ЭКРАНОПЛАН
HOVERCRAFT

Изобретение относится к области воздушного и амфибийного транспорта, а именно к аппаратам на динамической воздушной подушке, использующим экранный эффект при своем движении. Изобретение может быть использовано при разработке экранопланов народнохозяйственного назначения.
Из технической литературы известен легкий экраноплан Х-113 (см. Белавин Н.И. «Экранопланы», Л., Судостроение, 1977 г., с. 98-99), состоящий из центроплана, выполненного в виде крыла малого удлинения треугольной формы в плане, в задней части которого установлено T-образное хвостовое оперение. Над крылом на пилоне расположен двигатель с воздушным винтом. Экраноплан имеет поплавки остойчивости и концевые шайбы с элеронами.
Известен также четырехместный экраноплан Х-114 (см. там же, сс. 118 и 146-147), который имеет два водоизмещающих поплавка, корпус, расположенный на передней кромке крыла над поверхностью экрана, и мотоустановку с толкающим воздушным винтом, расположенную на пилоте над треугольным крылом в плане.
По концам крыла установлены концевые шайбы с элеронами, а в его задней части - T-образное хвостовое оперение.
Недостатком указанных устройств является обособленность основных агрегатов (фюзеляжа, лодки, хвостового оперения) в аэродинамической компоновке экранолета, что приводит к повышению аэродинамического сопротивления и массы его конструкции.
Ближайшим техническим решением, прообразом предлагаемого изобретения является экраноплан (см. патент США №3.379.395, кл. 244-12), состоящий из несущего крыла-корпуса эллипсовидной формы в плане, на котором расположена кабина экипажа. К корпусу пристыкованы консоли крыла и хвостовое оперение.
В передней части крыла-корпуса размещен двигатель с воздушным винтом в кольцевом канале, который нагнетает воздушный поток в гибкое ограждение воздушной подушки, образованной под крылом боковыми ограждениями.
Недостатками указанных выше устройств являются сложная конструкция, низкое аэродинамическое качество и высокая потребная мощность двигателя для создания воздушной подушки.
Технической задачей данного изобретения является повышение аэродинамического качества экраноплана и упрощение его конструкции.
Указанная задача решается следующим образом.
Корпус экраноплана выполнен в виде монокорпусного судна с гидродинамическими обводами, причем крыло не менее чем на 1/4 его корневой хорды крепится к корпусу на уровне сопряжения корпуса с палубой, а задняя кромка крыла расположена в плоскости, параллельной конструктивной ватерлинии, кроме того, двигатели установлены над крылом таким образом, что воздушные винты расположены ниже верхней поверхности крыла, а за винтами на крыле выполнены ковшеобразные полости, образующие воздушный канал, соединяющий пространство над крылом перед винтом с пространством под крылом за воздушным винтом, а также с системой каналов гибкого ограждения крыла, выполненного по его передней кромке и ограниченного спереди предкрылком, кроме того, V-образное хвостовое оперение закреплено к корпусу на уровне палубы в кормовой части корпуса и установлено в контуре площади, отметаемой воздушными винтами.
Экраноплан имеет мачту, выполненную в виде крыла с симметричным аэродинамическим профилем, вверху которой расположен элерон в концевой части ее аэродинамического профиля.
На фиг. 1-3 даны три проекции экраноплана.
На фиг. 4-6 показан экраноплан в трех проекциях (справа, сверху и спереди) без концевых шайб на крыле. В этом варианте на экраноплане установлена аэродинамическая мачта с вертикальным элероном.
На фиг. 7 показана система поддува воздуха под крыло экраноплана для образования воздушной подушки и создания гибкого ограждения в передней части крыла. При движении на воздушной подушке.
На фиг. 8 система поддува воздуха показана в полете над экраном в крейсерском режиме. Гибкое ограждение в убранном положении.
На фиг. 9 показаны ковшообразные полости для подачи воздуха в воздушные каналы гибкого ограждения и под крыло в сечении вдоль размаха крыла.
На фиг. 10 показан механизм выпуска предкрылка. Предкрылок в убранном положении.
На фиг. 11 показан предкрылок в выпущенном положении.
Экраноплан состоит из водоизмещающего корпуса 1 с гидродинамическими обводами скоростного катера. Корпус типа глубокое V, высокой мореходности (например, катер «Мангуст», проект 12150 или патрульный катер «Ястреб» проект 12260). Корпус и палуба 2 соединены между собой по линии 3 сопряжения (по привальному брусу). На палубе расположена командирская кабина 4, а внутри корпуса расположены пассажирские салоны, навигационное и бортовое оборудование.
По линии сопряжения корпуса с палубой к корпусу пристыковано крыло 5 малого удлинения с помощью продольных силовых элементов крыла - лонжеронов 6. Лонжероны 6 жестко связаны со шпангоутами судна и с его продольными силовыми элементами (стрингерами, обшивкой и т.д. - не показаны). Крыло 5 экраноплана по его корневой хорде 7 крепится к корпусу 1.
