МНОГОЦЕЛЕВОЙ САМОЛЕТ

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности к конструкции, аэродинамической компоновке самолетов многоцелевого назначения.
По назначению различают гражданские и военные самолеты. К гражданским самолетам относятся транспортные (пассажирские, грузопассажирские, грузовые), спортивные, рекордные (для установления рекордов скорости, скороподъемности, высоты, дальности полета и т.п.), туристские, административные, учебно-тренировочные, сельскохозяйственные, специального назначения (например, для спасательных работ, телеуправляемые) и экспериментальные.
Военные самолеты предназначены для поражения военных воздушных, наземных (морских) целей или для выполнения других боевых задач, подразделяются на истребители бомбардировщики, разведчики, транспортные, самолеты связи и санитарные.
В основу классификации самолетов по конструкции положены внешние признаки: число и расположение крыльев и двигателей, форма и расположение оперения и т.п. самолеты с одним крылом, и бипланы самолеты с двумя крыльями, находящимися одно над другим. Бипланы, у которых одно из крыльев короче другого, называются полуторопланами. Бипланы маневреннее монопланов, но имеют большое лобовое сопротивление, что снижает скорость полета самолета. Поэтому большинство современных самолетов выполняется по схеме моноплана. В зависимости от положения крыла относительно фюзеляжа самолеты делятся на низкопланы, среднепланы и высокопланы.
По положению оперения самолеты классической схемы (оперение размещается позади крыла). Самолет типа "утка" (горизонтальное оперение располагается впереди крыла) и самолет типа "бесхвостка (оперение размещается на крыле). Классическая схема самолета может быть с однокилевым оперением, разнесенным вертикальным (многокилевым) оперением и У образным оперением. В зависимости от типа шасси самолеты подразделяют на сухопутные, гидросамолеты и амфибии (гидросамолеты, оборудованные колесами шасси).
По типу двигателей различают винтомоторные, турбовинтовые самолеты. В зависимости от скорости полета различают самолеты дозвуковые, сверхзвуковые и гиперзвуковые.
Аэродинамика самолета. В результате воздействия на крыло воздушного потока возникает аэродинамическая сила. Вертикальная составляющая этой силы по отношению к потоку называется подъемной силой, горизонтальная составляющая - силой лобового сопротивления. Лобовое сопротивление является суммой сил трения воздуха о поверхность крыла и индуктивного сопротивления возникающего при наличии подъемной силы на крыле. Индуктивное сопротивление обуславливается образованием на концах крыла вихрей воздуха вследствие перетекания его из области повышенного давления под крылом. При скорости полета, близкой к скорости звука, может возникнуть волновое сопротивление. Подъемная сила самолета обычно равна подъемной силе крыла, лобовое сопротивление это сумма сопротивлений крыла, фюзеляжа, оперения и др. частей самолета, обтекаемых потоком воздуха, а также сопротивления интерференции (взаимного влияния этих частей). Отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению называется аэродинамическим качеством. Максимальное значение аэродинамического качества современных самолетов достигает 10-20.
Силовая установка самолета состоит из авиационных двигателей и различных систем и устройств воздушных винтов, пожарного оборудования, топливной системы, системы всасывания воздуха, запуска, смазки, изменения направления тяги и др. При выборе места установки двигателей, их числа и типа учитывают аэродинамическое сопротивление, создаваемое двигателями, разворачивающий момент, возникающий при отказе одного из двигателей, сложность устройства воздухозаборников, возможность обслуживания и замены двигателей, уровень шума в пассажирском салоне и т.п.
Конструкция самолета.
Основные части крыло, фюзеляж, шасси и оперение самолета.
