Транспортный самолет-амфибия
AMPHIBIAN TRANSPORT AIRCRAFT

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к устройству лодки (фюзеляжа) транспортного самолета-амфибии и его общей компоновки.
В чрезвычайных ситуациях возможно повреждение многих сухопутных полос аэродромов России и поэтому необходимо иметь тяжелый транспортный самолет-амфибию, способный доставить к месту назначения как можно больший объем груза, осуществив посадку на водную поверхность, которой на территории России достаточно.
Необходимо отметить, что на этих водных поверхностях (реках, озерах, заливах) практически нет смешанного волнения. На них преобладает ветровая волна. Спектр волнения которой (частотный и энергетический) имеет один, ярко выраженный, всплеск, что говорит об отсутствии на данной водной поверхности смешанного волнения. Такой характер волнения водной поверхности способствует возникновению меньших нагрузок на днище лодок, более устойчивому глиссированию самолета-амфибии на волне с меньшими амплитудами продольных колебаний по углу дифферента, вертикальными перемещениями центра тяжести и с меньшими значениями вертикальных перегрузок.
Заявляемый транспортный самолет-амфибия предназначается, в основном, для выполнения транспортировки грузов, оборудования, доставки или десантирования в назначенные зоны отрядов МЧС или ВДВ. При наличии дополнительного оборудования на борту транспортный самолет-амфибия может выполнять пассажирские перевозки. Он может выполнять полеты днем и ночью с сухопутных аэродромов и водных акваторий.
Известны самолеты-амфибии, которые можно отнести к габаритным - «тяжелым», такие как самолет-амфибия А-40 (https://ru/wikipedia.org/wiki/A-40) и самолет-амфибия Бе-200ЧС (https://ru/wikipedia.org/wiki/Бе-200). Самолет-амфибия А-40 не предназначался для доставки грузов, а мог выполнять полеты для решения задач министерства обороны. Самолет-амфибия Бе-200ЧС используется для тушения лесных пожаров, но способен доставить грузы и спецотряд МЧС к месту назначения, выполняет полеты для решения задач МЧС. Конструкция его лодки (фюзеляжа) и ее габариты не позволяют погрузить на него габаритные и тяжелые грузы. При загрузке грузов общим весом до 5 тонн дальность его полета не превосходит 1100 км.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является «Беспилотный самолет-амфибия» (патент РФ на изобретение №2661379, МПК В64С 35/00). Этот беспилотный самолет-амфибия не относится к классу «тяжелых». Он предназначен, в основном, для тушения лесных пожаров.
Недостатком прототипа, для реализации поставленных целей (транспортировки габаритных грузов, оборудования, доставки в зоны десантирования отрядов МЧС и ВДВ), является его малый взлетный вес, размеры лодки, не имеющей объемов для размещения габаритных грузов и небольшие дальности полетов.
Для устройства днища лодки предполагаемого изобретения транспортного самолета-амфибии применены технические решения патента РФ №2661379 это:
- размещение реданов днища лодки, относительно центра тяжести беспилотного самолета-амфибии;
- их геометрическая форма и переходы переменной поперечной килеватости в постоянную (в носовой и кормовой частях лодки);
- расположение и конструкция брызгоотражающих щитков.
Технический результат предполагаемого изобретения заключается в транспортировке габаритных грузов с обеспечением устойчивого глиссирования самолета-амфибии на волне, а именно:
- уменьшение амплитуд продольных угловых колебаний и вертикальных перемещений центра тяжести по высоте, при глиссировании транспортного самолета-амфибии на волне;
- уменьшение углов дифферента во всем диапазоне скоростей глиссирования;
- снижение гидродинамических нагрузок на корпус лодки;
- создание оптимальных условий для работы системы продольного и поперечного управлений, способствующих сохранению ее ресурса и самолета-амфибии в целом.
Технический результат достигается тем, что обводы лодки, заявляемого транспортного самолета-амфибии, также выполнены с двумя эффективными в работе поперечными реданами. Первый редан располагается впереди центра тяжести самолета-амфибии. Вторым реданом является кормовая часть днища лодки, имеющая необходимую ширину для эффективной гидродинамической работы. В поперечных сечениях лодки на реданах установлен профиль переменной поперечной килеватости, обеспечивающий два срыва потока воды, идущей по поперечным обводам днища. Это позволяет в 2-3 раза уменьшить значения вертикальных перегрузок и существенно понизить нагрузки на днище лодки транспортного самолета-амфибии, на режимах его глиссирования.
