Фюзеляж легкого транспортного самолета

Область техники
Заявляемая полезная модель относится к области авиастроения, а именно к конструкции фюзеляжей транспортных самолетов.
Уровень техники
В настоящее время известны фюзеляжи самолетов различной формы сечения. В каждом конкретном случае размер и форма сечения фюзеляжа определяются назначением самолета. Как правило, форма сечения фюзеляжа самолета варьируется от круглой до прямоугольной и промежуточной овальной, с различным соотношением габаритных размеров ширины и высоты. Форма сечения фюзеляжей транспортных самолетов определяется наибольшими габаритами всей номенклатуры перевозимых грузов. Определяющим фактором при перевозке являются габариты перевозимых грузов, особенно актуально это становится для самолетов малого класса.
Известен самолет (А.И. Ковалев «Самолет Л-410УВП» издательство «Транспррт», 1988), содержащий фюзеляж, состоящий из силового набора усиленных и нормальных шпангоутов, продольных балок, стрингеров, образующих каркас и гладкой работающей обшивки, соединенной с каркасом. Форма сечения фюзеляжа прямоугольная со скругленными углами, соотношение сторон ширина салона к высоте - 1.15. В грузовом варианте самолета в заднем отсеке фюзеляжа по левому борту выполнен большой грузовой люк, предназначенный для погрузки перевозимых грузов. Грузовой поворотной рампы и грузовых створок у самолета нет.
Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности загрузки транспортной техники и авиационных контейнеров из-за формы и размеров сечения грузовой кабины и отсутствия грузовой рампы.
Известен легкий многоцелевой самолет, предназначенный для эксплуатации на местных воздушных линиях Short SC.7«Skyvan» (www.airwar.ru). Фюзеляж самолета короткий и имеет прямоугольную форму сечения со скругленными углами. Такая форма сечения фюзеляжа позволяет размещать крупногабаритную самоходную технику типа автомобиля «Джип» в самолете малого класса, однако плоское днище и нижний крутой скос хвостовой части фюзеляжа делают фюзеляж плохообтекаемым, что создает дополнительное аэродинамическое сопротивление. Самолет оснащен откидной плоской рампой, позволяющей загружать габаритную автотехнику самоходом.
Известен фюзеляж летательного аппарата (патент РФ RU 2481236, В64С 1/00, http://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet), содержащий переднюю, центральную и заднюю части. Форма поперечного сечения центральной части фюзеляжа выполнена уплощенной и образована последовательно соединенными между собой четырьмя отрезками дуг окружности. При этом радиус кривизны дуг, соответствующих верхней и нижней сторонам фюзеляжа, больше радиуса кривизны дуг, соответствующих его боковым сторонам. Принятая уплощенная форма фюзеляжа способствует увеличению полезного объема, способствует получению дополнительного места для размещения пассажиров и грузов в салоне самолета. Кроме того, такая форма фюзеляжа позволяет получить более высокие аэродинамические характеристики по сравнению с традиционной цилиндрической формой поперечного сечения. Однако, овальная форма сечения фюзеляжа, сформированная только двумя радиусами, не оптимизирована под конкретные заданные целевые нагрузки, что становится особенно актуально для легких транспортных самолетов местных воздушных линий.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является патент РФ RU 2148534, В64С 1/00 (http://new.fips.ru/registers-doc-view/fips_servlet), в котором фюзеляж имеет некруглую в поперечном сечении форму, образованную четырьмя отрезками окружности в верхней, нижней и боковых частях, выполненными тремя радиусами. В хвостовой части фюзеляжа размещен люк-трап. Предложенная компоновка позволяет обеспечить сравнительно простую конвертацию самолета из пассажирского варианта в грузовой и обратно, а также производить погрузку крупногабаритных контейнеров через грузовой люк в хвостовой части.
Недостатком данного технического решения является невозможность получения оптимального поперечного сечения фюзеляжа путем построения четырьмя отрезками окружностей, выполненных тремя радиусами.
