Самолет дальнего радиолокационного обнаружения Российский патент 2024 года по МПК B64C39/00 B64C39/10 

Изобретение относится к двум областям авиации, а именно, самолетам дальнего радиолокационного обнаружения (ДРЛО) и радиолокации, в части структурно-конструктивного исполнения антенны радиолокационной станции (РЛС) специального радиотехнического комплекса.

Известны самолеты дальнего радиолокационного обнаружения наземного и палубного базирования, такие как американские Boing S3 «Sentry», Grumman Е2 «Xowkeye» (https://fullhdpictures.com/awesome-grumman-e-2c-hawkeye-wallpaper.html), Boing E-767 (https://topwar.ru/111225-aviaciya-drlo-chast-5.html), российские самолеты А-50 (http://авиару.рф/aviamuseum/aviatsiya/sssr/samolety-spetsnaznacheniya/samolety-drlo/samolet-drlo-a-50/) и перспективный А-100, китайские самолеты KJ-2000, Kj-3000, Shaanxi Y-8w, индийский самолет А-50ЭИ, израильско-российской разработки. Для антенных систем самолетов ДРЛО предъявляются требования по обнаружению, сопровождению и госопознаванию целей в диапазонах 360° по азимуту, и не менее ±30° по углу места. Схемы вышеперечисленных самолетов приведены на фиг. 1, 2, 3.

Все упомянутые самолеты имеют традиционную аэродинамическую схему с дополнительной надстройкой на верхней поверхности фюзеляжа. В состав надстройки входят дискообразный антенный обтекатель и пилоны для его крепления к фюзеляжу. Антенный обтекатель имеет геометрическую форму эллипсоида вращения, в котором диаметральная плоскость является и плоскостью симметрии. При обтекании воздушным потоком в полете обтекатель такой формы подъемной силы практически не создает. Для обеспечения кругового обзора 360° на американских, российских, китайских самолетах ДРЛО обтекатель вращается в полете. Основным параметром, определяющим дальность обнаружения целей и другие характеристики РЛС, является площадь антенны, которую стремятся увеличить до максимально возможных размеров. Площадь антенны и определяет габариты антенного обтекателя дискообразной формы. У известных самолетов ДРЛО, диаметр обтекателя достигает 10-11м, при максимальной высоте порядка двух метров. Эти размеры являются предельными, так как их увеличение ведет к росту аэродинамического сопротивления и дополнительных нагрузок на самолет, создает проблемы устойчивости и управляемости.

На ряде самолетов ДРЛО, таких как американский Boing-737AEW (http://www.airwar.ru/enc/spy/b737.html?ysclid=lbc04xiefc958130674) и бразильский Embraer EMB-145AEW (http://www.airwar.ru/enc/spy/emb145.html?ysclid=lbc06c4qn432405320), антенные обтекатели плоской формы на пилонах установлены на верхней поверхности фюзеляжа. Но технические характеристики таких антенн ниже, чем антенн, установленных в дискообразных обтекателях.

