ЭКРАНОПЛАН ИНТЕГРАЛЬНОЙ АЭРОГИДРОДИНАМИЧЕСКОЙ КОМПОНОВКИ
EKRANOPLAN OF INTEGRATED AEROGYDRODYNAMIC COMPOUND

Известны экранопланы, выполненные по аэрогидродинамической схеме катамаран «составное крыло», с взлетно-посадочными устройствами на основе воздушной подушки, создаваемой струями от воздушных движителей, направленных спереди под корпус или крыло экраноплана. Технология создания такой подушки имеет название - «поддув». Известны и патенты на изобретения, по которым создавались эти экранопланы с такими взлетно-посадочными устройствами, позволяющими также амфибийное использование. Наиболее близки к данному изобретению патент РФ №2099217 и производные от него с целью улучшения патенты РФ №2286268, 2337022, 2432274, 2432275, 2466888, 2471660.
Экранопланы «Иволга» ЭЛ-7 и ЭК-12, созданные на основе патента №2099217, за многие годы показали высокие характеристики экранного движения и эксплуатации. Изготовленные на основе патентов №2432274, 2432275, 2466888, 2471660 экранопланы Орион-12, Орион-14 не смогли выполнить ожидаемые характеристики движения на экране, а Орион-20 потерпел крушение ввиду недостаточной балансировки, устойчивости и управляемости. Поэтому наиболее близким и реальным аналогом принят патент №2099217.
В процессе испытаний, эксплуатации, теоретических и стендовых исследований выявлены пути дальнейшего значительного улучшения аэрогидродинамических и эксплуатационных свойств экраноплана, которые вошли в данное изобретение:
- В процессе работ над экранопланами определилось, что наибольшие аэронесущие свойства в экранном полете имеет крыло удлинением 0,5-0,7, шатрообразного вида спереди, ограниченное по концам крыла снизу шайбами. Для обеспечения безопасного устойчивого полета на экране с этим крылом желательно иметь апериодический характер возмущенного продольного движения, что достигается заострением хвостовой части крыла, при виде в плане.
- Известно, что влияние близости поверхности («экрана») на аэродинамику крыла, в основном, сказывается на высоте ниже 0,3-0,4 хорды крыла, а наиболее эффективное увеличение несущих свойств крыла происходит ниже высоты 0,1 хорды крыла. Исследования показали, что аэродинамическое качество (отношение веса аппарата к потребной тяге для горизонтального движения) предлагаемого крыла на высоте 0,05 хорды доходит до 35 единиц, а на высотах выше экрана до 8 единиц. Как показала практика применения экранопланов, при выходе на маршрут с волнением менее 0,1 хорды по пути следования над морем могут встречаться локальные участки с большим волнением и экраноплан, средней размерности и ниже, будет вынужден подниматься на вышеэкранные (самолетные) режимы полета, что требует значительного увеличения тяги двигателей.
Поэтому для уменьшения располагаемой на борту тяги (мощности) двигателей на маршруте, необходимо повышение аэродинамического качества для случаев самолетных режимов полета, что достигается установкой консолей дополнительного крыла. Выполнение безопасного устойчивого и управляемого бокового движения и маневрирования в горизонтальной плоскости на экранных режимах с креном и без скольжения на экраноплане также требуются консоли дополнительного крыла и оперение.
- Известно, что суда катамаранной схемы имеют повышенную мореходность в движении и дрейфе при волнении. Это делает целесообразным использование на экраноплане поплавков, образующих катамаранную схему, в качестве концевых аэродинамических шайб крыла.
- Из гидроавиации известно, что в аэрогидродинамическом сопротивлении движению при разбеге на взлете основную долю составляет его гидродинамическая часть, которая на определенной скорости достигает максимума с последующим понижением (так называемый, «горб сопротивления»). На величину скорости движения и сопротивления при этом «горбе» существенно влияют геометрические обводы поплавков, наличие на них различных реданов, формы форштевня, кормы и транца. Но радикальным является создание воздушной подушки под корпусом с поплавками, один из способов создания которой - это технология «поддува» струй от воздушных движителей спереди под корпус-крыло. При этом на эффективность поддува, в свою очередь, также значительно влияет геометрия поплавков. Дополнительно поддув, с помощью специальных устройств на днище корпуса катамарана, придает экраноплану амфибийные свойства самостоятельного выхода на берег, руления и спуска на воду.
