ВОДОЗАБОРНОЕ УСТРОЙСТВО ГИДРОСАМОЛЕТА
WATER-BASED AIRCRAFT WATER INTAKE DEVICE

Предлагаемое изобретение относится к авиационной технике, а именно к системе забора воды противопожарным гидросамолетом на глиссировании.
Известно «Устройство для заполнения водой бака и сброса воды на гидросамолете» (Авторское свидетельство SU №1064598, МПК B64D 1/02). Водозаборники расположены на глиссирующей части днища гидросамолета симметрично диаметральной плоскости самолета и шарнирно закреплены на створках бака, содержат расширяющиеся от входа к выходу несколько водоводов, а в конце водоводов установлены направляющие решетки. Водозаборники управляются гидроцилиндрами, которые устанавливают их в открытое или закрытое положение, вращая вокруг оси.
Недостатком данной конструкции являются выступающие на днище, с наружной стороны, водозаборники, на которые при заборе воды действуют значительные гидродинамические нагрузки.
Известен двухпоплавковый гидросамолет (Патент США №5.967.462, МПК B64D 001/00, МПК B64C 35/00), имеющий в каждом поплавке бак для воды и водозаборное устройство. Водозаборное устройство содержит совковые заборники, закрепленные шарнирно на оси. Управляемые гидроцилиндры поворачивают заборники из убранного положения в поплавке в положение для забора воды, т.е. опускают в воду.
Поступление воды в баки на каждом поплавке обеспечивается каналом или желобом. Нижний конец канала снабжен входным отверстием, которое соединено с заборником.
Недостатком данной конструкции являются выступающие в воду при заборе воды водозаборники. На заборник и на шарнирные соединения механизма управления заборниками действуют значительные гидродинамические нагрузки.
Наиболее близким к заявляемому устройству, выбранным за прототип, является водозаборное устройство струйного типа на противопожарном гидросамолете при наборе воды на глиссировании (Дурицын Ю.Г., Соколянский В.П. «Струйные водозаборные устройства и система специального пожарного оборудования в гидроавиации», Сборник докладов III научной конференции «Гидроавиасалон-2000», стр. 112, издательство ЦАГИ, 2000. Копия прилагается).
Конструкция водозаборного устройства содержит ковши, расположенные на небольшом расстоянии за главным реданом лодки в области выглаженного реданом следа, ниже днища носовой части лодки. Между ковшом и водоводом имеется "воздушный" зазор. На выходе водовод соединен с емкостью для воды.
Ковши в данной конструкции водозаборного устройства выполняют роль дефлекторов, изменяя направление потока воды, направляя его на вход водовода.
Скорость самолета при заборе воды на глиссировании 170-210 км/ч (относительно воды). При глиссировании самолета, например, со скоростью 50 м/с (180 км/ч), с выпущенными ковшами водозаборников, на выступающие ниже редана части ковшей будет действовать скоростной напор воды:
.
где q - скоростной напор воды;
2
4
ρ=102 кГ⋅с/м - плотность воды;
c
v=50 м/с - скорость самолета.
Скорость воды в водоводе в данной конструкции создается подпором воды, который, в свою очередь, зависит от скоростного напора перед ковшом водозаборника, создаваемого скоростью самолета. За ковшом водозаборника поток воды разделяется на два потока. Один поток - на вход в водовод, второй - на "воздушный" зазор. Расход воды в этих потоках будет обратно пропорционален гидродинамическому сопротивлению водовода и "воздушного" зазора.
Недостатками данной конструкции являются:
- наличие "воздушного" зазора - неоправданная потеря объема воды, проходящей через "воздушный" зазор;
- выступающие ниже редана ковши водозаборного устройства, шарнирные соединения ковшей и механизмы управления ими имеют значительные нагрузки от силы скоростного напора воды.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик путем повышения интенсивности забора воды на глиссировании, повышение надежности, упрощение конструкции и снижение ее веса.
