ЭКРАНОПЛАН
HOVERCRAFT

Изобретение относится к летательным аппаратам, использующим при полете динамическую воздушную подушку, а именно к экранопланам и их взлетно-посадочным устройствам.
Известны экранопланы, выполненные по схеме составное крыло, использующие в качестве взлетно-посадочного устройства поддув воздушными струями под крыло.
В патенте РФ №2099217 на изобретение «Экранолет, его взлетно-посадочное устройство и привод складывания крыла», МПК B60V 1/08, В64С 39/00, В64С 25/54, В64С 3/56, дата публикации 20.12.1997, [1], представлен экраноплан, содержащий фюзеляж, центроплан с консолями, вертикальное и горизонтальное оперение, силовую установку, взлетно-посадочное устройство, при этом центроплан выполнен с отрицательным поперечным углом установки и с обратной стреловидностью по задней кромке, центроплан оснащен механизацией передней кромки, по концам центроплана установлены поплавки, консоли соединены с центропланом со стороны его задней кромки и установлены под положительным поперечным углом, силовая установка содержит по меньшей мере один двигатель, кинематически связанный с валом соответствующего воздушного движителя, взлетно-посадочное устройство содержит поплавки, соединенные с центропланом, и пилон, установленный на фюзеляже перед передней кромкой центроплана, на пилоне размещен, по меньшей мере, один воздушный винт. Согласно изобретению [1] воздушный винт расположен в кольце и соединен с установленным в центроплане двигателем посредством валопровода. Воздушный винт в кольце расположен близко к передней кромке центроплана, а диаметр струи за воздушным винтом в кольце, в отличие от струи за воздушным винтом без кольца, практически не меняется. В результате под центроплан попадает только незначительная часть струи, что приводит к существенному уменьшению подъемной силы, возникающей при поддуве, которая пропорциональна импульсу струи, попадающему под центроплан. Это является недостатком известного экраноплана [1].
В патенте РФ №2286268 на изобретение «Экраноплан», МПК B60V 1/08, дата публикации 27.10.2006 г., [2], представлен экраноплан, содержащий фюзеляж, центроплан с консолями, вертикальное и горизонтальное оперение, силовую установку, взлетно-посадочное устройство, при этом центроплан выполнен с отрицательным поперечным углом установки и с обратной стреловидностью по задней кромке, оснащен механизацией передней кромки, выполненной в виде канала в носовой части со створками для перекрытия входа и выхода канала, причем в любом продольном сечении носка центроплана кромки канала на верхней поверхности расположены ближе к носку, чем соответствующие кромки канала на нижней поверхности центроплана, с образованием предкрылка при взлетной конфигурации центроплана, по концам центроплана установлены поплавки, консоли соединены с центропланом со стороны его задней кромки и установлены под положительным поперечным углом, силовая установка содержит по меньшей мере один двигатель, кинематически связанный с валом соответствующего воздушного винта, взлетно-посадочное устройство содержит поплавки, соединенные с центропланом, пилон, установленный на фюзеляже перед передней кромкой центроплана, с размещенном на пилоне, по меньшей мере, одним воздушным винтом, оснащенном средством отклонения струи газа относительно центроплана. Представленная совокупность признаков обеспечивает значительно большую часть, направляемую на поддув струи, по сравнению с изобретением [1] при равном диаметре воздушных винтов и их тяге за счет наличия механизации передней кромки и уменьшения диаметра воздушной струи за воздушным винтом и большую эффективность поддува. Однако в изобретении [2] отсутствуют сведения о параметрах поплавков.
Изобретение [2] принято в качестве наиболее близкого аналога.
