ЭКРАНОПЛАН

Полезная модель относится к области транспорта, а более конкретно, к транспортным устройствам на динамической воздушной подушке (экранопланам).
Известен экраноплан [1], который содержит фюзеляж с верхним и нижним крыльями, снабженными бортовыми шайбами. Крылья расположены по схеме биплан. Также у устройства имеется третье крыло, представляющее собой две консоли, которые установлены в носовой части фюзеляжа. В составе конструкции аналога имеется вертикальное и горизонтальное оперение, стартовые и маршевые двигатели, система управления. Верхнее крыло выполнено со стреловидностью по передней кромке и снабжено предкрылками и щелевыми закрылками. Данное крыло снабжено вертикальными пластинами. Нижнее крыло выполнено прямоугольной формы в плане и плоской нижней поверхностью, образующей угол атаки с подстилающей поверхностью. Нижнее крыло также снабжено закрылками. Упомянутые выше бортовые шайбы выполняются в виде поплавков. Стартовый двигатель размещен внутри носовой части фюзеляжа и содержит газоотводные каналы-сопла, формирующие стартовую воздушную подушку. Следует отметить, что третье крыло также выполнено со стреловидностью по передней кромке. Кроме этого указанное крыло снабжено предкрылками и щелевыми закрылками, выполненными с аэродинамическими крылышками на концах. Аэродинамические крылышки имеют форму вертикальных пластин.
Недостаток аналога состоит в необходимости использования стартового двигателя, поскольку только маршевые двигатели сами по себе не обеспечивают выхода на экранный режим. Это обстоятельство является причиной существенного повышения энерговооруженности рассматриваемого устройства и, следовательно, снижения экономической эффективности при эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является экраноплан, описанный в источнике [2]. Данное известное устройство принимается в качестве прототипа. Экраноплан-прототип состоит из центроплана с отрицательным поперечным углом установки и обратной стреловидностью механизированной задней кромки. Фюзеляж прототипа снабжен кабиной с фонарем. Фонарь кабины оснащен, по меньшей мере, одной створкой со средством ее фиксации. В структуре рассматриваемого устройства также имеются две механизированные консоли, которые установлены на центроплане с возможностью поворота. Вместе с центропланом эти консоли образуют так называемое составное крыло. Экраноплан-прототип оснащен горизонтальным оперением, включающим руль высоты и триммер, и вертикальным оперением, включающим в себя руль поворота и триммер. Два маршевых двигателя внутреннего сгорания закреплены внутри центроплана. Они взаимодействуют с двумя движителями, каждый из которых представляет собой помещенный в кольцевую обойму воздушный винт. Упомянутое взаимодействие двигателей внутреннего сгорания и движителей происходит благодаря использованию средства передачи крутящего момента в виде кардана. Имеющиеся в конструкции устройства-прототипа поворотные балки позволяют изменять вектор тяги движителей, устанавливаемых на пилонах, посредством изменения их положения в вертикальной плоскости. В качестве взлетно-посадочного устройства применены два водоизмещающих поплавка, установленных по правому и левому борту центроплана. Помимо указанных элементов, экраноплан-прототип оборудован системой управления, которая смонтирована в кабине.
Недостатком прототипа является большое время выхода на экранный режим.
Задача, на решение которой направлено предлагаемая полезная модель, заключается в создании транспортного средства на динамической воздушной подушке (экраноплана), позволяющего взлетать и совершать посадку на подстилающую поверхность в оперативном режиме, в частности, с целью несении службы по охране государственной границы страны.
Ожидаемый от заявляемой полезной модели технический результат заключается в уменьшении времени выхода на экранный режим.
