ЭКРАНОПЛАН

Область мехники
Полезная модель относится к летательным аппаратам - амфибиям с взлетопосадочным устройством на воздушной подушке. Преимущественной областью использования полезной модели являются грузопассажирские экранопланы.
Уровень техники.
Из предшествующего уровня техники известны следующие технические решения: Размещение винтового движителя в кольцевом канале и отбор воздуха для создания статической воздушной подушки предусмотрено авторским свидетельством SU 1511170
Отбор значительной части воздуха из потока за винтовым движителем для создания статической воздушной подушки под центропланом на участке, ограниченном убирающимися завесами предусмотрен патентом RU 2057040 и RU 2162802 C1.
Патентом RU 2254251 C2 и патентом US 5065833 A - предусмотрено использование развитого центроплана в качестве несущей поверхности.
Использование системы несущих поверхностей, состоящей из крыла низкопланного расположения прямой стреловидности, и крыла высокопланного расположения обратной стреловидности, разнесенных по горизонтали и сочлененных по торцам между собой пилонами, иначе именуемого «пространственное крыло замкнутого контура» (joined wing, box wing) предусмотрено патентами ЕР 1597145 A1 и US 4365773, а также патентом US 5503352
Увеличение продольной устойчивости и улучшение взлетопосадочных характеристик самолета, оснащенного системой аналогично разнесенных относительно центра тяжести, крыльев, отражено в патентах RU 2087385 и RU 2308399, а также в патенте RU 2146210
Таким образом, признаки аналогов, которые совпадают с существенными признаками заявляемой полезной модели, определяются в следующем порядке: винтовой движитель в кольцевом канале и отбор воздуха для воздушной подушки, использование развитого центроплана в качестве несущей поверхности, система несущих поверхностей состоящей из крыла прямой стреловидности и крыла обратной стреловидности разнесенных по горизонтали и сочлененных по торцам пилонами.
Ближайший аналог.
По совокупности сходных существенных признаков и технической сущности наиболее близким к заявляемой полезной модели является экраноплан по патенту на полезную модель RU 125148, которым предусматривается оптимизация режима взлета и посадки экраноплана, посредством применения пространственного крыла, содержащего нижнее составное крыло, имеющее развитый центроплан и V-образные консоли, и расположенное над ними верхнее крыло, соединенные концевыми шайбами в единый пространственный контур. В результате, возникающая при посадке динамическая воздушная подушка практически исключает ударные нагрузки на корпус экраноплана, также обеспечивается снижение посадочной скорости.
Основным недостатком данного аналога является весьма ограниченный диапазон полетных центровок, жесткие требования по балансировке аппарата и невозможность выполнения взлета с минимальными значениями тангажа, как следствие недостаточного разнесения несущих поверхностей по горизонтали.
Также существенным недостатком прототипа является отсутствие системы организации полноценной статической воздушной подушки, обеспечивающей полный отрыв экраноплана от поверхности, даже при нулевой горизонтальной скорости движения аппарата, вследствие чего корпус указанного прототипа неизбежно подвергается ударным нагрузкам от волн, на начальном этапе разбега, что влечет за собой необходимость избыточного усиления всей конструкции, и может создавать угрозу безопасной эксплуатации.
Раскрытие полезной модели.
Известен экраноплан, центроплан которого создает подъемную силу на крейсерском режиме полета за счет взаимодействия с потоком набегающего воздуха и экранного эффекта близости земной или водной поверхности, а на стартовых режимах взлета и посадки - за счет динамической воздушной подушки.
В режиме свободного полета, или кратковременного подлета на высоту превышающую уровень экрана, суммарное значение подъемной силы такого экраноплана складывается на основе совокупности подъемных сил, действующих на центроплане и консолях правого и левого крыла. Основным недостатком данного типа экранопланов является крайне ограниченный диапазон полетных центровок, определяющий жесткие нормативы по балансировке, при размещении груза и пассажиров, а также нестабильность на переходном режиме, вследствие смещения центра давления, при выходе на экран, с режима свободного полета и обратно. Центр давления (общая точка приложения силы) экранного эффекта находится ближе к задней кромке крыла движущегося над поверхностью, центр давления «обычной» подъемной силы - ближе к передней кромке, поэтому, чем больше вклад экрана в общую подъемную силу, тем больше центр давления смещается назад, что приводит к проблемам балансировки. Изменение высоты меняет балансировку, изменение скорости - тоже, крен вызывает диагональное смещение центра давления.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является создание экраноплана с высокой устойчивостью на всех режимах полета, включая переходный режим выхода на экран.
