СТАРТОВЫЙ УСКОРИТЕЛЬ САМОЛЁТА
AIRCRAFT START ACCELERATOR

Изобретение относится к авиации, в основном к гидросамолетам, но может применяться и на сухопутных самолетах, и даже на гидровертолетах (как поплавки).
Известны гидросамолеты, которые, как правило, имеют корпус типа «летающая лодка» достаточной для остойчивости ширины, см. интернет http://www.hydroplane.ru. Известны и ракетные ускорители взлета для самолетов, представляющие собой ракетные двигатели, см. «Авиация люфтваффе». Минск, 2000, стр.372.
Недостатками последних являются высокая стоимость и разрушающее воздействие на взлетно-посадочную полосу. А также невозможность управления вектором и величиной тяги.
Для устранения этих недостатков данный ускоритель имеет принцип «водяной ракеты», то есть ускоритель представляет собой баллон с краном, частично наполненный водой и частично - сжатым воздухом, см. фиг.1, 2.
Особая целесообразность применения такого ускорителя в гидроавиации обуславливается, во-первых, повышенным сопротивлением воды по сравнению с разгоном сухопутных самолетов по взлетной полосе, а во-вторых, наличием воды в неограниченном количестве, и возможностью заправки водой самотеком.
Вектор силы такого ускорителя должен быть направлен в центр масс самолета, иначе может произойти быстрое неконтролируемое изменение тангажа. Особенно опасен положительный тангаж - самолет может скабрировать резко вверх, остановиться в воздухе и упасть хвостом вниз. В связи с этим загрузка самолета и надежность крепления груза должны тщательно проверяться.
Однако есть способ управлять и тягой такого двигателя, и ее вектором. Для этого следует использовать в качестве крана, открывающего выход воды, шаровой кран достаточного сечения без наружного патрубка, тогда поворотом шарового элемента можно в довольно широких пределах менять и тягу, и ее направление по тангажу.
Если мы хотим регулировать только тягу, то наоборот, наружный патрубок крана следует оставить и прикрепить на него сужающееся сопло.
Такое сопло создает хорошие условия для скоростного истекания воды, однако оно создает слишком концентрированную и мощную струю, которая может повредить соседние самолеты и т.п. Поэтому вместо него на кран может быть прикреплено несколько центробежных или щелевых форсунок меньшего размера.
Управлять вектором тяги можно и с помощью расположенного за краном руля/рулей. Это может быть один руль в середине потока. Достоинство этого варианта состоит в том, что при соответствующем расположении и форме руля можно добиться минимального усилия для управления им. Или это могут быть два-четыре руля, попарно расположенные сверху-снизу и по бокам. Таким устройством можно управляться при взлете сразу по двум осям.
Для облегчения заправки водой и воздухом баллон ускорителя может иметь еще одно отверстие с трехходовым краном, расположенное по центру в передней части.
В авиации каждый килограмм на счету, поэтому баллон данного ускорителя, хотя и изготовленный из хорошего композитного материала (вектран+смола), может быть интегрирован в конструкцию самолета и являться круглым лонжероном. Как известно, круглые конструкции с поддувом внутренним избыточным давлением являются хорошими конструктивными элементами, например, корпуса жидкостных ракет, борта надувных лодок.
Для обеспечения безопасности баллон во избежание взрыва во время накачки должен иметь манометр и предохранительный клапан, которые можно крепить к имеющемуся носовому штуцеру.
Баллон хорошо крепится к фюзеляжу, точнее является частью фюзеляжа (оптимальное расположение баллона такое, чтобы на нем можно было сидеть, см. фиг.2). Однако и к крылу/крыльям он должен крепиться также весьма прочно, так как при резком старте он может воздействовать на крылья с усилием, равным или большим веса крыльев с моторами. Например, И-образными стойками.
Накачиваться баллон может компрессором, использующим отбор мощности от основного/основных двигателя(ей), для чего можно применить конструкцию с бендексом от неисправного стартера или ременный привод. Но лучше, чтобы экономить ресурс основных двигателей, применить отдельный двигатель мощностью 1-2 кВт, например от лодочного мотора «Салют» 2 л.с., от газонокосилки или от бензопилы. Разница в весе получится 1-2 кг, но зато «экономятся» основные двигатели. Кроме того, можно использовать этот маленький двигатель и для руления по воде. Для этого этот двигатель должен иметь одну или две простейшие разъединительные муфты: на компрессор (но можно сделать привод и постоянным) и на маленький водяной винт, возможно со складывающимися лопастями, расположенный ниже статической ватерлинии.
На фиг.1, 2 показан гидросамолет со встроенным данным ускорителем: 1 - фюзеляж, 2 - баллон, являющийся лонжероном фюзеляжа, 3 - шаровой кран, 4 - трехходовой кран.
Работает самолет с ускорителем следующим образом: если это гидросамолет, то в положении плавания открывается шаровой кран 3 и вода начинает самотеком поступать в баллон, одновременно через это же отверстие, вытесняя воздух. Если на самолете имеется трехходовой кран 4, то открывается и он в положение «в атмосферу». В этом случае заполнение баллона будет происходить быстрее. Баллон заполняется до тех пор, пока воздух не перестанет выходить. Это значит, что в верхней части баллона образовалась воздушная полость, и дальнейшее заполнение невозможно и не нужно. Воды при этом в баллоне будет примерно 55% от объема. Затем на патрубок шарового крана наворачивается резьбовая крышка, которая имеет манометр, предохранительный клапан и шланг, ведущий к компрессору. Если имеется трехходовой кран, то операция упрощается, достаточно закрыть шаровой кран 3 и переключить трехходовой кран 4 на компрессор. Производится накачка баллона воздухом. Не следует выбирать слишком большое давление, иначе конструкция баллона получится слишком тяжелой: ориентировочные значения 10-30 атм (1-3 мПа).
При взлете не следует включать ускоритель сразу, если только взлет не производится с трамплина, направленного под углом к горизонту. Следует сначала дать двигателям полный газ, чтобы вода в баллоне прилила к задней его части (иначе вместе с водой может прорваться воздух). Можно даже дождаться, когда вследствие повышения скорости тангаж (по морскому - дифферент) увеличится и большая часть воды надежно стечет к крану 3. В этот момент нужно резко открыть шаровой кран 4 и самолет начнет резко, вплоть до нескольких g, ускоряться. Не следует выбирать ускорение слишком большим - затруднительно будет его контролировать и управлять им с помощью отклонения шарового крана или с помощью отклонения руля/рулей. Достаточно 0,3-1 g. При ускорении 1 g самолет достигнет скорости 75 км/час за 2 секунды на взлетной дистанции 20 метров (при этой скорости у легкомоторных самолетов обычно происходит отрыв). Если при этом действие ускорителя не закончилось, то он поможет быстро набрать скорость и высоту. Однако в этом случае управление вектором тяги обязательно. Во время взлета компрессор лучше не выключать.
Сразу же после выхода всей воды следует резко закрыть кран 3, чтобы избежать падения давления в баллоне, так как баллон без поддува значительно менее прочен, чем с поддувом. Если давление упало до атмосферно, следует продолжить накачку воздухом, хотя бы до давления 1-2 атм. Нельзя допускать образования разрежения.
При посадке ускоритель не работает, однако в исключительных случаях, когда самолет чуть-чуть не долетает до нужной отметки, можно открыть кран 3 и полностью выпустить воздух из баллона, что придаст самолету еще немного скорости.