АВИАТРАНСФОРМЕР
AVIATRANSFORMER

Изобретение относится к конструкциям легких самолетов-амфибий с укороченным взлетом и посадкой, возможностью взлета и посадки на снеговую, водную или грунтовую поверхность. Самолет-амфибия трансформирующийся в автомобиль, аэросани или катер с габаритными размерами микроавтобуса.
Известно транспортное средство, преобразуемое в летательный аппарат, содержащий корпус, имеющий в продольном направлении форму обтекаемого профиля, шасси, силовую установку, двигатель, двухкилевое хвостовое оперение, установленное на консольной подвеске переменной длины, и крыло из двух частей с концевыми полуконсолями, прикрепленными к центральной части корпуса с возможностью их установки в боковых плоскостях корпуса и в пределах его габаритов с размещенным в центральной нижней части корпуса поперечным валом, с шарнирно закрепленными на этом валу полуконсолями, связанными с соответствующими приводами, с возможным смещением шарнирных осей крепления полуконсолей на валу вниз относительно продольной оси вала на величину радиуса поперечного сечения последнего, с возможностью привода шарнирного поворота полуконсоли вокруг оси вышеуказанного вала, выполненным в виде винтовой пары (патент РФ №4931623/11, МПК B60F 5/02, поданный 15.03.91 г.).
К недостаткам подобной конструкции можно отнести невозможность движения, взлета и посадки с поверхности воды и снега.
Известен также авиатрансформер по патенту РФ №2139795, МПК B60F 5/02, поданному 10.12.98 г., содержащий фюзеляж, представляющий собой пилотско-пассажирскую кабину, заднюю винтовую установку, передние и задние колеса шасси, складывающиеся правую и левую плоскости крыла в хвостовую часть, разъемно соединенную с фюзеляжем, с отдельным отсеком для среднего двигателя и задней винтовой установки, с двумя открытыми отсеками для передних и задних колес шасси, выполненных с трансмиссиями и механизмами их уборки и выпуска, с отдельным закрытым от внешней среды носовым отсеком и двумя аэродинамическими обтекаемыми окнами над пилотской кабиной для зеркального наблюдения и контроля за направлением на взлете и при посадке, с двумя изменяющими свой объем воздушными камерами, расположенными в фюзеляже, с взлетно-посадочным устройством, расположенным в передней нижней части фюзеляжа, включающим в себя гидроцилиндр, раму и колесо, прижимающиеся после полета и посадки к днищу фюзеляжа, при этом левая и правая плоскости крыла выполнены с возможностью посекционного складывания с помощью гидравлического устройства, расположенного в секциях каждой плоскости крыла, и снабжены передними и задними подкосами, винтовыми установками и двигателями, расположенными в передней части коренных секций, колесное шасси выполнено с лыжами для движения по снегу и воде, а хвостовая часть выполнена с возможностью складывания для образования наземного транспортного средства.
К недостаткам предложенного авиатрансформера можно отнести сложность конструкции, приводящую к завышенной массе и низкой экономичности при эксплуатации, связанной с использованием нескольких двигателей.
Известны и другие авиационные транспортные средства многоцелевого применения, в том числе самолет-амфибия по патенту РФ №2272752, МПК В64С 35/02 от 02.09.2004 г. и легкий самолет - амфибия по патенту РФ №92007775, МПК В64С 35/00 от 25.11.1992 г.
Одной из основных проблем этих самолетов остается недостаточное удобство их хранения и эксплуатации в различных бытовых условиях при отсутствии оборудованных взлетно-посадочных полос.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является авиатрансформер по патенту РФ №2444445, МПК B60F 5/02, поданному 19.11.2010 г., содержащий фюзеляж с фонарем обтекаемой поверхности и нижней частью в виде дна катера с двумя килями, трехколесное убирающееся шасси с управляемым поворотным передним колесом, двухкилевое хвостовое оперение крепящееся к фюзеляжу консольно на балках, мотор с толкающим винтом, закрепленный на задней стенке фюзеляжа, закрытой обтекателем, верхнее крыло со складывающимися вдоль боковых поверхностей фюзеляжа левой и правой консолями крыла с законцовками в нижней полуплоскости, с центропланом, содержащим парашют и баки для топлива, с нижними центральной, носовой и хвостовой частями фюзеляжа, выполненными в виде аэродинамического крыла малого удлинения, с бортами, переходящими в нижней средней части в два параллельных киля дна постоянной ширины с основаниями, находящимися в одной плоскости, при этом консоли крыла в сложенном положении расположены на расстоянии, не препятствующем вращению винта. С возможностью выполнения фонаря и примыкающей к нему части кабины в верхней полуплоскости фюзеляжа в соответствии с уравнением
<mrow><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>x</mi><mi>a</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>n</mi></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mrow><mrow><mo>|</mo><mi>y</mi><mo>|</mo></mrow></mrow><mi>b</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>m</mi></msup><mo>+</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mfrac><mi>z</mi><mi>c</mi></mfrac></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mi>k</mi></msup><mo>=</mo><mn>1</mn></mrow>
,
где а, 2b, с - максимальная длина, ширина и высота фонаря вдоль соответствующих осей координат 0≥x≥a, -b≥y≥b, 0≥z≥c; n≥1,5, m≥l,5, k≥1,5 - показатели степени. С возможностью выполнения плоскости основания килей дна в задней части фюзеляжа, скошенной под углом 5÷10° относительно плоскости основания килей дна в средней части фюзеляжа. С возможным расположением нижней точки переднего колеса в верхнем (убранном) положении в одной плоскости с основанием килей и в этом положении колесо является поворотным и управляемым.
