ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО НА ДИНАМИЧЕСКОЙ ВОЗДУШНОЙ ПОДУШКЕ
HOVERCRAFT

Изобретение относится к судостроению и, в частности, касается конструирования амфибийных аппаратов с динамическими принципами поддержания.
Известны транспортные средства (ТС), использующие при движении динамическую воздушную подушку.
Транспортное средство на динамической воздушной подушке «Ракета-2» [1] (журнал «Судостроение» 1991 г., №1, Ленинград, стр.6), которое содержит корпус с хвостовым оперением, установленное в средней части корпуса, низко расположенное основное несущее крыло малого удлинения с закрылком, высоко расположенное крыло большого удлинения в носовой части корпуса с размещенными на нем турбовинтовыми двигателями, жесткие скеги, расположенные по концам основного несущего крыла параллельно продольной оси ТС с установленными в их нижней части пневмобаллонами, центральный пневмобаллон, расположенный на нижней части корпуса. Носовое крыло оборудовано закрылками для отклонения воздушного потока от винтов под основное несущее крыло. На горизонтальном оперении отсутствует руль высоты.
Существенными признаками этого ТС, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: корпус с хвостовым оперением, несущее крыло с закрылками, жесткие скеги, расположенные по концам крыла параллельно продольной оси транспортного средства, в нижней части которых установлены пневмобаллоны, центральный пневмобаллон, установленный на нижней части корпуса, двигатель с движителями, расположенными перед основным несущем крылом.
Известно ТС на динамической воздушной подушке по авторскому свидетельству СССР №1786768 [2], содержащее фюзеляж с хвостовым горизонтальным оперением, несущее крыло прямоугольной формы с секционированными, амортизированными и управляемыми закрылками и расположенным на нем двигателями, соединенными перед крылом движителями, выполненными в виде воздушных винтов в кольцевых насадках с управляемыми горизонтальными створками для отклонения воздушного потока от винтов в вертикальной плоскости, смонтированные с торцов крыла боковые скеги, в нижней части которых установлены пневмобаллоны с реданами определенной геометрии и расположения, при этом нижняя кромка пневмобаллона фюзеляжа расположена выше нижних кромок пневмобаллонов боковых скегов, причем наружная оболочка пневмобаллона фюзеляжа выполнена в виде ряда продольных надувных секций, соединенных перемычками.
Существенными признаками данного ТС, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения являются: фюзеляж с хвостовым горизонтальным оперением, несущее крыло с закрылками, поворотные воздушные винты, расположенные перед крылом на пилоне, ограждение воздушных винтов, боковые скеги, смонтированные с торцов крыла, пневмобаллоны с реданами определенной геометрии и расположения, установленные в нижней части боковых скегов и фюзеляжа, при этом нижняя кромка пневмобаллона фюзеляжа расположена выше нижних кромок пневмобаллонов боковых скегов.
Известно ТС на динамической воздушной подушке по патенту РФ №2087351[3], содержащее корпус, крыло с закрылками, жесткие скеги, расположенные по концам параллельно продольной оси ТС с установленными в их нижней части пневмобаллонами, эластичную убираемую пневмолыжу, установленную на нижней носовой части корпуса, двухкилевое хвостовое оперение, воздушные винты, расположенные перед крылом на пилоне, установленном с возможностью его поворота, ограждение воздушных винтов в виде криволинейных балок, соединяющих носовые оконечности скег и корпуса.
Существенными признаками этого ТС, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: корпус, крыло с закрылками, жесткие скеги, расположенные по концам основного крыла параллельно продольной оси ТС с установленными пневмобаллонами в их нижней части, двухкилевое вертикальное оперение с рулем направления, стабилизатор, расположенный в верхней части оперения, воздушные винты, расположенные перед крылом на поворотном пилоне, ограждение воздушных винтов.
Известно ТС на динамической воздушной подушке по патенту РФ №2173644[4], принятое в качестве прототипа.
Означенное транспортное средство содержит: корпус, крыло с закрылками, скеги, установленные в концевых сечениях крыла параллельно оси транспортного средства, пневмобаллоны, установленные в нижней части скега, пневмобаллон, установленный на нижней поверхности крыла и корпуса в диаметральной плоскости, воздушные винты или турбовентиляторные двигатели, расположенные перед передней кромкой крыла на пилоне, установленном с возможностью его поворота относительно оси, перпендикулярной диаметральной плоскости транспортного средства, вертикальное оперение с рулем направления, стабилизатор, расположенный в верхней части вертикального оперения, ограждение воздушных винтов, выполненное в виде Г-образных консольных балок, ручки управления поворотом пилона и поворотом закрылка, расположенные на пульте управления водителя в непосредственной близости друг от друга, причем одна из ручек снабжена фиксатором с возможностью скрепления и раскрепления ее с другой ручкой при их совмещении в одной плоскости.
