СПОСОБ ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ ПРИ ПОСАДКЕ И/ИЛИ ВЗЛЕТЕ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, СОДЕРЖАЩЕГО ДВИГАТЕЛЬ
METHOD FOR SUPPORT IN CASE OF LANDING AND/OR LAUNCH OF AIRCRAFT THAT COMPRISES ENGINE

Изобретение относится к способу и устройству для поддержки при посадке и/или взлете содержащего двигатель летательного аппарата.
Летательным аппаратом здесь называется любой аппарат, пригодный для движения посредством собственного двигателя в земной атмосфере без контакта с землей, например самолет.
Особую проблему как при конструировании, так и при использовании таких летательных аппаратов представляет процесс взлета и посадки.
Для взлета и посадки летательного аппарата требуются, как правило, длинные взлетно-посадочные полосы. Строительство длинных взлетно-посадочных полос отнимает, однако, много времени и средств. К тому же не везде в распоряжении имеется достаточно места для стандартных взлетно-посадочных полос. Это, в частности, посадочные боевые единицы морского базирования, однако проблему может представлять также, например, горная местность. Здесь требуется поддержка процесса посадки на короткой посадочной полосе посредством поддерживающих тросов, для чего необходим особенно точный заход на посадку. Такой способ означает высокие затраты на обучение экипажа.
В основе изобретения лежит задача создания способа и устройства, особенно просто поддерживающих процесс взлета и посадки летательного аппарата, содержащего двигатель.
Эта задача решается, во-первых, посредством способа, при котором создают стационарный по отношению к посадочной или взлетной площадке поток среды для ввода энергии в летательный аппарат.
Во-вторых, задача решается посредством устройства, содержащего, по меньшей мере, один стационарный по отношению к посадочной или взлетной площадке генератор потока среды, который выполнен для создания потока среды с целью ввода энергии в летательный аппарат.
Изобретение основано на том факте, что, помимо применения механических вспомогательных средств для положительного или отрицательного ускорения летательного аппарата при взлете или посадке, энергия также должна прикладываться не только летательным аппаратом. Напротив, направленный на летательный аппарат поток среды может поддерживать торможение или ускорение летательного аппарата.
Преимущество изобретения в том, что оно имеет универсальное и гибкое применение. Оно обеспечивает простую поддержку взлета и посадки летательного аппарата без необходимости длинной взлетно-посадочной полосы. Далее преимущество изобретения в том, что оно не зависит от типа места посадки, погоды и вида летательного аппарата. Система, согласно изобретению, может быть реализована при этом простым образом, экономично и в течение короткого времени.
Также летательные аппараты, взлет и/или посадку которых поддерживают согласно изобретению, могут быть выполнены проще, чем до сих пор, поскольку им необязательно больше самостоятельно взлетать и/или садиться. Поскольку определенных, используемых для посадки компонентов, например колес, больше не требуется, это повышает также безопасность, поскольку подверженность дефектам этих компонентов больше не играет роли.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах.
В одном предпочтительном варианте осуществления изобретения направление потока среды можно регулировать в зависимости от ситуации. Направление потока включает в себя при этом также угол относительно взлетной и/или посадочной площадки. Ситуация может определяться при этом, например, направлением захода на посадку, высотой и/или удалением летательного аппарата. При использовании нескольких отдельных потоков среды их направление можно предпочтительным образом регулировать.
В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения в зависимости от ситуации можно регулировать, по меньшей мере, один физический параметр потока среды. Таким физическим параметром может быть при этом, например, температура, плотность, скорость, однородность или доля ламинарности потока среды. Ситуация может определяться при этом, например, окружающей температурой, скоростью, типом, удаленностью летательного аппарата и т.п.
Регулирование температуры может происходить посредством нагревательных и/или охлаждающих элементов. С повышением температуры потока среды можно, например, избежать образования тумана или избежать или справиться также с обледенением летательного аппарата. С понижением температуры потока среды можно предотвратить, например, перегрев летательного аппарата.
Если созданный поток среды имеет определенную удельную плотность, то эффективность потока среды, т.е. его тормозящее или ускоряющее действие, можно повысить за счет его обогащения, по меньшей мере, одним веществом более высокой удельной плотности.
Точно так же в созданный поток среды можно, при необходимости ввести гасящее средство, например, чтобы потушить пожар в летательном аппарате уже при заходе на посадку.