Заявленный технический результат достигается тем, что экраноплан, состоящий из центроплана с отрицательным поперечным углом установки и обратной стреловидностью механизированной задней кромки, фюзеляжа, снабженного кабиной с системой управления и фонарем, оснащенным, по меньшей мере, одной створкой со средством ее фиксации, двух механизированных консолей, установленных на центроплане с возможностью поворота, горизонтального оперения, включающего руль высоты и триммер, вертикального оперения, включающего руль поворота и триммер, двух двигателей внутреннего сгорания, закрепленных внутри центроплана, двух движителей, каждый из которых представляет собой помещенный в кольцевую обойму воздушный винт, связанный с двигателем внутреннего сгорания средством передачи крутящего момента, которое взаимодействуют с фюзеляжем с возможностью изменения положения в пространстве посредством поворотной балки, и двух водоизмещающих поплавков, дополнительно оснащен системой управления шагом винта и второй дублирующей системой управления, при этом каждая консоль со стороны подстилающей поверхности соединена в своей центральной части с центропланом наплывом и выполнена по типу «чайка» с концевым поплавком, горизонтальное оперение снабжено роговой компенсацией руля высоты, каждый из водоизмещающих поплавков профилирован, по меньшей мере, одним реданом, а в качестве средства передачи крутящего момента использован шарнир равных угловых скоростей.
Полезная модель поясняется рисунками.
На Фиг.1 условно изображен заявленный экраноплан (вид сбоку):
Фиг.1-а с одним поперечным редан на водоизмещающем поплавке;
Фиг.1-б с двумя поперечными реданами на водоизмещающем поплавке;
Фиг.1-в с тремя поперечными реданами на водоизмещающем поплавке.
На Фиг.2 условно изображен заявленный экраноплан (вид сверху);
На Фиг.3 условно изображен заявленный экраноплан (вид спереди).
Перечень позиций:
1. Центроплан.
2. Механизированная задняя кромка центроплана.
3. Фюзеляж.
4. Кабина.
5. Система управления.
5.1. Основная система управления.
5.2. Дублирующая система управления.
6. Фонарь.
7. Створка.
8. Средство фиксации створки.
9. Консоль.
9.1. Левого борта.
9.1.1. Механизация консоли левого борта.
9.2. Правого борта.
9.2.1. Механизация консоли правого борта.
10. Горизонтальное оперение.
11. Руль высоты.
11.1. Роговая компенсация.
12. Триммер горизонтального оперения.
13. Вертикальное оперение.
14. Руль поворота.
15. Триммер вертикального оперения.
16. Движитель.
16.1. Движитель левого борта.
16.2. Движитель правого борта.
17. Кольцевая обойма.
17.1. Кольцевая обойма левого движителя.
17.2. Кольцевая обойма правого движителя.
18. Воздушный винт.
18.1. Левый воздушный винт.
18.2. Правый воздушный винт.
19. Шарнир равных угловых скоростей.
20. Пилон.
21. Водоизмещающие поплавки.
21.1. Левого борта.
21.2. Правого борта
22. Редан.
22.1. Первый редан
22.2. Второй редан
22.3. Третий редан.
23. Концевой поплавок.
23.1. Левой консоли.
23.2. Правой консоли.
24. Наплыв.
Экраноплан содержит центроплан 1 (Фиг.1-Фиг.3), который выполнен с отрицательным поперечным углом установки и обратной стреловидностью задней кромки. Задняя кромка центроплана 1 (Фиг.1-Фиг.3) механизирована 2 (Фиг.1-Фиг.2). Соединение центроплана 1 (Фиг.1-Фиг.3) произведено, как и в прототипе, по схеме «низкоплан». Фюзеляж 3 (Фиг.1-Фиг.3) в плане не выходит за габариты центроплана 1 (Фиг.1-Фиг.3) и снабжен кабиной 3 (Фиг.1-Фиг.3). Кабина 3 (Фиг.1-Фиг.3) оборудована системой управления 5 (Фиг.2), состоящей из основной системы управления 5.1. (Фиг.2) и дублирующей системы управления 5.2. (Фиг.2), кресел для экипажа и грузо-пассажирских мест (не показаны). Кабину венчает прозрачный фонарь 6 (Фиг.1-Фиг.3). Для входа в кабину 1 (Фиг.1-Фиг.3) извне при посадке или выхода из нее при высадке фонарь 6 (Фиг.1) оборудован створкой 7 (Фиг.1), которая фиксируется на кабине 1 (Фиг.1-Фиг.3) посредством средства фиксации 8 (Фиг.1), например, выполненной в виде защелки.
