ГИДРОСАМОЛЕТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОТКЛОНЕНИЯ ВЕКТОРА ТЯГИ ДВИГАТЕЛЕЙ
VTOL HYDROPLANE AND ENGINE THRUST VECTOR DEFLECTOR

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки.
Известен гидросамолет вертикального взлета и посадки ВВА-14 (1) выдающегося ученого и авиаконструктора Р.Л. Бартини. Самолет представляет собой высокоплан с сильно развитым центропланом малого удлинения и трапециевидными консолями большого удлинения, разнесенным горизонтальным и вертикальным оперением. К центроплану посредине крепится фюзеляж, предназначенный для размещения экипажа и грузов. В местах перехода центроплана крыла в консоли установлены два бортовых отсека (скега), представляющие собой дюралюминевый корпус-лодку с выпускными надувными резиновыми поплавками. В центроплане попарно установлены двенадцать неподвижных подъемных двигателей. Два маршевых двигателя установлены над центропланом в задней его части.
Способность самолета ВВА-14 вертикально взлетать и садиться на надувные поплавки дает ему возможность совершать посадку в любой точке мирового океана при любом волнении и любом загрязнении водной поверхности, а также на лед и сушу.
Недостатком данного самолета является наличие на борту двенадцати подъемных двигателей, которые большую часть полета не используются и являются балластом, что снижает весовую отдачу самолета.
Известен проект самолета HFB 600 (2) объединения HFB (Гамбургские авиационные заводы) с подъемно-маршевыми вентиляторами. Силовая установка самолета состоит из восьми газогенераторных двигателей, которые снабжают рабочим газом четыре вентилятора, установленных в гондолах на крыле. С помощью решетки поворотных лопаток осуществляется отклонение вектора тяги вентиляторов до 110°.
Недостатком данной силовой установки является то, что энергия двигателей не используется непосредственно для создания тяги, а через систему «газогенератор - трубопровод - турбина - вентилятор». Это влечет за собой потери КПД силовой установки. Кроме того, отклонение вектора тяги осуществляется лопатками малой кривизны, что приводит к резкому искривлению потока и, как результат, к значительному сопротивлению. Система «двигатель - трубопроводы - вентиляторы» увеличивает также вес силовой установки.
Еще один недостаток данной схемы - разбалансировка при отказе одного или больше двигателей. В этом случае нужны струйные рули огромной тяги, соизмеримой с тягой подъемных двигателей.
Известна силовая установка для обеспечения вертикального взлета и посадки (3).
Силовая установка является частью крыла-гондолы и включает в себя систему управления вектором тяги. В каждой консоли установлен турбовентиляторный двигатель. Вдоль задней кромки крыла-гондолы располагается система из трех закрылков, которая отклоняет поток газов двигателя назад, или вниз, или под любым другим углом.
Эти три закрылка установлены таким образом, что в горизонтальном полетном положении образуют основное реактивное сопло без помощи дополнительных закрылков между ними. Один из закрылков установлен вдоль задней кромки верхней поверхности крыла-гондолы. У передней кромки этого закрылка имеется две щели. Крайняя передняя щель сверху служит выхлопным соплом для отвода газов из турбины двигателя. Сопло экранировано кожухом, отделяющим выхлопные газы двигателя от выходного потока вентилятора. Через вторую щель происходит отбор части высокоэнергетического потока из вытяжного канала вентилятора и выброс воздуха в атмосферу по верхней поверхности закрылка. Два других закрылка расположены таким образом, что в горизонтальном положении они находятся на одной линии с нижней поверхностью крыла-гондолы, а в вертикальном положении один из закрылков остается на одной оси с нижней поверхностью крыла-гондолы, а второй закрылок устанавливается на одной линии с верхней поверхностью крыла-гондолы. При вертикальном положении закрылков крайняя сзади щель верхнего закрылка и щель, образующаяся между верхним закрылком и задней частью нижнего закрылка, повышают эффективность поворота выходного потока вентилятора.
Недостатком данной конструкции являются большие потери тяги при повороте вектора тяги с помощью закрылков. Еще одним недостатком является разбалансировка самолета при отказе одного двигателя.
Все эти недостатки отсутствуют в предлагаемом гидросамолете вертикального взлета и посадки и устройстве для отклонения вектора тяги.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является расширение эксплуатационных возможностей гидросамолета, а именно: увеличение весовой отдачи гидросамолета, возможность вертикального взлета и посадки на водную поверхность при любом волнении, при наличии загрязнения водной поверхности, а также на лед и сушу.
Технический результат достигается тем, что гидросамолет вертикального взлета и посадки содержит центроплан, имеющий форму обратного V, а в центре тяжести самолета, в верхней точке V, содержится пакет двигателей с устройством для отклонения вектора тяги, две консоли крыла, фюзеляжи-лодки с встроенными в их конструкцию надувными поплавками и кабинами экипажа, разнесенное вертикальное и горизонтальное оперение и струйные рули.
Устройство для отклонения вектора тяги, являющееся продолжением выпускного тракта двигателей, переходящего в квадратное или прямоугольное сечение, в зависимости от количества двигателей в пакете, и направляющего поток газов вниз под углом 90°, образованный рядом поворотных направляющих лопаток, где лопатки со стороны выпускного тракта повторяют форму свода, а с другой стороны имеют профиль крыла, при этом нижний срез устройства снабжен рядом поворотных заслонок.
