АВИАТРАНСФОРМЕР
AVIATRANSFORMER

Изобретение относится к конструкциям легких самолетов-амфибий с укороченным взлетом и посадкой, возможностью взлета и посадки на снеговую, водную или грунтовую поверхность. Самолет-амфибия, трансформирующийся в автомобиль, аэросани или катер с габаритными размерами микроавтобуса.
Известно транспортное средство, преобразуемое в летательный аппарат, содержащее корпус, имеющий в продольном направлении форму обтекаемого профиля, шасси, силовую установку, движитель, двухкилевое хвостовое оперение, установленное на консольной подвеске переменной длины, и крыло из двух частей с концевыми полуконсолями, прикрепленными к центральной части корпуса с возможностью их установки в боковых плоскостях корпуса и в пределах его габаритов с размещенным в центральной нижней части корпуса поперечным валом, с шарнирно закрепленными на этом валу полуконсолями, связанными с соответствующими приводами, с возможным смещением шарнирных осей крепления полуконсолей на валу вниз относительно продольной оси вала на величину радиуса поперечного сечения последнего, с возможностью привода шарнирного поворота полуконсоли вокруг оси вышеуказанного вала, выполненным в виде винтовой пары (патент РФ №4931623/11, МПК В60Р 5/02, поданный 15.03.91 г.).
К недостаткам подобной конструкции можно отнести невозможность движения, взлета и посадки с поверхности воды и снега.
Известен глиссирующий корпус катера со сводчатым днищем и параллельными, не сходящимися в носу бортами, изобретенный в начале XX века американским конструктором А.Хикманом. Благодаря двум килям, имеющим сходство с полозьями саней, обводы получили название «морские сани» (Справочник по катерам, лодкам и моторам / Под общей редакцией Г.М.Новака. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1982. - 352 с., на стр.54, 55). Два длинных киля, погруженных в воду, способствуют хорошей устойчивости на курсе. К недостаткам конструкции дна применительно к самолетам-амфибиям можно отнести острую форму основания килей, не приспособленную для движения по снегу.
Известны и другие авиационные транспортные средства многоцелевого применения, в том числе самолет-амфибия по патенту РФ №2272752, МПК В64С 35/02 от 2004.09.02 и легкий самолет-амфибия по патенту РФ №92007775, МПК В64С 35/00 от 1992.11.25.
Одной из основных проблем этих самолетов остается недостаточное удобство их хранения и эксплуатации в различных бытовых условиях при отсутствии оборудованных взлетно-посадочных полос.
Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является авиатрансформер по патенту РФ №2139795, МПК B60F 5/02, поданный 10.12.98 г., и содержащий фюзеляж, представляющий собой пилотско-пассажирскую кабину, заднюю винтовую установку, передние и задние колеса шасси, складывающиеся правую и левую плоскости крыла и хвостовую часть, разъемно соединенную с фюзеляжем, с отдельным отсеком для среднего двигателя и задней винтовой установки, с двумя открытыми отсеками для передних и задних колес шасси, выполненных с трансмиссиями и механизмами их уборки и выпуска, с отдельным закрытым от внешней среды носовым отсеком и двумя аэродинамическими обтекаемыми окнами над пилотской кабиной для зеркального наблюдения и контроля за направлением на взлете и при посадке, с двумя изменяющими свой объем воздушными камерами, расположенными в фюзеляже, со взлетно-посадочным устройством, расположенным в передней нижней части фюзеляжа, включающим в себя гидроцилиндр, раму и колесо, прижимающиеся после полета и посадки к днищу фюзеляжа, при этом левая и правая плоскости крыла выполнены с возможностью посекционного складывания с помощью гидравлического устройства, расположенного в секциях каждой плоскости крыла, и снабжены передними и задними подкосами, винтовыми установками и двигателями, расположенными в передней части коренных секций, колесное шасси выполнено с лыжами для движения по снегу и воде, а хвостовая часть выполнена с возможностью складывания для образования наземного транспортного средства.
Основной задачей изобретения является создание удобного в эксплуатации самолета-амфибии с укороченным взлетом и посадкой на снеговую (ледовую), водную, грунтовую поверхность, двухполосную автомобильную дорогу с возможностью трансформации в транспортное средства для передвижения по земле, по воде и по заснеженной поверхности с габаритами микроавтобуса.