Крыло создает подъемную силу при движении самолета. Обычно неподвижно закрепляется на фюзеляже, но иногда может поворачиваться относительно поперечной оси самолета (напр. у самолетов вертикального взлета и посадки) или изменять конфигурацию (стреловидность, размах). На крыле устанавливаются рули крена (элероны) и элементы механизации крыла. Фюзеляж служит для размещения экипажа, пассажиров, грузов и оборудования. Также конструктивно связывает между собой крыло, оперение, иногда шасси и силовую установку. Шасси предназначается для взлета и посадки, а также для передвижения самолета по аэродрому. На самолете могут устанавливаться колесные шасси, поплавки (на гидросамолетах), лыжи и гусеницы (у самолетов повышенной проходимости). Шасси бывают убирающимися в полете и не убирающиеся. Самолеты с убирающимися шасси имеют меньшее лобовое сопротивление, но тяжелее и сложнее по конструкции. Оперение предназначается для обеспечения устойчивости, управляемости и балансировки самолета.
Известен самолет, содержащий высоко- и низкорасположенные крылья с положительной стреловидностью и сочлененные между собой по торцам пилонами. (см. Eligt International, 1986, N 6, стр.46)
Недостатками этой аэродинамической схемы является следующее: небольшой разнос крыльев по вертикали и аэродинамическое затенение заднего крыла на углах атаки, увеличенный крутящий момент на крыле.
Известна конструкция легкого многоцелевого самолета, содержащая фюзеляж с установленным в его хвостовой части двигателем с толкающим винтом в кольце, высоко- и низко расположенные крылья, сочлененные между собой по торцам пилонами с рулями управления по курсу, переднее цельно-поворотное оперение, при этом высокорасположенное крыло, имеющее управляющие поверхности, центрапланной частью установлено на верхней части кольца толкающего винта. Высокорасположенное крыло имеет обратную стреловидность и поэтому находится позади низко расположенного крыла. (см. патент Российской Федерации N 2001842, МПК 5 В64С 39/08, 1993 г.)
Недостатками этого самолета является малая грузоподъемность, а также небольшая дальность полета, недостаточная эффективность управляющих поверхностей: элеронов, рулей высоты и другой механизации крыла в результате аэродинамического затенения нижним крылом верхнего крыла при заходе на посадку на больших углах атаки.
Известен самолет, содержащий фюзеляж с крыльями, килем, пластинами, двигателями, шасси, отличающийся тем, что, с целью повышения летных качеств, улучшения экономических показателей при транспортировке грузов или людей, самолет изготовляется с двумя крылами, установленными в передней и задней частях фюзеляжа на двух уровнях со скошенными назад и вперед плоскостями. В месте пересечения (в плане) плоскости жестко соединены между собой пластинами. Крылья могут располагаться на одном уровне, соединяясь концами с помощью промежуточной пластины. К промежуточным пластинам могут пристыковываться крылья. К пластинам, соединяющим крылья, могут прикрепляться двигатели (см. заявку на изобретение РФ №94041849/11 МПК 6 В64С 39/08, 1996 г.). Данное решение принято за прототип.
Известный самолет обеспечивает улучшение летных качеств самолета за счет того, что самолет имеет два крыла со скошенными назад и вперед плоскостями установленными в передней верхней части и задней нижней части фюзеляжа, соединенные в месте пересечения (в плане) пластинами или пластинами с закрепленными на них двигателями. Двигатели могут устанавливаться в других местах крыльев и на фюзеляже.
Недостатком известного самолета является относительно недостаточная устойчивость и управляемость самолета на всех режимах полета: взлете, горизонтальном полете, виражах и посадке, что влияет на безопасность полета, а также небольшая дальность полета. Кроме того, в случае отказа двигателей происходит неминуемая катастрофа - падение самолета.
Задача, решаемая полезной моделью - обеспечение безопасности полета в случае отказа двигателей за счет возможности планирования при сбросе груза-балласта.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном многоцелевом самолете, содержащем двигатели, фюзеляж с двумя крыльями, установленными в передней и задней частях фюзеляжа на двух уровнях и соединенными между собой, согласно полезной модели, крыло нижнего уровня расположено под углом к крылу верхнего уровня в вертикальной плоскости, причем крыло верхнего уровня выполнено удлиненным.
Соединение крыла нижнего уровня с крылом верхнего уровня может быть осуществлено через промежуточный элемент, например, двигатель.
Крылья выполнены разной стреловидности.
Самолет снабжен подводными крыльями, расположенными на стойках убирающегося шасси.
Крыло нижнего уровня соединено с шасси в зоне размещения подводных крыльев.