Основной задачей изобретения является улучшение условий взлета и посадки авиатрансформера, движение по заснеженной и ледяной поверхности, посадку фюзеляжа на воду.
Технический результат достигается созданием геометрической формы хвостовой части фюзеляжа, специальной компоновкой переднего шасси, специальным покрытием поверхности.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного результата в авиатрансформере, содержащем фюзеляж с фонарем обтекаемой поверхности и нижней частью в виде дна катера с бортами, переходящими в нижней части в два параллельных гидродинамических киля дна постоянной ширины с основаниями в средней части дна, находящимися в одной горизонтальной плоскости, плоскости с основанием гидродинамических килей в задней части дна, расположенными в плоскости, наклоненной под углом 5÷10° к горизонтальной плоскости, нижнюю частью фюзеляжа между гидродинамическими килями в виде аэродинамической поверхности крыла малого удлинения, трехколесное убирающееся шасси с управляемым поворотным передним колесом в убранном и выпущенном положении, мотор с толкающим винтом, закрепленный на задней стенке кабины фюзеляжа, верхнее крыло со складывающимися вдоль боковых поверхностей фюзеляжа левой и правой консолями крыла, в сложенном положении расположенными на расстоянии, не препятствующем вращению винта, верхний центроплан, содержащий в центральной части парашют, а по бокам баки для топлива, хвостовое оперение с двумя аэродинамическими килями, в отличие от известной конструкции в хвостовой нижней части фюзеляжа гидродинамические кили гладко сопряжены с аэродинамическими килями.
Нижняя часть рулей направления на аэродинамических килях может быть опущена до такого уровня, что при движении в воде в глиссирующем положении погружена в воду.
Переднее шасси может быть выполнено так, что нижняя точка переднего колеса шасси в верхнем (убранном) положении выступает за плоскость основания килей на 10÷50 мм.
Плоскость, проходящая через основание аэродинамических килей и рулей направления, может быть расположена под углом 10÷15° по отношению к горизонтальной плоскости.
Нижняя часть гидродинамических килей может иметь покрытие с низким коэффициентом трения.
Отличительными особенностями заявляемой конструкции авиатрансформера являются следующие признаки:
- в хвостовой нижней части фюзеляжа гидродинамические кили гладко сопряжены с аэродинамическими килями;
- нижняя часть рулей направления на аэродинамических килях может быть опущена до такого уровня, что при движении в воде в глиссирующем положении погружена в воду;
- переднее шасси может быть выполнено так, что нижняя точка переднего колеса шасси в верхнем (убранном) положении выступает за плоскость основания килей на 10÷50 мм;
- плоскость основания аэродинамических килей и рулей направления может быть расположена под углом 10÷15° к горизонтальной плоскости;
- на нижнюю часть гидродинамических килей может быть нанесено покрытие с низким коэффициентом трения.
Реализация соединения с гладким сопряжением в хвостовой нижней части фюзеляжа гидродинамических килей с аэродинамическими, как показывает моделирование, позволяет уменьшить притапливание в воде хвостовой части фюзеляжа, снизить силу удара о поверхность воды при посадке за счет частичного погашения силы удара выступающими за пределы корпуса фюзеляжа килями, первыми встречающими поверхность воды при посадке, уменьшить массу конструкции за счет исключения балок соединения аэродинамических килей с фюзеляжем.
Расположение нижней части рулей направления на аэродинамических килях до уровня погружения в воду при движении в воде в глиссирующем положении позволяет повысить управляемость движением самолета на участке взлета, предшествующем отрыву от воды, и в начальный момент посадки на воду.
Выступание нижней точки переднего колеса шасси в верхнем (убранном) положении за плоскость основания килей на 10÷50 мм позволяет повысить управляемость авиатрансформера при движении по снежной и ледовой поверхности за счет увеличения давления на это колесо и увеличение площади контакта при сминании пневматика в месте касания с поверхностью.
Угол 10÷15° в плоскости основания аэродинамического киля и руля направления относительно горизонтальной плоскости предохраняет от повреждений низ аэродинамического киля и руля направления при ударе о землю в случае аварийного взлета или посадки.
Наличие на нижней части гидродинамических килей покрытия с низким коэффициентом трения позволяет осуществить посадку на твердое неровное покрытие, типа пашни.