Центр тяжести транспортного самолета-амфибии находится между первым и вторым реданами лодки. На днище лодки созданы две поверхности, воспринимающие гидродинамические нагрузки в процессе глиссирования. От этих нагрузок возникает два момента сил, относительно центра тяжести транспортного самолета-амфибии. При определенном угле дифферента лодки (угла хода лодки на воде) эти моменты равны и он глиссирует с установившимся углом. Такое расположение реданов относительно центра тяжести не допускает на транспортном самолете-амфибии возникновения существенных колебаний по углу дифферента на режимах его глиссирования на волне. Угол дифферента, с которым должен глиссировать транспортный самолет-амфибия, должен быть выбран при разработке обводов днища лодки. Существенную роль при этом играет угол продольной килеватости межреданной части лодки. Гидродинамическими испытаниями динамически подобной модели транспортного самолета-амфибии должны быть подтверждены заложенные в проект параметры. Реданы, расположенные таким образом, обеспечивают стабилизацию углов дифферента транспортного самолета-амфибии на режимах его глиссирования на волне.
Для исключения заливаемости водными струями надводных частей конструкции транспортный самолет-амфибия снабжен брызгоотражающими щитками, установленными в носовой части лодки, которые являются продолжением бортовых поверхностей лодки, опускаясь ниже ее скул на определенную величину, определяемую испытаниями на воде. В шахматном порядке на этих щитках расположены сквозные отверстия. Отверстия не дают возможности образоваться существенному давлению воды в их зоне, перепуская за борт лодки струи воды. Из-за этого струи воды не поднимаются вверх и не заливают надводные части лодки и нижнюю поверхность крыльев.
Технический результат достигается и тем, что межреданная часть лодки предлагаемого транспортного самолета-амфибии выполнена постоянной ширины, при этом над кормовым реданом располагается габаритный грузовой люк, выполненный по ширине редана и открывающийся вверх. Люк открывается вверх, вращением вокруг оси, и позволяет с кормы лодки загрузить ее габаритными грузами. В связи с этим, для обеспечения путевой устойчивости в полете, установлено вертикальное оперение в виде двух килевых поверхностей, разнесенных по бортам кормовой части лодки, с размещенным наверху горизонтальным оперением. Для того чтобы грузовой люк свободно открывался, килевые поверхности транспортного самолета-амфибии выполнены с отклонением 7°÷9° в вертикальной плоскости (от бортов лодки).
Площади рулевых поверхностей не превышают 18% от площади оперения, а угловые скорости их отклонения не более 60° в секунду.
Таким образом, заявляемая конструкция (компоновка) транспортного самолета-амфибии соответствует критерию изобретения «новизна». Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими, защищенными патентами техническими решениями в данной области, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень». Заявляемое решение пригодно к осуществлению в авиационной промышленности.
Сущность предполагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами, где:
на фигуре 1 изображен транспортный самолет-амфибия (вид сбоку);
на фигуре 2 изображен транспортный самолет-амфибия (вид спереди);
на фигуре 3 изображен транспортный самолет-амфибия (вид сверху).
Фюзеляж (лодка) транспортного самолета-амфибии снабжен днищем лодки 1, имеющим свои специфические формы. Днище лодки 1 выполнено с реданом 2 и реданом 3, которые имеют переменную поперечную килеватость. На боковых поверхностях лодки расположены брызгоотражающие щитки 4. По форме они плоские и опущены ниже скулы лодки. В шахматном порядке на брызгоотражающих щитках 4 расположены сквозные отверстия. Отверстия не дают возможности образоваться существенному давлению воды в их зоне, перепуская за борт лодки струи воды. Из-за этого струи воды не поднимаются вверх и не заливают надводные части лодки, нижнюю поверхность крыла 5 и двигателей 6.
