Магистральный самолет
MAINLINE AIRCRAFT

Изобретение относится к авиационной технике, в частности, к дальним магистральным самолетам (ДМС).
Ключевой задачей разработки и проектирования перспективных магистральных самолетов, выступающей на сегодняшний день, является улучшение летных характеристик самолета и снижение воздействия на окружающую среду, в части снижения уровня шума на местности.
Известно, что большинство современных магистральных самолетов выполнено по нормальной аэродинамической схеме, называемой также классической («Аэродинамическая схема» // Авиация: Энциклопедия / Гл. ред. Г.П. Свищев. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. - С. 77). Для таких самолетов характерно использование крыла умеренной стреловидности типового удлинения. При этом, как правило, два двигателя с короткими кольцевыми воздухозаборниками размещены на пилонах под крылом на удалении от фюзеляжа, который имеет поперечное сечение близкое к круглому (патенты: RU №2529309 С2 «Дозвуковой пассажирский самолет», МПК B64D 27/18, дата публикации 10.07.2014 г.; патент RU №131696 U1 «Дозвуковой пассажирский самолет (варианты)», МПК В64С 3/10, В64С 1/00, В64С 9/00, дата публикации 27.08.2013 г., патент RU №143725 U1 «Дозвуковой пассажирский самолет», МПК В64С 1/26, дата публикации 27.07.2014 г.). Также для подобных самолетов характерно наличие центроплана, к которому крепятся консольные отъемные части крыла («Центроплан» // Авиация: Энциклопедия / Гл. ред. Г.П. Свищев. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. - С. 646).
Однако классическая компоновка практически исчерпала резервы совершенствования. Для повышения эксплуатационных характеристик и решения задач в части проектирования перспективных магистральных самолетов необходимо применение новых схем.
Одним из наиболее распространенных решений в этом направления являются попытки интегрировать полностью или частично мотогондолу с двигателем в толщине крыла.
Известен самолет Handley Page Victor (Ильин В.Е., Левин М.А. Бомбардировщики. Т.2. - М.: Виктория, ACT, 1997. - С. 152), который выполнен по нормальной аэродинамической схеме со среднерасположенным крылом. Двухлонжеронное крыло имеет центроплан, который занимает часть строительной высоты фюзеляжа. При этом двигатели установлены без пилонов за задним лонжероном в корневой части крыла и частично интегрированы с ним. Воздуховоды (каналы), соединяющие воздухозаборные устройства с двигателями выполнены без использования звукопоглощающих материалов.
Известен также самолет Avro Vulcan (Е., Левин М.А. Бомбардировщики. Т.2. - М.: Виктория, ACT, 1997. - С. 164), который выполнен по схеме «бесхвостка» близкой к схеме «летающее крыло», для которой характерно объединение крыла и фюзеляжа. При этом лонжероны крыла замыкаются на силовые шпангоуты фюзеляжа, а функцию центроплана выполняет отсек вооружения, который размещается внутри фюзеляжа и занимает часть его строительной высоты. Силовая установка самолета включает двигатели, которые полностью размещены внутри корневой части крыла между передним и задним лонжероном. Воздуховоды, соединяющие воздухозаборные устройства с двигателями выполнены без использования звукопоглощающих материалов.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению, принятому за прототип, является «Магистральный самолет» (патент RU №2299154 С1, МПК В64С 1/00, дата публикации 20.05.2007 г.), в котором фюзеляж центральной части самолета включен в единую конструкцию с крылом и образован шпангоутами эллиптической или овальной формы, которые соединены между собой сверху и снизу продольными балками, при этом силовые рамные шпангоуты с панелями расположены вдоль салона и каждый второй шпангоут имеет ограничительные трубчатые стойки-стяжки, воспринимающие нагрузки от избыточного давления в салоне и нагрузки в верхней панели центроплана крыла. При этом силовая установка характеризуется наличием двух двигателей, размещенных под крылом в мотогондолах на пилонах.
Основными недостатками технического решения являются:
1) Дополнительный вес конструкции связанный с использованием овального фюзеляжа.
2) Размещение силовой установки на пилонах создает дополнительное аэродинамическое сопротивление и уровень шума.
Задачей и техническим результатом изобретения является улучшение летных характеристик самолета в части уменьшения омываемой поверхности самолета и снижения веса планера, а также снижение воздействия на окружающую среду, в части снижения уровня шума на местности.