Технический результат достигается созданием геометрической формы фюзеляжа; специальной компоновкой агрегатов планера; разработкой конструкций шасси, крыла, крепления мотора и консолей крыла.
Для решения поставленной задачи с достижением указанного результата в известном авиатрансформере, содержащем фюзеляж с фонарем обтекаемой поверхности и нижней частью в виде дна катера с килем, трехколесное убирающееся шасси с управляемым поворотным передним колесом, двухкилевое хвостовое оперение, крепящееся к фюзеляжу консольно на балках, мотор с толкающим винтом, закрепленный на задней стенке фюзеляжа, закрытой обтекателем, верхнее крыло со складывающимися вдоль боковых поверхностей фюзеляжа левой и правой консолями крыла с законцовками в нижней полуплоскости, с центропланом, содержащем парашют и баки для топлива, в отличие от известных конструкций нижняя центральная, носовая и хвостовая части фюзеляжа выполнены в виде аэродинамического крыла малого удлинения с бортами, переходящими в нижней средней части в два параллельных киля дна постоянной ширины с основаниями, находящимися в одной плоскости, при этом консоли крыла в сложенном положении расположены на расстоянии, не препятствующем вращению винта.
Фонарь и примыкающая к нему часть кабины в верхней полуплоскости фюзеляжа могут иметь форму поверхности, задаваемую уравнением
где a, 2b, c - максимальная длина, ширина и высота фонаря вдоль соответствующих осей координат 0≥x≥а, -b≥y≥b, 0≥z≥c; n≥1,5, m≥1,5, k≥1,5 - показатели степени.
Плоскость основания килей дна в задней части фюзеляжа может быть скошена под углом 5-10° относительно плоскости основания килей дна в средней части фюзеляжа.
Законцовки крыла могут быть выполнены под углом 35±5° к вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось самолета, а передняя кромка скошена под углом 50±5° относительно вертикальной линии.
Консоли крыла могут иметь поворачиваемые подкосы изменяемой длины.
Крепление мотора может быть дополнительно снабжено одним или двумя подкосами.
В убранном положении колеса заднего шасси могут быть расположены над палубой под мотором сзади кабины фюзеляжа.
Нижняя точка переднего колеса в верхнем (убранном) положении может совпадать с плоскостью основания килей и в этом положении колесо является поворотным и управляемым.
Балки килей при сложенном положении консолей крыла могут частично вдвигаться внутрь колодцев в хвостовой части фюзеляжа.
Отличительными особенностями заявляемой конструкции являются следующие признаки:
- нижняя центральная, носовая и хвостовая части фюзеляжа выполнены в виде аэродинамического крыла малого удлинения с бортами, переходящими в нижней средней части в два параллельных киля дна постоянной ширины с основаниями, находящимися в одной плоскости;
- консоли крыла в сложенном положении расположены на расстоянии, не препятствующем вращению винта;
- фонарь и примыкающая к нему часть кабины в верхней полуплоскости фюзеляжа могут иметь форму поверхности, задаваемую уравнением
где а, 2b, с - максимальная длина, ширина и высота фонаря вдоль соответствующих осей координат 0≥x≥a, -b≥y≥b, 0≥z≥c; n≥1,5, m≥1,5, k≥1,5 - показатели степени;
- плоскость основания килей дна в задней части фюзеляжа может быть скошена под углом 5-10° относительно плоскости основания килей дна в средней части фюзеляжа;
- законцовки крыла могут быть выполнены под углом 35±5° к вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось самолета, а передняя кромка скошена под углом 50±5° относительно вертикальной линии;
- консоли крыла могут иметь поворачиваемые подкосы изменяемой длины;
- крепление мотора может быть дополнительно снабжено одним или двумя подкосами;
- в убранном положении колеса заднего шасси могут быть расположены над палубой под мотором сзади кабины фюзеляжа;
- нижняя точка переднего колеса в верхнем (убранном) положении может совпадать с плоскостью основания килей и в этом положении колесо является поворотным и управляемым;
- балки килей при сложенном положении консолей крыла могут быть частично вдвинуты внутрь колодцев в хвостовой части фюзеляжа.