С левого и правого бортов экраноплана к центроплану 1 (Фиг.1-Фиг.3) примыкают консоли 9 (Фиг.1-Фиг.3) типа «чайка», образуя с последним составное крыло. При этом как консоль левого борта 9.1. (Фиг.1-Фиг.3), так и консоль правого борта 9.2. (Фиг.2-Фиг.2) механизированы бесщелевой (например, в виде ординарных щитков) механизацией 9.1.1 и 9.2.1. (Фиг.2) соответственно. Горизонтальное оперение 10 (Фиг.1-Фиг.3) образуют руль высоты 11 (Фиг.1-Фиг.2), дополненный роговой компенсацией 11.1 (Фиг.1-Фиг.3) в виде двух вертикально закрепленных аэродинамических шайб, и триммером горизонтального оперения 12 (Фиг.2). В структуру вертикального оперения 13 (Фиг.1-Фиг.3) экраноплана входят руль поворота 14 (Фиг.1) и триммер вертикального оперения 15 (Фиг.1). Движители 16 (Фиг.1-Фиг.3) левого борта 16.1 (Фиг.1-Фиг.3) и правого борта 16.2 (Фиг.2 и Фиг.3) представляют собой помещенные в кольцевые обоймы 17 (Фиг.1-Фиг.3) левого движителя 17.1 (Фиг.1-Фиг.3) и правого движителя 17.2. (Фиг.2-Фиг.3) левый воздушный винт 18.1 (Фиг.3) и правый воздушный винт 18.2 (Фиг.3) соответственно. Оба воздушных винта имеют систему управления шагом винта (не показано). Два маршевых двигателя внутреннего сгорания (не показано) вращают оба воздушных винта 18 (Фиг.1-Фиг.3) через индивидуальные шарниры равных угловых скоростей 19 (Фиг.1). Поворотная балка (не показана), обеспечивающая синхронное изменение пространственного положения обоих движителей 16.1. и 16.2 (Фиг.2), монтируется в пилонах 20 (Фиг.3) для защиты ее целостности и повышения степени обтекаемости фюзеляжа.
Водоизмещающие поплавки 21 (Фиг.1) левого 21.1. (Фиг.1 и Фиг.3) и правого 21.2. (Фиг.2 и Фиг.3) бортов скреплены с центропланом 1 (Фиг.1-Фиг.3) и снабжаются реданами 22 (Фиг.3), в частности, первым поперечным реданом 22.1. (Фиг.1-а), вторым поперечным реданом 22.2. (Фиг.1-б), третьим поперечным реданом 22.3. (Фиг.1-в).
Для предотвращения касания консолями 9 (Фиг.1-Фиг.3) подстилающей поверхности (например, поверхности воды) при выходе на экранный режим, консоли 9 (Фиг.1-Фиг.3) оснащаются концевым поплавком левой консоли 23.1. (Фиг.1-Фиг.3) и концевым поплавком правой консоли 23.2. (Фиг.1-Фиг.3).
Снижение тормозящего импульса воздействия струй брызг на экраноплан при выходе на экранный режим происходит благодаря наличию наплыва 24 (Фиг.1) на консоли левого борта 9.1. (фиг.1) и на консоли правого борта 9.2. (не показано), позиционированных со стороны подстилающей поверхности и контактирующего с центропланом 1 (Фиг.1-Фиг.3). Примеры использования заявленного экраноплана изложены ниже.
Пример 1.