- Применение на экраноплане единых движителей силовой установки и их поворот для старта с поддувом, маршевого полета и посадки существенно упрощает конструкцию и пилотирование, улучшая эксплуатацию и безопасность полета. Кроме того, поворот струй воздуха от движителей из поддува под корпус-крыло при взлете-посадке на протекание струй над ним на марше, по «эффекту Вернули», создает дополнительную аэродинамическую подъемную силу.
Решаемой задачей предлагаемого изобретения стало объединение вышеуказанных различных свойств и требований для создания эффективной аэрогидродинамической компоновки экраноплана, путем интегрирования положительных несущих сил при уменьшении сопротивления и получения устойчивого движения на всех режимах экраноплана, за счет улучшения интегрального обтекания потоком воздуха различных частей экраноплана и интерференции. Также решается связанная с этим задача интегрирования в компоновочную схему экраноплана взлетно-посадочного комплекса и устройств погрузки-выгрузки.
Сущность изобретения заключается в том, что аэрогидродинамическая компоновка организована в виде комбинации двух составных крыльев. Первое, внутреннее, составное крыло работает на формирование использования экранного эффекта. Второе, внешнее, составное крыло, прибортованное к первому, работает на обеспечение самолетных режимов полета и вместе с оперением формирует необходимую устойчивость и управляемость экраноплана на экранных и других режимах движения. При этом внутреннее составное крыло выполняет функцию корпуса с размещением всех основных систем, агрегатов силовой установки, взлетно-посадочного комплекса и устройств погрузки-выгрузки. Выбором взаимного положения и геометрии составных крыльев и оперения, подбором необходимых элементов взлетно-посадочного комплекса, их положения и геометрии достигается желаемый результат - это повышение аэродинамического качества экранного и самолетного режимов полета, при достаточном уровне устойчивости и управляемости, и улучшение взлетно-посадочных и эксплуатационных характеристик.
Для пояснения технической сущности интегральной аэрогидродинамической компоновки экраноплана в изобретении представлены чертежи, на которых изображено:
Фиг. 1 - вид экраноплана сверху,
Фиг. 2 - вид экраноплана сбоку,
Фиг. 3 - вид экраноплана спереди,
Фиг. 4 - аксонометрия экраноплана,
Фиг. 5 - схема построения внутреннего составного крыла,
Фиг. 6 - схема построения внешнего составного крыла,
Фиг. 7 - схема построения оперения,
Фиг.8 - типы кабин экипажа,
Фиг. 9 - схема центрального крыла с кабиной самолетного типа,
Фиг. 10 - носовая часть центрального крыла с кабиной и трапом,
Фиг. 11 - грузопассажирский люк и аппарели,
Фиг. 12 - расположение мест зализов и сглаживаний,
Фиг. 13 - схема упрощения поверхности внутреннего составного крыла,
Фиг. 14 - размещение силовой установки в носу центрального крыла,
Фиг. 15 - схема поплавка с эллипсообразованными поверхностями,
Фиг. 16 - общий вид поплавка,
Фиг. 17 - схема растекания воздушной подушки из поплавка.
На Фиг. 1-4 показано схематичное изображение предлагаемого в изобретении экраноплана.
1.) Первое, внутреннее, составное крыло-корпус состоит из центрального крыла 1 и пристыкованных к нему правой 2 и зеркально отраженной левой консолей с установленными по внешним бортам снизу аэродинамическими шайбами 3, в качестве которых используются поплавки-лыжи.
Из результатов исследований наиболее приемлемыми на экранных режимах оказываются крылья, образованные плоско-выпуклым профилем с S-образной средней линией. Предлагается профиль (Фиг. 5), имеющий внизу, начиная с 5-10% хорды b от носика прямолинейный участок до хвостика, на 25-35% хорды максимальную толщину С. В существующей практике S-образность организуется дополнительным отклонением в экранном полете хвостовой 15-20%-ной части профиля в виде закрылка 10 вверх на угол δ до 2-4°.
o
o
В аэродинамике дозвуковых скоростей еще в 30-40 годах выявлено, что тела с поверхностью, образованной переходящими по касательной дугами эллипсов, имеют уменьшенное аэродинамическое сопротивление. На этом, например, разработаны «Атлас аэродинамических профилей» Бартини Р.Л. и его рекордные самолеты. В изобретении поверхность центрального крыла 1 образована перемещением вышеуказанного плоско-выпуклого профиля с постоянной толщиной следующим способом (Фиг. 5). Хвостик профиля движется по задней стороне плоской фигуры, составленной тремя сторонами вытянутого прямоугольника с передней стороной в виде полуэллипса с малой полуосью d, равной ширине прямоугольника, и большой полуосью e полуэллипса, равной 2-3 размерам малой оси, а проекция носка профиля на плоскость фигуры движется по этому полуэллипсу.