Реализация нижней центральной, носовой и хвостовой частей фюзеляжа в форме аэродинамического крыла малого удлинения позволяет на 10-30% увеличить подъемную силу самолета. В связи с этим может быть сокращена площадь крыла и соответственно снижен его размах до 6÷8 м, что способствует снижению массы, силы сопротивления воздуха и позволяет, при необходимости, обеспечить взлет и посадку самолета в габаритах двух полосной автомобильной дороги.
Борта, переходящие в нижней средней части в два параллельных киля дна постоянной ширины с основаниями, находящимися в одной плоскости, с одной стороны, обеспечивают устойчивое движение по воде при взлете и посадке на воду, с другой стороны, эти кили являются лыжами при посадке на снег или лед, с третьей стороны, кили препятствуют перетеканию воздуха с повышенным давлением из под фюзеляжа, увеличивая подъемную силу в полете и усиливая экранный эффект при взлете и посадке.
Движение авиатрансформера со сложенными вдоль фюзеляжа консолями крыла происходит за счет толкающего усилия винта. Консоли крыла в сложенном положении, опираясь на торцы центроплана одним концом и на внешние поверхности килей другим концом, расположены на расстоянии, не препятствующем вращению винта. Консоли крыла в сложенном положении при работающем двигателе защищают окружающих людей при возможном аварийном разрушении лопасти винта.
Предложенное уравнение формы поверхности фонаря и примыкающей к нему части кабины в верхней полуплоскости фюзеляжа в виде
позволяет в широких пределах варьировать как габаритными размерами при помощи параметров a, b, c, так и полнотой профиля, в зависимости от показателей степеней n, m, k, для обеспечения оптимальной компоновки объема кабины и высокого аэродинамического качества фюзеляжа.
Для облегчения отрыва самолета при взлете с воды или со снежной (ледяной) поверхности плоскость основания килей дна в задней части фюзеляжа может быть скошена под углом отрыва от поверхности (5-10°) при взлете относительно плоскости основания килей дна в средней части фюзеляжа. Наличие предложенного скоса килей будет способствовать мягкости посадки в момент касания килями поверхности воды или снега (льда).
Законцовки крыла выполненные под углом 35±5° к вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось самолета с передней кромкой, скошенной под углом 50±5° относительно вертикальной линии, с одной стороны, как поплавки, препятствуют перевороту самолета при больших боковых углах крена на воде, с другой стороны, выполняют функцию концевых аэродинамических поверхностей (крылышки Уиткомба), повышающих аэродинамическое качество крыла, с третьей стороны, наличие скоса передней кромки при движении законцовки в воде или снегу создает вертикальную составляющую силы сопротивления, выталкивающую крыло из воды или снега.
Консоль крыла с поворачиваемым подкосом изменяемой длины позволяет упростить механизмы складывания и установки консолей.
Крепление моторамы мотора дополнительно одним или двумя подкосами к силовым наборам под палубой в кормовой части фюзеляжа позволяет повысить жесткость системы подвески винта.
В полете, при движении по воде или по снегу (льду) шасси находится в убранном положении. В убранном положении колеса заднего шасси могут быть расположены над палубой под мотором сзади кабины фюзеляжа, что позволяет обеспечить удовлетворительное обтекание фюзеляжа и оптимально поместить заднее шасси по отношению к центру масс самолета.
Переднее шасси может быть использовано для управления авиатрансформером при движении по воде и по снежному покрову. Управление движением может осуществляться поворотом переднего колеса в убранном положении. Для этого нижняя точка переднего колеса в верхнем (убранном) положении должна совпадать с плоскостью основания килей и в этом положении переднее колесо является поворотным и управляемым.
Балки килей, вдвинутые внутрь колодцев в хвостовой части фюзеляжа, позволяют уменьшить длину авиатрансформера.
Указанные признаки являются существенными, так как каждый из них направлен на достижение заявленного технического результата в соответствии с поставленной задачей. В технических решениях предшествующего уровня их использования не обнаружено.
Изобретение поясняется фиг.1-6. На фиг.1 в аксонометрической проекции показан авиатрансформер в полетном положении с выпущенными шасси на виде сверху и сбоку. На фиг.2 в аксонометрической проекции показан авиатрансформер в полетном положении с выпущенными шасси на виде снизу и сбоку. На фиг.3, на виде сбоку, показан авиатрансформер с консолями крыла в сложенном положении с убранными шасси для передвижения по воде или по снегу. На фиг.4 показан на виде спереди вариант исполнения законцовки правого крыла. На фиг.5 показан на виде сбоку вариант исполнения законцовки правого крыла. На фиг.6 изображена нижняя часть балки киля, расположенная в колодце задней части фюзеляжа.