Крылу 5 по корневой хорде задан установочный угол 6°-9°.
При виде спереди крылу задано обратное V в пределах 6°-10°.
По концам крыла установлены концевые шайбы 8, расположенные под положительным углом к горизонтальной плоскости. На концевых шайбах установлены элероны 9. Жесткая задняя кромка 10 крыла при виде сверху расположена по прямой линии. На жесткой задней кромке крыла закреплена эластичная гибкая поверхность 11, образующая гибкую заднюю поверхность крыла. Гибкая поверхность имеет ластообразный вид, она выполнена из листового материала типа резины или полиэтилена армированного капроновой тканью или металлической сеткой.
Эластичная поверхность воспринимает нагрузку воздушного потока, а ее гибкость обеспечивает снижение динамических нагрузок при касании задней кромкой поверхности воды при движении экраноплана. Поверхность 11 может быть армирована дополнительными латами для увеличения ее жесткости (не показаны). Задняя кромка эластичной поверхности 11 при виде сверху обрезана по эллиптической кривой 12. Таким образом, задняя кромка 12 и концевые хорды крыла, на которых кроме концевых шайб 8 установлены поплавки поперечной остойчивости 13, находятся в плоскости конструктивной ватерлинии 14.
Силовой набор крыла состоит из типичных для авиационных конструкций элементов (нервюр, лонжеронов, стрингеров) и обшивки в случае металлической конструкции. При изготовлении крыла из стеклопластика его силовой набор может состоять из лонжеронов и трехслойных силовых панелей.
На верхней поверхности крыла экраноплана установлены двигатели 15 с воздушным винтом 16.
Двигатель установлен на крыле с помощью пилона 17 и стандартной моторамы.
В кормовой части корпуса по линии сопряжения 3 к корпусу крепится V-образное хвостовое оперение, которое состоит из килей 18 и рулей путевого управления 19. При рулении на малой скорости на корпусе в кормовой части расположен стандартный водный руль направления.
Для увеличения эффективности воздушных рулей направления 19 они расположены в контуре плоскости, ометаемой воздушным винтом 16.
Для уменьшения габаритов экраноплана вместо концевых шайб 8 с элеронами традиционного типа 9 на экраноплане может быть установлена аэродинамическая мачта 20 с вертикальным элероном 21 (фиг. 4-6). В этом случае размах крыла экраноплана снижается на 6-8 м и уменьшается его аэродинамическое сопротивление за счет снижения воздушного сопротивления традиционной судовой мачты.
При наличии на концах крыла концевых шайб 8 с элеронами 9 мачта экраноплана имеет аэродинамический обтекатель, и она выполнена в виде вертикально установленного крыла большого удлинения. При эксплуатации экраноплана на морских акваториях мачту 20 с элероном 21 (фиг. 4-6) устанавливают всегда для повышения поперечной управляемости и устойчивости экраноплана.
Плоскость вращения воздушного винта 16 расположена ниже верхней поверхности 22 крыла 5 (фиг. 7), таким образом, перед винтом на поверхности крыла образовано сферическое углубление, кромка 23 которого расположена за плоскостью вращения винта и ограничивает ее снизу, образуя снизу кольцевой участок воздушного канала 24, который связывает пространство над крылом перед воздушным винтом с пространством под крылом 25 за плоскостью вращения винта. Пространство 25 является полостью статической воздушной подушки, ограниченное по концам крыла поплавками 13, сзади и по бокам эластичной поверхностью 11, а спереди - гибким ограждением.
За плоскостью вращения воздушного винта расположена ковшеобразная полость 26 с дугообразной передней кромкой. Ниже ее на шарнире 27 установлена ковшеобразная створка 28. Между полостью 26 и ковшеобразной створкой 28 образован воздушный канал 29, который посредством окон 30 воздуховода 31 и окон 32 связан с полостью 33, образованной в носовой части крыла. По передней кромке 34 крыла 5 с помощью шарнира 35 установлен предкрылок 36.
По контуру нижней кромки предкрылка и нижней обшивки крыла (по кромке полости 33) герметично закреплена эластичная оболочка 37 из герметичной ткани. Оболочка 37 совместно с предкрылком 36 образует переднее гибкое ограждение воздушной подушки, которую создает воздушный поток от винта 16 при работе двигателя 15.
Оболочка 37 гибкого ограждения убирается в полость 33 в носовой части крыла с помощью троса 38, закрепленного одним концом на обшивке крыла внутри полости 33 и пропущенного через ушко на нижней внутренней поверхности оболочки 37. Другой конец троса 38 через блок наматывается на барабан 39 с помощью электродвигателя.
Предкрылок 36 выпускается и поднимается с помощью гидроцилиндра 40, который с помощью шарнира 41 закреплен на лонжероне крыла. Шток 42 гидроцилиндра шарнирно соединен с кронштейном 43 предкрылка.
В убранном положении предкрылок плотно прилегает к нижней обшивке передней части крыла, плотно закрывая полость 33 в убранной в ее объеме герметичной оболочкой 37.