Хвостовая часть фюзеляжа выполнена удлиненной.
Крыло верхнего уровня снабжено подвижной удлиненной частью, соединенной с крылом через силовую установку с возможностью поворота на угол 90°.
Технический результат, получаемый при использовании всех существенных признаков предлагаемого решения, заключается в обеспечении безопасности полета в случае отказа двигателей за счет возможности планирования после сброса груза-балласта, а также в улучшении эксплуатационно-технических характеристик, а именно: увеличении дальности полета, устойчивости и управляемости самолета на всех режимах полета: взлете, горизонтальном полете, виражах и посадке.
За счет того, что крыло нижнего уровня расположено под углом к крылу верхнего уровня в вертикальной плоскости, обеспечивается возможность создания более жесткой опоры для крыла верхнего уровня, а также увеличения площадь плоскости крыла нижнего уровня, что обеспечивает безопасность полета в случае отказа двигателей за счет возможности планирования после сброса груза-балласта, а также увеличивает дальность и устойчивость полета. Кроме того, такое решение позволяет снизить лобовое сопротивление.
Размещение двигателя в месте соединения крыльев позволяет максимально уменьшить вероятность повреждения крыла под его тяжестью, что оказывает существенное влияние на обеспечение безопасности полета.
Выполнение крыльев в сечении с различной стреловидностью и их разнесение в плане позволяет максимально уменьшить влияние возмущенного потока от крыльев друг на друга даже при больших углах атаки, например при посадке. Это благоприятно сказывается на управляемости и устойчивости самолета, т.е. элероны и закрылки крыла верхнего уровня находятся вне затененной зоны и вместе с элеронами крыла нижнего уровня обеспечивают продольную и поперечную управляемость самолета, что оказывает существенное влияние на обеспечение безопасности полета.
Фиг.1 - многофункциональный самолет грузопассажирский большой грузоподъемности, вид сверху,
Фиг.2 - самолет, вид спереди,
Фиг.3 - самолет, вид сбоку,
Фиг.4 - продольное сечение фиг.1,
Фиг.5 - сечение А-А фиг.1,
Фиг.6 - вариант выполнения самолета с крылом нижнего уровня соединенным с шасси в зоне размещения подводных крыльев, вид сбоку,
Фиг.7 - то же, вид спереди,
Фиг.8 - многоцелевой самолет вариант выполнения бизнес-класс, вид сверху,
Фиг.9 - то же, вид спереди,
Фиг.10 - тоже, вид сбоку,
Фиг.11 - то же, продольное сечение фиг.10,
Фиг.12 - самолет бизнес варианта с крылом верхнего уровня, снабженным подвижной удлиненной частью, соединенной с крылом через силовую установку с возможностью поворота на угол 90°, вид спереди,
Фиг.13 - вид сбоку фиг.12.
Многоцелевой самолет может быть выполнен в нескольких вариантах - грузопассажирским с большой грузоподъемностью (см. фиг.1-7) и бизнес класса (фиг.8-13). Многоцелевой самолет содержит фюзеляж 1 с кабиной экипажа 2 и пассажирским и/или грузовым отсеком 3. Самолет содержит два крыла, расположенных на разных уровнях - крыло нижнего уровня 4 и крыло верхнего уровня 5. Крыло верхнего уровня 5 выполнено удлиненным, соединено с верхней частью фюзеляжа 1 и снабжено элеронами и другой механизацией крыла, как закрылки, предкрылки (не показаны). Крыло нижнего уровня 4 крепится снизу, образуя с днищем фюзеляжа 1 общую плоскость, и также может быть снабжено элеронами, рулями управления по курсу и другой механизацией крыла (не показано). Крыло нижнего уровня 4 расположено под углом к крылу верхнего уровня 5 в вертикальной плоскости (см. фиг.2, 5, 6, 7, 9, 12). Крылья 4, 5 могут быть выполнены разной стреловидности (см. фиг.1, 6, 8).