Экраноплан в водоизмещающем режиме находится на подстилающей поверхности, в качестве которой выступает река со скоростью течения 0,35 м/сек. Волнение на реке в зоне страта не превышает 1 балла (т.е. высота волн достигает значения 0,25 метра). Сила ветра составляет 2 балла («легкий ветер», скорость около 2,0 м/сек) Ветер в зоне старта экраноплана имеет направление по течению (вдоль русла реки). Старт экраноплана осуществляют по курсу строго против течения реки. До начала движения экраноплана в контакте с речной водой находятся водоизмещающие поплавки левого 21.1. (Фиг.3) и правого 21.2. (Фиг.3) бортов, каждый из которых снабжен по одному поперечному редану (первый редан 22.1. (Фиг.1-а)). После разблокирования на фонаре 6 (Фиг.1-а) средства фиксации 8 (Фиг.1) створки 7 (Фиг.1), створку открывают и в кабине 4 (Фиг.1) за приборной доской системы управления экранопланом 5 (Фиг.2) размещается его экипаж (в составе 2-х человек). После запуска и прогрева двигателей внутреннего сгорания (не показаны) на малых оборотах, а также осуществления других действий в соответствии с регламентом эксплуатации экраноплана, экипаж конфигурируют оперение экраноплана на взлет. Закрылки механизации консоли левого борта 9.1.1. (Фиг.1) и закрылки механизации консоли правого борта 9.2.1. (Фиг.2) выпускают. При этом вертикальное оперение 13 (Фиг.3) выставляется по заданному курсу, а закрылки горизонтального оперения 10 (Фиг.3) и щитки механизации задней кромки центроплана 2 (Фиг.1 и Фиг.2) опускают на максимальный угол к набегающему из кольцевых обойм 17 (Фиг.2) потоку воздуха, формируемому вращением левого 18.1. (Фиг.3) и правого 18.2. (Фиг.3) воздушных винтов 18 (Фиг.3). Постепенно увеличивая скорость вращения валов маршевых двигателей внутреннего сгорания и изменяя в сторону увеличения шаг воздушных винтов, повышают мощность движителей 16 (Фиг.2), передаваемую в виде крутящего момента на них посредством шарнира равных угловых скоростей 19 (Фиг.1-а). Экраноплан начинает свое движение. Непосредственно перед началом движения экраноплана поворотной балкой (не показана) кольцевые обоймы 17 (Фиг.1-а) ориентируют на угол, обеспечивающий максимальный поддув под центроплан 1 (Фиг.1-а). Таким образом, потоки воздуха попадают в квазизамкнутое пространство, образованное водоизмещающими поплавками 21 (Фиг.2), донной частью центроплана 1 (Фиг.1), закрылками механизации задней кромки 2 (Фиг.2) центроплана 1 (Фиг.1-а) и собственно, подстилающей поверхностью (т.е. поверхностью реки).
В итоге под днищем экраноплана формируется зона избыточного давления воздуха, приводящая к возникновению динамической подъемной силы. В свою очередь, горизонтальное движение экраноплана также приводит к созданию дополнительной аэродинамической подъемной силы на консолях 9 (Фиг.2) и горизонтальном оперении 10 (Фиг.3). Экраноплан выходит на глиссирование, а из-за его вертикального перемещения площадь смачиваемой водой поверхности водоизмещающих поплавков стремительно уменьшается. Благодаря первому поперечному редану 22.1. (Фиг.1-а) существенно ускоряется процесс срыва воды с водоизмещающего поплавка 21.1 (Фиг.1-а) и преодоление горбов гидросопротивления обоими водоизмещающими поплавками 21 (Фиг.3). В процессе выхода на экранный режим (собственно, характеризующегося разрывом контакта поверхности поплавка с подстилающей поверхностью в виде воды) важное значение имеет строгость удержания курса. Активному подавлению курсового рыскания, которое увеличивает время выхода на экранный режим из-за уменьшения скорости движения, способствует сдвоенная система управления 5 (Фиг.2) в составе которой дублирующая система управления 5.2 (Фиг.2) обеспечивает снижение нагрузки на экипаж, и, следовательно, минимизации ошибки удержания курса. Аналогичную задачу (задачу подавления курсового рыскания при движении) при выходе экраноплана из контакта с водой (в общем случае с «подстилающей поверхностью») решает (но уже в пассивном режиме) роговая компенсация 11.1. (Фиг.1-а и Фиг.3). В целях предотвращения непроизвольного контакта и/или смачивания консолей 9 (Фиг.3) экраноплана водой подстилающей поверхности вследствие поперечных колебаний из-за имеющей место поперечной неустойчивости при преодолении горбов гидросопротивления (влекущего за собой снижение скорости перемещения экраноплана по воде), упомянутые консоли 9 (Фиг.3) снабжены концевыми поплавками 23 (Фиг.1). Выполнение консолей 9 (Фиг.3) V-образной формы по типу «чайка», помимо повышения аэродинамической эффективности составного крыла, призвано решать задачу дистанцирования консолей от подстилающей поверхности, которая, будучи в настоящем примере водой, при продольных колебаниях конструкции экраноплана в режиме выхода на «экран» способствует увеличению силы сопротивления движению экраноплана из-за смачивания. Так как при глиссирующем движении экраноплана возникает обильное брызгообразование возле носовой части фюзеляжа вследствие вращения воздушных винтов 18 (Фиг.3), потоки брызг устремлены под консоли 9 (Фиг.1), тем самым ухудшая аэродинамическое качество конструкции в целом (в том числе из-за динамического смачивания рабочей поверхности упомянутых консолей 9 (Фиг.3) водой, способствующему изменению характера протекания воздушных потоков). Предотвращению негативного влияния брызг на динамику движения экраноплана при его выходе на экранный режим способствует установка под консолями наплывов (Фиг.1-а и Фиг.3), роль которых сводится к изменению траекторий полета брызг воды в зоны, малодоступные для контакта с рабочими поверхностями составных крыльев экраноплана. По-существу наплывы 24 (Фиг.1) играют роль брызгоотбойников.