Указанные признаки являются существенными, так как каждый из них направлен на достижение заявленного технического результата в соответствии с поставленной задачей. В технических решениях предшествующего уровня их использование не обнаружено.
Изобретение поясняется фиг.1-4. На фиг.1 в аксонометрической проекции показан авиатрансформер в полетном положении с выпущенными шасси на виде сверху и сбоку. На фиг.2 в аксонометрической проекции показан авиатрансформер в полетном положении с выпущенными шасси на виде снизу и сбоку. На фиг.3, на виде сбоку показан авиатрансформер с консолями крыла в сложенном положении и с убранными шасси для передвижения по воде или по снегу. На фиг.4 изображена нижняя часть рулей направления на аэродинамических килях при движении в воде в глиссирующем положении.
На фиг.1 представлен авиатрансформер в состоянии полета с выпущенным шасси, состоящий из фюзеляжа 1 с фонарем 2 и нижней частью в виде дна катера 3, трехколесного шасси 4 и 5 с поворотным передним колесом 4, двухкилевого оперения, состоящего из гидродинамических килей 6, гладко сопряженных с аэродинамическими килями 7, со стабилизатором 8 и рулями направления 9, мотора 10 с толкающим винтом 11, закрепленного на задней стенке фюзеляжа 12, закрытого обтекателем 13, верхнего крыла, состоящего из правой 14 и левой 15 консолей с законцовками 16 и центропланом 17, внутри которого с левой и правой сторон 18 располагаются баки с топливом, а по центру 19 - парашют.
На фиг.2 представлен авиатрансформер в состоянии полета с выпущенным трехколесным шасси 4 и 5, нижняя часть фюзеляжа в виде дна катера 3 с бортами, переходящими в два параллельных гидродинамических киля дна 6 постоянной ширины с основаниями в средней части, находящимися в одной горизонтальной плоскости 20, дна с аэродинамической поверхностью крыла малого удлинения 21, в хвостовой нижней части фюзеляжа гидродинамические кили 6 гладко сопряжены с аэродинамическими килями 7, со стабилизатором 8, рулями направления 9, консолями крыла 14 и 15 с законцовками 16 и центропланом 17. Нижняя часть гидродинамических килей 20, 22, 23 может иметь покрытие с низким коэффициентом трения.
На фиг.3 показан авиатрансформер с консолями крыла 14 и 15 в сложенном положении с убранными шасси для передвижения по воде или по снегу. Консоли расположены на расстоянии, не препятствующем вращению винта 11. Переднее колесо шасси 4 в убранном положении является поворотным и управляемым и выполнено так, что нижняя точка колеса 24 выступает за плоскость основания килей в средней части дна (горизонтальную плоскость) 25 на 10÷50 мм. Колеса заднего шасси 5 в убранном положении располагаются над палубой 26 под мотором 11 позади задней стенки фюзеляжа 12.
°
На фиг.4 изображена нижняя часть рулей направления 9 на аэродинамических килях 7, гладко сопряженных с гидродинамическими килями 6. Основание 27 аэродинамического киля и руля направления расположено под углом 10÷15° к горизонтальной плоскости с плоскостью основания килей в задней части дна 23, расположенной под углом 5÷10 к горизонтальной плоскости с плоскостью основания килей в средней части дна 25, параллельной горизонтальной плоскости. При движении в воде в глиссирующем положении нижняя часть рулей направления 9 погружены ниже уровня поверхности воды 28.
Авиатрансформер в качестве самолета эксплуатируется следующим образом. При взлетах и посадках с грунтового покрытия шасси 4 и 5 находятся в выпущенном состоянии и убираются в полете. При взлетах и посадках с поверхности воды или снега шасси 4 и 5 находятся в убранном положении. В зависимости от условий взлета и посадки возможен, например, взлет с убранным шасси, а посадка с выпущенным шасси и наоборот.
В качестве катера или аэросаней авиатрансформер эксплуатируется следующим образом. Шасси 4 и 5 находятся в убранном положении. Консоли 14 и 15 крыла находятся в сложенном вдоль фюзеляжа положении и зафиксированы от смещений одним концом на торцах центроплана 17, а другим концом на аэродинамических килях 7. Движущей силой авиатрансформера является тяга вращающегося винта 11. Управление направлением движения производится поворотом переднего колеса шасси 4.
В качестве автомобиля авиатрансформер эксплуатируется аналогично катеру или аэросаням, только с выпущенным шасси 4 и 5.
Корпусные детали планера предлагаемого авиатрансформера могут иметь трехслойную конструкцию с обшивками из тканного стекла или углепластика с заполнителем из пено- или сотопласта и изготавливаться методом выкладки в форму с последующим вакуумированием и термообработкой. В качестве двигателя может использоваться, например, двигатель фирмы Rotax или Lycoming. Авионику, колеса шасси, винт и парашют предлагается использовать покупные, известной и проверенной конструкции. Геометрия, толщины, материалы деталей планера и соединений определяются специальными расчетами и должны соответствовать требованиям Нормам летной годности.