ЭКРАНОПЛАН

Полезная модель относится к летательным аппаратам, использующим при движении эффект влияния экрана.
Известны экранопланы Гюнтера Йорга с тандемными крыльями (статья "История и развитие экранопланов с тандемными крыльями", автор Г.Йорг. Научные труды симпозиума по аппаратам с поддувом под крыло и экранопланам. Королевское авиационное общество. Лондон, 19.05.87 г.).
Основными элементами экраноплана Г.Йорга являются: корпус, расположенные примерно в одном уровне друг за другом переднее несущее и кормовое крылья, соединяющие их концевые поплавки, киль и двигательная установка.
Основными недостатками такой системы являются высокие взлетно-посадочные скорости и низкая мореходность в связи с высоким сопротивлением движению корпуса и крыльев, соприкасающихся с водой в водоизмещающем положении. Повышенные вследствие указанных причин нагрузки на корпус и крылья предопределяют необходимость повышения их прочности, что увеличивает вес корпуса и крыльев и снижает весовую отдачу экраноплана.
Известен экраноплан (заявка РФ 94033162/49 (033435) 20.09.94 г.). Он содержит корпус, составное крыло (центроплан и консоли), оперение и двигательную установку, состоящую из двух стартовых турбореактивных двигателей, расположенных в носовой части корпуса, и одного маршевого турбовинтового двигателя в кормовой части корпуса.
На этом экраноплане решена задача снижения нагрузок на корпус при взлете путем поддува под крыло струями стартовых двигателей. При этом под крылом создается избыточное давление, обеспечивающее подъем экраноплана над поверхностью воды и снижение нагрузок. Однако указанные двигатели не могут быть использованы для снижения нагрузок при посадке экраноплана, т.к. создаваемая ими избыточная тяга не может быть скомпенсирована в рамках известной конструктивной системы и дополнительно увеличивает посадочную скорость. Для уменьшения ударных нагрузок на корпус при посадке в упомянутом экраноплане применяют специальное устройство - гидролыжу, воспринимающую и смягчающую эти нагрузки и имеющую вследствие этого значительный вес, что также снижает весовую отдачу экраноплана.
Близким аналогом к заявляемому техническому решению является экраноплан по патенту 2018465 (бюл.16, 30.08.91 г.).
Он содержит корпус, крыло, выполненное по схеме "биплан", оперение, двигательную установку, причем верхнее крыло установлено в направляющих с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости на величину, большую хорды крыла, посредством привода.
Однако возможность перемещения верхнего крыла не обеспечивает снижения взлетно-посадочных скоростей до необходимого уровня. Кроме того выполнение верхнего крыла подвижным, как свидетельствует опыт создания самолетов с изменяемой стреловидностью, существенно снижает весовую отдачу.
По совокупности сходных существенных признаков и технической сущности наиболее близким к заявляемой полезной модели является экраноплан по заявке на изобретение №97115658/28 от 17.09.97 г., B60V 1/00, (опубл. 27.06.99 г.), разработанный ОАО «ЦКБ по СПК им. Р.Е.Алексеева», г.Нижний Новгород, выбранный в качестве прототипа.
На этом экраноплане хоть и достигнуто существенное улучшение эксплуатационных свойств экраноплана, его прочностных и аэродинамических характеристик, однако в процессе проведения дальнейших исследований была установлена возможность дальнейшего улучшения эксплуатационных свойств экраноплана.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является достижение технического результата, заключающегося в улучшении эксплуатационных свойств экраноплана, повышении весовой отдачи экраноплана, улучшении его мореходных качеств за счет снижения взлетно-посадочных скоростей, повышения аэродинамического качества, а также улучшения характеристик боковой устойчивости и управляемости.
