Самолет короткого взлета и посадки

Предлагаемая полезная модель относится к авиационной технике. Полезная модель может быть использована при разработке самолетов короткого взлета и посадки, а именно: местных авиалиний и региональных, авиации общего назначения, специального назначения и грузовых самолетов.
Наиболее актуальными задачами для местной и региональной авиации является обеспечение экономической и физической доступности авиаперевозок. Первая связана со снижением себестоимости перевозок. Вторая - с возможностью использовать для взлета и посадки небольшие аэродромы и взлетно-посадочные площадки.
max
max
max
В мире накоплен определенный научный задел по созданию самолетов короткого взлета и посадки с развитой механизацией крыла. Традиционные способы механизации передней и задней кромки крыла (предкрылки и закрылки различных типов) могут обеспечить максимальные значения коэффициента подъемной силы крыла до Су~3,5. Для дальнейшего повышения Су необходимо использовать энергетические методы повышения подъемной силы, связанные с увеличением энергии пограничного слоя, отклонением струи и увеличением скорости вокруг крыла, по сравнению со скоростью набегающего потока. Применение энергетических метолов позволяет обеспечить Су до 7-8.
Одним из энергетических методов увеличения подъемной силы крыла является его обдув воздушными винтами силовой установки. Однако современные нормы летной годности запрещают использовать данный метод из соображений безопасности, поскольку отказ двигателя приводит не только к уменьшению тяги, но и к уменьшению подъемной силы.
Применение множества двигателей, установленных на крыле - распределенной силовой установки (РСУ), может решить проблему безопасности, т.к. отказ одного двигателя мало сказывается на характеристиках в целом.
Однако в случае использования для РСУ, например, турбовинтовых двигателей, значительно ухудшаются их характеристики и растет цена из-за отрицательного влияния уменьшения размеров (и мощности).
В настоящее время появились современные безколлекторные электрические двигатели, которые обладают целым рядом преимуществ перед двигателями внутреннего сгорания (ДВС), а именно: высоким КПД, простотой и надежностью, малыми габаритами, низким уровнем шума и вибраций, экологичностью. По удельным весовым и ценовым параметрам электрические двигатели не уступают, а порой превосходят традиционные ДВС. Их использование для РСУ может оказаться перспективным.
Работы в данном направлении значительно активизировались в последнее время. Прототипом предлагаемого технического решения является проект самолета-демонстратора NASA Maxwell (Фиг. 1, см. интернет-сайт http://www.nasa.gov/press-release/nasa-hybrid-electric-research-plane-gets-x-number-new-name-0).
На прототипе силовая установка (фиг. 1) состоит из 2-х маршевых электрических двигателей, установленных на концах крыла и обеспечивающих тягу на всех режимах полета, а также распределенной силовой установки, состоящей из 12 вспомогательных электрических двигателей, размещенных в обтекателях перед передней кромкой крыла. На режимах взлета и посадки лопасти воздушных винтов находятся в рабочем положении (Фиг. 2), обеспечивая обдувку крыла, а на крейсерском режиме полета они сложены вокруг мотогондол (Фиг. 3). Недостатком такого решения является увеличение омываемой поверхности самолета за счет мотогондол распределенной электрической силовой установки (РЭСУ), приводящее к росту аэродинамического сопротивления, а также неблагоприятная интерференция крыла с мотогондолами РЭСУ, могущая приводить к преждевременному срыву потока. Кроме того, индивидуальное складывание каждой лопасти винта вспомогательной силовой установки усложняет всю систему и снижает ее надежность.
Задачей и техническим результатом предлагаемой полезной модели является разработка самолета короткого взлета и посадки с улучшенными показателями скорости, экономичности и безопасности.
Технический результат состоит в увеличении коэффициента подъемной силы крыла и снижении, по сравнению с прототипом, омываемой поверхности самолета, следовательно, его сопротивления, повышения скорости, улучшения экономичности самолета (снижении расхода топлива) и повышении безопасности.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в самолете короткого взлета и посадки содержащем фюзеляж, крыло, основную марщевую силовую установку, вспомогательную распределенную электрическую силовую установку с воздушными винтами, хвостовое оперение, вспомогательная распределенная электрическая силовая установка с воздушными винтами расположена на крыле с возможностью быть убранной в крыло на крейсерском режиме.
При этом маршевая силовая установка может состоять из двух турбовинтовых двигателей, размещенных на крыле по бокам фюзеляжа, из двух двухконтурных турбореактивных двигателей, размещенных по бокам фюзеляжа под крылом на пилонах, из четырех электрических двигателей с винтами, размещенных на концах крыла противоположно друг другу.
