СПОСОБ СОЗДАНИЯ ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКИ ПЕРЕНАПРАВЛЕНИЕМ РЕАКТИВНОЙ СТРУИ ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ КОРОТКОГО ВЗЛЕТА
DEVELOPMENT OF AIR CUSHION BY REDIRECTION OF JET FOR SHORT TAKEOFF

Область техники
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к способам улучшения взлетно-посадочных характеристик (ВПХ) летательного аппарата (ЛА) с помощью специальных платформ, установленных на взлетно-посадочных полосах (ВПП).
Уровень техники
Из настоящего уровня техники известны различные патенты и схемы отражателей реактивных струй, которые исключают неблагоприятные эффекты последних на окружающую среду. В патенте US 3080937А, опуб. 12.03.1963, предложено применить отражатель реактивных струй, который также служит для уменьшения шума, произведенного газотурбинным двигателем ЛА. Это осуществляется путем перенаправления струй вверх с помощью ряда флюгеров, установленных последовательно под определенной конфигурацией с целью достижения вертикального перенаправления.
Кроме того, в патенте US 4173323А, опуб. 06.11.1979, предлагается применить устройство, осуществляющее функцию сокращения разбега путем снабжения конца ВПП палубы рампой, изгибающейся продольно вверх для выполнения короткого взлета. Это обеспечивает большой угол атаки ЛА при разбеге, что увеличивает взлетную подъемную силу и сокращает время и расстояние до момента достижения скорости отрыва. Кроме того, рассматриваемые ВПП содержат на краю вспомогательную рампу, служащую для подачи определенного момента тангажа при взлете. Для повышения функциональности такой схемы в патенте US 4267991А, опуб. 19.05.1981, дополнительно предлагается использовать складываемые портативные «мобильные» ВПП для самолетов категории Харриера и других подобных самолетов с трехколесными шасси. Для перевозки портативных ВПП используется специальный грузовик.
Известен другой способ короткого взлета, предложенного в патенте US 7594624 В2 опуб. 29.09.2009, где летательный аппарат базируется на раздвижной наклонной платформе, обеспечивающей летательному аппарату начальный угол атаки. Платформа, начиная с точки старта, ускоряется с помощью направляющего устройства, т.е. рельса, и специального катапультирующего привода до определенного расстояния, где запускается на максимальном режиме силовая установка.
Наиболее близким по конструктивной сущности к заявляемому нами изобретению является способ, далее устройство, в патенте US 2974910А, опуб. 14.03.1961, где предлагается использовать изогнутый или полукружный отражатель реактивных струй, который в свою очередь направляет их далеко вертикально. Данный отражатель прикрепляется к поверхности ВПП на определенном расстоянии для оптимального улавливания струй. Следует отметить, что рассматриваемая схема не является исключительной для осуществления функции отражения реактивных струй, так как устройства и механизмы могут быть выполнены в разных конструкциях.
Известным недостатком изложенных технических решений является то, что большая мощность, создаваемая реактивными струями, не используется для реализации какой-либо другой функции, подобной предложенной нами для создания воздушной подушки под летательным аппаратом, что улучшает его ВПХ.
Раскрытие изобретения
Задачей, на решение которой направлен предложенный способ, является обеспечение оптимального использования реактивных струй летательного аппарата, особенно на авианосцах.
Достигаемый от применения предложенного способа технический результат заключается в улучшении взлетно-посадочных характеристик летательного аппарата и уменьшении его разбега.
Технический результат достигается тем, что способ создания воздушной подушки увеличивает подъемную силу несущих поверхностей ЛА при разбеге, преимущественно, путем перенаправления реактивных струй изогнутым отражателем, изготовленным из жаропрочного материала, к нижней поверхности крыльев и фюзеляжа, создавая, в итоге, подъемную силу, участвующую в улучшении ВПХ и уменьшении требуемого расстояния разбега до отрыва ЛА от ВПП. Поверхность ВПП выполняется в виде перенаправляющей сетки, имеющей маленькие поперечные отверстия и служащей для направления реактивных струй, отраженных под углом 30°-45° градусов от улавливающего отражателя к трубе, находящейся под ВПП с расширяющим диаметром, за входом в которую устанавливается начальная криволинейная стена, направляющая реактивные струи к выходу с помощью конечной криволинейной стены, причем описанная труба дополнительно содержит встроенную блокирующую панель для предотвращения неблагоприятной утечки реактивных струй из ее средней части. Продолжительность процесса создания воздушной подушки до момента отрыва летательного аппарата поддерживается путем ускоренного слежения за ним всей конструкцией, скользящей на рельсах с помощью маленьких колес.
Краткое описание чертежей
Реализация данного изобретения далее излагается со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг. 1а - схематично изображено поперечное сечение установки перенаправления реактивных струй к нижним несущим поверхностям ЛА.
фиг. 1б - схематично изображено продольное сечение установки перенаправления реактивных струй к нижним несущим поверхностям ЛА.
Предложенный способ перенаправления струй тяги 3 летательного аппарата (ЛА) включает в себя улавливающий отражатель 4, имеющий криволинейный профиль для улавливания выброшенной струи тяги 3. Струи тяги с помощью перенаправляющей сетки 4, представляющей собой поверхность взлетно-посадочного полоса (ВПП), проходят через трубу 10, где их температура снижается в процессе расширения. В конце трубы 10 струи тяги заново перенаправляются с помощью конечной криволинейной стены 12 и сетки 5. Блокирующая панель 11 используется так, чтобы предотвратить утечку струи тяги в случае вертикального течения при прохождении струи через трубу 10. Требование к постоянству создания воздушной подушки во время разбега осуществляется специальным механизмом скольжения всей направляющей установки на рельсах 8, с применением соответствующих колес 7.
