Самолет вертикального взлета и посадки (СВВП)
VERTICAL TAKE-OFF AND LANDING AIRCRAFT (VTOL)

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к летательным аппаратам, и может быть использовано в качестве мобильного летательного аппарата типа истребитель вертикального взлета и посадки безаэродромного базирования.
Из уровня техники известны несколько типов самолетов вертикального взлета и посадки, например производства Великобритании "Харриер" (Ф.П.Курочкин. Проектирование и конструирование самолетов, вертикального взлета и посадки/ Москва: Машиностроение, 1977 г.) и США АВ-8В, а также производства СССР самолеты Як-38 и экспериментальный самолет Як-141.
Известен способ создания вертикальной тяги для самолета "Харриер", при котором с помощью задних поворотных сопел поворачивается выхлопная струя подъемно-маршевого двигателя, а часть воздуха от компрессора подается в передние поворотные сопла, которые уравновешивают вертикальную тягу выхлопа двигателя. При этом управление и балансировка самолета выполняется с помощью струйной системы управления, состоящей из сопел малой тяги, разнесенных по оконечностям крыла и фюзеляжа. Струйная система управления использует сжатый воздух от компрессора двигателя.
Недостатком такого способа создания вертикальной тяги является то, что при отказе двигателя у самолета пропадает не только возможность поддержания безопасной вертикальной скорости снижения, но и сама способность сохранять пространственную ориентацию и тем более управлять угловыми координатами самолета.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является самолет Як-38. Этот самолет принят за прототип. Самолет вертикального взлета и посадки имеет подъемно-маршевый двигатель в хвостовой части фюзеляжа, у которого с помощью задних поворотных сопел поворачивается выхлопная струя, а уравновешивающая вертикальная тяга обеспечивается с помощью двух дополнительных двигателей, установленных вертикально в передней части фюзеляжа. При этом управление и балансировка самолета выполняются с помощью струйной системы управления, состоящей из сопел малой тяги, разнесенных по оконечностям крыла и фюзеляжа. Струйная система управления использует сжатый воздух от компрессора маршевого двигателя.
Недостатком такого способа создания вертикальной тяги является то, что при отказе маршевого двигателя у самолета пропадает не только возможность поддержания безопасной вертикальной скорости снижения, но и сама способность сохранять пространственную ориентацию и тем более управлять угловыми координатами самолета, а при отказе одного из передних двигателей необходимо синхронно уменьшить тягу маршевого двигателя, но при задросселированном маршевом двигателе возникает опасность того, что струйная система управления не получит необходимого расхода и давления сжатого воздуха, а значит также возникнут проблемы с балансировкой и управлением на вертикальном участке траектории снижения или взлета.
Технической задачей изобретения является обеспечение балансировки и управления самолетом на этапе вертикального подъема или снижения, а также сохранение безопасной вертикальной скорости снижения при отказе подъемно-маршевого двигателя или при отказе одного из дополнительных двигателей.
Поставленная задача решается следующим образом: самолет вертикального взлета и посадки, имеющий крыло, фюзеляж, подъемно-маршевый двигатель, оснащенный поворотными соплами, отличается тем, что фюзеляж выполнен в виде двухбалочной конструкции, в которой установлены два подъемно-маршевых двигателя, а в передней части фюзеляжа установлены дополнительные двигатели соосно напротив друг друга и перпендикулярно плоскости симметрии самолета, выхлопные сопла двигателей снабжены поворотными соплами, при этом поворотные сопла используются для управления самолетом на режимах вертикального взлета и посадки.
Поставленная задача решается следующим образом: самолет вертикального взлета и посадки отличается тем, что перед кабиной экипажа в плоскости симметрии максимально близко к центру тяжести самолета установлен наклонно дополнительный подъемный двигатель с поворотным соплом известной конструкции.
На фиг. 1 изображено положение поворотных сопел на траектории вертикального подъема или снижения.
На фиг. 2 изображено положение поворотных сопел на траектории горизонтального полета.
На фиг. 3 изображено положение двигателей, выхлопных труб, а также поворотных сопел дополнительных двигателей (обшивка головной части фюзеляжа условно не показана).
На фиг. 4 изображен прототип Як-38
Сущность изобретения заключается в том, что на СВВП установлены два подъемно-маршевых двигателя 4 (фиг. 3) по бортам кабины экипажа, выхлопные трубы 5 (фиг. 3) изогнуты, сведены к плоскости симметрии фюзеляжа и заканчиваются поворотными сопловыми насадками 2 (фиг. 1 и фиг. 2) известной конструкции. Дополнительные подъемные двигатели 3 (фиг. 3) установлены соосно напротив друг друга в передней части фюзеляжа, снабжены изогнутыми и поворотными насадками 1 (фиг. 1 и фиг. 2) и разнесены на необходимое расстояние, при котором обеспечивается вход воздуха в компрессор. Специальная струйная система управления для режимов вертикального подъема или спуска не применена. Размещение двигателей и поворотных сопловых насадков по углам треугольника на виде в плане позволяет использовать изменение величины или направления вектора тяги для пространственной ориентации СВВП, согласованное пропорциональное отклонение вектора тяги двигателей от вертикали позволяют использовать горизонтальную составляющую тяги для разгона или торможения СВВП, а взлет с разбегом при отклоненных вниз соплах позволяет использовать часть тяги двигателей для создания подъемной силы.
Конструкция работает следующим образом: для вертикально взлета с места сопловые насадки 1 и 2 (фиг. 1) переводятся в вертикальное положение, двигатели выводятся на режим максимальной тяги, при выходе двигателей на максимальную тягу начинается вертикальный подъем. Для управления по тангажу сопла дополнительных двигателей перейдут на меньший угол отклонения, тем самым уменьшится вертикальная составляющая тяги; для управления по крену необходимо уменьшить угол отклонения одного дополнительного двигателя, правого или левого; для управления по углу рысканья необходимо отклонить сопла дополнительных двигателей на углы в разные стороны от вертикали и т.д. После набора необходимой высоты сопла двигателей синхронно переводятся в горизонтальное положение, по мере набора скорости меняется соотношение аэродинамической подъемной силы крыла и вертикальной составляющей тяги двигателей. Как только будет достигнута скорость, при которой подъемная сила крыла станет равной весу самолета, сопла 1 и 2 перейдут в горизонтальное положение (фиг. 2). Отклонения сопел дополнительных двигателей в горизонтальном полете может быть использовано в качестве резервного канала управления по крену.
Техническими результатами предлагаемого технического решения являются:
- увеличение безопасности полета СВВП вследствие введения парных групп двигателей, при этом падение тяги при отказе одного двигателя на вертикальном режиме полета не превысит 50% от максимального значения, при отказе подъемно-маршевого двигателя в горизонтальном полете СВВП может продолжить полет только с меньшей скоростью и на меньшей высоте, посадка в этом случае выполняется по-самолетному с пробегом по ВПП.
- упрощение конструкции и снижение веса за счет отказа от струйной системы управления.
- дополнительная защита экипажа за счет размещения двигателей и их систем выхлопа вокруг кабины в непосредственной близости.
Изобретение позволяет повысить безопасность эксплуатации СВВП, снизить себестоимость производства и уменьшить вес конструкции.