ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
AIRCRAFT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Изобретение относится к авиастроению и может быть использовано при создании летательных аппаратов (ЛА) различной грузоподъемности и различного назначения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
По типу крыла ЛА подразделяются на монопланы, бипланы и трипланы, которые обладают и преимуществами, и недостатками.
Моноплан отличается высокой крейсерской скоростью и обладает хорошими экономическими показателями. Для обеспечения безопасности при выполнении взлета и посадки скорость ЛА не должна быть очень высокой. Для снижения скорости на этих этапах полета предназначена механизация крыла, включающая в себя предкрылки и закрылки, представляющие собой достаточно сложные узлы, имеющие немалый вес и достаточно непростое управление. Применение в конструкции ЛА предкрылков и закрылков позволяет значительно снижать скорость при взлете и посадке, однако скорость все равно остается достаточно высокой. Для самолетов средней и большой грузоподъемности она составляет около 220-270 км/ч и нештатные ситуации, возникающие во время взлета и посадки на таких скоростях, иногда приводят к серьезным поломкам ЛА, а иногда и к катастрофам. Для обеспечения безопасности при выполнении взлета и посадки на таких скоростях требуемая длина взлетно-посадочной полосы (ВПП) составляет около 3000 м. Современный аэродром имеет, как правило, более одной ВПП. Строительство и эксплуатация таких аэродромов обходится очень дорого.
В состав конструкции биплана могут входить предкрылки и закрылки. Конструкция триплана наиболее проста и, как правило, не имеет ни предкрылков, ни закрылков. Большая площадь крыла бипланов, и в еще большей степени - трипланов, позволяет выполнять взлеты и посадки на малых скоростях, поэтому требуемая длина ВПП для таких ЛА значительно меньше, чем требуемая длина ВПП для монопланов. Однако конструкции бипланов и трипланов имеют достаточно большой коэффициент лобового сопротивления, что не позволяет выполнять крейсерский полет на высоких скоростях, поэтому в современных условиях данные схемы не нашли массового применения.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Целью изобретения является создание конструкции ЛА, сочетающей в себе свойства моноплана и триплана.
Сущность изобретения заключается в том, что основные крылья ЛА являются трансформируемыми и каждое основное крыло содержит три плоскости. В сложенном состоянии три плоскости каждого основного крыла образуют три слоя крыла (Фиг.1), при котором ЛА представляет собой моноплан. Средняя плоскость 1 (Фиг.1) является несущим силовым элементом и жестко соединена с фюзеляжем ЛА. Верхняя плоскость 2 и нижняя плоскость 3 (Фиг.1) соединены друг с другом посредством нескольких силовых тяг, причем один конец каждой силовой тяги шарнирно соединен с верхней плоскостью, а противоположный конец силовой тяги шарнирно соединен с нижней плоскостью. Каждая силовая тяга в своей средней части посредством оси шарнирно соединена со средней плоскостью. На средней плоскости имеются специальные пазы, предназначенные для размещения силовых тяг при сложенном состоянии основного крыла. При повороте всех силовых тяг относительно осей вращения происходит трансформация основных крыльев из сложенного состояния в разложенное состояние (Фиг.2) и происходит трансформация ЛА из моноплана в триплан. Оси вращения всех силовых тяг на одном основном крыле в плане параллельны друг другу и расположены под определенным углом γ относительно носовой кромки средней плоскости. Условно будем считать прямой линией носовую кромку средней плоскости в плане. Условимся, что угол γ в плане образуется следующим образом: ось вращения силовой тяги продлевается до пересечения с носовой кромкой средней плоскости и угол γ замеряется между линией носовой кромки средней плоскости, исходящей от точки пересечения в направлении фюзеляжа ЛА, и линией, являющейся продолжением оси вращения силовой тяги. Угол γ может быть прямым, тупым или острым и в значительной мере разновидность и величина угла γ будет зависеть от угла стреловидности крыла. При прямом крыле угол γ, вероятнее всего, будет прямым, при прямой стреловидности крыла - тупым или прямым, при обратной стреловидности крыла - острым или прямым. Каждая силовая тяга может иметь Н-образную форму (Фиг.3). При такой конструкции силовой тяги количество силовых тяг на одном основном крыле должно составлять, по меньшей мере, две. Одна пара концов Н-образной силовой тяги посредством шарниров 4 соединена с верхней плоскостью, а противоположная пара концов силовой тяги посредством шарниров 5 соединена с нижней плоскостью. Перекладина 6 является осью вращения Н-образной силовой тяги, образующей ее шарнирное соединение со средней плоскостью крыла. Вал 7 силовой тяги является продолжением перекладины 6 (Фиг.3). Редуктор привода трансформации крыла, предназначенный для поворота силовой тяги, расположен в зоне утолщения среднего крыла и посредством вращения вала 7 обеспечивает поворот силовой тяги относительно ее оси вращения. При повороте всех силовых тяг происходит трансформация основных крыльев с изменением их размаха. В сложенном состоянии все три плоскости могут быть зафиксированы между собой замками сложенного состояния основного крыла.