Созданный поток среды может быть, например, искусственно созданным из имеющейся атмосферы ветром, потоком материи или массовым потоком. Используемый для создания потока среды генератор может быть известным из практики генератором потока среды, например вентилятором, таким как традиционный самолетный двухконтурный турбореактивный двигатель. При использовании уже имеющихся в распоряжении генераторов потока среды систему, согласно изобретению, можно реализовать особенно быстро.
Для поддержки посадки летательного аппарата в одном варианте осуществления изобретения сначала создают поток среды, пригодный для торможения летательного аппарата. Затем потоком среды управляют с возможностью совершения летательным аппаратом из состояния висения посадки на посадочную поверхность.
Для поддержки взлета летательного аппарата в одном варианте осуществления изобретения сначала создают поток среды, пригодный для приведения летательного аппарата со стартовой площадки в состояние висения. Затем создают поток среды, пригодный для ускорения летательного аппарата в желаемом направлении.
В другом варианте осуществления изобретения для поддержки взлета летательного аппарата сначала сам летательный аппарат ускоряется обычным образом. Собственно взлет, т.е. отрыв от земли, поддерживают затем посредством способа, согласно изобретению, или устройства, согласно изобретению, и, тем самым, ускоряют. Соответствующим образом летательный аппарат, произведший посадку обычным образом, затормаживают вскоре после посадки на посадочную полосу с поддержкой способом, согласно изобретению. Благодаря этому требуется не длинная взлетно-посадочная полоса, а лишь короткое, необходимое для ускорения расстояние. В зависимости от типа самолета это расстояние может составлять 50-100 м. Этот подход имеет то преимущество, что он пригоден для дооборудования существующих взлетно-посадочных полос.
Все подгонки потока среды автоматически определяют и регулируют предпочтительным образом посредством регулирующего устройства.
Способ и/или устройство для поддержки процесса взлета или посадки аппаратов, пригодных для движения в земной атмосфере без контакта с землей (т.е. ни одна деталь аппарата не имеет контакта с землей. Между аппаратом и землей находится, по меньшей мере, один молекулярной толщины слой атмосферы) (= летательные аппараты, самолеты) отличается тем, что такой аппарат при взлете или посадке ускоряют в управляемом по всем физическим параметрам (температура, плотность, скорость, однородность, ламинарность) атмосферном потоке (= ветер, поток материи, массовый поток), созданном, например, посредством мощных вентиляторов, установленных при необходимости также с возможностью поворота и перемещения в пространственных направлениях (здесь имеется в виду положительное и отрицательное ускорения в смысле физического определения), и, тем самым, он взлетает или совершает посадку. Для повышения эффективности ускорения атмосферный поток может быть усилен посредством обогащения веществами более высокой удельной плотности (например, могут разбрызгиваться водяные капли, возможны и другие обогащающие материалы, если они отвечают этой цели).
В одном варианте выполнения этого способа и/или устройства в случае процесса посадки продуман, например, вопрос о том, чтобы дать залететь летательному аппарату в не обязательным образом управляемый поток материи, который за счет своей энергии движения в сумме с энергией двигателя летательного аппарата снижает скорость летательного аппарата по отношению к земле до нуля и за счет своей собственной скорости придает летательному аппарату за счет обтекания его несущего корпуса необходимую подъемную силу (об этом можно прочесть в любом учебнике физики.) За счет отклонения или уменьшения или общего управления (здесь подразумевается возможное изменение всех параметров геометрии (х, у, z, углы), как и изменение физических параметров) потоком материи, как и двигателем летательного аппарата, можно посадить его на землю.
Тот же способ и/или то же устройство можно использовать также обратным образом для процесса взлета. Процессы взлета можно представить аналогично буксирному взлету планера, причем умозрительно по аналогии изложенные в комбинации за счет наматывания троса задачи ускорения летательного аппарата и создания встречного ветра здесь решаются посредством стационарного поворотного вентилятора и двигателя летательного аппарата. Одним этим примером, как и в случае процесса посадки, здесь дело также не ограничено, поскольку процесс взлета зависит, в частности, от типа самолета.
Следует, тем не менее, изложить еще один предпочтительный вариант, поскольку он представляет собой один из множества вариантов, вероятно, наиболее близкий по быстрой реализации и приемлемости. В этом варианте описанный выше способ/описанное выше устройство используют частично: летательный аппарат ускоряется сначала, как описано, а затем перед окончанием классического процесса окончательно взлетает посредством изложенного здесь нового способа/устройства. Этот вариант представляет интерес на переходном этапе как дооборудование существующих аэропортов, для которых реконструкция существующей взлетно-посадочной полосы не рассматривается, а эксплуатационники не желают полной переделки (в настоящее время интерес представляет реконструкция аэропорта Гамбурга).
