ЭКРАНОЛЕТ ВНЕАЭРОДРОМНОГО БАЗИРОВАНИЯ
AERODYNAMIC GROUND-EFFECT CRAFT OF OFF-AERODROME LOCATION

Область техники
Изобретение относится к области авиации, а именно к летательным аппаратам (ЛА), способным совершать полет на небольшой высоте в режиме экранолета (вне действия «экранного эффекта»), а также вблизи земной поверхности в режиме экраноплана и на большой высоте как обычный самолет.
Предшествующий уровень техники
Известен экранолет «Иволга-2» (информация о котором опубликована в Интернет-сайте АвиаПорт.RU), содержащий центроплан, пилотско-пассажирскую кабину, расположенную сверху на центроплане, консоли крыла, установленные с боков центроплана, хвостовое оперение, размещенное сзади центроплана, маршевые винты, установленные спереди центроплана на поворотных пилонах и приводимые в действие двигателями, размещенными в центроплане, поплавки-скеги и заслонки-щитки, являющиеся в совокупности ограждением камеры воздушной подушки (ВП) снизу центроплана.
Данный экранолет обладает следующими недостатками:
- продольной неустойчивостью при движении в режиме экраноплана из-за нестабильного положения центра давления (фокуса) относительно центра масс, что ведет к недостаточной эксплуатационной безопасности;
- вероятность повреждения воздушных винтов при движении по грунтовой поверхности за счет засасывания в них грязи, мелких предметов и др.;
- большим сопротивлением на грунтовой поверхности в момент старта при движении на поплавках из-за отсутствия, например, колесного шасси. При этом возможна боковая неустойчивость при движении на воздушной подушке (ВП) при взлете и посадке, что также не обеспечивает эксплуатационную безопасность.
Указанные недостатки частично устранены в экранолете С-90, одной из модификаций проекта ОКБ Сухого, опубликованной в Интернет-сайте: АвиаПорт.Ru.
Данный ЛА содержит центроплан в виде пилотско-пассажирской кабины, низкорасположенные консоли крыла, установленные с боков центроплана, тоннель, расположенный сзади внутри центроплана, нагнетатель воздушной подушки, размещенный в нижней части тоннеля, хвостовое оперение, закрепленное сзади центроплана на двух балках, имеющее два киля, сверху которых расположено горизонтальное оперение, маршевые силовые установки, установленные на килях, взлетно-посадочное устройство, состоящее из шасси на воздушной подушке, имеющее заднюю и переднюю поворотные щитки-заслонки и два поплавка-скега.
Недостатками данного ЛА являются продольная неустойчивость на взлете при выключенном нагнетателе ВП и убранных заслонках, а также из-за низкорасположенных консолей крыла, при этом имеется боковая неустойчивость при движении по грунтовой поверхности из-за отсутствия колесного шасси, что в целом не обеспечивает необходимую эксплуатационную безопасность ЛА.
Кроме того, размещение силовых установок на хвостовом оперении значительно увеличивает массу его конструкции.
Раскрытие изобретения
Технической задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка экранолета внеаэродромного базирования с улучшенными эксплуатационными качествами, позволяющими обеспечить устойчивый и управляемый полет, особенно на взлете и посадке на грунтовую поверхность, а также снижение массы конструкции хвостового оперения.
В результате достигается технический результат, заключающийся в повышении безопасности на взлетно-посадочных режимах, особенно при эксплуатации с грунтовой поверхности, увеличение аэродинамической подъемной силы на центроплане за счет его верхней поверхности, снижение массы конструкции.
Указанный технический результат достигается тем, что экранолет внеаэродромного базирования, содержащий центроплан в виде пилотско-пассажирской кабины, низкорасположенные консоли крыла, установленные с боков центроплана, тоннель, расположенный сзади внутри центроплана, нагнетатель воздушной подушки, размещенный в нижней части тоннеля, хвостовое оперение, закрепленное сзади центроплана на двух балках, имеющее два киля, сверху которых расположено горизонтальное оперение, маршевые силовые установки, установленные на двух килях и балках, взлетно-посадочное устройство, состоящее из шасси на воздушной подушке (ШВП), имеющее заднюю и переднюю поворотные щитки-заслонки и два поплавка-скега, дополнительно имеет профильный коллекторный канал, расположенный на верхней поверхности центроплана, створки, размещенные сверху коллекторного канала и способные одновременно поворачиваться, установленные с боков центроплана высокорасположенные консоли крыла (вместо низкорасположенных консолей крыла у экранолета С-90), размещенные на задней части центроплана маршевые силовые установки (вместо установленных силовых установок на хвостовом оперении у экранолета С-90), переднюю заслонку ШВП, выполненную в виде глиссирующей поверхности - редана, и заднюю заслонку в виде надувного регулируемого по высоте поплавка, способную образовывать щель для истечения воздуха из камеры ВП в основном только назад.
С боков центроплана дополнительно снизу установлены опорные ложементы, в которых закреплены поплавки-скеги.