Целью заявляемого технического решения является расширение функциональных возможностей легкого транспортного самолета, предназначенного для использования на местных воздушных линиях за счет выбора оптимальной формы фюзеляжа под конкретные заданные целевые нагрузки.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного фюзеляжа самолета, отсутствуют. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности "новизна".
Раскрытие сущности полезной модели
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявляемого технического решения, является расширение функциональных возможностей самолета по транспортировке различных грузов с максимально возможными габаритами, допустимыми для данного класса самолетов при сохранении требуемой жесткости и прочности фюзеляжа, а также аэродинамических характеристик самолета.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявленный фюзеляж самолета имеет носовую, центральную и хвостовую части. Носовая часть фюзеляжа выполнена обтекаемой формы сужающейся к носу, центральная часть выполнена в виде эллиптического цилиндра с постоянным сечением вдоль продольной оси, а хвостовая часть имеет удобообтекаемую сужающуюся форму. Овальный контур поперечного сечения центральной части фюзеляжа выполнен дугами как минимум пяти радиусов. Центры радиусов дуг, образующих верхнюю и нижнюю стороны контура, расположены на одной вертикальной оси, а центры радиусов боковых дуг смещены относительно оси симметрии самолета. Радиусы дуг сопряжения верхней и боковых сторон контура больше соответствующих радиусов сопряжения нижней и боковых сторон, а центры радиусов дуг сопряжения верхней и боковых сторон расположены друг от друга на меньшем расстоянии в горизонтальном направлении, чем соответствующие им центры дуг сопряжения нижней и боковых сторон. Расстояние по вертикали между центрами радиусов дуг сопряжения верхней и нижней сторон контура с боковыми сторонами пропорционально высоте контура. Кроме того, в проеме грузового люка смонтирована система грузовых створок, являющаяся частью конструктивно-силовой схемы фюзеляжа.
Краткое описание чертежей
Сущность заявляемой полезной модели поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми чертежами, на которых показано:
фиг. 1 - общий вид легкого транспортного самолета;
фиг. 2 - предлагаемое поперечное сечение фюзеляжа;
фиг. 3 - сравнение сечений круглой и предлагаемой формы фюзеляжа;
фиг. 4 - сравнение габаритов и формы поперечного сечения с фюзеляжами самолетов-аналогов;
фиг. 5 - поперечное сечение пассажирского салона;
фиг. 6 - схема задних грузовых створок (открыта центральная створка);
фиг. 7 - схема задних грузовых створок (открыты все группы створок).
Заявленный фюзеляж самолета (фиг. 1) имеет носовую 1, центральную 2 и хвостовую 3 части. Носовая часть фюзеляжа выполнена обтекаемой формы, сужающейся к носу, центральная часть выполнена в виде эллиптического цилиндра с постоянным сечением вдоль продольной оси, а хвостовая часть имеет удобообтекаемую сужающуюся форму.
Центральная часть фюзеляжа, выполненная в виде эллиптического цилиндра, имеет в сечении сложную форму, с горизонтальным ориентированием большой оси эллипса. Сечение фюзеляжа выполнено в одном из вариантов с отношением габаритных размеров ширина к высоте - 1.33, при этом форма сечения фюзеляжа выполняется геометрическим построением дугами различных радиусов. Такая форма сечения наиболее оптимально выполняет требования минимизации площади поперечного сечения и хорошего аэродинамического обтекания при обеспечении размещения и транспортировки крупногабаритных грузов, в т.ч. самоходной колесной техники, самолетом легкого класса.
Оптимизированная форма поперечного сечения фюзеляжа по предлагаемому решению (Фиг. 2) образована построением дуг нескольких радиусов, в том числе: верхняя дуга радиусом - R1, нижняя дуга радиусом - R5, боковые дуги радиусами - R3, верхние дуги сопряжения радиусами - R2 и нижние дуги сопряжения радиусами - R4.
Значения соотношений относительных размеров радиусов дуг в долях габаритной высоты сечения в одном из вариантов выполнения фюзеляжа представлены в таблице 1.