Технический результат достигается тем, что водозаборное устройство гидросамолета содержит водозаборники, установленные за главным реданом и соединенные с баками посредством водоводов. За главным реданом установлен накладной редан с выполненными в нем желобами, в которых размещены заслонки, шарнирно соединенные с механизмами управления заслонками. Входы водозаборников установлены за накладным реданом неподвижно на уровне или выше главного редана и неподвижно соединены с желобами, а выходы неподвижно соединены с водоводами.
Использование накладного редана позволяет разместить в нем желоба, упрощает ремонт и обслуживание. Накладной редан может быть выполнен съемным, если гидросамолет используется, например, для спасательных операций на море.
Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с выявленными аналогами подтверждает, что предложенное водозаборное устройство гидросамолета для забора воды на глиссировании и наполнения водой баков гидросамолета новое. Вся совокупность признаков изобретения не следует для специалистов явным образом из известного уровня техники, поэтому заявленная система отвечает критерию изобретательного уровня. Изобретение промышленно применимо и позволяет достигнуть технический результат.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где:
На фиг. 1 - представлен общий вид гидросамолета;
На фиг. 2 - представлен вид на накладной редан;
На фиг. 3 - представлен вид на водозаборное устройство, установленное на накладном редане (заслонки условно показаны в разных положениях, закрытом и открытом);
На фиг. 4 - представлен вид на водозаборное устройство (показано открытое положение заслонки);
На фиг. 5 - представлен вид на водозаборное устройство (показано закрытое положение заслонки);
На фиг. 6 - показана схема технологического членения элементов водозаборного устройства;
На фиг. 7 - представлен вид на водозаборное устройство, установленное на стреловидном главном редане без накладного редана.
Водозаборное устройство гидросамолета 1 для заполнения водой баков 2 гидросамолета 1 на глиссировании содержит водозаборники 3, соединенные с баками 2 для воды посредством водоводов 4. Гидросамолет 1 снабжен накладным реданом 5, установленным за главным реданом 6. В накладном редане 5 выполнены желоба 7, в которых размещены заслонки 8, шарнирно соединенные с механизмами управления заслонками 9. Входы водозаборников 3 расположены за накладным реданом 5 неподвижно на уровне или выше главного редана 6 и неподвижно соединены с желобами 7, а выходы неподвижно соединены с водоводами 4.
В работе водозаборного устройства используется "эффект Коанда" - прилипание жидкости (газа) при соприкосновении ее с движущейся поверхностью. В данном случае имеется настилающая струя - струя воды, полуограниченная с трех сторон желобом 7, которая подходит по желобу 7 к входу в водозаборник 3 и создает на входе водозаборника 3 скоростной напор воды.
Работа устройства происходит следующим образом.
При глиссировании гидросамолета 1, до начала забора воды, заслонка 8 закрыта, находится в нижнем положении (фиг. 5). Нижняя поверхность заслонки 8 расположена заподлицо с днищем лодки. Вода обтекает днище носовой части лодки, доходит до накладного редана 5 и за накладным реданом 5 образуются вихри, что позволяет гидросамолету 1 (судам) выйти на глиссирование и глиссировать. В данном случае происходит борьба с "эффектом Коанда".
Для забора воды заслонка 8 вращается вокруг своей оси механизмом управления заслонки 9 (например, гидроцилиндром), чем переводится в верхнее положение (фиг. 4). В открытом положении заслонка 8 создает плавный переход от поверхности днища носовой части лодки гидросамолета 1 к желобу 7. Поток воды, обтекая заслонку 8, по желобу 7 попадает в водозаборник 3, а затем по водоводу 4 в бак 2 для воды.
После того, как будет набран заданный объем воды, механизм управления заслонки 9 переводит заслонку 8 в нижнее положение, заподлицо с днищем лодки (фиг. 5), забор воды прекращается.
Предлагаемое водозаборное устройство гидросамолета для забора воды позволяет:
- исключить гидродинамическое сопротивление водозаборников, т.к. они расположены выше или на уровне редана;
- водозаборники закрепить неподвижно, что исключает механизмы управления ими и нагрузки на эти механизмы от сил скоростного напора воды.
На заслонку действуют гидродинамические нагрузки такие же, как и на днище лодки в районе главного редана.
Предлагаемое водозаборное устройство может быть использовано и на стреловидном редане, без накладного редана (фиг. 7).