ЛЕТАЮЩАЯ ЛАБОРАТОРИЯ
FLYING LABORATORY

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к летающим лабораториям и может использоваться для проведения летных исследований характеристик и демонстраций технологий авиационных силовых установок с малоразмерными двигателями (газотурбинными, поршневыми, электрическими), а также гибридных силовых установок с учетом типа источника энергии и интерференции элементов силовой установки и планера в различных аэродинамических компоновках.
Известна многофункциональная летающая лаборатория на базе транспортного самолета (патент RU 2734170 С1, МПК В64, 13.10.2020), содержащая транспортный самолет с грузовым отсеком и манипулятором. Манипулятор выполнен с гидравлическим приводом, телескопической стрелой, состоящей из перемещающейся горизонтально основной части и отклоняемой части, обеспечивающей поворот и вывод в поток объекта. Разгружающее устройство выполнено в виде разгружающей тележки, механически связанной с основной частью стрелы в точке крепления отклоняемой части стрелы и перемещающейся по рельсовым путям, расположенным в верхней части грузового отсека, за счет и одновременно с перемещением основной части стрелы. На конце отклоняемой части стрелы установлено устройство для крепления и ориентации в потоке объекта испытаний. Также на многофункциональной летающей лаборатории установлена система дистанционного управления и контроля, которая контролирует и управляет ходом эксперимента, как из грузового отсека, так и из гермокабины.
К недостатку этого изобретения следует отнести ограниченные возможности для исследования характеристик авиационных силовых установок.
Известна летающая лаборатория для испытания газотурбинных двигателей (AC SU 1 387 627 А1, 15.12.1991, бюл. №46). Лаборатория состоит из самолета-носителя, содержащего отсек с воздухозаборным каналом и выхлопным коллектором, в котором расположены заслонки, кинематически связанные с приводами, и рамы для крепления испытуемого двигателя.
Недостатком такого изобретения является ограниченные возможности проведения летных испытаний авиационных силовых установок с учетом интерференции силовой установки и планера самолета в штатных местах крепления на самолете.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является летающая лаборатория (патент RU 2233771 С1, МПК В64, 10.08.2004), содержащая самолет с верхнерасположенным крылом, тремя штатными двигателями и испытываемой силовой установкой, включающей в себя пилон и закопатированный двигатель с воздухозаборником. Лаборатория снабжена аэродинамически обтекаемой формы переходным модулем, который выполнен с несколькими узлами крепления экспериментальных двигателей на внешней поверхности и установлен между пилоном и закопатированным двигателем.
Недостатком такого изобретения является низкие функциональные возможности летающей лаборатории, обусловленные ограничениями проведения летных исследований характеристик авиационных силовых установок с малоразмерными двигателями (газотурбинными, поршневыми, электрическими), а также гибридных силовых установок, с учетом интерференции силовой установки и планера в различных аэродинамических компоновках.
Техническим результатом изобретения является расширение функциональных возможностей летающей лаборатории для проведения летных исследований характеристик и демонстраций технологий авиационных силовых установок с малоразмерными двигателями (газотурбинными, поршневыми, электрическими), а также гибридных силовых установок, с учетом типа источника энергии и интерференции элементов силовой установки и планера в различных аэродинамических компоновках.
Указанный технический результат достигается тем, что летающая лаборатория содержит беспилотный летательный аппарат самолетного типа, состоящий из несущего фюзеляжа, прямоугольного крыла, переднего горизонтального оперения, V-образного хвостового оперения и силовой установки с N авиационными двигателями, у которого узлы крепления авиационных двигателей установлены на крыле и фюзеляже, переднее горизонтальное оперение выполнено съемным, а в фюзеляже оборудован отсек с люком для размещения источника энергии.
Сущность изобретения заключается в том, что в летающей лаборатории для обеспечения расширения функциональных возможностей проведения исследований характеристик и демонстрации технологий авиационных силовых установок различных схем с различными типами и конструкциями двигателей в полете с учетом типа источника энергии и интерференции элементов силовой установки и планера самолета в различных аэродинамических компоновках разработан планер беспилотного летательного аппарата самолетного типа с узлами крепления авиационных двигателей на крыле и фюзеляже, съемным передним горизонтальным оперением и отсеком с люком в фюзеляже для размещения источника энергии.
Разработанная конструкция планера беспилотного летательного аппарата самолетного типа обеспечивает размещение силовой установки с различным количеством авиационных двигателей за счет наличия узлов крепления авиационных двигателей на крыле и фюзеляже, съемного переднего горизонтального оперения и отсека в фюзеляже со съемным источником энергии изменяемого типа.
Изобретение можно использовать для проведения летных исследований характеристик и демонстрации технологий разрабатываемых авиационных силовых установок различных схем с различными типами и конструкциями двигателей для легких беспилотных летательных аппаратов с учетом типа источника энергии и интерференции элементов силовой установки и планера в различных аэродинамических компоновках.
