ЭКРАНОПЛАН С ПОДКРЫЛЬЕВЫМИ КИЛЯМИ

Полезная модель относится к летательным аппаратам, использующим экранный эффект.
Известен экранолет, содержащий фюзеляж, крыло, выполненное по схеме биплан, оперение и двигательную установку. Верхнее крыло экранолета укреплено в направляющих с возможностью смещения в горизонтальной плоскости, а величина смещения верхнего крыла может превышать его хорду. См. ЭКРАНОЛЕТ. КИ 2018465. МПК B64C 39/08, B64C 3/38, B60V 1/08. Приоритет 23.05.1991 г.
При высоте крыла над экраном, приблизительно равной или большей хорды крыла:
,
где  - безразмерная высота крыла над экраном, определенная в долях хорды, влияние экрана практически отсутствует.На этих высотах верхнее крыло смещают в нос экраноплана в крайнее положение, чем смещают и фиксируют центр тяжести экраноплана перед полюсом по углу атаки.
При движении у экрана, когда , соответствующим смещением верхнего крыла в корму экраноплана смещают и фиксируют фокус по высоте перед фокусом по углу атаки на всех режимах движения.
Указанные смещения обеспечивают известное условие статической продольной устойчивости экраноплана. См. Иродов Р.Д. Критерий продольной устойчивости экраноплана при полете с постоянной скоростью вблизи экрана // Техника воздушного флота. 1964. №5:
где  безразмерная координата фокуса по углу атаки;
безразмерная координата фокуса по высоте;
безразмерная координата центра тяжести.
Безразмерные координаты определены в долях хорды крыла и отсчиты-ваются от носка к хвостику крыла в диаметральной плоскости.
Первое из этих условий (1) является условием статической продольной устойчивости на экраноплана, второе условие (2) должно выполняться для всех летательных аппаратов вне зависимости от высоты движения.
Известное техническое решение обеспечивает статическую продольную устойчивость на экранных высотах аппаратов с крылом, выполненным по схеме биплан, но не предназначено для экранопланов с монопланным крылом. Кроме того, механизм перемещения верхнего крыла усложняет конструкцию аппарата и снижает его надежность.
Наиболее близким техническим решением, принятым в качестве прототипа, является самолет со стабилизирующими килями. См. AIRPLANE WITH STABILIZING FINS. US 2649265. B64C 39/10. Приоритет 30.07.1948. Самолет содержит фюзеляж, крыло и двигательную установку. На крыле параллельно его хордам закреплены концевые шайбы и вертикальные крыльевые кили, которые охватывают крыло сверху и снизу. Вертикальные крыльевые кили обеспечивают устойчивость летательного аппарата на курсе.
Известное техническое решение применяется для летательных аппаратов, совершающих полеты на высотах с . Вертикальные кили, охватывающие крыло, препятствуют поперечным воздушным потокам как над, так и под крылом, что снижает давление на носовой нагнетающей части крыла и не позволяет фиксировать положения фокуса по высоте за фокусом по углу атаки.
Задача, решаемая полезной моделью - увеличение давления на носовой нагнетающей части крыла при приближении крыла к экрану и фиксация аэродинамического фокуса по высоте перед фокусом по углу атаки.
Технический результат от использования полезной модели заключается в обеспечении статической продольной устойчивости экраноплана при его движении у экрана, а также улучшении аэродинамического качества.
Предлагаемый экраноплан содержит фюзеляж, крыло, оперение, двигательную установку, закрепленные на крыльях концевые шайбы и вертикальные кили. Для достижения указанного технического результата вертикальные кили установлены или выдвинуты под крыльями на расстоянии 0.1l-0,8l от концевого сечения крыла, где l - половина размаха крыла. Кили выполняют длиной, по меньшей мере, 0.5 длины хорды крыла в месте его установки.
При движении у экрана вертикальные кили препятствуют поперечным потокам воздуха под крылом, что сопровождается увеличением давления на носовой нагнетающей части крыла и фиксацией фокуса по высоте перед фокусом по углу атаки. Таким образом, вертикальные кили под крылом, установленные и изготовленные с соблюдением указанных выше соотношений обеспечивают статическую продольную устойчивость и аэродинамическое качество экраноплана.
Изменение подъемной силы экраноплана с изменением высоты над экраном характеризуется соотношением:
y
где c - коэффициент подъемной силы:
3
2
где Y - подъемная сила, H, ρ - плотность воздуха, кг/м, V - скорость набегающего потока, м/сек., S - площадь крыла в плане, м.
Положение фокуса по углу атаки определяется соотношениями:
z
z
где m - коэффициент пикирующего момента; M - пикирующий момент, Нм; α - угол атаки, °. См. Остославский И.В. Аэродинамика Самолета // М.: Государственное издательство оборонной промышленности, 1957, стр. 8-9.
Положение фокуса по высоте, (точки приложения дополнительной подъемной силы, обусловленной изменением высоты крыла над экраномом) определяется следующим соотношением:
Анализ влияния подкрыльевых килей на положение фокусов по высоте, углу атаки и аэродинамическое качество выполнен прямым решением уравнений турбулентного движения жидкости при обтекании крыла. Численные результаты анализа подтверждают достижение указанного технического результата и представлены диаграммах.
На фиг. 1 показан общий вид экраноплана с подкрыльевыми килями; на фиг. 2 - вид экраноплана снизу с указанием координат , , ; на фиг. 3 - совмещенные виды экраноплана с носа и кормы; на фиг.4 - разрез А-А на фиг. 3. На фиг. 5 показана диаграмма изменения безразмерной координаты аэродинамического фокуса по высоте  с углом атаки крыла α=3° в зависимости от безразмерной высоты к крыла над экраном, на фиг. 6 - диаграмма изменения безразмерной координаты аэродинамического фокуса по углу атаки  относительно носка крыла в диаметральной плоскости, с безразмерным зазором  в зависимости от угла атаки α, на фиг. 7 - диаграмма аэродинамического качества К крыла с углом атаки α=3° в зависимости от безразмерной высоты  крыла над экраном.
Экраноплан содержащий фюзеляж 1, крыло 2, оперение 3, двигательную установку 4, закрепленные на крыльях концевые шайбы 5 и вертикальные кили 6, отличающийся тем, что вертикальные кили 6 установлены или выдвинуты под крыльями перед полетом на экранном режиме на расстоянии 0.1l-0,8l от концевого сечения крыла, где l - половина размаха крыла. Кили выполняют длиной, по меньшей мере, 0.5 длины хорды крыла в месте его установки.
При движении у экрана вертикальные кили 6, препятствуют поперечным потокам воздуха под крылом 2, что сопровождается увеличением давления на носовой нагнетающей части крыла и смещением фокуса по высоте перед фокусом по углу атаки. Изменение указанных параметров улучшает статическую продольную устойчивость и аэродинамическое качество экраноплана.
Графические зависимости на диаграммах фиг. 5, 6 и 7 показывают, что вертикальные кили, установленные или выдвинутые под крылом, перемещают фокус по высоте от задней кромки к носку крыла и обеспечивают условие продольной устойчивости (1). Установка или выдвижение под крылом вертикальных килей практически не влияет на положение фокуса по углу атаки, то есть на условие (2) продольной устойчивости летательного аппарата. Аэродинамическое качество крыла в области действия экранного эффекта с установкой или выдвижением под крылом вертикальных килей возрастает.
Промышленная применимость полезной модели подтверждена численными экспериментами и модельными испытаниями. Опытный образец строится в условиях судостроительного предприятия.