ЭКРАНОПЛАН
HOVERCRAFT

Изобретение относится к летательным аппаратам, использующим при полете динамическую воздушную подушку, а именно, к экранопланам и их взлетно-посадочным устройствам.
Известны экранопланы, выполненные по схеме составное крыло, использующие в качестве взлетно-посадочного устройства поддув воздушными струями под крыло.
Так, в патенте РФ №2099217 на изобретение «Экранолет, его взлетно-посадочное устройство и привод складывания крыла», МПК B60V 1/08, В64С 39/00, В64С 25/54, В64С 3/56, дата публикации 20.12.1997 [1], представлен экраноплан, содержащий фюзеляж, составное крыло, образованное центропланом и присоединенными к нему консолями, вертикальное и горизонтальное оперение, силовую установку, взлетно-посадочное устройство, при этом центроплан выполнен с отрицательным поперечным углом установки и с обратной стреловидностью по задней кромке, по концам центроплана установлены поплавки, консоли соединены с центропланом со стороны задней кромки центроплана и установлены под положительным поперечным углом, силовая установка содержит, по меньшей мере, один двигатель и один воздушный движитель, выполненный в виде воздушного винта в кольце, вал воздушного винта кинематически связан с соответствующим двигателем, взлетно-посадочное устройство содержит поплавки, соединенные с центропланом по схеме катамаран, и, по меньшей мере, один воздушный винт в кольце, установленный перед передней кромкой центроплана, при этом указанный воздушный винт в кольце оснащен механизмом его поворота в вертикальной плоскости. Согласно изобретению [1] поплавки экраноплана выполнены без продольной килеватости, что обусловлено большой длиной хорды центроплана и стремлением разместить центроплан как можно ближе к опорной поверхности. Для обеспечения выхода на глиссирование на поплавках выполнен один редан. Взлет происходит на малых углах дифферента, что увеличивает дистанцию отрыва поплавков от воды и продолжительность взлета. Это является недостатком известного экраноплана [1].
Изобретение [1] принято в качестве наиболее близкого аналога.
Решаемой в изобретении задачей является улучшение взлетных характеристик экраноплана. Достигаемый технический результат - уменьшение взлетной дистанции.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Экраноплан, как и в наиболее близком аналоге [1], содержит фюзеляж, составное крыло, образованное центропланом и присоединенными к нему консолями, вертикальное и горизонтальное оперение, силовую установку, взлетно-посадочное устройство, при этом центроплан выполнен с отрицательным поперечным углом установки и с обратной стреловидностью по задней кромке, по концам центроплана установлены поплавки, консоли соединены с центропланом со стороны задней кромки центроплана и установлены под положительным поперечным углом, силовая установка содержит, по меньшей мере один двигатель и один воздушный движитель, выполненный в виде воздушного винта в кольце, вал воздушного винта кинематически связан с соответствующим двигателем, взлетно-посадочное устройство содержит поплавки, соединенные с центропланом по схеме катамаран, и, по меньшей мере, один воздушный винт в кольце, установленный перед передней кромкой центроплана, при этом указанный воздушный винт в кольце оснащен механизмом его поворота в вертикальной плоскости, но в отличие от наиболее близкого аналога [1], консоли оснащены наплывами, соединенными с центропланом под большим по сравнению с консолями поперечным углом установки, поплавки выполнены, по меньшей мере, с двумя боковыми реданами, при этом нагрузка на ширину поплавков на первом редане, равная отношению взлетного веса к произведению количества поплавков, ускорения свободного падения, плотности воды и ширины поплавка в третьей степени, не превышает 2,5.
Экраноплан характеризуется тем, что, по меньшей мере, один двигатель размещен внутри центроплана и соединен с соответствующим воздушным винтом в кольце посредством промежуточного вала и, по меньшей мере, одного двухстепенного шарнира, один из двухстепенных шарниров предназначен для соединения промежуточного вала с валом винта, причем ось поворота каждого из движителей, проходящая через двухстепенные шарниры, соединяющие промежуточные валы с соответствующим валом воздушного винта, и ось поворота пилона лежат на одной прямой.
При этом каждый двухстепенной шарнир выполнен в виде шарнира равных угловых скоростей.
Экраноплан характеризуется тем, что центроплан оснащен механизацией задней кромки.
Экраноплан характеризуется тем, что каждая из консолей оснащена закрылком и элероном.
Экраноплан характеризуется тем, что каждая из консолей оснащена зависающим закрылком.
Экраноплан характеризуется тем, что центроплан оснащен передним щитком.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 показан экраноплан при виде в плане.
На фиг.2 показан экраноплан при виде сбоку.
На фиг.3 показан экраноплан с двигателями в центроплан при виде в плане.
На фиг.4 показан экраноплан с двигателями в центроплан при виде сбоку.
На фиг.5 показан экраноплан при виде спереди.
На фиг.6 показан разрез А-А на фиг.1.
На фиг.7 показано сечение Б-Б на фиг.3.
На фиг.8 показан разрез В-В на фиг.1, 3.
На фиг.9. показан разрез Г-Г на фиг.1, 3.
