ЭКРАНОПЛАН

Полезная модель относится к судостроению, а именно к экранопланам, летящим на динамической воздушной подушке.
Наиболее грузоподъемные экранопланы разработаны в свое время в КБ Алексеева Р.Е., но они требуют для перехода из режима плавания в режим полета над экраном (водой) значительных избыточных мощностей воздушных двигателей и высокой квалификации пилотов, обеспечивающих заданную высоту полета экраноплана над водой, надежную и безопасную устойчивость по тангажу и разворота по курсу.
Известны попытки облегчить управление экранопланом в различных стадиях движения (разгон, полет над водой и снова переход к глиссирующему и водоизмещающему режиму), например, через постоянную связь с водой вспомогательных поплавков.
Техническое решение по патенту RU №2474515 кл. B60V1/08 оказалось слишком сложным и малоэффективным по конструкции.
Не имела успеха и попытка управления через моторный вариант воздушного змея по патенту RU 2299822 кл. B60V 1/08.
По патенту SU №1763291А1 кл. В64С 39/00 была предложена глиссирующая пластина, расположенная под центром тяжести экраноплана. Этот вариант требовал идеальных условий по погоде и по этой причине оказался неприемлемым на практике.
По патенту RU №2140370 кл. B60V 1/08 задача надежной управляемости на всех стадиях движения (и маневрирования) экраноплана решалась за счет применения выносной мотогондолы и подводных антикрыльев, но при этом на высоких скоростях полета (100-300 км/ч) вибрационные нагрузки и исходный угол атаки крыла до 30 градусов мешали на этой стадии преодолевать «горб» сопротивления из-за срыва потока на крыле.
У известных названных экранопланов управляемость по курсу неудовлетворительна, так как они вынуждены осуществлять поворот практически без крена («блинчиком»), что приводит к неприемлемо большому радиусу поворота при эксплуатации таких экранопланов на малых и средних реках.
За ближайший аналог предлагаемому экраноплану выбрано техническое решение по патенту RU №2561530.
При движении экраноплана, выполненного по указанному патенту, могут возникнуть дестабилизирующие моменты из-за изменения высоты полета, отклонений по центровке, неровности экрана (волн), порывы ветра и т.д. Для гарантированной стабилизации по тангажу поплавки должны прижиматься к экрану с усилием 5-10% от веса экраноплана, что на скоростях околоэкранного полета приводит к существенному гидродинамическому сопротивлению. Кроме этого, увеличение высоты полета приводит к уменьшению стабилизирующего момента из-за большого отклонения штанг от горизонтали, приводящего к уменьшению расстояния между центром тяжести экраноплана и центром давления опорного поплавка, что при сложении неблагоприятных факторов может снизить надежность стабилизации.
Конструктивное решение экраноплана по патенту RU №2561530 обеспечивает легкость управления для пилота на всех режимах движения, в том числе при энергичном маневрировании.
Однако при движении экраноплана, оснащенного опорными поплавками, возникают дестабилизирующие моменты из-за изменения высоты полета, отклонений по центровке, неровности экрана (волн), порывы ветра и т.д. Для надежной стабилизации по тангажу поплавки должны обладать балластным весом 5-10% от веса экраноплана, что на скоростях околоэкранного полета приводит к существенному гидродинамическому сопротивлению. Кроме этого, увеличение высоты экрана приводит к уменьшению стабилизирующего момента из-за большого отклонения штанг от горизонтали, приводящего к уменьшению расстояния между центром тяжести экраноплана и центром давления опорных поплавков, что при сложении неблагоприятных факторов может снизить надежность стабилизации.
Целью предлагаемой полезной модели является устранение вышеперечисленных недостатков экранопланов, оснащенных опорными управляющими поплавками, обеспечение автоматического поддержания высоты полета экраноплана над экраном.
