ГРУЗОВОЙ ЭКРАНОПЛАН С УПРАВЛЯЕМОЙ ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКОЙ И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ
CARGO HOVERCRAFT WITH CONTROLLED AIR CUSHION AND METHOD OF OPERATION THEREOF

Изобретение относится к транспортным средствам на воздушной подушке, в частности, к экранопланам.
Известны экранопланы, выполненные по схеме «составное крыло», использующие в качестве взлетно-посадочного устройства поддув воздушными струями под крыло.
В качестве аналога можно рассмотреть патент [1] на экраноплан, содержащий фюзеляж, крылья с вертикальными и горизонтальными оперениями, вентиляторные силовые установки с приводом от ГТД и взлетно-посадочное устройство с поплавками и средствами отклонения струи газа под крыло.
Однако струи, направленные под нижнюю часть крыла, не обеспечивают нужный гидродинамический эффект в полной мере.
В качестве аналога можно рассмотреть патент [2] на экраноплан, содержащий фюзеляж, крылья с вертикальными и горизонтальными оперениями, вентиляторные силовые установки с приводом от ГТД и у которого верхняя поверхность кормовой части фюзеляжа оснащена люком, соединенным с фюзеляжем с возможностью его перемещения относительно фюзеляжа.
Но и этот экраноплан не использует возможность управления воздушной подушкой.
В качестве прототипа выбран патент [3] содержащий фюзеляж 1 днищем 2 и отсеками 3 для перевозки стандартных контейнеров 4 и лобовыми стенками 5 для разгрузки контейнеров 4. крыльями 6 днищем 7 фюзеляжа 1 и вентиляторные силовые установки 8 с приводом от ГТД 9,
К особенностям такого экраноплана относится то, что вентиляторные силовые установки снабжены средствами отклонения струй газа, попадающих под нижние части крыльев 6 экраноплана.
К недостаткам такого экраноплана относится то, что он приспособлен только для старта с водной поверхности и не приспособлен для посадки на классические взлетные полосы, существенно снижая возможности загрузки и разгрузки в несколько раз. Динамическая воздушная подушка в таком экраноплане создается только за счет полета на малой высоте и создания статического повышенного давления под нижней частью крыльев, снижения негативного влияния концевых вихрей на крыльях. К недостаткам такого экраноплана относится и неэффективный способ повышения давления статического давления под нижней частью крыльев за счет струй газа. Существенное увеличения количества струй воздуха невозможно без новых идей. Динамическая составляющая давления из-за струи незначительна, а соотношения размера струи с площадью крыла говорит о том, что оптимальным решением является бесконечное количества струй подаваемых под крылья и фюзеляж является способ выдавливая газа через пористые вставки. К недостаткам относится и то, что эта технология распространяется только на нижней частью крыльев, в то время как многократно большая площадь под фюзеляжем формируется только за счет аэродинамического экрана, который формируется только на высоте от 3 до 12 метров. К недостаткам такого экраноплана относится и высокая аварийность при большом волнении. Аэродинамическое качество или совершенность, подтверждающие эффективность и экономичность экраноплана обычно в 2-3 выше, чем у классических летательных аппаратов и достигает до 50-60 только на очень малых высотах, сравнимых с размером хорды крыла. Для современных летательных аппаратов совершенство [т.е. отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению] не выше 20 безразмерных единиц. Особое внимание надо обратить на то, что струи под нижнее крыло формируются в одном напрвлении, а струи через пористые вставки - в противоположном направлении, создавая преимущественно статическое давление под всей нижней поверхностью не только крыльев 6, а всей нижней поверхности днища 2 фюзеляжа 1. Предложенный способ конечно нуждается в экспериментальной проверке при продувке крыла в ЦАГИ.
Этот же патент используется и в качестве прототипа при рассмотрении способа работы экраноплана.
Предлагаемый грузовой экраноплан содержит фюзеляж с днищем и отсеками для перевозки стандартных контейнеров и лобовыми стенками для разгрузки контейнеров, крыльями, днищем, фюзеляжа и вентиляторные силовые установки с приводом от ГТД.
Отличительной особенность предлагаемого грузового экраноплана является то, что под нижней частью крыльев и фюзеляжа эквидистантно им расположены с зазором вставки из пористого материала, причем зазоры соединены с вентиляторными силовыми установками. Другими отличительными признаками можно признать то, что зазоры в крыльях и фюзеляже соединены с вентиляторными силовыми установками независимо друг от друга, и то, что пористые вставки выполнены из нержавеющей стали, а внутри зазора жестко установлены перегородки с отверстиями.