В вышеупомянутых аэродинамических схемах самолетов ДРЛО антенные обтекатели с пилонами на верхней поверхности фюзеляжа являются дополнительными надстройками, они имеют значительные геометрические размеры, что приводит к увеличению аэродинамического сопротивления и массы конструкции самолета, а на самолетах, где антенный обтекатель вращается, еще и к усложнению самолетных и радиотехнических систем, обеспечивающих вращения обтекателя и передачу радиолокационного излучения от генераторов к антеннам, что снижает надежность системы ДРЛО в целом. При расположении антенн РЛС в дискообразных обтекателях над фюзеляжем хвостовое оперение, концевые части крыла и фюзеляж, имеющие металлическую конструкцию, создают «затенение» сектора обзора РЛС и снижают эффективность режимов «обнаружения» и управления, не обеспечивая круговой обзор по азимуту 360° и углу места ±30°. Кроме этого, остекление кабины экипажа попадает в зону воздействия радиолокационного излучения, в следствии чего требуется нанесение специальных покрытий, обеспечивающих защиту экипажа от данного вида излучения. Схема антенного обтекателя РЛС и габаритные размеры радиопрозрачных обтекателей существующих самолетов ДРЛО приведены на фиг.4, где 17 - силовая часть антенного обтекателя металлической конструкции; 18 - радиопрозрачные секции обтекателей антенн бескаркасной стеклопластиковой конструкции, Е - сечение оболочки обтекателя. В данных дискообразных антенных обтекателях антенны располагают на силовых элементах вблизи оси симметрии этих обтекателей. Это ведет к тому, что радиопрозрачные обтекатели, закрывающие антенны РЛС имеют размеры близкие к диаметру обтекателя по длине и около половины диаметра по высоте. Для обеспечения необходимой прочности, жесткости и радиотехнических параметров таких крупногабаритных радиопрозрачных обтекателей антенн, их конструкция выполняется в виде бескаркасной многослойной сотовой оболочки. Оболочка (E) известных антенных обтекателей самолетов ДРЛО состоит из двух наружных и одной внутренней обшивок, набранных из нескольких слоев стеклоткани, между которыми уложен сотовый заполнитель шестигранной формы, выполненный так же из стеклоткани. Подобная конструкция имеет значительный вес, кроме того, она очень сложна и трудоемка в производстве, требует уникальных по размерам оснастки для выклейки и автоклава для термостатирования. Размеры известных радиопрозрачных секций по длине составляют около 0,9 диаметра всего антенного обтекателя, а по высоте до 0,4 его диаметра. В абсолютных величинах это составляет около 9 и 4-х метров соответственно. Толщина пятислойной оболочки (H) может достигать 80 мм.

Вышеперечисленные неблагоприятные факторы снижают аэродинамическое качество, весовую отдачу, показатели надежности самолета ДРЛО, эффективность работы РЛС по выполнению целевой задачи, ведут к усложнению и удорожанию производства элементов конструкции и систем самолета ДРЛО.

Цели и технические результаты изобретения - повышение аэродинамического качества, весовой отдачи, улучшение летно-технических характеристик и надежности самолета ДРЛО, эффективности антенн РЛС с обеспечением кругового обзора 360° по азимуту и ±30° по углу места без затенения радиолокационного излучения, повышение уровня защищенности экипажа от воздействия радиолокационного излучения, упрощение конструкции отдельных элементов составных частей самолета, таких как радиопрозрачные обтекатели антенны РЛС, и снижение затрат на их производство.

Заявленный технический результат достигается тем, что самолет дальнего радиолокационного обнаружения, выполненный по схеме «летающее крыло», в центральной части которого расположен несущий корпус дискообразной эллипсовидной формы, на корпусе закреплены консоли крыла, снабженные законцовками, двигатели и шасси, в корпусе размещаются экипаж, системы, оборудование, включающее радиолокационную систему.

В частном случае исполнения в корпусе установлен кольцевой силовой элемент.

В частном случае исполнения система содержит активную фазированную антенную решетку с кольцевой структурой, образованную отдельными модулями, закрепленными на силовом кольцевом элементе корпуса и обеспечивает круговой обзор по азимуту 360° и по углу места ±30°.

В частном случае исполнения внешняя часть консоли с законцовкой выполнена как единое целое из радиопрозрачных материалов на основе стеклоткани.

В частном случае исполнения законцовки на концах консолей расположены под тупым углом к консоли и оснащены рулевыми поверхностями.

В частном случае исполнения органы управления на консолях крыла имеют двойной режим работы и выполняют на внешней части консоли функции управления по крену и тангажу, а на законцовке по курсу и тангажу.

Указанные выше цели достигаются путем включения дискообразного антенного обтекателя в аэродинамическую и компоновочно-силовую схемы самолета, превращая его в несущий корпус, к которому крепятся остальные составные части самолета. В этом корпусе размещается экипаж, устанавливаются системы и оборудование, в том числе специальное радиотехническое, а также размещается антенна РЛС. В данном исполнении самолет имеет схему «летающее крыло» с дискообразным несущим корпусом в центральной части. Самолет, выполненный по схеме «летающее крыло» имеет минимальное вредное сопротивление, ввиду отсутствия горизонтального и вертикального оперения, но при этом возникает проблема с устойчивостью и управляемостью самолета по тангажу и курсу. Самолет данного схемно-компоновочного исполнения может выполняться в пилотируемом и беспилотном вариантах.