Поставленная цель достигается тем, что предлагаемый экраноплан выполнен в виде водонепроницаемого крыла-корпуса, вмещающего отсеки для пилота с системой управления, для пассажиров, для топлива, по бокам которого смонтированы торцевые аэродинамические шайбы, переходящие в кормовой части в воздушные кили с расположенными между ними силовым агрегатом с воздушным винтом, а с нижней стороны крыла-корпуса выполнены продольные каналы глубиной не более 10% его модифицированного профиля; эти каналы обрамлены гидродинамическими шайбами, а также к носовой части крыла-корпуса по его бокам шарнирно присоединены две штанги, к которым также шарнирно присоединены два опорных поплавка, управляемых по тангажу и курсу синхронно путем их поворота вокруг вертикальных осей и в горизонтальной плоскости, причем поплавки расположены впереди центра тяжести крыла-корпуса не менее, чем на 5% его хорды, и отличается тем, что в системе управления опорными поплавками штанги выполнены в виде параллелограммных механизмов, перемещающихся в вертикальных плоскостях, шарнирно связанных с носовой частью экраноплана и через амортизаторы (являющиеся короткой вертикальной стороной параллелограмма) - с опорными поплавками, а к верхней части амортизаторов шарнирно прикреплено стабилизирующее воздушное крыло, которое своей передней частью шарнирно соединено через тяги с опорными поплавками, причем передняя и задняя части стабилизирующего воздушного крыла разделены в пропорции 30% и 70% (плюс/минус 5%) хорды его профиля.
Предлагаемый экраноплан, а именно конструкция системы управления его поплавками по тангажу представлен на чертеже, где на фиг. 1 показан вид сверху, а на фиг. 2 вид сбоку названной конструкции.
Экраноплан состоит из корпуса 1 (на чертеже показан фрагмент носовой части), штанг 2, представляющих собой параллелограммные механизмы, обеспечивающие перемещение узлов и деталей, смонтированных на них, в строго вертикальном положении, опорных поплавков (ОП) 3, стабилизирующего воздушного крыла (СВК) 4, амортизаторов 5, упругих тяг 6, шарниров параллелограммных механизмов 7.
Предлагаемая конструкция позволяет осуществлять надежную автоматическую стабилизацию экраноплана по тангажу с минимальным опорным воздействием на экран за счет перенесения основного стабилизирующего воздействия с ОП 3 на СВК 4.
Предлагаемый экраноплан функционирует следующим образом: в начале разгона экраноплан 1 движется в водоизмещающем, а затем в глиссирующем, режимах, при этом штанги 2, с размещенными на них ОП 3 и СВК 4, находятся в положении, близком к горизонтальному, благодаря подъемной силе от водоизмещения ОП 3, которые занимая крайнее верхнее положение (позиция А), через упругие тяги 6 поднимают носок СВК 4 на угол атаки, соответствующей максимальному коэффициенту подъемной силы (Сушах). На расстоянии 30% (плюс/минус 5%) от носка по хорде профиля СВК 4 шарнирно прикреплен к верхним частям амортизаторов 5, которые в свою очередь шарнирами 7 прикреплены к штангам 2, воспринимающим усилия от ОП 3 и СВК 4. При достижении значительной скорости и существенного увеличения аэродинамической подъемной силы (выход экраноплана в режим полета и крейсерский полет), СВК 4 принимает на себя основную нагрузку, разгружая ОП 3, которые под действием амортизаторов 5 и собственного веса выходят из крайнего верхнего положения и через тяги 6 опускают носок СВК 4, уменьшая угол атаки, а следовательно, и подъемную силу СВК 4, до наступления силового равновесия между СВК 4 и ОП 3. Аналогичным образом эта система работает при встрече с фронтом волны или при нисходящем порыве ветра в крейсерском режиме полета над экраном.
При тенденции к кабрированию нагрузка на ОП 3 уменьшается и он, опускаясь вниз, через упругие тяги 6 опускает носок СВК 4, уменьшая угол атаки, тем самым уменьшая подъемную силу СВК 4 вплоть до смены ее вектора (позиция Б).
В крейсерском околоэкранном полете СВК 4 создает основное стабилизирующее усилие, а ОП 3 работает в большей мере как датчик управления СВК 4, автоматически парируя отклонения по тангажу, тем самым обеспечивая устойчивый экономичный режим движения на оптимальной высоте без вмешательства пилота.
При движении экраноплана 1 в режиме полета ОП 3 работают в трех режимах:
- глиссирующем - в постоянном контакте с водой своей нижней частью;
- рикошетирующем - в ударном контакте с гребнями волн;
- погруженном в водную среду - при прохождении высоких и крутых волн. Для этого ОП 3 выполнен как фрагмент подводного крыла, что существенно увеличивает его подъемную силу в водной среде. Сложение подъемных сил в этом режиме ОП 3 и СКВ 4 позволяет энергично и плавно проходить достаточно большие волны без контакта с ними экранопланом 1. Возникающие на всех режимах движения вибрационные и ударные нагрузки смягчаются амортизаторами 5 и упругой деформацией штанг 2.