Решаемой в изобретении задачей является улучшение взлетных характеристик экраноплана. Достигаемый технический результат - уменьшение скорости выхода поплавков из воды и уменьшение взлетной дистанции.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Экраноплан, как и в наиболее близком аналоге [2], содержит фюзеляж, центроплан с консолями, вертикальное и горизонтальное оперение, силовую установку, взлетно-посадочное устройство, при этом центроплан выполнен с отрицательным поперечным углом установки и с обратной стреловидностью по задней кромке, оснащен механизацией передней кромки, выполненной в виде канала в носовой части со створками для перекрытия входа и выхода канала, причем в любом продольном сечении кромки канала на верхней поверхности расположены ближе к носку центроплана, чем соответствующие кромки канала на нижней поверхности центроплана, с образованием предкрылка при взлетной конфигурации центроплана, по концам центроплана установлены поплавки, консоли соединены с центропланом со стороны его задней кромки и установлены под положительным поперечным углом, силовая установка содержит, по меньшей мере, один двигатель и один воздушный движитель, кинематически связанный с соответствующим двигателем, взлетно-посадочное устройство содержит поплавки, соединенные с центропланом, пилон, установленный на фюзеляже перед передней кромкой центроплана, с размещенным на пилоне, по меньшей мере, одним воздушным винтом, оснащенном средством отклонения струи газа относительно центроплана, но в отличие от наиболее близкого аналога [2], фюзеляжа оснащен реданом, расположенным между кормой фюзеляжа и задней кромкой центроплана, поплавки выполнены, по меньшей мере, с одним боковым реданом, при этом нагрузка на ширину поплавков на первом редане, равная отношению взлетного веса к произведению количества поплавков, ускорения свободного падения, плотности воды и ширины поплавка в третьей степени, не превышает 7.
Экраноплан характеризуется тем, что, пилон с установленным на нем, по меньшей мере, одним воздушным винтом, оснащен механизмом его поворота в вертикальной плоскости.
Экраноплан характеризуется тем, что, по меньшей мере, один воздушный винт совмещен с двигателем.
Экраноплан характеризуется тем, что при взлетной конфигурации центроплана предкрылок механизации передней кромки образован путем перемещения, по меньшей мере, одной из панелей верхней створки.
Экраноплан характеризуется тем, что, по меньшей мере, одна из панелей нижней створки соединена с задней кромкой канала на нижней поверхности центроплана с возможностью ее фиксации, и/или демпфирования, или свободного перемещения относительно центроплана.
Экраноплан характеризуется тем, что предкрылок выполнен с возможностью перемещения вместе с отклоненными панелями верхней и нижней створок.
Экраноплан характеризуется тем, что механизация задней кромки центроплана выполнена в виде щитка или закрылка.
При этом закрылок выполнен двухзвеньевым, причем второе звено выполнено с возможностью перемещения вверх и вниз относительно первого звена.
Экраноплан характеризуется тем, что механизация задней кромки центроплана разделена по размаху на секции, каждая из которых оснащена собственным приводом перемещения.
Экраноплан характеризуется тем, что приводы перемещения, по меньшей мере, одного из звеньев механизации задней кромки центроплана выполнены с возможностью демпфирования.
Экраноплан характеризуется тем, что он оснащен, по меньшей мере, одним передним щитком, размещенным между панелями нижних створок механизации передней кромки центроплана.
Экраноплан характеризуется тем, что он оснащен, по меньшей мере, одним задним щитком, размещенным между секциями механизации задней кромки центроплана.
Экраноплан характеризуется тем, что консоли оснащены механизацией передней и/или задней кромки.
Экраноплан характеризуется тем, что, по меньшей мере, одна из секций механизации каждой консоли выполнена в виде зависающего элерона.
Экраноплан характеризуется тем, что поплавки оснащены плоскими полозами.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг.1 показан экраноплан при виде в плане.
На фиг.2 показан экраноплан при виде сбоку.
На фиг.3 показан экраноплан при виде спереди.
На фиг.4 показан разрез А-А на фиг.1.
На фиг.5 показан разрез Б-Б на фиг.1.
На фиг.6 показан разрез В-В на фиг.1.