Выход на экранный режим всегда сопровождается изменением режима работы как маршевых двигателей (не показаны), так и движителей 16 (Фиг.2). По сравнению с карданом у прототипа, шарнир равных угловых скоростей в заявленном устройстве позволяет расширить границы режимов передачи мощности (в виде крутящего момента) на движитель 16 (Фиг.3). Последнее обстоятельство позволяет уменьшить скорость отрыва экраноплана от подстилающей поверхности (в данном примере подстилающей поверхности реки) и добиться при прочих равных условиях с устройством-прототипом, уменьшения времени выхода на экранный режим.
В Таблице №1 представлены сопоставительные экспериментальные данные, характеризующие время выхода экраноплана-прототипа и заявленного экраноплана на экранный (также называемый «крейсерским») режим движения, усредненные по 12 результатам.
Таблица №1.
№ п/п
Объект испытаний
Мощность двигателей, (л.с.)
Скорость в момент отрыва (км/час)
Время выхода на экранный режим (сек).
1
Экраноплан ЭК-12
2×460
110
28
2
Экраноплан ЭК-12 П*
2×460
108
21
* - пограничный
Как следует из Таблицы №1, у заявленного экраноплана примерно на 25% сокращено время выхода на экранный режим по сравнению с прототипом, что служит доказательством достижения заявленного технического результата.
Пример 2.
Экраноплан в водоизмещающем режиме находится на подстилающей поверхности, в качестве которой использована поверхность морского залива. Волнение в заливе не превышает 2 баллов (т.е. высота волн достигает значения 0,3 метра). Скорость ветра оценивается в 3 балла («слабый ветер», около 4,8 м/сек). Встречный ветер в зоне старта дует под углом около 50 градусов с левого борта относительно курса выхода экраноплана на экранный режим. До начала движения экраноплана в контакте с морской водой находятся водоизмещающие поплавки левого 21.1. (Фиг.3) и правого 21.2. (Фиг.3) бортов, каждый из которых снабжен двумя поперечными реданами (первый редан 22.1. (Фиг.1-б) и второй 22.2. редан (Фиг.1-б)). После разблокирования на фонаре 6 (Фиг.1-б) средства фиксации 8 (Фиг.1) створки 7 (Фиг.1), створку открывают и в кабине 4 (Фиг.1) за приборной доской системы управления экранопланом 5 (Фиг.2) размещается его экипаж (в составе 2-х человек). После запуска и прогрева маршевых двигателей внутреннего сгорания (не показаны) на малых оборотах, а также осуществления других действий в соответствии с регламентом эксплуатации экраноплана, экипаж конфигурируют оперение экраноплана на взлет. Закрылки механизации консоли левого борта 9.1.1. (Фиг.1) и закрылки механизации консоли правого борта 9.2.1. (Фиг.2) выпускают. При этом вертикальное оперение 13 (Фиг.3) выставляется по заданному курсу, а закрылки горизонтального оперения 10 (Фиг.3) и щитки механизации задней кромки центроплана 2 (Фиг.1 и Фиг.2) опускают на максимальный угол к набегающему из кольцевых обойм 17 (Фиг.2) потоку воздуха, формируемому вращением левого 18.1. (Фиг.3) и правого 18.2. (Фиг.3) воздушных винтов 18 (Фиг.3). Постепенно увеличивая скорость вращения валов двигателей внутреннего сгорания и изменяя в сторону увеличения шаг воздушных винтов, повышают мощность движителей 16 (Фиг.2), передаваемую в виде крутящего момента на них посредством шарнира равных угловых скоростей 19 (Фиг.1-б). Экраноплан начинает движение. Непосредственно перед началом движения экраноплана поворотной балкой (не показана) кольцевые обоймы 17 (Фиг.1-б) ориентируют на угол, обеспечивающий максимальный поддув под центроплан 1 (Фиг.1-б). Таким образом, потоки воздуха попадают в квазизамкнутое пространство, образованное водоизмещающими поплавками 21 (Фиг.2), донной частью центроплана 1 (Фиг.1-б), закрылками механизации задней кромки 2 (Фиг.2) центроплана 1 (Фиг.1-б) и собственно, подстилающей поверхностью (поверхностью морского залива).