Существует несколько схем ЛА, конструкция которых включает основные трансформируемые крылья. Рассмотрим подробнее их кинематические схемы и особенности каждой из них.
СХЕМА №1
КОНФИГУРАЦИЯ НА СТОЯНКЕ: фигура 4.
ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ: фигура 5.
КРЕЙСЕРСКАЯ КОНФИГУРАЦИЯ: фигура 4.
ОСОБЕННОСТИ СХЕМЫ №1: данная схема является единственной из рассматриваемых ниже схем, где возможно расположение двух турбовинтовых двигателей на основных крыльях ЛА.
СХЕМА №2
КОНФИГУРАЦИЯ НА СТОЯНКЕ: фигура 6.
ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ: фигура 7.
КРЕЙСЕРСКАЯ КОНФИГУРАЦИЯ: фигура 6.
ОСОБЕННОСТИ СХЕМЫ №2: данная схема является единственной из рассматриваемых схем, где возможно расположение двух или четырех турбореактивных двигателей на основных крыльях ЛА.
СХЕМА №3.
КОНФИГУРАЦИЯ НА СТОЯНКЕ: фигура 8.
ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ: фигура 8.
КРЕЙСЕРСКАЯ КОНФИГУРАЦИЯ: фигура 9.
ОСОБЕННОСТИ СХЕМЫ №3: в данной схеме на каждом основном крыле ЛА одна из силовых тяг механически связана с основной стойкой шасси для использования системы уборки-выпуска шасси в качестве привода трансмиссии крыла. В данной схеме процесс уборки и выпуска левой и правой основных стоек шасси ЛА должен быть синхронизирован. Верхняя полочка ниши 8 может быть использована в качестве столика буфета-кухни, где 9 - уровень пола (Фиг.9). Данная схема является простой, надежной и дешевой.
СХЕМА №4
КОНФИГУРАЦИЯ НА СТОЯНКЕ: фигура 10.
ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ: фигура 11.
КРЕЙСЕРСКАЯ КОНФИГУРАЦИЯ: фигура 10.
ОСОБЕННОСТИ СХЕМЫ №4: данная схема отличается тем, что верхняя и нижняя плоскости имеют максимально возможную площадь и во взлетно-посадочной конфигурации происходит практически тройное увеличение площади основного крыла, что позволяет очень значительно снизить скорости взлета и посадки в сравнении с классическим ЛА, имеющим крыло равного размаха.
СХЕМА №5
КОНФИГУРАЦИЯ НА СТОЯНКЕ: фигура 12.
ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНАЯ КОНФИГУРАЦИЯ: фигура 13.
КРЕЙСЕРСКАЯ КОНФИГУРАЦИЯ: фигура 14.
ОСОБЕННОСТИ СХЕМЫ №5: основным достоинством данной схемы является то, что в конфигурации на стоянке данный ЛА имеет компактный размах основных крыльев. Такой ЛА занимает меньше места на стоянке, для него нужен ангар меньшего размера. Позиции 10, расположенные на консолях нижних плоскостей (Фиг.12), могут быть использованы в качестве:
1. Дополнительных топливных баков.
2. Емкостей для химикатов.
3. Емкостей для воды.
4. Подвесного вооружения.
Для обеспечения максимального размаха основного крыла при трансформации ЛА из конфигурации на стоянке (Фиг.12) в крейсерскую конфигурацию (Фиг.14) все шарнирные соединения силовых тяг выполнены с возможностью поворота силовых тяг на угол 180+20°, что обеспечивает снятие дополнительных нагрузок с шарнирных соединений при крайних положениях силовых тяг. Данная схема ЛА удобна для наземного обслуживания позиций 10. В крейсерской конфигурации происходит смещение позиций 10 ближе к фюзеляжу ЛА (Фиг.14), что улучшает устойчивость ЛА по крену. При фиксации силовых тяг на промежуточных углах поворота все три плоскости выполняют функцию интерцепторов (Фиг.15). Данная схема является самой оптимальной из рассмотренных выше схем для применения в палубной авиации.
ВЫВОД
Конструкция ЛА, включающая основные трансформируемые крылья, позволяет выполнять взлет и посадку на скоростях триплана, а крейсерский полет - на скоростях моноплана. Такой ЛА обладает хорошими экономическими показателями и, имея большой взлетный вес, может эксплуатироваться с коротких ВПП. Низкие скорости взлета и посадки ЛА самым положительным образом влияют на безопасность полетов и снижают динамические нагрузки на ВПП. При выполнении взлетов и посадок на малых скоростях значительно увеличивается срок службы покрышек и тормозных устройств ЛА. Один простой механизм трансформации основного крыла заменяет сразу три достаточно сложных механизма моноплана - предкрылки, закрылки и интерцепторы. При такой конструкции ЛА можно отказаться от достаточно сложных систем реверсирования тяги двигателей или использовать их только в случае крайней необходимости. Механизм трансформации крыла предельно прост и надежен. В данной конструкции ЛА отсутствуют дорогие детали. Современные композитные материалы без проблем позволят создать тонкие и прочные плоскости трансформируемого крыла.