Решение поставленной задачи и получение технического результата обеспечивается за счет того, что магистральный самолет, содержащий фюзеляж, центральная часть которого включена в единую конструкцию с крылом, силовую установку, содержащую не менее двух двигателей и воздухозаборники при этом конструкция центральной части фюзеляжа содержит кессон, развитый на всю строительную высоту фюзеляжа и выполненный с центральным отверстием под пассажирский салон и боковыми отверстиями под воздуховоды двигателей, единая конструкция крыла и фюзеляжа выполнена с передним и задним наплывом, с бортовой хордой длиной 50…80% длины фюзеляжа и относительной высотой бортового профиля 16…20%, двигатели имеют диаметр не более 2/3 диаметра фюзеляжа и интегрированы в пространство за кессоном, ограниченное консолями крыла, воздухозаборники интегрированы в конструкцию центральной части фюзеляжа, силовая установка дополнительно содержит воздуховоды, соединяющие воздухозаборники с двигателями, выполненные длиной 2…4 диаметра входа в двигатель, при этом внутренняя поверхность воздуховодов выполнена, по меньшей мере, из одного звукопоглощающего материала. Перечень фигур чертежей:
Изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображены:
Фиг. 1 - Магистральный самолет, содержащий фюзеляж, включенный в единую конструкцию с крылом.
Фиг. 2 - Расположение кессона в центральной части фюзеляжа магистрального самолета.
Фиг. 3 - Расположение кессона и силовой установки магистрального самолета (вид сверху).
Предлагаемый магистральный самолет (фиг. 1) содержит фюзеляж 1, центральная часть которого переходит в единую (интегральную) конструкцию с крылом «крыло-фюзеляж» 2 некруглого сечения с хвостовой частью фюзеляжа. Единая конструкция крыла и фюзеляжа выполнена с передним и задним наплывом, с бортовой хордой длиной 50…80% длины фюзеляжа и относительной высотой бортового профиля 16…20%, и имеет отъемные консоли 3 и 4.
На фиг. 2 изображен магистральный самолет, центральная часть фюзеляжа которого содержит кессон 5, развитый на всю строительную высоту фюзеляжа с центральным отверстием 6 (например, под пассажирский салон), и боковыми отверстиями 7 и 8 для воздуховодов двигателей. В зависимости от типа магистрального самолета: пассажирский, грузопассажирский или грузовой («Магистральный самолет» // Авиация - Энциклопедия / Гл. ред. Г.П. Свищев. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. - С. 323.) центральное отверстие 6 в кессоне 5 может быть выполнено под грузовую кабину, при этом конфигурация центрального отверстия 6 и боковых отверстий 7 и 8 может быть изменена в соответствии с заданными параметрами самолета.
На фиг. 3 изображен магистральный самолет с силовой установкой, дополнительно содержащей воздуховоды 9 и 10, которые проходят через боковые отверстия 7 и 8 кессона 5 и соединяют воздухозаборники 11 и 12 с двигателями 13 и 14. Воздуховоды 9 и 10 выполнены длиной 2…4 диаметра входа в двигатель, при этом внутренняя поверхность воздуховодов выполнена, по меньшей мере, из одного звукопоглощающего материала. Воздухозаборники 11 и 12 интегрированы в конструкцию центральной части фюзеляжа. Двигатели 13 и 14 имеют диаметр не более 2/3 диаметра фюзеляжа и интегрированы в пространство за кессоном, ограниченным консолями крыла. Конфигурация воздухозаборников, длина воздуховодов, количество двигателей (кратное двум) и их расположение в пространстве за кессоном между фюзеляжем и консолями крыла, может варьироваться в соответствии с заданными параметрами самолета. Двигатели могут располагаться частично или полностью в толщине крыла без использования пилонов.
За счет интеграции двигателей в пространство за кессоном, ограниченное консолями крыла и интеграции воздухозаборников в центральную часть фюзеляжа, происходит увеличение длины каналов воздуховодов, которые соединяют воздухозаборники с двигателями. Увеличение длины каналов воздуховодов позволяет эффективно использовать звукопоглощающие материалы в облицовке внутренней поверхности воздуховодов, и как следствие снизить уровень шума на местности до 12 EPNдБ относительно классической схемы самолета.
Размещение силовой установки в центральной части фюзеляжа, включенного в единую конструкцию с крылом, способствует снижению омываемой поверхности летательного аппарата приблизительно на 5% за счет исключения мотогондол и пилонов из потока, уменьшая при этом аэродинамическое сопротивление, и как следствие, снижая расход топлива.
Использование кессона, развитого на всю строительную высоту центральной части фюзеляжа, который включен в единую конструкцию с крылом транспортного самолета, позволяет снизить вес общий конструкции планера.