В итоге под днищем экраноплана формируется избыточное давление воздуха, приводящее к возникновению динамической подъемной силы. В свою очередь, горизонтальное движение экраноплана также приводит к созданию дополнительной аэродинамической подъемной силы на консолях 9 (Фиг.2) и горизонтальном оперении 10 (Фиг.3). Экраноплан выходит на глиссирование, а из-за его вертикального перемещения площадь смачиваемой водой поверхности водоизмещающих поплавков стремительно уменьшается. Благодаря наличию двух поперечных реданов 22.1. и 22.2. (Фиг.1-б) существенно ускоряется срыв морской воды с поверхностей поплавков и успешное преодоление горбов гидросопротивления обоими водоизмещающими поплавками 21 (Фиг.3). В процессе выхода на экранный режим (собственно, характеризующегося разрыва контакта поверхности поплавка с подстилающей поверхностью) важное значение имеет строгость удержания курса. Активному подавлению курсового рыскания способствует сдвоенная система управления 5 (Фиг.2) в составе которой дублирующая система управления 5.2 (Фиг.2) обеспечивает снижение нагрузки на экипаж, и, следовательно, минимизации ошибки удержания курса. Аналогичную задачу обеспечения курсовой устойчивости при выходе экраноплана из контакта с морской водой (в общем случае с «подстилающей поверхностью») решает (но уже в пассивном режиме) роговая компенсация 11.1. (Фиг.1-б и Фиг.3). В целях предотвращения непроизвольного контакта и/или смачивания консолей 9 (Фиг.3) экраноплана морской водой подстилающей поверхности вследствие поперечных колебаний из-за имеющей место поперечной неустойчивости при преодолении горбов гидросопротивления (влекущего за собой снижение скорости перемещения экраноплана по морской воде), упомянутые консоли 9 (Фиг.3) снабжены концевыми поплавками 23 (Фиг.1). Выполнение консолей 9 (Фиг.3) V-образной формы по типу «чайка», помимо повышения аэродинамической эффективности составного крыла, призвано решать задачу дистанцирования консолей от подстилающей поверхности, которая, будучи в настоящем примере морской водой, при продольных колебаниях конструкции экраноплана в режиме выхода на «экран» способствует увеличению силы сопротивления движению экраноплана из-за смачивания. Так как при глиссирующем движении экраноплана возникает обильное брызгообразование возле носовой части фюзеляжа вследствие вращения воздушных винтов 18 (Фиг.3), потоки брызг устремлены под консоли 9 (Фиг.1), тем самым ухудшая аэродинамическое качество конструкции в целом (в том числе из-за динамического смачивания рабочей поверхности упомянутых консолей 9 (Фиг.3) морской водой, способствующему изменению характера протекания воздушных потоков по ним). Предотвращению негативного влияния потока брызг на динамику движения экраноплана при его выходе на экранный режим способствует установка под консолями наплывов (Фиг.1-б и Фиг.3), роль которых сводится к изменению траекторий полета брызг морской воды в зоны, малодоступные для контакта с рабочими поверхностями составных крыльев экраноплана. По-существу наплывы 24 (Фиг.1) играют роль брызгоотбойников.
Выход на экранный режим всегда сопровождается изменением режима работы как маршевых двигателей (не показаны), так и движителей 16 (Фиг.2). По сравнению с карданом у прототипа, шарнир равных угловых скоростей в заявленном устройстве позволяет расширить границы режимов передачи мощности (в виде крутящего момента) на движитель 16 (Фиг.3). Это дает возможность уменьшить скорость отрыва экраноплана от подстилающей поверхности, в данном примере поверхности морского залива, и добиться при прочих равных условиях с устройством-прототипом, уменьшения времени выхода экраноплана на экранный режим движения. В Таблице №2 представлены сопоставительные экспериментальные данные, характеризующие время выхода прототипа и заявленного экраноплана на экранный режим движения, усредненные по 12 результатам.