Консоль внутреннего составного крыла 2 имеет наклоненную к центральному крылу 1 коническую поверхность. В основании поверхности лежит вышеуказанный плоско-выпуклый профиль, пристыкованный к бортовому профилю центрального крыла совмещением хвостиков и прямолинейных участков с расположением его носка в начале полуэллипсообразующего участка центрального крыла. Расположение вершины конической поверхности обеспечивает, по отношению к центральному крылу, необходимую шатрообразность, стреловидность по передней кромке и заостренность по задней кромке консоли.
o
o
о
1
1
1
2
1
1
Предпочтительными параметрами такого внутреннего составного крыла для улучшения аэродинамического качества на экране при апериодической продольной устойчивости определены: в центральном крыле толщина профиля c=11-13% основной хорды центрального крыла b и удлинение (отношение квадрата размаха крыла к площади крыла) λ=0,1-0,2; в консолях толщина профиля c=9-10% хорды консоли b, стреловидность по передней кромке ψ=0-10°, заостренность по задней кромке ψ=25-35°, угол наклона к центральному крылу (шатрообразность) ϕ=8-11° и удлинение каждой консоли λ=0,20-0,27.
Во всех вышеперечисленных патентах на изобретения корпус катамарана содержит одно крыло (центроплан) из двух консолей с расположенным посредине фюзеляжем, с отсутствием сведений по геометрии фюзеляжа. В отличие от них в данном изобретении корпус составлен из двух крыльев, центрального крыла значительной площади и двух консолей другого крыла. Такое составное крыло, имея единый тип аэродинамического экранопланного профиля и эллипсообразную носовую часть центрального крыла, улучшает картину обтекания воздушным потоком и увеличивает аэродинамическую хорду, значительно повышая эффективность экранного полета.
2.) Второе, внешнее, составное крыло (Фиг. 6) состоит из пристыкованных к бортам первого составного крыла-корпуса внутренних двух зеркально отраженных трапециевидных консолей 4 и присоединенных к ним двух зеркально отраженных наружных консолей 5 с отогнутыми вниз законцовками 6 и установленными сверху законцовками по типу «крылышек Уиткомба» 7. Важнейшая задача второго составного крыла - это обеспечение боковой (поперечной и путевой) устойчивости вместе с оперением экраноплана, что достигается V-образной установкой консолей этого крыла и их размещением за центром тяжести экраноплана выше зоны влияния на них экранного эффекта.
Также геометрия консолей второго составного крыла, особенно наружных (профиль, вид в плане, площадь и удлинение), формирует необходимое аэродинамическое качество экраноплана для вышеэкранного полета, определяющего потребную мощность двигателей.
Для наружных консолей целесообразно применение наиболее несущих дозвуковых самолетных профилей. Консоли могут иметь, в том числе по всему размаху, предкрылки и закрылки, совмещенные с элеронами («зависающие»). Отогнутые книзу и пристыкованные сверху законцовки консоли улучшили обтекание и распределение воздушного потока по размаху консоли. Кроме того, профилировка в поперечнике нижней части законцовки в виде днища килеватой лодки с продольным дифферентом на корму улучшило безопасность при случайных касаниях консолью поверхности воды.
Геометрия поверхности внутренних консолей определяет характер обтекания воздушным потоком основных частей экраноплана и качественно влияет на его аэродинамические свойства, так как они установлены в начале формирования основных вихрей воздушного потока по бортам экраноплана. Кроме того, внутренние консоли уводят пристыкованные к ним сверху наружные консоли от воздействия потока брызг воды от поплавков, что значительно улучшает аэрогидродинамику разбега на старте.