Существенными признаками этого ТС, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения являются: корпус, крыло с закрылками, воздушные винты, расположенные перед передней кромкой крыла на поворотном пилоне, вертикальное оперение с рулем направления, стабилизатор, расположенный в верхней части вертикального оперения, ограждение воздушных винтов, скеги, установленные в концевых сечениях крыла параллельно оси ТС, пневмобаллоны, установленные в нижней части скегов, пневмобаллон, установленный на нижней поверхности крыла и корпуса в диаметральной плоскости ТС.
Недостатками прототипа, установленными в процессе его эксплуатации, является:
- пониженное аэродинамическое качество на крейсерском режиме движения ТС, обусловленное малым удлинением крыла;
- высокий уровень вибрации конструкций ТС вследствие возникновения автоколебательных срывных явлений на пневмобаллонах в продольном и боковом направлениях при движении на крейсерском режиме в условиях маловозмущенной водной поверхности;
- повышенное аэродинамическое сопротивление пневмобаллонов на крейсерском режиме ТС вследствие их реданирования только в поперечном направлении;
- увеличенная осадка ТС в режиме плавания вследствие недостаточного объема жестких скегов по сравнению с объемом примыкающих к ним пневмобаллонов;
- пониженная эффективность динамической воздушной подушки под крылом вследствие ограниченного «вылета» носовой кромки бокового скега относительно передней кромки крыла;
- значительные потери подъемной силы поддува, формируемой за счет динамической подушки под крылом вследствие ограниченной площади крыла, «сметаемой» воздушными винтами;
- кинематическая система совместного управления поворотом воздушных винтов и закрылка не обладает возможностью варьирования пропорции углов перекладки винта и закрылка, что понижает безопасность эксплуатации ТС в широком диапазоне его центровок и масс.
Сущность заявленного изобретения, позволяющего устранить указанные недостатки, состоит в создании крыла с аэродинамическими несущими консолями изменяемой V-образности, увеличении продольной и поперечной жесткости пневмобаллонов, создании смешенной системы реданирования наружных оболочек пневмобаллонов, установлении минимальных количественных параметров площади поперечного сечения центральной секции пневмобаллона, объемов боковых скегов, смещения носовой кромки боковых скегов относительно передней кромки крыла, площади крыла «сметаемой» воздушными винтами, а также формировании кинематической системы объединенного управления поворотом винта и закрылка с изменяемой пропорцией углов перекладки.
Технический результат, достигаемый при реализации настоящего изобретения, заключается в повышении аэродинамического качества ТС за счет установки по оконечностям крыла дополнительных аэродинамических несущих консолей изменяемой V-образности, а также в исключении автоколебательных срывных явлений на пневмобаллонах во всем диапазоне эксплуатируемых скоростей движения, снижении аэродинамического сопротивления пневмобаллонов за счет введения смешанной системы реданирования их наружных оболочек, уменьшении осадки ТС.
Повышение эффективности динамической воздушной подушки под крылом, приводящее к сокращению взлетно-посадочной дистанции, достигается за счет установления минимальных размеров «вылета» носовой кромки бокового скега относительно передней кромки крыла и минимальной площади крыла, «сметаемой» воздушными винтами.
Кроме того, повышение безопасности эксплуатации ТС в широком диапазоне его центровки и массы во всех режимах его движения достигается за счет создания кинематической системы управления поворотом воздушных винтов и закрылка с возможностью варьирования пропорции углов их перекладки.
Существенными признаками заявляемого ТС являются:
- крыло с закрылком;
- корпус;
- двухкилевое хвостовое оперение с рулями направления;
- стабилизатор, опирающийся на кили;
- боковые скеги, установленные по торцам крыла, параллельно оси транспортного средства;
- пневмобаллоны, наружная оболочка которых выполнена с реданами, причем боковые баллоны установлены в нижней части боковых скегов, а центральный - на нижней части поверхности крыла корпуса вдоль его диаметральной плоскости;
- воздушные винты, расположенные перед крылом на поворотном пилоне;
- ограждение воздушных винтов;
- кинематическая система совместного управления поворотом воздушных винтов и закрылка.
Отличительными признаками, обеспечивающими достижение технического результата в совокупности с изложенными выше существенными признаками, являются:
- крыло выполнено с аэродинамическими несущими консолями, установленными с возможностью изменения их V-образности;
наружные оболочки пневмобаллонов выполнены трехсекционными с перегородками в продольном направлении, причем площадь поперечного сечения центральной секции пнемобаллона составляет не менее половины всей площади поперечного сечения;
- наружная оболочка пневмобаллонов снабжена по оконечностям поперечными реданами, а в центральной части продольными реданами;
- объем боковых скегов составляет не менее двух объемов примыкающих к ним пневмобаллонов;
- носовая кромка бокового скега выполнена со смещением в нос от передней кромки крыла на расстояние не менее 0,1 хорды крыла;
- суммарный диаметр воздушных винтов составляет не менее трети размаха крыла;
- кинематическая система совместного управления поворотом воздушных винтов и закрылка выполнена с возможностью изменения пропорции углов перекладки винтов и закрылка.