На фиг.7. показан разрез Г-Г на фиг.1.
На фиг.8. показан разрез Д-Д на фиг.1.
На фиг.9 показан разрез Е-Е на фиг.1.
На фиг.10 показан разрез 3-3 на фиг.2.
На фиг.11 показан график зависимости расстояния полоза поплавков относительно поверхности воды, а также располагаемая тяга в зависимости от нагрузки на ширину поплавка экраноплана.
Экраноплан устроен следующим образом.
Экраноплан (фиг.1, 2, 3) содержит фюзеляж 1, составное крыло, состоящее из центроплана 2 и консолей 3, горизонтальное 4 и вертикальное 5 оперение, поплавки 6, по меньшей мере, один двигатель 7, соединенный с воздушным движителем, выполненным, например, в виде воздушного винта 8 и расположенный перед центропланом 2. В качестве двигателя 7 целесообразно использовать авиационные поршневой, турбовинтовой и другие двигатели. На легких экранопланах в качестве двигателя 7 может использоваться автомобильный двигатель.
Центроплан 2 выполнен с обратной стреловидностью по задней кромке и с отрицательным поперечным углом установки (поперечным «V»). Консоли 3 оснащены элеронами 9, а также механизацией передней и/или задней кромок. В предпочтительном варианте выполнения фюзеляж 1 не выходит за теоретические обводы нижней поверхности профиля центроплана 2. Горизонтальное оперение 4 целесообразно устанавливать выше центроплана 2, например, на вертикальном оперении 5. Вертикальное оперение 5 может выполняться однокилевым или двух- и более килевым. При двухкилевом вертикальном оперении 5 фюзеляж 1 в средней и кормовой частях выполнен с сохранением постоянной ширины.
Для снижения скорости отрыва от поверхности и скорости посадки экраноплана центроплан 2 оснащен механизацией задней и/или передней кромки (фиг.4…7).
Механизация передней кромки центроплана 2 выполнена в виде канала 10 щелевого предкрылка в передней части центроплана 2 со створками, причем в любом продольном сечении носка 11 центроплана 2 передняя 12 и задняя 13 кромки канала 10 на верхней поверхности расположены ближе к носку 11 центроплана, чем соответствующие передняя 14 и задняя 15 кромки кромки канала 10 на нижней поверхности. Вход и выход канала 10, расположенные соответственно на верхней и нижней поверхности центроплана 2, перекрываются соответственно створками 16 и 17, выполненными в виде панелей (на фигурах не обозначено) с приводом их перемещения, с образованием щелевого предкрылка 18 при взлетной конфигурации, когда вход и выход канала 10 открыты (сплошные линии на фиг.4). В крейсерской конфигурации вход и выход канала 10 закрыты створками 16 и 17 (штрихпунктирные линии на фиг.4).
Предкрылок 18 может выполняться как элемент конструкции центроплана 2 с замкнутым профилем. В этом случае панели створок 16 имеют вид жалюзи с приводом их перемещения (на фигурах не показаны). Однако наиболее целесообразно формировать предкрылок 18 в рабочей конфигурации путем перемещения посредством привода 19, например гидроцилиндра, электромеханизма и т.п., по меньшей мере, одной из панелей верхней створки 16, и отклонением нижней створки 17. При этом, по меньшей мере одна панель нижней створки 17 соединена с передней кромкой 14 канала 10 на нижней поверхности центроплана 2 и оснащена приводом 20 перемещения панели створки 17 с возможностью фиксации ее положения относительно указанной кромки 14, а также ее демпфирования или свободного перемещения относительно предкрылка 18. Также возможен вариант выполнения нижней створки 17, при котором, по меньшей мере, одна ее панель (на фигурах не обозначена) соединена с задней кромкой 15 канала 10 на нижней поверхности центроплана 2 с возможностью фиксации, а также ее демпфирования или свободного перемещения относительно центроплана 2 во взлетной конфигурации. При закреплении приводов 19 и 20 створок 16 и 17 на предкрылке 18 (не показано) и оснащении его приводом 21, например гидроцилиндром, электромеханизмом, рычажным механизмом и т.п., предкрылок 18 вместе с закрепленными на нем панелями створок 16 и 17 может перемещаться, например, поворачиваться относительно оси 22 (фиг.4) и/или перемещаться по направляющим (не показано). На фюзеляже 1 или центроплане 2 между нижними створками 17, панели которых соединены с передней 14 и/или задней 15 кромками канала 10 и оснащены собственными приводами (не показаны), может устанавливаться передний щиток 23 с приводом 24 его перемещения (фиг.5).