В результате анализа влияния геометрических параметров внешнего составного крыла (Фиг. 6) на аэродинамические силы и моменты экраноплана выявлены их предпочтительные значения:
3
2
1
3
2
3
2
1
2
Наружные трапециевидные консоли 5 внешнего составного крыла установлены за центром масс экраноплана V-образно к корпусу под углом ϕ=5-15° и имеют удлинение λ=2,0-4,0. Консоли имеют усеченную коническую поверхность сужением η=0,4-0,7 со стреловидностью линии максимальных толщин ψ от -10° до +30°, в основании образованную двояковыпуклым самолетным профилем толщиной c=12-14% с хордой b=0,28-0,34 хорды b профиля бортовой нервюры 24 корпуса. Удаление этой хорды от носка профиля борта 24 корпуса состовляет  с превышением над ней h=0,08-0,12b.
3
4
2
4
4
5
- Наружные консоли внешнего составного крыла снабжены по всему размаху предкрылками 8, закрылками 9, совмещенными с элеронами. По краям консолей сверху пристыкованы законцовки типа «Уиткомба» 7 толщиной c=4-6% и снизу под углом ϕ=20-25° аэрогидродинамические законцовки 6 высотой h=0,15-0,30 концевой хорды крыла b, имеющие симметричный профиль толщиной c=5-7% и нижнюю линейчатую поверхность с двусторонней поперечной килеватостью ϕ=50-55°.
2
3
Внутренние консоли 4 внешнего составного крыла установлены V-образно под углом ϕ=35-50° к борту 24 корпуса, трапециевидны и имеют удлинение λ=0,15-0,25. Поверхность этих консолей вверху образована движением прямой линии по профилю основания наружной консоли, внизу по корневому профилю, полученному совмещением его верхней части с верхним участком профиля борта консоли корпуса от хвостика до дистанции  и стыковкой этой части профиля с пропорционально увеличенными до этой дистанции носком и нижним участком профиля основания наружной консоли.
В патентах на изобретения РФ №2432275, 2466888 экранопланы снабжены V-образными внешними консолями с наплывами, пристыкованными к бортам центроплана корпуса. В описании этих изобретений указано, что наплывы устанавливаются для организации прохождения брызговых струй ниже поверхности консолей. В предлагаемом изобретении вместо консолей с наплывами устанавливается внешнее составное крыло из двух наружных и двух внутренних консолей. Здесь внутренние консоли, в отличие от наплывов, имеют большую площадь (соизмеримую с площадью наружных консолей) и, помимо ухода от брызговых струй, в основном, предназначены для улучшения боковой устойчивости, что потребовало соответствующего размещения, площади и геометрии. Также предложен способ построения линии стыковки внутренних консолей внешнего (второго) составного крыла с поверхностью внутреннего (первого) составного крыла для формирования благоприятного интегрального обтекания воздушным потоком системы двух составных крыльев. Также, в отличие от вышеприведенных изобретений, здесь наружные консоли выведены из зоны экранного эффекта и снабжены законцовками «Уиткомба», а снизу законцовками с килеватыми днищами, что положительно сказалось на аэродинамике и безопасности.
3.) Выбор типа оперения и его геометрических параметров является одной из основных задач в обеспечении устойчивости и управляемости экраноплана. Расположение на экраноплане оперения, его размеры и отклонение рулей на управление заметно влияют на аэродинамическое качество. Использование характера обтекания экраноплана воздушным потоком, а также влияние самого оперения на это обтекание позволило существенно снизить потери аэронесущих свойств экраноплана на балансировку, устойчивость и управляемость.
3.1.) Установка второго (внешнего) составного крыла потребовало добавления балансировочных и демпфирующих свойств продольного движения экраноплана, что достигается видом и параметрами геометрии горизонтального оперения 11, а также его расположением выше зоны действия экранного эффекта (Фиг. 1-3, Фиг. 7).
4
3
4
5
Для этого в изобретении предлагается на верху вертикального оперения 12 установить горизонтальное оперение с удлинением λ=3,5-4,0 и площадью 10-15% от площади двух составных крыльев с удалением  от задней кромки центрального крыла на 0,14-0,17 и превышением h от нее на 0,15-0,20 длины осевой хорды центрального крыла. Горизонтальное оперение состоит из стабилизатора 13, прямоугольной формы площадью 50-60% от всего горизонтального оперения, и руля высоты 14. Руль высоты разделен пополам, с управлением, подведенным к каждой половине от своего киля, и за размахом стабилизатора имеет трапециевидные, стреловидные на ψ=30-40° по передней кромке, концевые части для аэровесовой балансировки и триммирования 15. В качестве профиля горизонтального оперения используется двояковыпуклый симметричный профиль толщиной c=8-10% с расположением максимальной толщины на 25-30% его хорды.