Также снизу дополнительно установлено трехопорное колесно-лыжное шасси с передней носовой колесно-лыжной опорой (КЛО), закрепленной на передней части центроплана снизу, и двумя основными КЛО, закрепленными снизу и сзади к центроплану. При этом передняя КЛО может быть конструктивно совмещена с передней заслонкой.
Все КЛО и поплавки-скеги выполнены убирающимися в полете.
Такая конструкция позволяет устранить продольную неустойчивость при движении вблизи поверхности, когда подъемная сила на центроплане реализуется не за счет экранного эффекта, а в основном за счет верхней поверхности профильного коллекторного канала и статической ВП, обеспечивающих неизменное положение центра давления (фокуса). При этом высокорасположенные консоли крыла также исключают влияние экранного эффекта на положение фокуса.
Расположение маршевых силовых установок на задней части центроплана значительно снижает массу конструкции хвостового оперения, при этом центроплан исключает попадание в силовую установку посторонних предметов при движении экранолета, особенно вблизи грунтовой поверхности.
Установка колесно-лыжного шасси позволяет обеспечить боковую стабилизацию при движении на ВП по грунтовой поверхности, а применение редана на передней заслонке совместно с поплавками-скегами обеспечивает стабилизацию при движении по водной поверхности.
Улучшение боковой стабилизации при движении по любой поверхности обеспечивается также за счет истечения воздуха из камеры ВП только назад через щель между задней заслонкой-поплавком и поверхностью - экраном.
Краткое описание чертежей
Изобретение поясняется чертежами, где
на фиг.1 изображен экранолет внеаэродромного базирования - вид сбоку;
на фиг.2 - экранолет внеаэродромного базирования - вид в плане;
на фиг.3 - экранолет внеаэродромного базирования - вид спереди;
на фиг.4 изображен центроплан экранолета внеаэродромного базирования - вид А (снизу);
на фиг.5 изображены поперечные сечения центроплана экранолета внеаэродромного базирования - сечения А-А; Б-Б; В-В.
Вариант осуществления изобретения
Экранолет внеаэродромного базирования содержит центроплан 1 в виде пилотско-пассажирской кабины, профильный коллекторный канал 2, расположенный на верхней поверхности центроплана, створки 3, размещенные сверху коллекторного канала и способные одновременно поворачиваться, консоли крыла 4, установленные с боков центроплана сверху (высокорасположенные), тоннель 5, расположенный сзади внутри центроплана и соединенный удобообтекаемой поверхностью с коллекторным каналом 2, нагнетатель 6 воздушной подушки, размещенный в нижней части тоннеля и приводимый двигателем 7, маршевые силовые установки 8, установленные на центроплане сверху и сзади него, хвостовое оперение, закрепленное сзади центроплана на двух балках 9, имеющее два киля 10, сверху которых расположено горизонтальное оперение 11, опорные ложементы 12, установленные с боков и снизу центроплана, комбинированное взлетно-посадочное устройство, состоящее из шасси на воздушной подушке (ШВП), имеющее заднюю надувную регулируемую по высоте заслонку-поплавок 13, расположенную под центропланом, двух надувных убирающихся в полете поплавков-скегов 14, закрепленных в опорных ложементах 12, передней поворотной заслонки 15, расположенной под центропланом, а также из трехопорного колесно-лыжного шасси, имеющего переднюю колесно-лыжную опору (КЛО) 16, совмещенную конструктивно с передней поворотной заслонкой 15, и две задние, убирающиеся в полете КЛО 17, закрепленные к центроплану сзади и снизу.
Движение экранолета внеаэродромного базирования на различных режимах происходит следующим образом.
Режим движения на ВП на грунтовой поверхности осуществляется как по слабонесущим поверхности, так и по твердой неподготовленной, но ровной поверхности, а также на начальном этапе взлета и конечном этапе при посадке. Перед началом движения экранолет опирается на все три КЛО 16 и 17, поплавки-скеги 14, заслонки 13 и 15 выпущены, створки 3 открыты. При этом поплавки 14 и передняя заслонка 15 соприкасаются с поверхностью, задняя заслонка 13 приподнята с образованием щели между ней и поверхностью. При включении нагнетателя 6 с помощью двигателя 7 воздух принудительно поступает вначале в профильный коллекторный канал 2, а затем в тоннель 5 и камеру ВП, ограниченную поплавками-скегами 14, заслонками 13 и 15 и поверхностью - экраном, после чего воздух истекает через щель между задней заслонкой 13 и поверхностью - экраном. Направление воздушного потока в профильный канал и тоннель обеспечивается за счет установленных под определенным углом створок 3. В результате образуется статическая ВП при одинаковом расходе воздуха через нагнетатель и щель между задней заслонкой и экраном. При этом подъемная сила, кроме как от ВП, дополнительно также возникает за счет коллекторного канала при обтекании его воздушным потоком. Принцип создания подъемной силы на экраноплане за счет действия коллекторного канала и ВП показан на фиг.6 для трех характерных сечений А-А, Б-Б и В-В, где символом (-) показано разрежение воздуха, символом (+) - давление воздуха. После возникновения достаточной подъемной силы за счет ВП и коллекторного канала включаются маршевые силовые установки 8, создающие горизонтальную тягу, в результате чего экранолет осуществляет движение на ВП, опираясь одновременно на КЛО 16 и 17. При этом за счет сцепления КЛО с поверхностью, направленного истечения воздуха из ВП назад через щель между нижней кромкой задней заслонки и поверхностью, а также обдувки вертикального оперения воздушным потоком от винтов обеспечивается курсовая и поперечная стабилизация. Управляемость по курсу осуществляется за счет поворота колеса переднего КЛО 14 и рулей направления килей 10, а также за счет изменения величины тяги правой и левой МСУ 8.