Механизация задней кромки центроплана 2 выполнена в виде двухзвеньевого безщелевого закрылка, разделенного по размаху на секции. Первое 25 и второе 26 звенья закрылка центроплана 2 оснащены соответственно приводами 27 и 28, выполненными, например, в виде гидроцилиндра, электромеханизма и т.п. При этом каждая из секций закрылка может отклоняться приводом 27 первого звена 25 закрылка независимо от другой секции. Второе звено 26 закрылка выполнено с возможностью отклонения приводом 28 как вниз, так и вверх относительно первого звена 25. Приводы 27 и/или 28 перемещения щитка или закрылка могут выполняться с обеспечением демпфирования их отклонения (фиг.6). Между секциями закрылка центроплана 2 может устанавливаться задний щиток 29 с приводом 30 его перемещения (фиг.7), причем щиток может выполняться двухзвеньевым.
Консоли 3 оснащены элеронами 9 и могут оснащаться взлетно-посадочной механизацией, которую целесообразно выполнять в виде закрылков, предкрылков, зависающих элеронов 31 (фиг.8) и т.п., отклоняемых относительно оси 32 приводом 33, выполненным, например, в виде гидроцилиндра, электромеханизма и т.п.
Установленный перед центропланом 2, по меньшей мере, один воздушный винт 8 оснащен средством наклона струи газа, выполненным, например, в виде соединенного с фюзеляжем 1 пилона 34 с установленным на нем, по меньшей мере, одним двигателем 7, который перемещается посредством привода 35 относительно оси 36 (фиг.9).
ПАЛ
Для увеличения давления под нижней поверхностью центроплана 2, а также уменьшения давления на подстилающий грунт во время стоянки поплавки 6 выполнены с плоскими полозами 37 (фиг.2). Для обеспечения быстрого выхода из воды на взлетном режиме поплавки 6 выполняются, по меньшей мере, с двумя боковыми реданами 38, образованными за счет разных величин боковой килеватости поплавка 6 (фиг.1, 2). В месте размещения редана 38 его ширина В может превосходить ширину палубы В поплавка 6 (фиг.10).
Фюзеляж 1 оснащен реданом 39, расположенным между задней кромкой центроплана 2 и кормой фюзеляжа 1 (фиг.2).
В
0
В
0
В
3
В предпочтительном варианте выполнения экраноплана перед центропланом 2 на соединенном с фюзеляжем 1 пилоне 34 установлены воздушные винты 8, кинематически связанные с соответствующим двигателем 7. Центроплан 2 оснащен механизацией передней кромки, содержащей предкрылок 18, сформированный во взлетной конфигурации путем перемещения посредством приводов 19 и 20 панелей верхних створок 16, и нижних створок 17, соединенных с нижней передней кромкой 14 канала 10, с возможностью фиксации положения панелей створок 17. Приводы отклонения верхней 15 и нижней створок 17 закреплены на предкрылке 18 (не показано), который дополнительно оснащен приводом 22 для его перемещения, например поворота относительно оси 21 (фиг.4). Механизация задней кромки выполнена в виде бесщелевого, двухзвеньевого закрылка, разделенного по размаху на две секции с собственными приводами, в качестве которых использованы приводы 27 перемещения первого звена 25 закрылка. Второе звено 26 закрылка оснащено приводом 28 для его перемещения вверх и вниз относительно первого звена 25. Между створками 17 и секциями закрылков размещены соответственно передний 23 и задний 29 щитки, оснащенные собственными приводами 24 и 30. Консоли 3 оснащены зависающими элеронами 31, разделенными по размаху на секции (на фиг.9 не обозначено). Нагрузка на ширину поплавка С, равная отношению взлетного веса G к произведению количества поплавков N, ускорения свободного падения g, плотности воды ρ и ширины поплавка B в третьей степени, не превышает 7: С=G/(N*g*ρ*B)≤7. При выполнении бокового редана 38 с увеличением ширины В поплавка 6 (фиг.10) нагрузка на ширину поплавка С уменьшается.