Такая форма сечения фюзеляжа при сравнении с круглой формой при эквивалентной площади, позволяет получить следующие преимущества: увеличение ширины на 9% и уменьшение высоты на 16%.
На фиг. 3 показано соотношение предлагаемой и круглой форм фюзеляжей равновеликой площади сечений, где видно, что у предлагаемого сечения выполнено наполнение в нижней половине сечения. Увеличение ширины сечения фюзеляжа в нижней его части позволяет свободно разместить грузовые авиационные контейнеры типа 2АК-0,7 и LD3-45 или самоходную автотехнику типа УАЗ «Патриот» и т.п.
Существующие региональные самолеты, как правило, имеют относительный мидель фюзеляжа около 10%, то есть отношение наибольшей площади поперечного сечения фюзеляжа к площади крыла. Фюзеляжи региональных самолетов имеют компактные размеры, это объясняется желанием получить разумный компромисс между аэродинамическим сопротивлением фюзеляжа самолета, весом и его вместимостью.
Сравнительные размеры сечений фюзеляжей однотипных самолетов с сечением предлагаемой полезной модели показаны на фиг. 4. Все существующие региональные самолеты Ан-28, Ан-38, Л-410, Short Skyvan, Do-228, Twin Otter, Y-12F (КНР), имеющие взлетный вес до 8600 кг, выполнены по классической аэродинамической схеме, фюзеляжи этих самолетов имеют прямоугольную форму со скругленными углами. Все вышеперечисленные самолеты могут эксплуатироваться как в пассажирском варианте, так и в грузовом, при соответствующей переделке салона. В пассажирском варианте салоны региональных самолетов вмещают от двух до трех пассажирских кресел в ряд, по формуле «1+1» или «1+2». Отличительной особенностью предлагаемого технического решения является специфическая форма его поперечного сечения, значительно превышающая по размерам все известные аналоги. Если сравнивать по реальным размерам габариты пассажирских (грузовых) салонов всех известных эксплуатируемых региональных самолетов, то ширина салона предлагаемого технического решения превышает на 36% максимальную ширину салона самолета Л-410 (1,92 м), а высота салона на 10% превышает максимальную высоту салона самолета Y-12F (1,84 м). Это позволяет в предлагаемом изобретении разместить в пассажирском варианте пять кресел в ряд, по формуле «2+3» (фиг. 5). Для выполнения операции погрузки-разгрузки в сужающейся хвостовой части фюзеляжа предусмотрена система грузовых створок (фиг. 6), включающая в себя опускаемую рампу 4, боковые створки-лепестки 5 открываемые вбок по аналогии со створками как у вертолетов Ми-8, и наконец, узкую центральную створку 6, поднимаемую вверх. Боковые створки-лепестки 5 (фиг. 7) открываются только на земле во время операций погрузки-разгрузки, во время полета они силовыми замками включаются в силовую схему хвостовой части фюзеляжа. Центральная створка 6 предназначена для выполнения десантирования в полете, при поднятии ее вверх, освобождается проем для свободного покидания самолета. Одновременно все группы створок открываются только на земле при погрузке/разгрузке.
При закрытом грузовом люке, грузовая рампа является продолжением грузового пола, на который может размещаться полезная нагрузка. Система створок грузового отсека предусматривает различные варианты их использования в разной конфигурации. При погрузке автотехники на земле открыты все створки и опущена грузовая рампа, при воздушном десантировании десанта открыта только средняя секция грузовых створок.
Осуществление полезной модели
Заявляемая полезная модель дает наибольший положительный эффект применительно к легким транспортным самолетам, когда размеры перевозимых моногрузов занимают значительные размеры грузовой кабины самолета.
Предложенная форма поперечного сечения фюзеляжа позволяет значительно увеличить ширину грузового пола, что в свою очередь дает возможность уменьшить габаритную длину самолета за счет сохранения допустимого разбега центровки.
Предлагаемая система грузовых створок и способы их открывания позволяет обеспечить операции погрузки - разгрузки габаритной техники в сужающуюся хвостовую часть фюзеляжа.