Верхнее расположение горизонтального оперения значительно выше центра тяжести и выше влияния на него экранного эффекта, наряду с продольной, также улучшило и боковую устойчивость экраноплана.
3.2.) В изобретении установлено (Фиг. 1-3, Фиг. 7) трапециевидное вертикальное оперение 12 с большой стреловидностью передней и задней кромки, состоящее из двух расположенных по бокам центрального крыла V-образно килей 16 с развитыми впереди наплывами 17 и рулей поворота 18. Это обеспечило:
- снижение площади вертикального оперения за счет повышения его эффективности путем расположения и воздействия на вихревую систему в концевой части стыка центрального крыла с консолями,
- повышение поперечной устойчивости экраноплана за счет V-образности килей,
- улучшение управляемости при рулении на воде с боковым ветром за счет уменьшения боковой парусности затенением одного киля другим и частичного обдува рулей поворота от воздушных движителей 19 экраноплана.
Для облегчения нагрузок при отклонении рулей поворота они снабжены сервокомпенсаторами 20, которые для балансировки длительных нагрузок имеют триммирующий механизм.
Нижняя кромка вертикального оперения, в части рулей поворота, имеет наклон, обеспечивающий скользящее случайное касание воды на взлете и посадке. Безударность такого касания также достигается двусторонней поперечной килеватостью нижней поверхности рулей поворота относительно этой кромки (по типу днища лодки).
В изобретении более приемлемые параметры двухкилевого вертикального оперения для экраноплана с двумя составными крыльями имеет экраноплан:
- с вертикальным оперением суммарной площадью 14-19% от площади двух составных крыльев,
6
7
- с пристыкованными по бокам хвостовой части центрального крыла V-образно под углом ϕ=10-15° к вертикали двумя килями стреловидностью по передней кромке ϕ=35-40°,
во
го
- с концевыми хордами, составляющими вверху b=0,8-1,2b хорды горизонтального оперения,
8
- с установленными перед корневыми частями килей наплывами стреловидностью ϕ=10-20°,
9
10
11
12
- с рулями поворота площадью 50-60% от площади вертикального оперения при стреловидности по передней кромке ϕ=48-52°, по задней кромке ϕ=55-60°, стреловидности ϕ=12-15° нижней кромки в симметричной линейчатой поверхности с двусторонней поперечной килеватостью ϕ=50-55° и верхней кромкой, наклоненной на угол отклонения руля высоты,
6
- с двояковыпуклым симметричным профилем толщиной c=8-10% при расположении максимальной толщины на 25-30% его хорды.
Схема построения геометрии оперения показана на Фиг. 7.
4.) На аэродинамику центрального крыла свое влияние вносит размещение кабины экипажа 21. Размерность экраноплана определяет возможности размещения кабины экипажа с обеспечением приемлемого обзора для эксплуатации. На экраноплане с хордой центрального крыла более 25 метров кабину можно разместить внутри носка центрального крыла с частичным остеклением его поверхности для внешнего обзора (Фиг. 8 поз. 1). В этом случае аэродинамика не изменяется.
4.1.) На экраноплане с хордой центрального крыла менее 25 метров обеспечение обзора и необходимого внутреннего объема кабины экипажа требует изменения формы поверхности носовой части центрального крыла. В изобретении такая форма кабины «самолетного типа», со слабым влиянием на аэродинамику, предлагается из пересекающихся двух эллипсообразованных поверхностей (Фиг. 8 поз. 2 и Фиг. 9):
o
о
o
o
- основной поверхности центрального крыла, размещающей внутри кабину экипажа и грузопассажирский салон, сформированной движением плоско-выпуклого крылового профиля постоянной толщины c=14-16%, проекцией носка профиля по передней стороне и хвостиком по задней стороне плоской фигуры удлинения λ=0,1-0,2, составленной тремя сторонами вытянутого прямоугольника и вписанного спереди полуэллипса с короткой осью e, равной ширине прямоугольника, и длинной осью, равной 2,0-2,5 размера короткой оси d.
