Боевой беспилотный самолёт /варианты/
PILOTLESS COMBAT AIRCRAFT /VERSIONS/

Изобретение относится к боевым (то есть вооруженным) пилотируемым и беспилотным самолетам (далее - беспилотникам самолетного типа).
Известны такие самолеты, см. интернет, википедия, MQ-9, или пат. № RU 132575. Известны варианты несения беспилотниками 30-мм пушки. Однако, даже учитывая небольшой вес такой пушки (ГШ-30 весит 44 кг), она является нагрузкой для самолета.
Задача и технический результат этого изобретения - уменьшение веса беспилотников.
Для этого ствол пушки включается в систему прочности самолетной конструкции.
ВАРИАНТ 1. В частности самолет может иметь ствол пушки, являющийся передней частью фюзеляжа. Для такого самолета (да и для любого самолета) оптимальной аэродинамической схемой является «регрессивная флюгерная утка» по пат. № RU 2410286, см. фиг. 1.
Возможны три подварианта этого варианта:
ВАРИАНТ 1-А. Пушка не имеет откатного механизма, что еще более облегчает ее, а отдача воспринимается всей конструкцией самолета. Пушку при этом рекомендуется сделать длинноствольной и с длительно горящим пороховым зарядом, так, чтобы давление внутри ствола не увеличивалось более 1000 атм (100 МПа). При этом сила отдачи, например, 30-мм пушки составит примерно 7 т, для восприятия которой достаточно всего 20 кв.мм углеродного волокна. Армирующие углеродные волокна в композитном материале конструкции самолета рекомендуется ориентировать не только исходя из полетных изгибающих нагрузок, но и по направлению натяжения от пушки к массивным элементам самолета.
Для удлинения выстрела и, следовательно, для уменьшения отдачи ствол пушки желательно сделать длинным и тонкостенным, и его вес окажется примерно равен весу ствола обычной 30-мм пушки при той же начальной скорости снаряда.
Потребуются местные усиления крепления всех устройств самолета, и в первую очередь - двигателя.
Если пушка будет иметь дульный тормоз, он должен направлять пороховые газы мимо воздухозаборников двигателя.
Особо следует отметить конструкцию топливных баков. Чтобы в них при отдаче от выстрела не возникал гидравлический удар, они должны иметь усиленную конструкцию и, желательно, заполнение какой-либо прочной стружкой или волокном, например, полипропиленовой стружкой или «войлоком» из тонкой углеродно-композитной «проволоки». Этот «войлок» будет гасить резкое движение топлива.
ВАРИАНТ 1-Б. Пушка может быть стандартной, то есть - с откатным механизмом. Тогда, чтобы не перегружать резким движением отдачи переднее горизонтальное оперение «утка» и его актуаторы, оно может быть подвижно установлено на участке ствола, имеющем снаружи шлицы, и подпружинено в направлении «спереди» (все направления даны относительно направления полета). Управляющее электрическое напряжение при этом может подаваться на актуаторы по частично провисающему при отдаче кабелю или по продольному коллектору, расположенному на стволе (одним из контактов коллектора может быть сам ствол).
ВАРИАНТ 1-В. Пушка может быть безоткатной системы (не путать с вариантом 1-А). То есть часть пороховых газов отводится в направленное назад сопло. Конструкция самолета при этом должна предусматривать свободное пространство за этим соплом.
Вариант 1 самолета показан на фиг. 1. Самолет имеет фюзеляж 1 с крылом 2 (показано частично), на консолях которого имеются две штанги 3 с килями 4. В фюзеляже расположена титановая пушка с направленным вперед стволом 5. На стволе расположено переднее горизонтальное оперение «утка» 6.
Если пушка имеет откатное устройство, то оперение «утка» крепится продольно подвижно на шлицах и подпружинено спереди.
Работает первый вариант так: самолет наводится пушкой на цель, и производится один или несколько выстрелов. Если ствол совершает откат, то переднее горизонтальное оперение при этом проскальзывает по шлицевому соединению, сжимая пружину. А после выстрела переднее оперение становится на место.
Желательно иметь двойное питание пушки двумя типами снарядов - бронебойными для поражения в верхнюю броню танков и другой техники противника, и многопульными для поражения живой силы противника. Например, в последнем случае 30-мм выстрелы могут содержать 19 стреловидных элементов калибром 6 мм, см. например, патент № RU 2462685. А 100-мм пушка (точнее - гранатомет), аналогичная применяемой на БМП-3, может стрелять по пехоте снарядами типа «Вишня».
Но первый вариант самолета имеет два недостатка: во-первых, после выхода из атаки пикированием самолет пролетает близко от противника и к тому же повернут к нему своей максимальной проекцией (как говорят летчики - брюхом), что повышает вероятность его поражения даже автоматным огнем. Во-вторых, самолет может обстреливать цель только периодически, то есть атака с пикирования, затем боевой разворот с набором высоты, затем цикл повторяется. От этих недостатком свободен второй вариант самолета.
ВАРИАНТ 2. В этом варианте ствол пушки является продольным элементом прочности крыла - как бы лонжероном, см. фиг. 2.
Как и в первом варианте, возможны три подварианта - с откатом ствола, без него и с пушкой безоткатной системы.
Как и в первом варианте, при восприятии отката конструкцией самолета ствол должен иметь как можно большую длину, чтобы обеспечить как можно большую длительность выстрела, а давление в стволе не должно превышать 1000 атм или еще меньше. То есть ствол будет очень тонкостенным. Поэтому прицельное приспособление должно находиться как можно ближе к дулу, так как ствол будет заметно прогибаться под действием аэродинамических нагрузок.
При применении системы безоткатного орудия реактивное сопло должно находиться с одной стороны крыла (на фиг. 1 - с правой), а дуло - с другой (с левой).