Решение задачи достигается тем, что в компоновке экраноплана, содержащего корпус, расположенные одно над другим крылья, оперение и двигательную установку, применяется пространственное крыло, содержащее нижнее составное крыло, имеющее центроплан и V-образные консоли, имеющие положительную крутку от корневого сечения наплывов к концевым сечениям консолей, и расположенное над ним верхнее крыло большего размаха и меньшей по сравнению с нижним крылом хордой. Верхнее крыло оборудовано выдвижными закрылками в центральной его части, поворотными закрылками-элеронами - на концевых его участках и смещено в сторону задней кромки нижнего составного крыла с целью минимизации неблагоприятной интерференции, и оба крыла соединены концевой шайбой, образуя замкнутый поперечный контур, что позволяет снизить индуктивное сопротивление пространственного и повысить его аэродинамическое качество. Двигательная установка размещается в носовой части корпуса и выполняется в виде двух или более турбовинтовых двигателей, установленных на пилоне на уровне верхнего крыла, и двух турбореактивных двигателей, установленных в корпусе с возможностью поддува газовых струй под нижнее крыло. Вертикальное оперение экраноплана выполняется двухкилевым. В днище кормовой части корпуса под двухкилевым вертикальным оперением выполнен грузовой люк в виде открывающейся вниз аппарели.
Заявляемая полезная модель характеризуется наличием следующих новых признаков, отличительных от признаков наиболее близкого аналога:
- V-образным консолям нижнего составного крыла придана положительная крутка от корневой хорды наплыва к концевой хорде собственно консоли по линейному закону,
- применено двухкилевое вертикальное оперение, горизонтальное оперение крепится при этом на концевые хорды килей,
- под двухкилевым вертикальным оперением в днище кормовой части корпуса размещен грузовой люк в виде открывающейся вниз аппарели.
Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели с выявленными аналогами, в том числе с прототипом, показывает, что, несмотря на известность отдельных решений, отличие предлагаемого технического решения заключается также в совокупности (взаимосвязи) перечисленных признаков, усиленных появлением нового эффекта увеличения аэродинамической подъемной силы, улучшения характеристик боковой устойчивости, оптимизации прочностных характеристик, уменьшения веса корпусных конструкций, способствующих достижению технического результата, заключающегося в создании экраноплана с повышенными эксплуатационными свойствами, следующим образом.
Верхнее крыло экраноплана выполнено большего размаха и меньшей по сравнению с нижним крылом хордой и смещено в сторону задней кромки нижнего составного крыла с целью минимизации неблагоприятной интерференции (так, чтобы при выдвинутых одно-трехщелевых закрылках отклоняемый ими воздушный поток обеспечивал безотрывное обтекание отклоненных закрылков центроплана нижнего крыла). Верхнее крыло соединено с нижним концевой шайбой, образуя замкнутый поперечный контур, что позволяет снизить индуктивное сопротивление пространственного крыла и повысить его аэродинамическое качество. V-образным консолям нижнего составного крыла придана положительная крутка относительно задней кромки от корневого сечения наплыва к концевому сечению собственно консоли по линейному закону, что позволяет повысить аэродинамическое качество нижнего крыла на 1.0-1.5 единицы и обеспечивает равномерное распределение нагрузки по размаху консоли.
Соединение верхнего и нижнего крыльев в замкнутый поперечный контур позволяет также обеспечить необходимую прочность пространственного крыла при снижении массы верхнего и нижнего крыльев.
Пространственное крыло имеет развитую механизацию, которая существенно повышает его подъемную силу на режимах взлета и посадки. Концевые участки верхнего крыла оборудованы элеронами.
Выполнение двигательной установки в виде двух или более экономичных турбовинтовых двигателей, установленных на пилоне на уровне верхнего крыла, и двух турбореактивных двигателей, установленных в корпусе с возможностью поддува газовых струй под нижнее крыло, и размещение ее в носовой части корпуса с возможностью взаимодействия струй от винтов и газовых струй с крыльями увеличивает подъемную силу пространственного крыла благодаря возможности обдува верхнего крыла и поддува под нижнее крыло. При этом появляется возможность использования поддува под нижнее крыло при посадке, т.к. обдуваемые струями от винтов закрылки верхнего крыла в посадочном положении обеспечивают эффективное торможение, компенсируя горизонтальную составляющую тяги двигателей, осуществляющих поддув. Образующаяся под крылом воздушная подушка практически исключает ударные нагрузки на корпус и крыло при посадке экраноплана.
Вышеуказанные признаки полезной модели позволяют повысить аэродинамическое качество и существенно увеличить подъемную силу крыла при взлете и посадке, способствуя снижению взлетно-посадочных скоростей экраноплана.
С целью улучшения характеристик боковой устойчивости вместо однокилевого вертикального оперения применяется двухкилевое, равной эффективности, с наклонными килями, которое позволяет снизить величину производной кренящего момента по углу скольжения по сравнению с однокилевым вертикальным оперением.