Полезная модель представляет собой экраноплан имеющий центроплан малого удлинения прямоугольной формы в плане, выполненный с аэродинамическими профилями в продольных сечениях. Крыло которого является сочлененным и состоит из крыла низкопланного расположения прямой стреловидности и крыла высокопланного расположения обратной стреловидности, оснащенных элеронами, и сопряженных между собой по торцам пилонами, обрудованными поворотными поверхностями, исполняющими функции рулей направления. Полые водоизмещающие поплавки-скеги установлены на периферии центроплана в виде бортовых шайб, где нижняя часть скег представляет собой надувные амортизирующие баллоны, а также убираемые шторки по передним и задним секторам центроплана, совокупно образующие ограждение воздушной подушки.
Фюзеляж экраноплана, с кабиной экипажа и секцией силовой установки расположен на центроплане, при этом толкающий винтовой движитель горизонтальной тяги заключен в кольцеобразный наружный обтекатель. Размещенный за обтекателем центральный пилон оборудован дополнительным рулем направления, обеспечивающим управляемость экраноплана на малой скорости, при движении в режиме «статической воздушной подушки». Двигатель винтового движителя расположен внутри обтекателя хвостовой части фюзеляжа, а комплекс взлетно-посадочных устройств включает в себя средства создания статической воздушной подушки под центропланом.
Применение в заявленной полезной модели системы несущих поверхностей, состоящей из крыла низкопланного расположения прямой стреловидности и крыла высокопланного расположения обратной стреловидности сочлененных между собой по торцам пилонами, и разнесенных по горизонтали относительно центра масс экраноплана, позволяет существенно расширить диапазон полетных центровок. Кроме того, летательные аппараты, оснащенные указанным типом крыла замкнутого контура, могут выполнять взлет и посадку при минимальных значениях тангажа, что способствует повышению безопасности полета на переходных режимах и малой высоте.
К выводу о реальности достижения указанных свойств «минимальные значения тангажа» и «расширение диапазона полетных центровок» приводят исследования частично сходных систем несущих поверхностей, на основе расчетов, и продувок моделей в аэродинамических трубах. В частности, при разработке самолета Boeing EX (журнал popular-mechanics September 1993), а также исследования «Variational Analysis and Aerospace Engineering» профессора Frediani Aldo (опубликовано издательством Springer 21 августа 2009 г.), «Box wing conceptual design» P.O. Jemitola, J.P. Fielding Cranfield Univ. UK, (28th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, 23-28 September 2012, Brisbane, Australia, код документа ICAS2012-1,9ST:)
Совокупное использование свойств «разнесенного пространственного крыла», и эффекта «динамической воздушной подушки», также предусмотренного в заявляемой полезной модели, очевидно является совокупностью существенных признаков, достаточной для достижения обеспечиваемого полезной моделью технического результата - решению задачи создания экраноплана, обладающего высокой степенью устойчивости на переходных режимах полета
Описание чертежей
На фиг.1 представлена схема экраноплана, на фиг.2 - продольное сечение комплекса взлето-посадочных устройств в статическом наземном положении.
Осуществление полезной модели заключается в реализации алгоритма наиболее безопасного и стабильного режима взлета и посадки экраноплана, обеспечиваемым оригинальной конфигурацией несущих поверхностей «составное пространственное крыло, разнесенное по горизонтали»
В статическом состоянии, работает комплекс взлетно-посадочных устройств, включающий полые водоизмещающие поплавки-скеги (1) установленные на периферии центроплана в виде бортовых шайб, и убираемые шторки (2) по передним и задним секторам центроплана, совокупно образующие ограждение воздушной подушки, необходимое давление в которой при этом формируется за счет подвода потока воздушного винта, отбираемого посредством воздухозаборника (3), расположенного за плоскостью вращения винта, в кольцевом канале.
Алгоритм взлета заявляемой полезной модели характеризуется тем, что посредством статической воздушной подушки (отбор воздушного потока винта) экраноплан полностью выходит из воды, и начинает разбег, причем с ростом скорости движения, на центроплане нижнего составного крыла создается эффект «динамической воздушной подушки», одновременно с увеличением значений подъемной силы, действующей на консолях несущей системы.
В ходе дальнейшего ускорения движения происходит выход экраноплана на высоту, превышающую возможность образования «динамической подушки», данный момент сопровождается взаимозависимыми процессами смещения центра давления и изменениями значений тангажа и угла атаки. В случае экранопланов, оснащенных несущей системой близкой к «моноплану», чреватыми угрозой потери продольной устойчивости летающей машины и переходом ее в режим самопроизвольного кабрирования, с последующей полной потерей управляемости, при малейшем внешнем возмущении воздушной среды. Таким образом, достижение эффекта «расширения диапазона полетных центровок» и обеспечение возможности «отрыва с минимальными значениями тангажа» являются критически важными, при решении задачи создания экраноплана с высокими показателями устойчивости.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков является создание экраноплана с высокими показателями устойчивости, на всех режимах и высотах полета, как следствие расширения диапазона полетных центровок, достигнутого через применение системы несущих поверхностей «составное пространственное крыло, разнесенное по горизонтали»