м
м
Редан 2 расположен впереди центра тяжести транспортного самолета-амфибии. Реданом 3 является кормовая часть лодки. Редан 3 выполнен аналогично редану 2 и имеет одинаковую с реданом 2 гидродинамическую эффективность. Центр тяжести (масс) транспортного самолета-амфибии находится между реданом 2 и реданом 3. Такое расположение реданов 2 и 3 лодки относительно центра тяжести (ЦТ) создает транспортному самолету-амфибии устойчивое глиссирование на волне, с установившимся углом дифферента. Угол дифферента, с которым будет глиссировать транспортный самолет-амфибия на волне, зависит от соотношения нагрузок между реданами 2 и 3. При различном положении центра тяжести между реданами 2 и 3 возникнут различные углы дифферента, вокруг которых будет происходить его стабилизация при глиссировании на волне. Выбором угла продольной килеватости межреданной части лодки γ (фиг. 1) и положения центра тяжести между реданом 2 и реданом 3 можно получить различные углы дифферента устойчивого глиссирования транспортного самолета-амфибии на волне. Желательно центр тяжести транспортного самолета-амфибии расположить на удалении от редана 2 к редану 3, составляющем 25÷35% длины межреданной части лодки и угол продольной килеватости межреданной части лодки (γ) не превышающий 4. В этом случае можно ожидать угол дифферента порядка 5° при глиссировании на волне. Это вполне приемлемо с гидродинамической и аэродинамической точек зрения.
В процессе глиссирования на волне между реданами 2 и 3 устанавливается положение равновесия. Если угол дифферента транспортного самолета-амфибии на режиме глиссирования увеличится, то на редане 2 гидродинамическая нагрузка уменьшится, а на редане 3 увеличится. При этом возникнут разные моменты гидродинамических сил относительно центра тяжести транспортного самолета-амфибии. Это приведет к изменению угла дифферента. Этот процесс будет продолжаться до тех пор, пока не наступит балансировка моментов. Практика показала, что стабилизация происходит быстро (1÷1,5 секунды), а размах колебаний по углу дифферента при этом незначительный ± (30÷40)'. Таким образом, можно иметь устойчивое глиссирование транспортного самолета-амфибии на волне с небольшим диапазоном изменения (размахом колебаний) по углу дифферента.
Это существенно улучшает условия работы системы его продольной и поперечной управляемости. Частота изменений и величина гидродинамических нагрузок на днище лодки также уменьшается. Происходит экономия ресурса систем и конструкции в целом транспортного самолета-амфибии. В совокупности это улучшает надежность в эксплуатации и гидродинамические характеристики транспортного самолета-амфибии.
Для выполнения своих основных функций по доставке габаритных грузов, оборудования, доставке или десантированию в назначенные зоны отрядов МЧС или ВДВ в корме лодки (фюзеляже), заявляемого транспортного самолета-амфибии, предусмотрен габаритный грузовой люк 7. Люк 7 открывается вверх. В носовой части лодки, на левом борту установлен грузовой люк 8, имеющий меньшие размеры и позволяющий выполнить десантирование команд, загрузку и выгрузку различных малогабаритных грузов.
Обеспечение путевой устойчивости и управляемости транспортного самолета-амфибии в полете обеспечивают две поверхности киля 9, установленные в кормовой части лодки. Для того чтобы грузовой люк 7 свободно открывался, кили 9 транспортного самолета-амфибии имеют небольшое отклонение в вертикальной плоскости 7°÷9° (от бортов лодки). Горизонтальное оперение 10, позволяющее осуществлять управление самолетом в продольной плоскости, расположено на верху килевых поверхностей лодки.
Поперечную остойчивость лодки, при нахождении ее на плаву и малых скоростях движения на воде, обеспечивают герметичные бортовые наплывы (жабры) 11. В жабры 11 убираются основные стойки шасси 12.
Технико-экономическая эффективность предполагаемого изобретения выражается в обеспечении более устойчивого глиссирования транспортного самолета-амфибии на волне. Достигается это уменьшением амплитуд продольных угловых колебаний и перемещений центра тяжести транспортного самолета-амфибии в вертикальной плоскости, при его глиссирования на волне; уменьшения диапазона изменений угла дифферента во всем диапазоне скоростей глиссирования; снижения гидродинамических нагрузок на корпус лодки; доставки на большие расстояния тяжелых и габаритных грузов, специальных команд ВДВ или МЧС; создания оптимальных условий для работы систем продольного и поперечного управления, способствующих сохранению их ресурса и транспортного самолета-амфибии в целом.