Таблица №2.
№ п/п
Объект испытаний
Мощность двигателей, (л.с.)
Скорость в момент отрыва (км/час)
Время выхода на экранный режим (сек).
1
Экраноплан ЭК-12
2×460
105
24
2
Экраноплан ЭК-12 П*
2×460
100
19
* - пограничный
Как следует из Таблицы №2, у заявленного экраноплана почти на 20% сокращено время выхода на экранный режим по сравнению с прототипом, что служит доказательством достижения заявленного технического результата.
Пример 3.
Экраноплан в водоизмещающем режиме находится на подстилающей поверхности, в качестве которой выступает прибрежная зона открытого моря. Волнение на море не превышает 3 баллов (т.е. высота прибрежных морских волн достигает значения 0,5 метра). Скорость ветра составляет 9,7 м/сек («свежий ветер», 5 баллов) и ветер в зоне старта экраноплана имеет попутное курсу старта направление. До начала движения экраноплана в контакте с морской водой находятся водоизмещающие поплавки левого 21.1. (Фиг.3) и правого 21.2. (Фиг.3) бортов, каждый из которых снабжен по трем поперечным реданам (первый редан 22.1., второй редан 22.2. и третий редан 22.3. (Фиг.1-в)). После разблокирования на фонаре 6 (Фиг.1-в) средства фиксации 8 (Фиг.1) створки 7 (Фиг.1), створку открывают и в кабине 4 (Фиг.1) за приборной доской системы управления экранопланом 5 (Фиг.2) размещается его экипаж (в составе 2-х человек). После запуска и прогрева маршевых двигателей внутреннего сгорания (не показаны) на малых оборотах, а также осуществления других действий в соответствии с регламентом эксплуатации экраноплана, экипаж конфигурируют его оперение на взлет. Закрылки механизации консоли левого борта 9.1.1. (Фиг.1-в) и закрылки механизации консоли правого борта 9.2.1. (Фиг.2) выпускают. При этом вертикальное оперение 13 (Фиг.3) выставляется по выбранному курсу, а закрылки горизонтального оперения 10 (Фиг.3) и щитки механизации задней кромки центроплана 2 (Фиг.1 и Фиг.2) опускают на максимальный угол к набегающему из кольцевых обойм 17 (Фиг.2) потоку воздуха, формируемому вращением левого 18.1. (Фиг.3) и правого 18.2. (Фиг.3) воздушных винтов 18 (Фиг.3). Постепенно увеличивая скорость вращения валов маршевых двигателей внутреннего сгорания и изменяя в сторону увеличения шаг воздушных винтов, повышают мощность движителей 16 (Фиг.2), передаваемую в виде крутящего момента на них посредством шарнира равных угловых скоростей 19 (Фиг.1-в). Экраноплан начинает движение. Непосредственно перед началом движения экраноплана поворотной балкой (не показана) кольцевые обоймы 17 (Фиг.1-в) ориентируют на угол, обеспечивающий максимальный поддув под центроплан 1 (Фиг.1-в). Таким образом, потоки воздуха попадают в квазизамкнутое пространство, образованное водоизмещающими поплавками 21 (Фиг.2), донной частью центроплана 1 (Фиг.1), закрылками механизации задней кромки 2 (Фиг.2) центроплана 1 (Фиг.1-а) и собственно, подстилающей поверхностью (в данном примере прибрежной водной поверхностью открытого моря).