7
1
1
- и пристыкованной носовой поверхности, размещающей внутри двигатели и агрегаты силовой установки, образованной аналогичным движением проекции носка плоско-выпуклого профиля толщиной c=8-9% по полуэллипсу при общей с основной поверхностью малой полуосью и длиной полуосью e, равной 5-6 размера короткой оси d.
4.2.) Для экранопланов большой размерности морского базирования, у которых особо важен обзор на режимах причаливания, руления в портовых акваториях и бухтах, целесообразно применение кабины экипажа в виде судовой рубки 21 с остеклением кругового обзора. С целью минимизации влияния кабины на аэродинамику, в изобретении предложено размещение экипажа вверху носовой части центрального крыла с выступающим за ее контур сегментом 25 эллипсоида (Фиг. 8 поз. 3 и Фиг. 10) или сферы, образующих хорошо обтекаемую воздушным потоком поверхность остекления кругового обзора из кабины-рубки. В остеклении для удобства эксплуатации предусмотрены форточка 26 и створка 27 выхода наверх корпуса.
5.) Размещение устройств погрузки-выгрузки пассажиров и различных грузов может влиять на форму корпуса, что изменяет аэродинамику экраноплана. В изобретении предложены устройства погрузки-выгрузки интегрированные в конструкцию корпуса без изменения его внешней геометрии и аэродинамики.
5.1.) Для этого внизу носовой части центрального крыла встроен люк-трап 26, в виде прямоугольного выреза части носовой поверхности (Фиг. 10). На внутренней стороне люка размещены лестничные ступени с перилами, а спереди может располагаться складываемая (не показана) или выдвигаемая дополнительная секция 27, удлиняющая трап при необходимости. Прямоугольный люк-трап поворачивается вниз до уровня поверхности стоянки относительно оси, являющейся задней кромкой люка. Поворот люка-трапа выполняется дистанционным приводом, который дублируется механизмом ручного поворота. Такой трап с отклоняемой внизу дополнительной секцией позволяет осуществлять вход-выход людей и погрузку-выгрузку на сухую часть необорудованного берега, с причалившего к берегу носками поплавков экраноплана.
5.2.) Для обеспечения погрузки-выгрузки крупногабаритных грузов на верхней поверхности хвостовой части центрального крыла расположен грузопассажирский люк 22 (Фиг. 11), вырезающий часть этой поверхности по ширине бортов центрального крыла 1. Люк с помощью дистанционного привода 30, дублированного механизмом ручного поворота (на фигуре не показан), открывается вверх со сдвигом вперед, образуя доступ в проем грузовой части корпуса экраноплана. При этом получается малое аэродинамическое сопротивление открытого люка и площадка в хвосте корпуса для специальных работ, даже в движении экраноплана. Открытие со сдвигом вперед выполняется либо рычагами 31 по паралелограмному типу (Поз. 1 Фиг. 11), либо с помощью движения роликов 32 спереди люка по продольному рельсу 33 на корпусе при повороте рычагов 31 по бокам люка. При закрытом положении грузового люка для входа-выхода людей в люк встроена открывающаяся вручную вверх малая дверь 23.
Для закатывания в корпус больших грузов и колесно-гусеничную технику по ширине колес груза симметрично оси корпуса размещены две аппарели 34, выдвигаемые из корпуса (Поз. 1 Фиг. 11) или раскладываемые к поверхности стоянки (Поз. 2 Фиг. 11).
6.) Из дозвуковой аэродинамики летательных аппаратов известно, что установка зализов и сглаживание углов при стыковке различных поверхностей улучшает протекание воздушного потока и может повысить аэродинамическое качество до 10%. В изобретении предлагается стыки поверхностей внутреннего составного крыла, поплавков и внешнего составного крыла снабдить желобообразными зализами с поперечным сечением в виде дуг кривых второго порядка, а верхние углы бортов внутреннего составного крыла также сгладить дугами второго порядка в сечении. Предпочтительным предложено применение дуг эллипса. На Фиг. 12 в кружках показаны основные места и вид зализов и сглаживаний.