Авиатрансформер в состоянии полета с выпущенным шасси (фиг.1) состоит из фюзеляжа 1 с фонарем 2 и нижней частью 3 в виде дна катера; трехколесного шасси 4, 5 с поворотным передним колесом 4; двухкилевого оперения 6 консольно крепящегося к фюзеляжа посредством балок 29 со стабилизатором 7; мотора 8 с толкающим винтом 9, закрепленного на задней стенке фюзеляжа 10, закрытой обтекателем 11; верхнего крыла, состоящего из левой 12 и правой 13 консолей с законцовками 14 и центропланом 15; внутри центроплана с левой и правой сторон 16 располагаются баки с топливом, а по центру 17 - парашют.
На фиг.2 представлена нижняя часть фюзеляжа авиатрансформера 3 с аэродинамической поверхностью крыла малого удлинения 18 в состоянии полета с выпущенным трехколесным шасси 4 и 5, двухкилевым оперением 6, крепящимся на балках 29 со стабилизатором 7, консолями крыла 12 и 13 с законцовками 14 и центропланом 15. В нижней средней части фюзеляжа расположены два параллельных киля дна 19 с основаниями 20, находящимися в одной плоскости. Плоскость основания килей в задней части фюзеляжа 21 может быть скошена относительно плоскости основания килей 19 под углом 5÷10°.
На фиг.3, на виде сбоку, показан авиатрансформер с консолями крыла 12 и 13 в сложенном положении с убранными шасси для передвижения по воде или по снегу. Консоли расположены на расстоянии, не препятствующем вращению винта 9 с балками крепления килей 29. Колеса заднего шасси в убранном положении могут располагаться над палубой 22 под мотором 8 позади задней стенки фюзеляжа 10. Переднее колесо шасси 4 в убранном положении может быть поворотным и управляемым и нижняя точка колеса 23 при этом совпадает с плоскостью основания килей 24.
На фиг.4 показан вид спереди возможного исполнения законцовки 25 на примере правого крыла 13, выполненной под углом 35±5° к вертикальной плоскости 26, параллельной вертикальной плоскости, проходящей через продольную ось самолета.
На фиг.5 показан вид сбоку исполнения законцовки 25 (фиг.4) с передней кромкой 27, скошенной под углом 50±5° относительно вертикальной линии 28.
На фиг.6 показана балка одного из килей 30, частично вдвинутая внутрь колодца 31 под палубой 22 в хвостовой части фюзеляжа 33.
Авиатрансформер в качестве самолета эксплуатируется следующим образом. При взлетах и посадках с грунтового покрытия шасси 4 и 5 находится в выпущенном состоянии и убирается в полете. При взлетах и посадках с поверхности воды или снега шасси 4 и 5 находятся в убранном положении. В зависимости от условий взлета и посадки возможен, например, взлет с убранным шасси, а посадка с выпущенным шасси и наоборот.
В качестве катера или аэросаней авиатрансформер эксплуатируется следующим образом. Шасси 4 и 5 находятся в убранном положении. Консоли 12 и 13 крыла находятся в сложенном вдоль фюзеляжа положении и зафиксированы от смещений одним концом на торцах центроплана 15, а другим концом на килях 6. Движущей силой авиатрансформера является тяга вращающегося винта 9. Управление направлением движения может производиться поворотом переднего колеса шасси 4.
В качестве автомобиля авиатрансформер эксплуатируется аналогично катеру или аэросаням, только с выпущенным шасси 4 и 5.
Корпусные детали планера предлагаемого авиатрансформера могут иметь трехслойную конструкцию с обшивками из тканного стекло- или углепластика с заполнителем из пено- или сотопласта и изготавливаться методом выкладки в форму с последующим вакуумированием и термообработкой. В качестве двигателя может использоваться Rotax-912/914. Авионику, колеса шасси, винт и парашют предлагается использовать покупные, известной и проверенной конструкции. Геометрия, толщины, материалы деталей планера и соединений определяются специальными расчетами и должны соответствовать требованиям Норм летной годности.