В другом предпочтительном варианте способа и/или устройства посредством управления температурой потока материи предотвращают или устраняют, например, образование тумана или же обледенение аппаратов в зоне пространства действия или же уменьшают перегрев.
В другом варианте в поток материи можно также точечно целенаправленно ввести, например, гасящее средство, например гасящую пену.
В другом предпочтительном варианте все процессы управления автоматизируют и осуществляют посредством обычных блоков регулирования, например на базе компьютера.
Для того чтобы привести другой наглядный пример, здесь следует представить себе мяч, пляшущий на фонтане воды или в потоке воздуха. Один предпочтительный вариант выполнен аналогичным образом и со всеми мыслимыми отличиями этого случая и возможностями решения, например, в отношении ламинарности или однородности потока материи. В другом предпочтительном варианте в качестве вентиляторов используют двухконтурные турбореактивные двигатели (ДТРД), используемые в гражданской авиации.
Все это приводит к тому, что реализация этого способа и/или изобретения возможна в течение кратчайшего времени (срок на разработку - месяцы).
Представленный здесь способ и/или устройство для поддержки взлета или посадки летательных аппаратов применим как на суше, так и на море и при этом совершенно не зависит от погоды. Точно так же отсутствует зависимость от типа летательного аппарата/аппаратов.
Среди разнообразия преимуществ, помимо вышеназванных, следует выделить еще некоторые:
- небольшие затраты на обучение летного состава: стоит только представить себе невообразимый метод для посадки посредством тормозных тросов, для совершения которой требуется точный заход. Точно так же заметно проще процесс взлета, следствием чего является экономия средств и времени;
- модульная конструкция: блоки морского и наземного базирования могут быть смонтированы идентично;
- максимально возможные гибкость и мобильность: не требуется никакой взлетной или посадочной полосы, а требуется только необходимое для процесса ускорения пространство (в зависимости от самолета короче 50-100 м), т.е. отпадает эта часть необходимой логистики. Например, военное аэродромное строительство отпадает почти полностью, следствием чего является экономия средств и времени;
- меньшие затраты на разработку конструкции при строительстве самолетов, т.е. больше полезной нагрузки. Следовательно, отпадает необходимость строить летательные аппараты вертикального взлета для сверхзвуковых полетов. Меньше подвижных деталей означает более высокую (техническую) надежность. Следствие: меньше высококвалифицированных специалистов и меньше технических сбоев.
Вариант осуществления изобретения более подробно поясняется ниже на примере со ссылкой на чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - схематично взлетно-посадочный блок в качестве примера выполнения устройства согласно изобретению;
фиг.2 - блок-схему, поясняющую работу взлетно-посадочного блока из фиг.1.
На фиг.1 схематично изображен взлетно-посадочный блок, поддерживающий, согласно изобретению, взлет и посадку самолета. Самолет может быть при этом обычного типа.
Взлетно-посадочный блок содержит кругообразную взлетно-посадочную площадку 10. На равном расстоянии вокруг взлетно-посадочной площадки установлены восемь мощных ДТРД 11. Каждый из ДТРД 11 установлен с возможностью поворота и содержит элемент регулирования температуры. Элемент регулирования температуры содержит решетчатую вставку 12 в зоне выхода воздуха соответствующего ДТРД 11, причем температуру решетчатой вставки 12 можно регулировать. Каждому из ДТРД 11 придана, кроме того, разбрызгивающая установка 13, которая может разбрызгивать водяные капли в зону выхода воздуха ДТРД 11.
Взлетно-посадочный блок содержит далее регулирующее устройство 14 на базе компьютера. Регулирующее устройство 14 соединено с приемно-регистрирующим устройством 15. Оно содержит температурные датчики и средства приема сигналов, посылаемых приближающимися самолетами. Регулирующее устройство 14 имеет, кроме того, управляющий доступ к каждому из ДТРД 11 и к каждой из разбрызгивающих установок 13. Для наглядности этот доступ изображен лишь в качестве примера для одного из ДТРД 11 и одной из разбрызгивающих установок 13.
Блок-схема на фиг.2 поясняет принцип действия взлетно-посадочного блока из фиг.1.
Когда самолет заходит на посадку, регулирующее устройство 14 определяет сначала направление его захода на посадку. Это может происходить, например, с помощью координат, передаваемых с самолета средствам приема приемно-регистрирующего блока 15. В качестве альтернативы или дополнительно определение направления захода на посадку может происходить также с помощью наземного замера параметров полета. Регулирующее устройство 14 ориентирует поворотные ДТРД 11 посредством управляющих сигналов с возможностью ориентации создаваемого воздушного потока навстречу самолету.