7.) В процессе производства, эксплуатации и ремонта экраноплана целесообразно применение для корпуса плоскостных и «развертываемых» поверхностей, цилиндрических и конических. Для построения такой поверхности корпуса, являющегося внутренним составным крылом, можно использовать «эффект Коанда», по которому при стыковке больших поверхностей с изменением углов касательных на стыке до 5-7° происходит так называемое «прилипание воздушного потока» при их обтекании, что практически незначительно изменяет аэродинамические характеристики экраноплана. При производственной необходимости предлагается, в создании упрощенной поверхности корпуса, формообразующие профили внутреннего составного крыла частично выполнить в виде прямолинейных верхних участков с переходом касательной дуги профиля на прямую под углом не более 7°.
Также существенное упрощение процесса изготовления экраноплана достигается применением прямых наружных консолей и горизонтального оперения.
В изобретении такое упрощение поверхности внутреннего составного крыла (корпуса) и аэродинамической компоновки экраноплана предложено и показано на Фиг. 13 с иллюстрацией использования на экраноплане.
8.) Тип, размерность, расположение двигателей и вид устройств крепления (пилонов) двигателей существенно сказываются на аэродинамике экраноплана. На выбор типа и мощности двигателей силовой установки влияет величина экраноплана и потребная скорость его движения. У экранопланов, предлагаемой схемы «составных крыльев» для малых весов и скорости до 250 км/час целесообразно применение поршневых двигателей внутреннего сгорания, ввиду их малых расходов топлива и массового использования на автомобилях и катерах при наличии широкой сети сервисного обслуживания и ремонта. Для экранопланов средних весов и скорости до 500 км/час используются турбовинтовые двигатели. Для экранопланов больших весов и скоростей выше 500 км/час устанавливаются турбореактивные двигатели большой степени двухконтурности, так называемые «турбовентиляторные двигатели».
8.1) У малых экранопланов габариты поршневых двигателей имеют существенную долю в размерности экраноплана. В изобретении предлагается (Фиг. 14) один или два двигателя 35, 36, воздухоочистители 41, радиаторы 42, решетку воздухозаборника 43 и другие системы двигателей размещать внутри носовой части центрального крыла 1, реализуя концепцию «аэродинамически» чистого крыла. Для организации силы тяги и «поддува» применить воздушные винты или винтокольцевые движители 19, закрепленные по концам горизонтальной балки 44, расположенной в носовой части центрального крыла 1 перпендикулярно к ней. Передача энергии к ним от двигателей выполняется через валы 38, с компенсирующими линейные и угловые отклонения скользящими и шарнирными соединениями, с помощью шестеренчатых или цепных редукторов 37 и угловых редукторов 39 с коническими шестернями.
Плоскость вращения винтов 45 располагать перед каждой консолью корпуса 2 на удалении 1,8-2,3 диаметра винта, с целью организации воздушной завесы у передней кромки консолей корпуса, за счет выравнивания давления струй от винтов на входе под корпус с нагрузкой на днище корпуса (отношение веса экраноплана к площади днища между поплавками). Для предотвращения засоса воды винтом прохождение конца лопасти от воды (ватерлинии) размещать на расстоянии не менее половины диаметра винта.
Предлагаемое применение винта внутри кольцевого насадка для экраноплана имеет преимущества, это:
- увеличение силы тяги до 20-25%,
- уменьшение возможности засоса воды на лопасти винта,
- уменьшение шума винта на местности,
- безопасность для людей при вращении винта на суше и воде,
- возможность установить перед лопастями винта в плоскости по передней кромке кольца птицезащитную сетку, так как движение экраноплана происходит в пределах высоты птичьего полета.
Также использование для формирования поверхности колец и поперечной балки, к которой они крепятся, крылового профиля добавляет несущие свойства экраноплана, а при повороте балки с кольцами дистанционным приводом можно выполнять балансировку и управление продольным движением.
Предложенное расположение воздушных винтов при двухкилевом оперении также улучшает путевую управляемость за счет их частичного обдува от этих винтов.