На фиг.1 схематично показано ТС на виде с носа;
на фиг.2 - ТС на виде сбоку,
на фиг.3 - ТС на виде в плане,
на фиг.4 схематично представлен один из возможных вариантов регулирования угла V- образности аэродинамической несущей консоли,
на фиг.5 схематично показано сечение бокового скега и примыкающего к нему пневмобаллона в качестве одного из вариантов конструктивного выполнения,
на фиг.6 схематично показан один из вариантов совместного управления поворотом воздушных винтов и закрылка с возможностью изменения пропорции углов перекладки винтов и закрылка.
Транспортное средство на динамической воздушной подушке содержит крыло 1 с закрылком 2, корпус 3, в кормовой части которого установлено двухкилевое хвостовое оперение 4 с рулями направления 5, стабилизатор 6, опирающийся на кили 4,боковые скеги 7, расположенные по торцам крыла 1 параллельно оси ТС, пневмобаллоны 8, установленные в нижней части боковых скегов, центральный пневмобаллон 9, установленный на нижней части крыла 1 и корпуса 3 в диаметральной плоскости ТС, воздушные винты 10, расположенные перед крылом 1 на поворотном пилоне 11 и снабженные ограждением 12.
На кормовых частях боковых скегов 7 установлены аэродинамические несущие консоли 13, имеющие по своим нижним кромкам шарнирное закрепление 14.
Система управления заданным углом поперечной V-образности аэродинамической несущей консоли 13 содержит шарнирные опоры 15, а также электромеханизм 16, жестко связанный с шарнирными опорами 15.
Наружные оболочки 17 пневмобаллонов 8 и 9 имеют внутренние продольные перегородки 18, разделяющие каждый пневмобаллон на три секции - центральную 19 и две боковые 20.
При этом площадь поперечного сечения центральной секции 19 составляет не менее половины суммарной площади поперечного сечения боковых секций 20.
На носовой и кормовой оконечностях наружной оболочки 17 пневмобаллонов 8 и 9 устновлены поперечные реданы 21, а в центральной части наружной оболочки 17 - продольные реданы 22.
Боковые скеги 7 имеют объемы, не менее чем вдвое превышающие объемы примыкающих к ним пневмобаллонов 8.
Носовые кромки 23 боковых скегов 7 имеют смещение в нос от передней кромки крыла 1 на расстояние не менее 0,1 хорды крыла 1.
Суммарный диаметр воздушных винтов 10 составляет не менее трети размаха крыла 1.
Кинематическая система совместного управления поворотом воздушных винтов 10 и закрылка 2 включает рукоятку 24 поворота закрылка 2, рукоятку 25 поворота воздушных винтов 10, задатчик 26 угла закрылка 2, задатчик 27 угла винтов 10, микропроцессор(микроконтроллер) 28, схему формирования сигнала сервопривода 29, устанавливающего положение закрылка 2, сервопривод 30, устанавливающий положение закрылка 2, схему формирования сигнала сервопривода 31, устанавливающего положение винтов 10, сервопривод 32, устанавливающий положение винтов 10, датчик 33 угла закрылка 2, схему обратной связи 34 по каналу закрылка 2, схему обратной связи 35 по каналу винтов 10, панель 36 индикации углов закрылка 2 и винтов 10.
Совместность управления поворотом воздушных винтов 10 и закрылка 2 обеспечивается посредством подачи команды «совместное управление» на микропроцессор 28, после чего продолжается перекладка одной рукояткой (24 или 25). Это существенно упрощает режим совместного управления поворотом винтов 10 и закрылка 2 по сравнению с механической конструкцией прототипа [4].
Варьирование пропорции углов перекладки винтов 10 и закрылка 2 обеспечивается посредством перепрограммирования на заданную пропорцию, зависящую от центровки и массы ТС.
Управление ТС осуществляется следующим образом.
Воздушные винты 10, установленные на поворотном пилоне 11, вместе с закрылком 2 посредством рукояток 24 и 25 выставляются на заданный угол. Табло панели 36 фиксирует текущие значения углов поворота закрылка 2 и винтов 10. Производится запуск винтов 10, воздушные струи от которых поступают в подкупольное пространство, образованное нижней поверхностью крыла 1 и закрылка 2, а также боковыми поверхностями боковых скегов 7, примыкающих к ним пневмобаллонов 8 и центрального пневмобаллона 9. В этом пространстве происходит торможение воздушного потока, благодаря чему возникает подъемная сила, разгружающая ТС. За счет продольной составляющей тяги воздушных винтов 10 начинается разбег ТС. Водитель выставляет аэродинамические несущие консоли 13 на заданный угол, зависящий от центровки и массы ТС, а также ветроволновых условий. По мере набора скорости за счет увеличения оборотов воздушных винтов микропроцессор 28 выдает водителю команду на включение совместного управления поворотом воздушных винтов 10 и закрылка 2. При достижении скорости отрыва ТС выходит на основной режим движения, характеризуемый как полет над экраном.
Научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки, проведенные на самоходных моделях, подтвердили получение требуемого технического результата при реализации совокупности существенных признаков заявляемого изобретения.