На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый грузовой экраноплан, содержащий фюзеляж 1 с днищем 2 и отсеками 3 для перевозки стандартных контейнеров 4 и лобовыми стенками 5 для разгрузки контейнеров 4, крыльями 6, днищем 2 фюзеляжа 1 и вентиляторные силовые установки 8 с приводом от ГТД 9. Под цифрой 12 условно показана динамическая воздушная подушка. Под нижней частью крыльев 6 и фюзеляжа 1 эквидистантно им расположены с зазором 10 вставки из пористого материала 11, причем зазоры 10 соединены с вентиляторными силовыми установками 8. Другими отличительными признаками можно признать то, что зазоры 10 в крыльях 6 и фюзеляже 2 соединены с вентиляторными силовыми установками 8 независимо друг от друга, и то, что пористые вставки 11 выполнены из нержавеющей стали, а внутри зазора 10 жестко установлены перегородки 13 с отверстиями 14.
На фиг. 2 изображено отдельно фюзеляж 1 с днищем 2 и отсеками 3 для перевозки стандартных контейнеров 4 и лобовыми стенками 5 для разгрузки контейнеров 4, крыльями 6 днищем 2 фюзеляжа 1 и вентиляторные силовые установки 8 с приводом от ГТД 9.
На фиг. 3 изображено отдельно поперечное сечение крыла 6, у которого зазоры 10 соединены с вентиляторными силовыми установками 8, пористые вставки 11 выполнены из нержавеющей стали, а внутри зазора 10 жестко установлены перегородки 13 с отверстиями 14.
Поскольку зазоры 10 в крыльях 6 и фюзеляже 2 соединены с вентиляторными силовыми установками 8 независимо друг от друга, то при полете свыше 1000 метров эффективное регулирование направлением полета может осуществляться перераспределением подачи воздуха через пористые вставки 11 между левым и правым крыльями 6.
Выполнение пористых вставок 11 из нержавеющей стали особенно важно при старте с поверхности воды и избежания коррозии ввиду прямого контакта с морской водой.
Выполнение внутри зазоров 10 жестко установленных перегородки 13 с отверстиями 14 позволяет перераспределить воздушные потоки по всей внутренней площади крыла и обеспечит нужную прочность крыльев 6.
Работает предлагаемый грузовой экраноплан следующим образом. При погрузочно-разгрузочных работах лобовые стенки 5 опущены и выполняют роль грузового трапа. На фиг. 2 эта позиция изображена в виде штрихпунктирных линий. После загрузки стандартными контейнерами 4 лобовые стенки 5 переводятся в рабочее положение и фиксируются защелками, которые на рис. 2 не показаны. Фиксация рабочего положения выведена на пульт управления. Операция очень важная, поскольку взлет с поверхности воды может сопровождаться нежелательным заполнением грузовых отсеков водой. Движение лобовых стенок 5 реализуется с помощью гидравлического привода.
Взлет и посадка экраноплана с воды и суши мало отличимы. При старте с воды нужен набор поплавков - скегов {на рис. не показаны}. При старте с классического аэродрома на суше часть воздушного потока от вентиляторных силовых установок 8 с приводом от ГТД 9 направляется через пористые вставки 11 под фюзеляж 2 и крылья 6, а часть на разбег и формирование динамической газовой подушки. После взлета и набора определенной высоты соотношение потоков перераспределяется между стартовыми и маршевыми силовыми установками 8.
Основная часть грузов, доставляемых по «шелковому пути» из Китая в другие страны, доставляются морем, по причине дешевизны перевозки.
Основной недостаток такой перевозки - медленный процесс. Перевозка классическими летательными аппаратами быстра, но существенно дороже. Предлагаемый грузовой экраноплан может занять промежуточное положение, которое никем не занято. В этом заинтересован прежде всего Китай, как мировой экономический лидер, и получить финансирование на реализацию такого проекта можно получить в банковских структурах КНР. Такой грузовой экраноплан может быть востребован и при замене контейнеров 4 на нечто интересное для МО РФ. В прессе есть информация, что РФ восстанавливает производство экранопланов для этой цели. Заманчивым вариантом можно признать переброску таким экранопланом грузов надо льдами северного морского пути.
Достоинством такого грузового экраноплана является то, что после взлета с любого аэродрома, водного или сухопутного, он благодаря формированию воздушной подушки на новых принципах может летать на несколько метров выше любой волны или ледяного тороса. Для практической разработки такого аппарата нужны турбореактивные двигатели с усиленной степенью двухконтурности или вентиляторные силовые установки 8 с приводом от ГТД 9. Межконтинентальные перелеты могут базироваться как при старте с воды, так и при старте и посадке на сухопутных аэродромах, что существенно упрощает погрузку- разгрузку контейнеров 4 типа М-2 ULD размерами 3,0×3,4×25,5 м. Отдельно отметим, что производство труб и пластин из пористой нержавеющей стали давно освоено промышленностью России и Казахстана и пока имеет проблемы только с реализаций этого товара.
Патентная информация, принятая во внимание:
1. Патент РФ №2286268 на Экраноплан
2. Патент РФ №2471660 на Экраноплан
3. Статья «Монстр на экране» Журнал «Популярная механика», май 2017 года, май 2017 года, с. 38-39. Копия статьи прилагается.