Для обеспечения поддува под корпус-крыло угол наклона струй от винтов не превышает 15-17° к ватерлинии, выше которого усиливается брызгообразование, увеличивающее сопротивление движению и ухудшающее обзор. При повороте струй от винтов на угол 3-5° вверх от нижней плоскости корпуса по «эффекту Бернулли» происходит прибавление несущих свойств корпуса-крыла, из-за увеличения скорости потока над его консолями за счет этих струй. Поворот струй от винтов выполняется дистанционным приводом путем поворота балки 44 с закрепленными на ней винтокольцевыми движителями 19. Регулирование режима истечения струй устройствами изменения шага винта 40 позволяет оптимизировать энергию этих струй в различных режимах движения и, вследствие этого, экономичность силовой установки. Улучшению этой экономичности способствует также применение кольцевых насадков винта конфузорного типа (сечение кольца А-А вариант 2 Фиг. 14).
8.2.) На экранопланах средней размерности весогабаритные параметры и мидель турбовинтовых двигателей 46 позволяет их непосредственное размещение по концам поперечной, поворачиваемой дистанционным приводом, балки 44 (Фиг. 1-4). В этом случае также предлагается винты размещать внутри кольцевых насадок, как в пункте 1.8.1.
9.) В изобретении для корпуса экраноплана предлагается гидродинамическая схема «катамаран», ввиду ее повышенной мореходности. Также эта схема позволяет использовать поплавки, расположенные по бортам внутреннего составного крыла-корпуса, в качестве аэродинамических шайб, улучшающих аэродинамическое качество экраноплана. Предлагается геометрия двух зеркально отраженных поплавков с объемом, обеспечивающим положение корпуса экраноплана над ватерлинией, что значительно уменьшает ударные нагрузки на экраноплан при волнении и, вследствие этого, его вес. Также в сочетании с аэрогидродинамическим влиянием поплавков в качестве аэрошайб и их водоизмещения, целесообразно отношение длины поплавков к ширине 15-25. Поплавки внутри разделяются на водонепроницаемые отсеки с объемами, позволяющими движение экраноплана при выходе из строя любых двух отсеков. Отсеки оснащены насосами, срабатывающими при появлении воды в отсеках. В дрейфе центр гидростатического давления погруженной части поплавков располагается в вертикальной плоскости, проходящей поперек экраноплана через его центр тяжести с отклонением до 3-5% длины поплавка.
9.1.) В изобретении предлагается геометрия обводов поплавков (Фиг. 15) в виде комбинации удобообтекаемых поверхностей, имеющей плоский вертикальный внутренний борт 50 и эллипсообразованные поверхности палубы 51, внешнего борта 52, форштевня 48 и кормы 49 при плавном и ступенчатом 53 (реданном) изменении угла поперечной килеватости фв днища 54 с реданными 55, 56, скуловыми 57, лыжными 58 накладками и с транцем в корме 47 (Фиг. 15-16).
Предлагаемая геометрия поплавков обусловлена основными теоретическими положениями физики. Так, вертикальный внутренний борт с прямолинейной кромкой у воды, уменьшает скорость растекания динамической воздушной подушки из под днища поплавка и, по «эффекту Бернулли», увеличивает давление снизу. У традиционных поплавков с симметричной поперечной килеватостью и надувных гибких поплавков под их днищем происходит разгон воздушного потока, вследствие этого давление под днищем уменьшается, и несущие свойства экраноплана ухудшаются (Фиг. 17).
Наличие образованных эллипсами поверхностей форштевня и кормы благоприятствует аэрогидродинамике при обтекании потоком воды и воздуха. Скулообразование формирует сход потока с поплавков, а ширина скул уменьшает нагрузку на поперечные реданы, тем самым значительно уменьшаются потери мощности, идущие на преодоление энергии брызгообразования.
Продольные, поперечные и косые реданы-срывники существенно уменьшают силы трения от «прилипания» воды. Положение транцевого среза на корме обеспечивает компромисс в уменьшении сопротивления воды на глиссировании при взлете и сопротивления воздуха, так называемого «донного», в крейсерском режиме.
10.) В результате, в изобретении предложена компоновка из комбинации двух составных крыльев с применением эллипсообразованных поверхностей, значительно увеличившая аэрогидродинамическое качество экраноплана. Расположение и вид оперения, силовой установки, кабины, устройств взлета-посадки и погрузки-выгрузки позволяют создавать экранопланы с улучшенными аэрогидродинамическими и эксплуатационными свойствами. Современные аналитические и цифровые методы математики обеспечивают построение предлагаемых поверхностей экраноплана, а технологическое оборудование судо- и авиастроения могут реализовать изготовление экраноплана предлагаемой интегральной компоновки.