Заявляемое изобретение поясняется рисунками, на которых изображено

Фиг. 1, 2, 3 схемы существующих самолетов

Фиг. 4 схема антенного обтекателя РЛС существующих самолетов ДРЛО

Фиг. 5 схема предлагаемого самолета ДРЛО

Фиг. 6 схема корпуса предлагаемого самолета с силовыми элементами и секциями антенного обтекателя.

Предлагаемый самолет ДРЛО (см. фиг. 5 и фиг. 6) состоит из несущего корпуса дискообразной формы (1), двух консолей крыла, состоящих из двух частей, внутренней (2) и внешней (3), крепящихся к корпусу, двигателей (4), шасси (5). Дискообразный корпус (1) имеет элипсовидную форму, в которой кривизна верхней поверхности (15) эллипса относительно диаметральной плоскости (17) больше, чем нижней поверхности (16) (фиг. 5, сеч А-А), что обеспечивает создание корпусом подъемной силы в полете. Основными элементами силовой схемы корпуса (1) являются две продольные балки (19), образующие отсек для экипажа, систем и оборудования и две поперечные балки (20) к которым крепятся силовые элементы консоли крыла (см. фиг.6), а также силовое кольцо (6), установленное в носке корпуса (1), имеющее размер ~0,75 диаметра корпуса (1). К силовому кольцу (6) по всему периметру крепятся модульные элементы (7) антенны РЛС (7), а также антенный обтекатель (8). По оси симметрии корпуса, в носовой части, имеется надстройка (9), образующая верхнюю поверхность кабины экипажа.

Антенна РЛС представляет собой активную фазированную решетку (АФАР), имеющую кольцевую структуру, образованную отдельными модульными элементами (7), обеспечивающими работу антенной решетки в заданных диапазонах частот. Модульные элементы (7) АФАР имеют форму параллелепипедов, высотой менее 0,8 высоты силового кольца (6). Данное структурно-конструктивное исполнение АФАР позволяет обеспечить круговой обзор по азимуту 360°. При этом составные части самолета не создают затенение радиолокационному лучу.

В предлагаемой схеме самолета ДРЛО модульные элементы (7) антенны РЛС, закрепленные на силовом кольце (6) корпуса (1), расположены спереди кабины экипажа, что исключает воздействие радиолокационного излучения на экипаж. Это повышает уровень безопасности экипажа и не требует установки защиты на остекление кабины экипажа.

Консоли крыла крепятся к поперечным силовым элементам дискообразного корпуса. Внутренняя часть (2) консоли крыла выполнена из алюминиевых сплавов, а внешняя (3), имеющая законцовку (12), выполненных как единое целое из композиционных материалов на основе стеклопластика. На внутренней части (2) консоли крыла, имеются предкрылки (11) и закрылки (10). Консоли крыла имеют положительный угол поперечного «V», который выбирается из условия незатенения радиолокационного луча металлической частью консоли. Законцовки (12) на конце крыла оснащены рулевыми поверхностями (14), что позволяет им наряду со снижением индуктивного сопротивления крыла, обеспечить так же путевую устойчивость и управляемость самолета, тем самым устраняется недостаток аэродинамической схемы «летающее крыло», в которой отсутствует вертикальное оперение. На внешней части консоли крыла имеется рулевая поверхность (13). Рулевые поверхности (13) и (14) имеют два режима работы. Рулевая поверхность (13) обеспечивает управление самолетом по крену и тангажу, рулевая поверхность (14) позволяет управлять самолетом по курсу и тангажу.

Самолет оснащается газотурбинными двигателями (4), установленными на пилонах, крепящихся к корпусу (1) самолета, а также трехстоечным шасси (5) с носовым колесом.

Антенный обтекатель (8), закрывающий элементы антенны РЛС выполняется из радиопрозрачных материалов и может состоять из 4х, 6ти и более секций, устанавливаемых на силовом кольце (6) корпуса (1). Возможное конструктивное исполнение антенного обтекателя приведено на фиг. 6, где 1 - силовая часть корпуса металлической конструкции, 21 - секции антенного обтекателя, З - сечение оболочки антенного обтекателя, две продольные балки (19) и две поперечные балки (20). Оболочка антенного обтекателя выполнена сотовой конструкцией, состоящей из двух обшивок, набранных из нескольких слоев стеклоткани и сотового стеклопластикового заполнителя. В таком исполнении размеры радиопрозрачных секций (21) будут составлять по длине не более 5-ти метров, по высоте 2-х метров, а толщину оболочки (h) в пределах до 25 мм.