Экраноплан действует следующим образом. После запуска и прогрева двигателей пилот с помощью дистанционного управления опускает створку 28 в нижнее положение. При этом открывается канал 29, по которому воздух под давлением через окна 30, воздуховод 31 и окна 32 попадает в полость 33. После чего автоматически от датчиков давления (которое в полости 33 возрастает по мере увеличения оборотов двигателя) включается электродвигатель барабана 39 и приводится в движение шток 42 гидроцилиндра 40 (под действием бортовой гидросистемы). При этом выпускается предкрылок 36, одновременно разматывается трос 38 и герметичная оболочка выдвигается предкрылком (и давлением воздуха) и выходит из полости 33, занимая рабочее положение (как показано на фиг. 7).
При этом воздушный винт захватывает воздушный поток над крылом по каналу 24, ограниченному снизу кольцевой кромкой 23, и нагнетает его вниз под крыло. При этом над крылом создается разряжение вследствие большой скорости движения потока над крылом и повышенное давления под ним за счет нагнетания потока воздушным винтом.
При дальнейшем увеличении оборотов двигателей давление под крылом в пространстве 25 увеличивается и экраноплан частично или полностью опирается на статическую воздушную подушку. Воздушная подушка под крылом ограничена по периметру крыла: передним гибким ограждением (предкрылок, оболочка 37), поплавками 13 и задней кромкой 12, эластичной поверхности 11.
Нижние кромки перечисленных ограждений воздушной поверхности находятся в плоскости, параллельной ватерлинии.
После выхода экраноплана на воздушную подушку пилот повышает мощность двигателей и начинает движение на статической воздушной подушке со стоянки к месту взлета.
При этом пилот управляет по курсу с помощью водного руля и синхронно действующими с ним воздушными рулями 19. Эффективность воздушных рулей даже на небольшой скорости достаточна для руления, так как рули находятся в контуре плоскости вращения винтов и работают в воздушных потоках, отбрасываемых ими.
Для разворотов на месте и разворотов с малым радиусом движения пилот пользуется воздушными винтами, изменяя дифференциально мощность двигателей.
После выхода на открытую акваторию пилот переводит двигатели на взлетный режим и экраноплан начинает разбег на статической воздушной подушке.
При этом гидродинамическое сопротивление его невелико, так как аппарат движется не в водоизмещающем режиме, а на воздушной подушке. В этом случае экраноплану не требуется значительной мощности двигателей на взлет, так как отсутствует «горб сопротивления», характерный для разбега скоростных глиссирующих судов или экранопланов с водоизмещающим корпусом.
При достижении 90% от взлетной скорости пилот закрывает створку 28, переводя ее с помощью дистанционного управления в верхнее положение. Давление в полости 33 падает. Датчики давления приводят в движение барабан для намотки троса и гидроцилиндр для подъема предкрылка. При этом давление в оболочке 37 падает, и она под действием троса убирается в полость 33, которая закрывается снизу предкрылком. Подъему предкрылка, кроме того, способствует набегающий скоростной поток воздуха. Предкрылок в поднятом положении обеспечивает передней части крыла снизу заданный аэродинамический профиль.
При достижении взлетной скорости пилот берет штурвал «на себя», при этом рули 18 одновременно отклоняются вверх и, действуя как рули высоты, обеспечивают выход экраноплана на расчетный режим и крейсерский полет на высоте 2-3 м над поверхностью воды. V-образное хвостовое оперение работает одновременно как рули поворота (при их отклонении в различных направлениях и как рули высоты. При отклонении их одновременно вниз или вверх). Это так называемое V-образное оперение Рудлицкого хорошо известно в авиационной технике.
Управление по крену экранопланом осуществляется с помощью элеронов 9, расположенных по концам крыла. Для экраноплана, предназначенного для шлюзования или кратковременного движения по каналам, устанавливают аэродинамическую мачту с вертикальным элероном 21. При этом значительно сокращается размах крыла при сохранении летно-технических характеристик экраноплана.
После выхода на крейсерский режим полета (полет над поверхностью воды) мощность двигателей снижают, переводят их на крейсерский режим.
Посадку экраноплан совершает в обратной последовательности. Снижают мощность двигателей, уменьшая скорость до посадочной. После касания поверхности воды и снижения скорости пилот открывает створку 28 и подает воздух в полость 33, при этом осуществляется автоматический выпуск предкрылка и гибкого ограждения. При этом аппарат автоматически переходит на статическую воздушную подушку. В режиме движения на статической воздушной подушке аппарат продолжает движение к месту стоянки. При этом он может двигаться по отмелям, мелководью, акваториям, заросшим травами и мелким кустарником, до твердого берегового участка.
По сравнению с прототипом предложенный экраноплан имеет большее аэродинамическое качество, меньшее гидродинамическое сопротивление и лучшие эксплуатационные свойства. Относительная масса предложенного экраноплана ниже, чем у прототипа, благодаря оптимальности обводов наружных и аэродинамических форм.