Следовательно, под днищем экраноплана формируется избыточное давление воздуха, приводящее к возникновению динамической подъемной силы. В свою очередь, горизонтальное движение экраноплана также приводит к созданию дополнительной аэродинамической подъемной силы на консолях 9 (Фиг.2) и горизонтальном оперении 10 (Фиг.3). Экраноплан выходит на глиссирование, а из-за его вертикального перемещения площадь смачиваемой водой поверхности водоизмещающих поплавков стремительно уменьшается. Благодаря трем поперечным реданам 22.1., 22.2. и 22.3. (Фиг.1-в) существенно ускоряется срыв морской воды с водоизмещающего поплавка 21.1 (Фиг.1-в) и преодоление горбов гидросопротивления обоими водоизмещающими поплавками 21 (Фиг.3). В процессе выхода на экранный режим (собственно, характеризующегося разрыва контакта поверхности поплавка с подстилающей поверхностью) важное значение имеет строгость удержания заданного курса. Активному подавлению курсового рыскания способствует сдвоенная система управления 5 (Фиг.2) в составе которой дублирующая система управления 5.2 (Фиг.2) обеспечивает снижение нагрузки на экипаж, и, следовательно, минимизации ошибки удержания курса. Аналогичную задачу обеспечения курсовой устойчивости при выходе экраноплана из контакта с морской водой (в общем случае с «подстилающей поверхностью») решает (но уже в пассивном режиме) роговая компенсация 11.1. (Фиг.1-в и Фиг.3). В целях предотвращения непроизвольного контакта и/или смачивания консолей 9 (Фиг.3) экраноплана морской водой подстилающей поверхности вследствие поперечных колебаний из-за имеющей место поперечной неустойчивости при преодолении горбов гидросопротивления (влекущего за собой снижение скорости перемещения экраноплана по морской воде), упомянутые консоли 9 (Фиг.3) снабжены концевыми поплавками 23 (Фиг.1). Выполнение консолей 9 (Фиг.3) V-образной формы по типу «чайка», помимо повышения аэродинамической эффективности составного крыла, призвано решать задачу дистанцирования консолей от подстилающей поверхности, которая, будучи в настоящем примере морской водой, при продольных колебаниях конструкции экраноплана в режиме выхода на «экран» способствует увеличению силы сопротивления движению экраноплана из-за эффекта смачивания. Так как при глиссирующем движении экраноплана возникает обильное брызгообразование возле носовой части фюзеляжа вследствие вращения воздушных винтов 18 (Фиг.3), потоки брызг устремлены под консоли 9 (Фиг.1) тем самым ухудшая аэродинамическое качество конструкции в целом (в том числе из-за динамического смачивания рабочей поверхности упомянутых консолей 9 (Фиг.3) морской водой, способствующему изменению характера протекания воздушных потоков). Предотвращению негативного влияния потока брызг на динамику движения экраноплана при его выходе на экранный режим способствует установка под консолями наплывов (Фиг.1-в и Фиг.3), роль которых сводится к изменению траекторий полета брызг воды в зоны, малодоступные для контакта с рабочими поверхностями составных крыльев экраноплана. По-существу наплывы 24 (Фиг.1) играют роль брызгоотбойников.
Выход на экранный режим всегда сопровождается изменением режима работы как маршевых двигателей (не показаны), так и движителей 16 (Фиг.2). По сравнению с карданом у прототипа, шарнир равных угловых скоростей в заявленном устройстве позволяет расширить границы режимов передачи мощности (в виде крутящего момента) на движитель 16 (Фиг.3). Это позволяет уменьшить скорость отрыва экраноплана от подстилающей поверхности, в данном примере поверхности открытого моря, и добиться при прочих равных условиях с экранопланом-прототипом, уменьшения времени выхода на экранный режим.
В Таблице №3 представлены сравнительные экспериментальные данные, характеризующие время выхода устройства-прототипа и заявленного экраноплана на экранный режим движения, усредненные по 12 результатам.
Таблица №3.
№ п/п
Объект испытаний
Мощность двигателей, (л.с.)
Скорость в момент отрыва (км/час)
Время выхода на экранный режим (сек).
1
Экраноплан ЭК-12
2×460
105
23
2
Экраноплан ЭК-12 П*
2×460
97
18
* - пограничный
Как следует из Таблицы №3, у заявленного экраноплана примерно на 11% сокращено время выхода на экранный режим по сравнению с прототипом, что служит доказательством достижения заявленного технического результата.
Заявленное устройство соответствует критерию патентоспособности полезных моделей «промышленная применимость», так как для его изготовления могут быть использованы известные авиационные и конструкционные материалы, серийные двигатели внутреннего сгорания и применены движители, конструкция которых основана на известной из уровня техники теории воздушных винтов.
ИСТОЧИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Изобретение РФ №2232690, МПК: B60V 1/08, опуб. 20.07.2004 г.
2. Полезная модель РФ №3589, МПК: В64С 39/00, опуб. 16.02.1997 г.
(прототип)