Экраноплан работает следующим образом.
Перед взлетом, а также при движении (рулении) в амфибийном режиме («на поддуве») механизация центроплана 2 находится во взлетной конфигурации (сплошные линии на фиг.4…7). При этом приводом 19 панели верхней створки 16 отклонены, например, поворотом (фиг.4) или перемещением вдоль направляющих (не показано), с образованием предкрылка 18 и канала 10 в носке 11 центроплана 2, а приводом 20 панели нижней створки 17 отклонены вниз, приводом 24 отклонен передний щиток 23, расположенный между панелями створок 17. Приводами 27, 28 отклонены секции щитка или звенья 25, 26 двухзвеньевого закрылка центроплана 2. Приводом 30 опущен задний щиток 29, расположенный между секциями щитка или закрылка центроплана 2. Механизация консолей 3, например, зависающие элероны 31, переведены во взлетную конфигурацию.
Струи от воздушного винта 8, наклоненные, например, при отклонении пилона 34, направляются под нижнюю поверхность центроплана 2, которая совместно с поплавками 6, закрылками и задними щитками 29, расположенными между его секциями 24, образует камеру воздушной подушки. Выполнение центроплана с каналом 10 увеличивает импульс струи, направляемой под центроплан 2. Направляемые в канал 10 струи от воздушного винта 8 обеспечивают увеличение попадающего под центроплан 2 импульс струи пропорционально площади входа в канал 10 в сечении, перпендикулярном потоку за воздушными винтами 8. Отклоненные панели нижней створки 17 повышают эффективность поддува за счет создания струйной завесы вдоль носка 11 центроплана 2, что повышает эффективность преобразования импульса струи в статическое давление в камере воздушной подушки. Отклоненный передний щиток 23, расположенный между предкрылками 18, снижает потери импульса струи на возвратные течения и тем самым повышает подъемную силу экраноплана.
Известно, что дистанция взлета зависит от геометрических параметров поплавков, в частности от величины нагрузки на ширину поплавка:
3
Св=Go/(N*g*ρ*B). Экспериментально установлено, что для экраноплана с представленной в описании данного изобретения компоновкой нагрузка на ширину поплавка Св не должна превышать 7:Св≤7. Как показано на графике зависимости скорости V и располагаемой тяги Р экраноплана при положении поплавка на поверхности воды (Hp=0) от нагрузки на поплавок, представленном на фиг.11, при величинах Св=7 полоз 37 поплавков 6 экраноплана находится на поверхности воды при располагаемой тяге Р=0, а при Св<7 - располагаемая тяга превышает аэрогидродинамическое сопротивление экраноплана: Р>0. При этом по мере уменьшения нагрузки на ширину поплавка Св уменьшается скорость V, при которой располагаемая тяга превышает аэрогидродинамическое сопротивление экраноплана: Р>0.