На фиг.10. показан разрез Д-Д на фиг.1.
На фиг.11 показан разрез Е-Е на фиг.1, 3.
На фиг.12 показан разрез З-З на фиг.2, 4.
На фиг.13 показан график зависимости тяги винто-кольцевой установки от нагрузки на ширину поплавка экраноплана.
Экраноплан устроен следующим образом.
Как показано на фиг.1…5, экраноплан содержит центроплан 1 и консоли 2, составляющие вместе составное крыло, поплавки 3, вертикальное 4 и установленное на нем горизонтальное 5 оперение, фюзеляж 6, силовую установку, включающую, по меньшей мере, один воздушный движитель, например, воздушный винт 7 в кольце 8, вал которого кинематически связан с соответствующим двигателем 9.
Воздушные движители, например, воздушные винты 7 в кольцах 8, установлены перед центропланом 1, например, на пилоне 10, и выполнены с возможностью поворота в вертикальной плоскости вокруг оси 11. В качестве кинематической связи воздушного винта 7 с двигателем может использоваться вал 12 двигателя 10 (фиг.6).
Также в качестве кинематической связи воздушного винта 7 с двигателем может использоваться вал 12 двигателя 10, промежуточный вал, выполненный в виде валопровода 13, соединяющего вал 14 воздушного винта 7 с валом 12 двигателя 9 посредством двухстепенных шарниров 15. Возможно соединение промежуточного вала, выполненного в виде валопровода 13, с валом 12 двигателя 9 (фиг.7) посредством шлицевого соединения (не показано).
Механизм поворота пилона 10 работает от энергопривода 16, взаимодействующего с рычагом 17. При установке воздушного винта 7 на валу 12 двигателя 9 двигатели 9 соединены с пилоном 10 и поворачиваются в вертикальной плоскости вместе с пилоном 10 (фиг.6). При размещении двигателя 9 в фюзеляже 6 крутящий момент с вала 12 двигателя 9 передается на вал 14 воздушного винта 7 посредством трансмиссии с промежуточными валами (не показано).
При размещении двигателя 9 в центроплане 1 вал 14 каждого из воздушных винтов 7 соединен с валом 12 двигателя 9 посредством промежуточного вала 13 и, по меньшей мере, одного двухстепенного шарнира 15. При этом корпус энергопривода 16 закреплен на силовом наборе фюзеляжа 6, а шток шарнирно соединен с рычагом 17, ось 11 вращения которого совпадает с осью 18 поворота в вертикальной плоскости воздушных винтов 7 в кольце 8 (фиг.7).
Центроплан выполнен с отрицательным поперечным углом установки (отрицательное поперечное V) и имеет заднюю кромку 19 с обратной стреловидностью. Задняя кромка 19 центроплана 1 оснащена бесщелевой механизацией, в качестве которой может использоваться закрылок 20 или щиток (не показано). Закрылок 20 по размаху может выполняться, по меньшей мере, из двух секций, каждая из секций оснащения автономным энергоприводом 21 для ее отклонения. Закрылок 20 может выполняться также двухзвеньевым, с расположением оси вращения первого звена параллельно задней кромке, и выполнением второго звена 22 гибким и упругим. Консоли 2 также могут оснащаться механизацией 23, которая может выполняться в виде закрылков, зависающих элеронов и т.п. Консоли 2 соединены с центропланом 1 посредством наплыва 24, угол поперечной установки (отрицательное поперечное V) которого превышает угол поперечной установки консолей 2. Центроплан 1 также может оснащаться передним щитком 25 (фиг.8), а при выполнении с двухкилевым вертикальным оперением 5 - также и задним щитком 26 (фиг.9).
Фюзеляж 6 соединен с центропланом 1 по схеме "низкоплан", в предпочтительном варианте выполнения не выходит за обводы нижней поверхности центроплана 1.
ПАЛ
Поплавки 3 соединены с концевыми сечениями центроплана 1 (по катамаранной схеме) и содержат не менее 2-х боковых реданов 27, образованных в плоскости изменения поперечной килеватости. В месте расположения боковых реданов 27 ширина В поплавка 3 может превышать ширину В палубы 28 поплавка 3 (фиг.12).
Пилон 10 с воздушными винтами 7 в кольце 8, отклоняемыми в вертикальной плоскости и кинематически связанными с двигателями 9, центроплан 1 с механизацией задней кромки 19 и поплавки 3 с боковыми реданами 20 образуют взлетно-посадочное устройство.
Экраноплан функционирует следующим образом.