На фиг. 1-3 продемонстрированы внешний облик разработанного беспилотного летательного аппарата для летающей лаборатории в различных аэродинамических компоновках с обозначением основных конструкционных элементов. На фиг. 1 показаны: 1 - фюзеляж; 2 - прямоугольное крыло; 3 - переднее горизонтальное оперение; 4 - V-образное хвостовое оперение; 5 - двигатели в варианте крыльевого крепления двухдвигательной силовой установки. На фиг. 2 показан двигатель 6 в варианте фюзеляжного крепления одно двигательной силовой установки. На фиг. 3 показан внешний облик разработанного беспилотного летательного аппарата для летающей лаборатории в варианте крыльевого и фюзеляжного крепления трехдвигательной силовой установки.
Назначение основных элементов аэродинамической компоновки беспилотного летательного аппарата самолетного типа согласно [Аэродинамика и динамика полета маневренных самолетов: учебник для курсантов высших военных авиационных училищ летчиков и летного состава строевых частей ВВС, эксплуатирующих маневренные самолеты / Е.С. Галашев, Н.М. Лысенко, С.А. Микоян, В.И. Некрасов, Ю.Н. Нечаев, М.И. Ништ, М.И. Радченко, Г.Ф. Сивков, под. ред. Н.М. Лысенко - М.: Военное издательство, - 1984. - 542 с.], следующее: несущий фюзеляж, служит для соединения крыла и оперения и размещения в нем необходимого оборудования, топлива и полезной нагрузки, крепления двигателя в фюзеляжной компоновке и передней и основных стоек шасси, а также создания дополнительной подъемной силы; крыло является основной несущей поверхностью беспилотного летательного аппарата и служит для создания подъемной силы, необходимой для его держания в воздухе, а также расположения органов управления и двигателей в крыльевой компоновке; V-образное хвостовое оперение обеспечивает устойчивость и управляемость беспилотного летательного аппарата, при фюзеляжном креплении двигателя силовой установки в хвостовой части фюзеляжа переднее горизонтальное оперение обеспечивает балансировку беспилотного летательного аппарата; двигатели силовой установки обеспечивают создание силы тяги, необходимой для перемещения беспилотного летательного аппарата.
Для обеспечения проведения летных исследований характеристик и демонстраций технологий авиационных силовых установок различных схем с различными типами и конструкциями двигателей с учетом интерференции элементов силовой установки и планера в различных аэродинамических компоновках на разработанном беспилотном летательном аппарате самолетного типа предусмотрены три варианта аэродинамической компоновки.
На фиг. 1 показан вариант, обеспечивающий использование двухдвигательной силовой установки беспилотного летательного аппарата с крыльевым расположением одинаковых двигателей. При этом предусмотрено использование съемного переднего горизонтального оперения для компенсации момента, возникающего при отсутствии двигателя в хвостовой части фюзеляжа. В такой аэродинамической компоновке можно выполнять полеты для демонстрации новых технологий авиационных силовых установок различных схем с различными типами и конструкциями двигателей, с учетом интерференции силовой установки и крыла.
На фиг. 2 показан вариант, обеспечивающий использование однодвигательной силовой установки беспилотного летательного аппарата с фюзеляжным расположением двигателя. При этом, для обеспечения балансировки беспилотного летательного аппарата съемное переднее горизонтальное оперение необходимо демонтировать. В такой аэродинамической компоновке можно выполнять полеты для демонстрации новых технологий авиационных силовых установок на базе малоразмерных газотурбинных двигателей прямой реакции с учетом интерференции силовой установки, фюзеляжа и V-образного хвостового оперения.
На фиг. 3 показан вариант, обеспечивающий использование трехдвигательной силовой установки беспилотного летательного аппарата с фюзеляжным расположением одного двигателя и крыльевым расположением двух одинаковых двигателей. При этом, для обеспечения балансировки беспилотного летательного аппарата, съемное переднее горизонтальное оперение необходимо демонтировать. В такой аэродинамической компоновке можно выполнять полеты для проведения исследований характеристик малоразмерных газотурбинных двигателей с фюзеляжным расположением по разным программам с учетом интерференции силовой установки, фюзеляжа и V-образного хвостового оперения. Дополнительно данный вариант обеспечит проведение исследования характеристик и демонстрации новых технологий гибридных авиационных силовых установок различных схем с учетом интерференции воздушного винта, крыла и фюзеляжа. Для этого, в хвостовой части фюзеляжа размещается двигатель с целью выработки механического крутящего момента для энергоустановки, питающей электроэнергией маршевые электрические двигатели с воздушными винтами, расположенные в пилонах под крылом беспилотного летательного аппарата.
Размещение двигателей силовой установки на фюзеляже и на крыле обеспечивается установкой универсальных съемных креплений 7 (фиг. 4), передающих нагрузки от тяги двигателя на силовые элементы планера.
Для использования источников энергии разного типа на борту беспилотного летательного аппарата в конструкции фюзеляжа предусмотрен специальный отсек (фиг. 5) для размещения съемного топливного бака с жидкими типами топлива, аккумуляторов и других элементов гибридной силовой установки.