Наличие редана 39 в кормовой части фюзеляжа 1 обеспечивает устойчивость движения над водой при разгоне, поскольку в случае увеличения угла тангажа (дифферента) редан 39 касается поверхности воды. В результате возникает гидродинамическая подъемная сила на редане 39 фюзеляжа 1 и создается восстанавливающий момент, обеспечивающий разгон экраноплана на поддуве над водой.
При движении над водой гидродинамическое сопротивление отсутствует, располагамая тяга увеличивается, и экраноплан разгоняется до скорости экранного полета с большим ускорением. При этом взлетная дистанция сокращается.
Изменение посредством привода 20 угла отклонения панелей нижней створки 17 обеспечивает управление экранопланом по тангажу вследствие изменения момента аэродинамических сил по тангажу и положения центра давления аэродинамических сил. Однако более эффективно управлять по тангажу при отклонении приводом 22 предкрылков 18 вместе с закрепленными на них панелями верхней 16 и нижней 17 створок.
После разгона экраноплана до скорости, достаточной для создания аэродинамической силы, превышающей вес экраноплана, механизация центроплана 2 переводится в крейсерскую конфигурацию (при которой поверхности панелей верхней 16 и нижней 17 створок образуют обтекаемый профиль, показанный штрихпунктирными линиями на фиг.4), воздушный винт 7 для увеличения горизонтальной составляющей тяги также переводится в крейсерское положение, например, посредством поворота приводом 35 пилона 34 вокруг закрепленной в фюзеляже 1 оси 36 (штрихпунктирные линии на фиг.9). Это снижает аэродинамическое сопротивление экраноплана и позволяет увеличить скорость движения при заданной тяге силовой установки.
Степень раскрытия устройства экраноплана достаточна для реализации изобретения в промышленности с достижением заявленного технического результата.
Перечень позиций и обозначений к фигурам изобретения «Экраноплан»
1 - фюзеляж;
2 - центроплан;
3 - консоли;
4 - горизонтальное оперение;
5 - вертикальное оперение;
6 - поплавок;
7 - двигатель;
8 - воздушный винт;
9 - элероны консолей
10 - канал в центроплане 2;
11 - носок центроплана 2;
12 - передняя кромка канала 10 на верхней поверхности центроплана 2;
13 - задняя кромка канала 10 на верхней поверхности центроплана 2;
14 - передняя кромка канала 10 на нижней поверхности центроплана 2;
15 - задняя кромка канала 10 на нижней поверхности центроплана 2;
16 - створка перекрытия канала 10 на верхней поверхности;
17 - створка перекрытия канала 10 на нижней поверхности;
18 - предкрылок в носке 11 центроплана 2;
19 - привод перемещения панелей верхней створки 16;
20 - привод перемещения панелей нижней створки 17;
21 - ось поворота предкрылка 18;
22 - привод перемещения предкрылка 18;
23 - передний щиток центроплана 2;
24 - привод перемещения переднего щитка 23 центроплана 2;
25 - первое звено закрылка центроплана 2;
26 - второе звено закрылка центроплана 2;
27 - привод перемещения первого звена 25 закрылка центроплана 2;
28 - привод перемещения второго звена 26 закрылка центроплана 2;
29 - задний щиток центроплана 2;
30 - привод перемещения заднего щитка 29 центроплана 2;
31 - зависающий элерон консоли 3;
32 - ось вращения зависающего элерона 31;
33 - привод перемещения зависающего элерона 31;
34 - пилон;
35 - привод перемещения пилона 34;
36 - ось поворота пилона 34;
37 - полоз поплавка 6;
38 - редан на поплавке 6;
39 - редан на фюзеляже 1.
0
3
Св=G/(g*ρ*B) - нагрузка на ширину поплавка;
0
G - взлетный вес экраноплана;
g - ускорение свободного падения;
ρ - плотность воды;
В - ширина поплавка по редану;
t=Po/Go - стартовая тяговооруженность экраноплана;
Ро - тяга силовой установки экраноплана на старте;
ПАЛ
В - ширина палубы поплавка 6.