Система работает следующим образом: возвращаясь к фиг. 1а, где показан улавливающий отражатель 4 реактивных струй 3, который размещается позади сопла реактивного двигателя ЛА 2 на расстоянии, достаточном для обеспечения оптимального улавливания наиболее ламинарных струй 3. Улавливающий отражатель 4, охлаждаемый специальным методом для выдержки температур свыше 1250°C, может быть изготовлен из алюминиевого сплава или жаропрочного металла. Размеры рассматриваемого улавливающего отражателя 4, имеющего криволинейный профиль (изогнутую или полусферическую форму), как правило, зависят от мощности реактивного двигателя и расстояния от сопла 2 до установки улавливающего отражателя 4.
К данному улавливающему отражателю 4 присоединяется, соответствующим методом, изогнутая направляющая панель 6 под поверхностью ВПП, служащая для наклонения входящих струй к выходу из трубы 10, расположенной под перенаправляющей сеткой 5. Перенаправляющая сетка 5 представляет собой взлетно-посадочную полосу (ВПП), способную выдержать вес эксплуатируемого ЛА 1 и температуру улавливаемых и перенаправляемых к ней реактивных струй 3, поэтому она изготавливается из высокопрочных жестких металлов, обладающих хорошими показателями теплостойкости и износостойкости. Толщина сетки 5 зависит от веса эксплуатируемых ЛА 1. Проникновение реактивных струй 3 реализуется с помощью многочисленных маленьких отверстий (см. на фиг. 1б), наклоненных вдоль профиля сетки 5 под углом (30°-45°) градусов для достижения оптимального перенаправления с наименьшей потерей мощности струйного течения, образуемой за счет вихревого сопротивления над сеткой 5. С целью достижения оптимальной аэродинамической обтекаемости струй рекомендуется выполнить отверстия с неострыми краями. После прохождения перенаправленных струй 3 через сетку 5 они охлаждаются в трубе 10 для устранения их неблагоприятных эффектов на ЛА и его агрегаты. Высокая температура и сильный обдув могут повредить некоторые части обшивки, навигационные фонари, различные датчики и полезные нагрузки, такие как топливные баки и вооружение, расположенные на нижней поверхности ЛА 1. Охлаждение может быть осуществлено за счет использования термодинамических явлений, например, процесса расширения струйного течения 3 в трубе 10, выполненной с уменьшенным, в некоторой степени, диаметром входного канала по сравнению с выходным. Кроме того, в качестве дополнительного способа охлаждения можно применить, к примеру, смешение проходящих струй с холодным течением, что, в итоге реализует эффективное формирование искусственной воздушной подушки с безопасными параметрами температуры и скорости обдува.
и
Перенаправляющая стена 12, имеющая изогнутый профиль, противоположный направлению панели 6, служит для повторного направления струйного течения 3 в сторону нижней части несущих поверхностей ЛА 1. Это объясняется созданием воздушной подушки за счет струй, которые выходят под углом, равным углу наклона отверстий перенаправляющей сетки 5. Преимущество такого подхода заключается в том, чтобы избежать помпажа компрессора реактивного двигателя, который может произойти в случае реализации вертикального обдува, и обеспечить исходный угол атаки набегающего потока (α), т.е. угол обдува струй воздушной подушки (см. фиг. 1а). Описанная обстановка своей принципиальной компоновкой играет роль в улучшении взлетно-посадочных характеристик (ВПХ) ЛА 1, так как в результате этого процесса создается начальная подъемная сила, модуль вектора которой складывается с модулем вектора подъемной силы от несущих поверхностей, равный нулю во время стоянки ЛА 1 (нулевая скорость). Таким образом, мы осуществляем способ создания воздушной подушки, улучающей ВПХ ЛА 1.
При разбеге по ВПП резко возрастает скорость ЛА 1 до скорости отрыва, при которой подъемная сила от несущих поверхностей достигает достаточного для преодоления силы тяжести значения. В этом процессе крылья являются наиболее важными элементами обычной схемы летательных аппаратов. Однако в случае применения предложенного нами способа расстояние разбега должно сокращаться только в том случае, если соблюдается условие создания воздушной подушки вдоль всей ВПП до отрыва ЛА 1. Несмотря на то, что мы не рассматриваем в данном изобретении устройство, осуществляющее предложенный нами способ. Стоит отметить, что в общем виде подход к реализации этого требования обусловлен слежением за ЛА 1 предложенной установкой перенаправления. Следовательно, на фиг. 1а представлен схематично простейший принцип слежения, на основе которого при разгоне ЛА 1 целая установка специальным механизмом скользит на рельсах 8 с помощью соответствующих маленьких колес 7, с ускорением, равным ускорению разгона ЛА 1 при разбеге. Механизм может включить в себя различные механические, электрические и электронные системы, реализующие функцию слежения. При таком процессе складываются векторы обдува струй воздушной подушкой и подъемной силы, приводя к достижению скорости отрыва за время и расстояние сравнительно меньше требуемых в случае использования лишь несущих поверхностей.
Внедрение данного способа может быть эффективно и широко реализовано на наземных аэродромах или палубах с целью уменьшения разбега летательных аппаратов, что расширяет эксплуатационные возможности тех или иных ВПП.