При применении откатной системы орудия ствол при выстреле дергается назад. Но это не помешает ему выполнять функцию элемента прочности крыла. Для этого ствол имеет несколько цилиндрических участков, на которых расположены скользящие втулки, которые в свою очередь крепятся к поперечному набору крыла, а сам ствол подпружинен в направлении возврата (откатным механизмом). В этом случае даже скользящий ствол будет воспринимать продольный изгибающий момент крыла.
Втулки и цилиндрические участки могут иметь продольные шлицы для создания крутильной жесткости крыла, а могут не иметь их, если достаточная жесткость обеспечивается обшивкой крыла.
При таком способе обстрела противника самолет с небольшим креном летит по кругу, в центре которого находится цель (тактика американцев во Вьетнаме). Это избавляет его от указанных выше недостатков первого варианта - во-первых, пушка всегда направлена на цель, а во-вторых, выход из атаки проводится после полного уничтожения противника, и к тому же, как говорят летчики, «блинчиком», то есть - без крена. С учетом двух последних факторов поражение самолета зенитным огнем очень маловероятно.
Но тем не менее есть возможность очень рационально забронировать самолет. Во-первых, самолет повернут к противнику все время боком, а во-вторых - одним боком (в случае на фиг. 2 - левым). Это позволяет сделать фюзеляж прямоугольного сечения, с шириной больше высоты, и с бронированием только середины левой стороны, см. фиг. 3. При применении двухмоторной схемы можно забронировать только левую часть левого двигателя. Желательно также левое крыло сделать с несколько более толстой обшивкой, так, чтобы обеспечить рикошетирование пуль калибра 7,9 мм. при угле попадания до 5 градусов. Кстати, такое утяжеление левого крыла как раз компенсирует разницу в весе ствола справа и слева (справа ствол тяжелее, так как больше толщина его стенок). К тому же следует учесть, что боковая броня является «конструктивной», то есть она не является балластом, а несет прочностную нагрузку фюзеляжа (фюзеляж в виде прямоугольной трубы хорошо будет воспринимать все действующие на него нагрузки).
Однако тот факт, что пушка всегда направлена на цель, не означает, что можно стрелять без упреждения. Пушку надо направлять несколько впереди нахождения цели, то есть - вносить упреждение на относительное движение неподвижной цели относительно подвижного самолета. Но тогда самолет будет летать не кругами, а по расходящейся спирали, что приведет к постепенному увеличению дистанции стрельбы, что нежелательно. Чтобы этого избежать, ствол пушки внутри крыла и/или само крыло направлены наискосок относительно фюзеляжа. Угол перекоса крыла, разумеется, равен углу упреждения стрельбы на данной дистанции и на данной скорости самолета.
В память компьютера самолета надо вводить направление и силу ветра в районе цели на соответствующей высоте. Дело в том, что направление и скорость полета самолета относительно воздуха и относительно земли не совпадают. Необходимо также вносить поправку на снос снаряда ветром.
Для второго варианта самолета особенно целесообразно применение 100-мм пушки от БМП-3 со снарядами двух типов. Потребуется только изменение характеристик горения пороховой шашки.
На фиг. 2, 3 показан второй вариант самолета, где: 1 - фюзеляж, 2 - расположенное наискосок крыло, 4 - киль, 6 - переднее оперение «утка». Слева (внизу на эскизе) из крыла торчит ствол 5, который показан в крыле пунктиром. Применена двухдвигательная схема с двумя винтомоторными установками 7.
На фиг. 3 показано примерное поперечное сечение фюзеляжа 1 с усиленной левой стенкой 8 (конструктивной броней).
Рекомендуемое распределение толщины стенок ствола такое: 60% от казенной части - постоянное (с учетом и аэродинамических нагрузок), а затем - уменьшающееся. Для ствола с отдачей последние 40% должны состоять из отрезков - конус, цилиндр, конус, цилиндр, конус, цилиндр (для крепления втулок). При этом подразумевается, что подбором фракционного состава пороха давление в стволе будет примерно постоянным на протяжении 50-55% от казенной части, а затем - уменьшающееся примерно по адиабатическому закону.
Работает второй вариант самолета так: увидев цель или получив целеуказание, самолет подлетает к цели так, чтобы пролететь справа от нее на расстоянии 0,5-1 км. (при другом расположении пушки - пролететь слева от нее). За 1-2 секунды до того, как цель окажется в прицеле, самолет с креном поворачивает влево и переходит на круговой полет с небольшим креном, имея возможность постоянно обстреливать цель. Самолет при этом повернут к цели только одним бронированным боком.
Следует особо отметить, что целесообразно групповое применение самолетов не менее двух. Например, при обстреле с самолета пехота противника укрылась за зданием или в воронке. В этом случае ее поражение маловероятно, а она наоборот - может удобно и безопасно обстреливать самолет. При этом в процессе облета цели по кругу пехота будет перемещаться за зданием или в воронке так, чтобы не подставляться под огонь с самолета. Все резко меняется, если самолетов будет хотя бы два, которые будут летать по кругу, расположившись диаметрально. Тогда, спрятавшись от одного самолета, пехота как раз окажется в прицеле другого. Можно сказать, что боевая эффективность группы из двух самолетов равна эффективности четырех одиночных самолетов.
Если боеприпасы израсходованы, а цель не уничтожена и отстреливает самолет, то уходить надо без крена, отвернув вправо на угол 45-90 градусов. При таком отходе поражение самолета из стрелкового оружия маловероятно.
Особо отмечу большой экспортный потенциал самолета, особенно по второму варианту. Если мы организуем массовое производство таких беспилотников, то оно не только окупит себя, но и принесет большую валютную прибыль.