Режим движения на ВП по водной поверхности осуществляется аналогично, что и по грунтовой поверхности, но со следующим отличием. Экранолет опирается (плавает) на водоизмещающих поплавках-скегах 14 и надувной задней заслонке-поплавке 13, задние КЛО 17 убраны. При этом для более быстрого выхода на режим ВП при движении в работу вступает редан передней заслонки 15, обеспечивая эффект глиссирования.
Режим движения вблизи поверхности при отсутствии статической ВП осуществляется на конечном этапе взлета и крейсерском режиме полета, характерном для экраноплана. На этом режиме поплавки-скеги 14, заслонка 13 и задние КЛО 17 убраны, передняя заслонка 15 совместно с передним КЛО 16 находятся в полувыпущенном (среднем) положении. Подъемная сила здесь реализуется за счет действия профильного коллекторного канала 2, аэродинамической подъемной силы консолей крыла 7 и реактивной силы от работы нагнетателя 6. Экранный эффект (динамическая ВП) здесь отсутствует как на центроплане из-за выпущенной передней заслонки 15, так и на консолях крыла 4 из-за их высокого расположения. При этом обеспечивается продольная устойчивость за счет неизменного положения центра давления подъемной силы на центроплане и консолях крыла относительно центра масс, а также поперечная и курсовая устойчивость за счет консолей крыла и хвостового оперения как у обычного самолета.
Движение в режиме экранолета осуществляется как и при движении в режиме экраноплана, но по мере увеличения скорости и возникновении на консолях крыла 4 и центроплане 1 необходимой подъемной аэродинамической силы, уравновешивающей вес ЛА, нагнетатель 6 отключается, створки закрывают профильный коллекторный канал 2 и тоннель 5 с обеспечением гладкой верхней поверхности центроплана 1. Также окончательно убирается передняя заслонка 15 совместно с передней КЛО 16. В этой же конфигурации экранолет совершает полет как обычный самолет на заданной высоте.
На всех режимах полета для изменения подъемной силы и управления ЛА на экранолете установлены механизация и рулевые поверхности, присущие самолету. Переход с режима самолета или режима экранолета в режим движения на ВП вблизи поверхности (аналогичный режиму экраноплана) осуществляется в обратном порядке. Выпускаются поплавки-скеги 14, заслонки 13 и 15, КЛО 16 и 17, открываются створки 3 с одновременным включением нагнетателя 6. Выпускается также механизация на консолях крыла 4. При уменьшении мощности МСУ 8 экранолет снижается и вблизи поверхности - экрана осуществляет движение на ВП с последующей остановкой. В стояночном положении нагнетатель 6 и МСУ 8 выключены. При этом экранолет в зависимости от типа поверхности, на которой он будет осуществлять стоянку, займет следующие конфигурации.
На твердой поверхности ЛА опирается на КЛО 16 и 17 с выпущенной передней заслонкой-щитком 15, совмещенной конструктивно с передней КЛО 16. При этом створки 3 закрыты, поплавки-скеги 14 и задняя заслонка 13 убраны.
На водной поверхности, все то же, что и при стоянке на твердой поверхности, но поплавки-скеги 14 и заслонка 13 выпущены, при этом КЛО 16 и 17 убраны.
На слабонесущей поверхности (болото, снег и др.), все то же, что при стоянке на твердой поверхности, но поплавки-скеги 14 и заслонка 13 могут быть выпущены.
Предложенный экранолет внеаэродромного базирования является устойчивым и управляемым на режимах движения вблизи грунтовой и водной поверхности и в полете за счет применения профильного коллекорного канала и направляющих створок, статической ВП с выдувом из нее воздуха назад за счет скегового ограждения ВП с передней и задней заслонками и КЛО, обеспечивающих наряду с ограждением стабилизацию при движении на ВП, является также высокоэффективным за счет снижения массы конструкции хвостового оперения из-за размещения МСУ на центроплане.
При этом экранолет внеаэродромного базирования может эксплуатироваться безопасно с любых неподготовленных ровных взлетно-посадочных площадок (ВПП), включая водную поверхность. Кроме того, экранолет, имея колесно-лыжное шасси, может эксплуатироваться и с подготовленной ВПП. Это, а также создание экспериментальных образцов, аналогичных ЛА, позволяют сделать вывод о соответствии экранолета внеаэродромного базирования признаку «промышленная применимость».