Самолет передает, кроме того, информацию о самом себе, например о своей скорости, высоте, массе и форме, принимаемую средствами приема приемно-регистрирующего блока 15. На основе этой информации регулирующее устройство 14 определяет требуемую для торможения самолета скорость создаваемого воздушного потока. Точнее говоря, скорость задают посредством передаваемых на ДТРД 11 управляющих сигналов с возможностью уменьшения скорости самолета до нуля за счет комбинации энергии двигателя самолета и противодействующей ей энергии движения воздушного потока. В случае необходимости эффективность воздушного потока можно при этом дополнительно повысить за счет того, что посредством управляющих сигналов регулирующего устройства 14 разбрызгивающие установки побуждают разбрызгивать в создаваемый воздушный поток водяные капли, чтобы повысить, таким образом, плотность потока. При необходимости разбрызгивающие установки 13 посредством управляющих сигналов регулирующего устройства 14 можно побудить также разбрызгивать в создаваемый воздушный поток гасящее средство.
Понятно, что также определение требуемой скорости создаваемого воздушного потока может происходить альтернативно или дополнительно с помощью наземного замера параметров полета.
Кроме того, температурный датчик приемно-регистрирующего блока 15 определяет температуру окружающего воздуха. При особенно низкой температуре окружающего воздуха регулирующее устройство 14 посредством передаваемых на ДТРД 11 управляющих сигналов вызывает нагрев решеток 12 элементов регулирования температуры, чтобы предотвратить обледенение из-за разбрызганных в воздушный поток водяных капель или устранить имеющееся обледенение самолета. При особенно высокой температуре окружающего воздуха регулирующее устройство 14 посредством передаваемых на ДТРД 11 управляющих сигналов вызывает охлаждение решеток 12 элементов регулирования температуры, чтобы предотвратить перегрев самолета.
ДТРД 11 при возможной поддержке разбрызгивающими установками 13 создают воздушный поток с установленными параметрами, и самолет залетает в этот воздушный поток. В результате самолет затормаживается и зависает над взлетно-посадочной площадкой 10. Для этого ориентация и другие параметры воздушного потока ДТРД 11 посредством соответствующего управления регулирующим устройством 14 могут быть в приборах на борту самолета.
Когда самолет находится в этом положении, регулирующее устройство 14 посредством соответствующих передаваемых на ДТРД 11 управляющих сигналов вызывает уменьшение скорости созданного воздушного потока, так что самолет садится на землю. В качестве альтернативы или дополнительно для снижения самолета посредством управляющих сигналов регулирующего устройства 14 могут быть изменены также другие параметры созданного воздушного потока, например количество воды, разбрызгиваемое разбрызгивающими установками 13 в воздушный поток.
Взлет самолета поддерживают в обратном порядке, согласно описанному при его посадке.
Для взлета самолет сначала приводят в положение взлета между ДТРД 11. Регулирующее устройство 14 отрабатывает заданную программу взлета, в соответствии с которой ДТРД 11 сначала создают воздушный поток, приводящий самолет в состояние висения над взлетно-посадочной площадкой 10. Из этого состояния самолет ускоряют посредством собственных двигателей и дополнительно посредством соответствующих ориентации и усиления созданного ДТРД 11 воздушного потока. Ориентация воздушного потока зависит при этом от запланированного направления полета самолета.
В качестве альтернативы можно использовать также некоторые ДТРД 11 для создания направленного навстречу самолету и возрастающего по силе воздушного потока. Одновременно используют собственную энергию самолета для его ускорения относительно направленного навстречу ему воздушного потока. Силу воздушного потока и собственную энергию согласовывают при этом между собой так, чтобы самолет как можно меньше отклонялся от своего исходного положения. По достижению достаточного относительного ускорения самолет может взлететь с взлетной площадки 10, как при обычном процессе взлета. Этот подход обеспечивает значительное укорочение взлетно-посадочной полосы, необходимой для ускорения взлетающего посредством собственной энергии самолета.
Воздушный поток доводят до нужной температуры с помощью регулирующего устройства 14 посредством передаваемых на ДТРД 11 управляющих сигналов, как в процессе посадки, посредством элементов регулирования температуры. Кроме того, для повышения эффективности воздушного потока регулирующее устройство 14 также может побудить разбрызгивающие установки 13 разбрызгивать в созданный воздушный поток водяные капли.
Описанный пример осуществления изобретения представляет собой лишь один выбранный из множества возможных вариантов способа и устройства согласно изобретению.