Предлагаемое схемно-конструктивное решение самолета по схеме «летающее крыло», в котором антенный обтекатель из дополнительного агрегата, увеличивающего вредное сопротивление, превращается в корпус самолета и создает подъемную силу, позволяет получить повышение аэродинамического качества самолета, а также снижение массы конструкции и повышение весовой отдачи, за счет исключения таких основных частей: как горизонтальное и вертикальное оперение, пилонов крепления обтекателей, а также силовых элементов крепления пилонов с обтекателем и устройства вращения обтекателей. Исполнение антенны РЛС в виде кольцевой структуры, состоящей из отдельных модульных элементов в сочетании с исполнением внешней части консолей крыла из радиопрозрачных материалов и установкой консолей с положительной «V»-образностью, обеспечивает круговой обзор по азимуту 360° и углу места в нижней полусфере, без затенения радиолокационного излучения, что повышает поисковые возможности системы ДРЛО. Остается небольшое затенение металлической частью консоли крыла по углу места в верхней зоне боковых полусфер в секторе 60° в диапазоне от +17° до +30°, что является незначительным усложнением задачи по обнаружению и сопровождению целей. В предлагаемом конструктивном исполнении секции антенного обтекателя имеют меньшие габаритные размеры, толщину и площадь, что обеспечивает снижение веса, трудоемкости изготовления, не требует уникального оборудования для термостатирования.

Изобретение относится к двум областям авиации, а именно самолетам дальнего радиолокационного обнаружения (ДРЛО) и радиолокации, в части структурно-конструктивного исполнения антенны радиолокационной станции (РЛС) специального радиотехнического комплекса. Самолет дальнего радиолокационного обнаружения выполнен по схеме «летающее крыло», в центральной части которого расположен несущий корпус дискообразной эллипсовидной формы, на корпусе закреплены консоли крыла, снабженные законцовками, двигатели и шасси, в корпусе размещаются экипаж, системы, оборудование, включающее радиолокационную систему. При этом самолет, в зоне установки антенны, выполнен радиопрозначным, с обеспечением кругового обзора 360 градусов по азимуту и 30 градусов по углу. Технический результат - повышение аэродинамического качества, весовой отдачи, улучшение летно-технических характеристик и надежности самолета ДРЛО, эффективности антенн РЛС, повышение уровня защищенности экипажа от воздействия радиолокационного излучения, упрощение конструкции отдельных элементов составных частей самолета, снижение затрат на их производство. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Самолет дальнего радиолокационного обнаружения, выполненный по схеме «летающее крыло», в центральной части которого расположен несущий корпус дискообразной эллипсовидной формы, на корпусе закреплены консоли крыла, снабженные законцовками, двигатели и шасси, в корпусе размещаются экипаж, системы, оборудование, включающее радиолокационную систему, при этом самолет, в зоне установки антенны, выполнен радиопрозначным, с обеспечением кругового обзора 360 градусов по азимуту и 30 градусов по углу.

2. Самолет по п. 1, отличающийся тем, что в корпусе установлен кольцевой силовой элемент.

3. Самолет по п. 1, отличающийся тем, что радиолокационная система содержит активную фазированную антенную решетку с кольцевой структурой, образованную отдельными модулями, закрепленными на силовом кольцевом элементе корпуса.

4. Самолет по п. 1, отличающийся тем, что внешняя часть консоли с законцовкой выполнена как единое целое из радиопрозрачных материалов на основе стеклоткани.

5. Самолет по п. 1, отличающийся тем, что законцовки на концах консолей расположены под тупым углом к консоли и оснащены рулевыми поверхностями.

6. Самолет по п. 1, отличающийся тем, что органы управления на консолях крыла имеют двойной режим работы и выполняют на внешней части консоли функции управления по крену и тангажу, а на законцовке - по курсу и тангажу.