Такая компоновка гидросамолета, при которой вертикальная тяга приложена в центре тяжести гидросамолета, исключает его разбалансировку при отказе одного или более двигателей на режимах висения, вертикального взлета и посадки. Применение надувных поплавков значительно увеличивает мореходность гидросамолета в любом режиме, а на режимах вертикального взлета и посадки позволяет достигнуть практически неограниченной мореходности. Применение заявленного способа отклонения вектора тяги позволяет отказаться от подъемных двигателей, что значительно упростит конструкцию гидросамолета и увеличит его весовую отдачу.
Сопоставительный анализ с ранее выявленными аналогами показывает, что предлагаемое изобретение является новым и обладает изобретательским уровнем и промышленной применимостью.
Предлагаемое изобретение поясняется следующими чертежами:
- на фиг.1 - вид самолета сбоку;
- на фиг.2 - вид самолета сверху;
- на фиг.3-вид самолета спереди;
- на фиг.4 - вид самолета сбоку с выпущенными поплавками;
- на фиг.5 - вид самолета спереди с выпущенными поплавками;
- на фиг.6 -устройство изменения вектора тяги при вертикальном взлете и посадке;
- на фиг.7 - сечение А-А по пакету двигателей;
- на фиг.8 - сечение Б-Б по выпускному тракту;
- на фиг.9 - устройство изменения вектора тяги при горизонтальном полете.
Гидросамолет вертикального взлета и посадки, оснащенный устройством для отклонения вектора тяги 1, расположенным в верхней части центроплана 2, имеющего форму обратного V, по обе стороны которого расположены две лодки-фюзеляжа 3 с выпускными надувными поплавками 4 и кабинами для экипажа 5. С лодками-фюзеляжами 3 жестко соединены две консоли крыла 6, горизонтальное 7, разнесенное вертикальное оперение 8. Конструкция гидросамолета снабжена струйными рулями 9, расположенными на концах консолей крыла 6, горизонтальном оперении 7, вертикальном оперении 8 и на консольной балке впереди центроплана 2.
Предлагаемое устройство для отклонения вектора тяги 1 представляет собой несколько двухконтурных двигателей 10, собранных в пакет 11 (фиг.3). Оно является продолжением выпускного тракта, на коротком участке переходящего в квадратное или прямоугольное сечение, в зависимости от количества двигателей в пакете, а затем направляет поток газов вниз под углом 90°, образуя задний свод. Поверхность заднего свода образована рядом поворотных направляющих лопаток 12, с одной стороны повторяющих форму свода, а с другой стороны имеющих профиль крыла. Лопатки 12, будучи повернуты в горизонтальное положение, позволяют потоку газов от двигателей 10 истекать назад по полету, создавая тягу для горизонтального полета. Кроме того, имея крыльевой профиль, лопатки 12 создают некоторую часть подъемной силы. При этом нижний срез устройства закрыт рядом поворотных заслонок 13.
Устройство работает следующим образом. Перед запуском двигателей 10 поворотные заслонки 13 полностью открываются, а направляющие лопатки 12 устанавливаются в закрытое положение (фиг.6). Двигатели 10 запускаются, выводятся на режим, близкий к взлетному, и самолет начинает вертикальный взлет. Интенсивность подъема регулируется тягой двигателей 10. Для перехода в горизонтальный полет направляющие лопатки 12 начинают открываться, часть газов истекает назад по полету, самолет начинает горизонтальный разгон. После достижения эволютивной скорости направляющие лопатки 12 устанавливаются в полностью открытое положение, а поворотные заслонки 13 закрываются (фиг.9).
Для того, чтобы перейти из горизонтального полета к вертикальной посадке, необходимо после достижения эволютивной скорости полностью открыть заслонки 13 на нижнем срезе и начать закрывать направляющие лопатки 12 на заднем своде устройства 1. Постепенно поток газов полностью повернет на 90°, и самолет зависнет вертикально. Интенсивность снижения регулируется тягой двигателей 10.
Управление на вертикальном участке полета осуществляется струйными рулями 9. Большую роль в балансировке самолета играет тот факт, что центр приложения тяги силовой установки находится выше центра тяжести самолета. А расположение силовой установки 10 по оси самолета исключает разбалансировку самолета при отказе одного и более двигателей 10.
В случае небольшого волнения (примерно до высоты волны 1,5 м) самолет может взлетать и садиться на водную поверхность по-самолетному, не выпуская надувных поплавков 4. В этом случае радиус действия увеличивается.
Используя выпускные надувные поплавки 4, самолет может садиться вертикально на водную поверхность в любом состоянии (сильный шторм, наличие мусора на воде), а также на сушу и на лед.
На самолете предусмотрена дозаправка в воздухе и на плаву.
Таким образом, заявленное изобретение с устройством для отклонения вектора тяги двигателей расширяет эксплуатационные возможности, увеличивает мореходность, весовую отдачу и упрощает конструкцию.
Предлагаемое изобретение осуществимо по существующей технологии из материалов, применяемых в самолетостроении.
Список использованной литературы
1. К.Г. Удалов, Г.С. Панатов, Л.Г. Фортинов. Самолет ВВА-14. М.: «Авико пресс», 1994, стр.32-34; стр.44-51.
2. К. Хафер, Г. Закс. Техника вертикального взлета и посадки. М.: «Мир», 1985, стр.42, рис.1.4.3; стр.67, рис.2.2.14.
3. Патент 4,301,980 США.