Перед взлетом движители, выполненные, например, в виде винтов 7 в кольце 8, посредством энергопривода 16 механизма и рычага 17 поворачиваются вокруг оси 18 в вертикальной плоскости. Бесщелевая механизация задней кромки 19 центроплана 1, выполненная, например, в виде закрылка 20, передних 25 и задних 26 щитков, и механизация 23 консолей 2 устанавливаются во взлетную конфигурацию. Затем включаются двигатели 9, которые посредством кинематической связи вращают воздушные винты 7, размещенные в кольце 8. При этом между поплавками 3, закрылком 20 и опорной поверхностью образуется замкнутая камера. Струи воздуха от воздушных винтов 7 в кольце 8 направляются под центроплан 1, создают избыточное давление на днище центроплана 1, что на малых скоростях движения обеспечивает аэродинамическую разгрузку и уменьшение осадки экраноплана. Передние щитки 25, установленные на центроплане 1, предотвращают истечение струи воздуха из-под центроплана 1 навстречу струям воздушного движителя. Задние щитки 26, установленные на центроплане 1, предотвращают истечение струи воздуха из-под центроплана 1, выполненного с двухкилевым оперением 5. Наличие наплыва 24, соединяющего консоли 2 с центропланом 1, и его установка на больший по сравнению с консолями 2 поперечный угол обеспечивают прохождение брызговой струи, образующейся при движении поплавков по воде, ниже поверхностей консолей 2. В результате уменьшается гидродинамическое сопротивление и увеличивается избыточная тяга экраноплана. Происходит разбег на воздушной подушке (на поддуве) и взлет экраноплана.
3
Известно, что дистанция взлета зависит от геометрических параметров поплавков, в частности, от величины нагрузки на ширину поплавка: Св=Go/(N*g*ρ*B), где Go - взлетный вес экраноплана, N - количество поплавков; g - ускорение свободного падения; ρ - плотность воды; В - ширина поплавка по редану. Экспериментально установлено, что для экраноплана с представленной в описании данного изобретения компоновкой нагрузка на ширину поплавка Св не должна превышать 2,5: Св≤2,5. Как показано на графике зависимости располагаемой тяги экраноплана от нагрузки на поплавок, представленном на фиг.13, при величинах Св=2,5 тяга равна гидроаэродинамическому сопротивлению экраноплана с представленной в описании заявки компоновкой, и при Св<2,5 располагаемая тяга превышает гидроаэродинамическое сопротивление экраноплана при заданной тяговооруженности t=Po/Go, где Ро - тяга силовой установки на старте.
Таким образом, указанный диапазон нагрузки на поплавок обеспечивает превышение тяги над аэрогидродинамическим сопротивлением экраноплана и уменьшает длину разбега экраноплана.
После взлета воздушные винты 7 посредством энергопривода 16 и рычага 17 поворачиваются в крейсерское положение. Закрылок 20, передний 25 и задний 26 щитки центроплана 1, а также механизация 23 консолей 2 переводится в крейсерскую конфигурацию, и осуществляется полет.
Перед посадкой закрылок 20 центроплана 1 и механизация 23 консолей 2 переводится в посадочную конфигурацию, винты 7 в кольцах 8 посредством энергопривода 16 и рычага 17 поворачиваются в посадочное положение, и при уменьшении тяги движителя обеспечивается посадка экраноплана. За счет поддува под центроплан 1 уменьшается скорость посадки (касания опорной поверхности).
Выполнение закрылков 20, по меньшей мере, двухсекционными по размаху и оснащение каждого закрылка 20 автономным энергоприводом позволяет управлять по курсу и улучшить разворот в движении на поддуве при выпущенных закрылках 20 за счет поднятия секции закрылка 20 со стороны, противоположной развороту. При полете без поддува отклонение секции закрылка 20 обеспечивает управление по крену.
Исполнение секций закрылка 20 двухзвеньевыми с подпружиненным и/или гибким и упругим вторым звеном 22 обеспечивает безаварийное огибание им волн и неровностей поверхности при движении с выпущенным закрылком 20.
Представленное в описании изобретения достаточны для разработки и изготовление экраноплана с меньшей, чем в наиболее близком аналоге длиной разбега.
Позиции и обозначения на графических материалах к описанию изобретения «Экраноплан»
1 - центроплан;
2 - консоли;
3 - поплавок;
4 - вертикальное оперение;
5 - горизонтальное оперение;
6 - фюзеляж;
7 - воздушный винт;
8 - кольцо воздушного винта 7;
9 - пилон;
10 - двигатель;
11 - ось поворота пилона 9;
12 - вал двигателя 10;
13 - валопровод;
14 - вал воздушного винта 7;
15 - двухстепенной шарнир;
16 - энергопривод поворота пилона 9;
17 - рычаг механизма поворота и пилона 9;
18 - ось поворота воздушных винтов 7 в кольце 8 в вертикальной плоскости;
19 - задняя кромка центроплана 1;
20 - закрылок;
21 - энергопривод отклонения закрылка 20;
22 - второе звено закрылка центроплана 1;
23 - механизация задней кромки консоли 2;
24 - наплыв консоли 2;
25 - передний щиток центроплана 1;
26 - задний щиток центроплана 1;
27 - боковой редан;
28 - палуба поплавка 3;
0
3
Св=G/(g*ρ*В) - нагрузка на ширину поплавка;
0
G - взлетный вес экраноплана;
g - ускорение свободного падения;
ρ - плотность воды;
В - ширина поплавка по редану;
t=Po/Go - стартовая тяговооруженность экраноплана;
Ро - тяга силовой установки экраноплана на старте;
ПАЛ
В - ширина палубы поплавка 3.