Кроме того двухкилевое вертикальное оперение позволяет оптимальным образом выполнить конструкцию и обеспечить необходимую прочность корпуса при наличии выреза под грузовой люк в днище кормовой части. При этом уменьшается масса горизонтального оперения, которое крепится на концевые хорды килей, тем самым повышая жесткость конструкции.
Грузовой люк выполняется в виде открывающейся вниз аппарели, которая позволяет оперативно выполнять погрузку и выгрузку грузов и багажа, улучшая эксплуатационные свойства экраноплана.
Вышеперечисленные конструктивные особенности, обеспечивающие существенное повышение подъемной силы крыльев на взлете и посадке, позволяющее снизить взлетно-посадочные скорости, нагрузки на крыло и корпус и, соответственно, их вес, обеспечивают решение поставленной задачи. При этом улучшаются эксплуатационные свойства экраноплана, его мореходные качества при взлете и посадке.
По имеющимся у заявителя сведениям, совокупность существенных признаков, характеризующих сущность полезной модели, не известна из уровня техники, что позволяет сделать выводы о соответствии полезной модели критериям "новизна".
Полезная модель иллюстрируется чертежами:
На фиг.1 - изображен экраноплан, вид сбоку;
На фиг.2 - то же, вид спереди;
На фиг.3 - экраноплан, вид сверху;
Экраноплан содержит корпус 1, пространственное крыло 2, включающее нижнее крыло 3, верхнее крыло 4 и концевые шайбы 5, соединяющие верхнее и нижние крылья в замкнутый контур, стабилизатор 6, V-образные кили 7 и двигательную установку, включающую два маршевых турбовинтовых двигателя 8, закрепленных на пилоне 18 в носовой части корпуса 1 напротив верхнего крыла 4, и два стартовых турбореактивных двигателя 9, установленных в носовой части корпуса с возможностью поддува газовых струй под нижнее крыло 3 и имеющих поворотные элементы 10 (в виде поворотных сопел) газовых струй двигателей для направления их под нижнее крыло 3 при взлете и посадке экраноплана. В днище кормовой части корпуса под двухкилевым вертикальным оперением выполнен грузовой люк в виде открывающейся вниз аппарели 19.
Нижнее крыло 3 состоит из центроплана 13 с закрылками 14 и шайбами 15, V-образных консолей 16, присоединенных через наплывы 17 к шайбам 15 и к концевым шайбам 5 и имеющих положительную крутку от корневого сечения наплывов к концевым сечениям собственно консолей по линейному закону.
Верхнее крыло 4 трапециевидной формы большего удлинения смещено в сторону задней кромки нижнего крыла 3 и имеет отрицательную поперечную V-образность. Верхнее крыло 4 оборудовано механизацией, в центральной части секционированными по размаху закрылками 11, а по концам - секционированными по размаху поворотными закрылками-элеронами 12.
Взлет и посадка экраноплана осуществляется следующим образом. На этапе разбега экраноплана закрылки 14, 11 и 12 выпускаются во взлетное положение, а поворотные насадки 10 стартовых двигателей 9 устанавливаются в положение "на поддув".
При этом происходит увеличение подъемной силы крыла 2 как за счет повышения давления под центропланом 13, так и за счет обдува верхнего крыла 4 струями от винтов маршевых двигателей.
После отрыва экраноплана от поверхности воды элементы 10 стартовых двигателей 9 переводятся в горизонтальное положение "на тягу", а закрылки 14, 11 и 12 - в нулевое (крейсерское положение).
Перед посадкой закрылки отклоняются в максимальное (посадочное) положение. При этом обеспечивается максимальный обдув струями от винтов верхнего крыла с отклоненными закрылками 11, что обеспечивает увеличение подъемной силы, а также торможение экраноплана.
После снижения высоты полета перед касанием корпусом поверхности воды, элементы 10 поворачиваются в положение, обеспечивающее поддув газовых струй под нижнее крыло 3 для снижения нагрузок на центроплан 13 при входе корпуса и нижней части центроплана в воду.
Одновременное осуществление "поддува" под нижнее крыло 3 газовых струй турбореактивных двигателей 9 и обдува верхнего крыла 4 турбовинтовыми двигателями 8 обеспечивает существенный прирост подъемной силы, снижение взлетно-посадочных скоростей и уменьшение нагрузок на корпус и нижнее крыло 3 как на взлете, так и на посадке.