Фиг. 1 - Самолет-демонстратор NASA Maxwell с распределенной электрической силовой установкой
Фиг. 2 - Воздушный винт распределенной электрической силовой установки самолета Maxwell в разложенном (взлетно-посадочном) положении
Фиг. 3 - Воздушный винт распределенной электрической силовой установки самолета Maxwell в сложенном вокруг мотогондолы (крейсерском) положении
Фиг. 4 - Предлагаемый самолет короткого взлета и посадки с маршевыми турбовинтовыми двигателями, расположенными на крыле в крейсерской конфигурации
Фиг. 5 - Предлагаемый самолет короткого взлета и посадки с маршевыми турбовинтовыми двигателями во взлетно-посадочной конфигурации
Фиг. 6 - Воздушный винт распределенной электрической силовой установки предлагаемого самолета короткого взлета и посадки в сложенном (крейсерском) положении, убранный в крыло
Фиг. 7 - Воздушный винт распределенной электрической силовой установки предлагаемого самолета короткого взлета и посадки в выпущенном (взлетно-посадочном) положении
Фиг. 8 - Предлагаемый самолет короткого взлета и посадки с маршевыми турбореактивными двигателями
Фиг. 9 - Предлагаемый самолет короткого взлета и посадки с 4 маршевыми электрическими двигателями, расположенными попарно на концах крыла
Самолет короткого взлета и посадки (фиг. 4) содержит крыло 1, фюзеляж 2, Т-образное хвостовое оперение 3, маршевую силовую установку из двух турбовинтовых двигателей с воздушными винтами 4 и вспомогательную распределенную электрическую силовую установку 5 (Фиг. 5). Фюзеляж 2 служит для размещения коммерческой нагрузки, экипажа и оборудования. Хвостовое оперение 3 Т-образной формы имеет киль с рулем направления и стабилизатор с рулем высоты.
Высокорасположенное прямое крыло 1 прямоугольной или трапециевидной формы в плане имеет механизацию задней кромки для сокращения длины разбега и пробега. Крыло оборудовано распределенной электрической силовой установкой 5, состоящей из электродвигателей с воздушными винтами, расположенной между выдвижным предкрылком 7 и кессоном крыла (Фиг. 6). В крейсерском полете воздушные винты 6 ориентированы вдоль крыла, предкрылки 7 придвинуты к кессону крыла образуя гладкий профиль (Фиг. 6). На режиме взлета и посадки (Фиг. 7) предкрылок 7 выдвинут, воздушные винты 6 обдувают крыло. Обеспечение электроэнергией двигателей РЭСУ осуществляют за счет генераторов, установленных на маршевых двигателях, в качестве которых могут использоваться газотурбинные, турбовинтовые или турбореактивные двигатели, а также электрической батареи.
Маршевая силовая установка может состоять из:
- двух турбовинтовых двигателей 4 с воздушными винтами, установленных на крыле по бокам фюзеляжа (Фиг. 4 и Фиг. 5). При этом воздушные винты вспомогательной РЭСУ на взлете и посадке обеспечивают обдув оставшейся части крыла, не обеспеченной обдувом винтами маршевой силовой установки.
- двух двухконтурных турбореактивных двигателей 8, размещенных по бокам фюзеляжа под крылом на пилонах (Фиг. 8). При этом воздушные винты вспомогательной РЭСУ на взлете и посадке обеспечивают обдув всего крыла по размаху.
- 4-х электрических двигателей 9, размещенных на концах крыла (Фиг. 9). При этом воздушные винты вспомогательной РЭСУ на взлете и посадке обеспечивают обдув всего крыла по размаху.
Расположение двигателей на концах крыла при вращении воздушных винтов, направленном против закрутки концевого вихря, обеспечивает снижение индуктивного сопротивления крыла и увеличение КПД винта. Использование 4-х маршевых двигателей, а не 2-х, как у прототипа, обеспечивает безопасность при отказе одного из двигателей или разрушении одного из маршевых воздушных винтов.
Убираемая в крейсерском полете в крыло распределенная электрическая силовая установка позволяет значительно увеличить подъемную силу крыла, обеспечив режим короткого взлета и посадки, а также увеличение крейсерской скорости полета и аэродинамического качества за счет сокращения площади крыла. На режимах патрулирования распределенная силовая установка позволяет обеспечить минимальные скорости полета.
Таким образом, удается создать самолет короткого взлета и посадки с повышенным уровнем безопасности и комфорта для пассажиров, улучшенными экологическими характеристиками.