Соединение крыла нижнего уровня 4 с крылом верхнего уровня 5 может быть осуществлено непосредственно (см. фиг.6, 12) известными способами, или через промежуточный элемент, например, через двигатель 6. Соединение крыла нижнего уровня 4 с крылом верхнего уровня 5 обеспечивает дополнительную жесткость крылу 5, что позволяет увеличить размах крыла 5 и, как следствие, увеличить грузоподъемность самолета.
На фюзеляже 1 закреплены стойки убирающегося шасси - переднего 7 и заднего 8, которые могут быть снабжены в нижней своей части подводными крыльями 9. Наличие подводных крыльев 9 позволяет осуществлять посадку на воду и взлет с водоема. Подводные крылья 9 позволяют снизить скорость посадки и ослабить до минимума удар о воду фюзеляжной части самолета, при этом уменьшается и длина приводнения и взлета самолета с водной поверхности. Крыло нижнего уровня 4 может быть соединено со стойкой заднего шасси 8 в зоне размещения подводных крыльев 9. Для обеспечения остойчивости положения самолета на воде, крыло верхнего уровня может быть снабжено поплавками 10, расположенными на концевых участках крыла 5 (см. фиг.7, 9).
При исполнении самолета в варианте бизнес класса, хвостовая часть фюзеляжа 11 может быть выполнена удлиненной для улучшения управляемости самолетом (см.. фиг.10, 11, 13). Кроме того, в данном варианте исполнения крыло верхнего уровня 5 может быть снабжено подвижной удлиненной частью 12, соединенной с крылом через силовую установку 6 с возможностью поворота на угол 90° (см. фиг.12, 13). Такой вариант выполнения крыла верхнего уровня 5 позволит обеспечить вертикальный взлет и посадку самолета, или уменьшить длину разбега при взлете и посадке.
Взлет и полет самолета происходит обычным способом. Экипаж размещается в кабине 2 фюзеляжа 1. Пассажиры и/или грузы размещены в отсеке 3. При включении двигателей 6 происходит разбег самолета на шасси 7 и 8. Набегающий поток воздуха при обтекании крыла нижнего уровня 4 и крыла верхнего уровня 5 создает подъемную силу на крыльях 4 и 5, за счет которой происходит взлет и последующий полет самолета. Причем выполнение крыльев в сечении с различной стреловидностью и их разнесение в плане позволяет максимально уменьшить влияние возмущенного потока от крыльев друг на друга, обеспечивая самолет устойчивостью и управляемостью за счет механизации крыльев.
При этом нагрузка на заднее шасси переводится на крылья равномерно, и в дальнейшем при полете каждое крыло будет нести оптимальную нагрузку. Тем самым обеспечивается спокойная работа крыльев, и стабилизируется горизонтальный полет. Соединенные между собой крылья делают конструкцию крыльев самолета более жесткой, а также сводят к минимуму колебания концов крыльев нижнего уровня 4. Расположение крыла нижнего уровня 4 под углом к крылу верхнего уровня в вертикальной плоскости позволит снизить лобовое сопротивление. При подходе самолета к земле на крыле нижнего уровня 4 за счет экранного эффекта, создается дополнительная подъемная сила, а на крыла верхнего уровня 5, за счет выдвижения предкрылков, также создается дополнительная подъемная сила, позволяющая плавно приземлить самолет. Посадка и пробег самолета происходит на шасси 7 и 8. Для варианта самолета-амфибии используются поплавки 10 и подводные крылья 9 (см. фиг.4). Самолет рассчитан на перевозку грузов и пассажиров, причем взлетный вес самолета может колебаться в большом диапазоне.
В случае отказа двигателей, при условии выброса балластного груза из грузовых отсеков, обеспечивается продолжение полета в режиме планера, что позволяет сохранить жизни людей в аварийной ситуации.
Использование предлагаемого решения позволит улучшить эксплуатационно-технические характеристики, а именно: безопасность эксплуатации самолета, т.е. увеличении дальности полета, устойчивости и управляемости самолета на всех режимах полета: взлете, горизонтальном полете, виражах и посадке. Новая форма очертаний самолета наряду с другими положительными качествами сможет сделать самолет более конкурентоспособным.
Устройство может быть изготовлено с использованием известных материалов и технологий и использовано в авиации для любых типов перевозок.