время пробега для тех же параметров посадки.

Например, для радиуса тормоза R=2,8 м и L=150 м, время посадки равно t=8,9 с. Перегрузка при посадке менее одного g, а время торможения позволяет использовать реверс двигателей, и еще более сократить длину пробега.

Тормоз надувается перед выходом на глиссаду посадки самолета, и для сохранения необходимой посадочной скорости пилот соответственно увеличивает тягу двигателей.

Предложенный аэродинамический тормоз может быть использован на современных самолетах для посадки на короткие взлетно-посадочные полосы и на легкие авианосные крейсеры без использования аэрофинишера.

Изобретение относится к авиации. Аэродинамический тормоз для самолета выполнен в виде упругого цилиндрического баллона и закреплен на фюзеляже самолета. Баллон снабжен штуцером (6) с управляемым краном, через который осуществляется надувание баллона нагретыми газами от двигателей самолета в процессе посадки. Кран обеспечивает давление в баллоне, необходимое для образования вогнутой полусферы (2) набегающим потоком воздуха. Достигается сокращение пробега самолета при посадке, в частности, при посадке на авианесущие корабли без аэрофинишера. 3 ил.

Аэродинамический тормоз для самолетов, содержащий переднюю часть в виде полусферы, отличающийся тем, что он выполнен в виде упругого цилиндрического баллона, закрепленного на фюзеляже самолета и снабженного штуцером с управляемым краном, через который осуществляется надувание баллона нагретыми газами от двигателей самолета в процессе посадки.