Противопожарный гидросамолет

 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности, к средствам набора воды и доставки ее к очагу пожара. Противопожарный гидросамолет содержит лодку 1, оперение 2, емкость 3 для транспортировки жидкости. Емкость 3 имеет дренажные отверстия 4, люки 5 со створками для сброса воды. Водоворот 6 соединяет емкость 3 с водозаборниками 7, входные отверстия которых выполнены на днище лодки 1. 3 ил.

Изобретение относится к аварийной технике, в частности к средствам набора воды и доставки ее к очагу пожара.

Известен гидросамолет, снабженный водозаборным устройством, содержащим водозаборник, шарнирно закрепленный на баке, открывающийся вперед по полету и снабженный приводом с тарированным замком и фиксатором убранного положения, а также заправочное отверстие [1].

Однако данное устройство имеет сложную конструкцию, кроме того, наблюдается гидродинамическое сопротивление при наборе воды.

Известно устройство для заполнения водой бака и сброса воды на гидросамолете, содержащее створки сброса воды из бака, расположенные на глиссирующей части днища лодки, водозаборники, выполненные из нескольких водоводов, и механизм для уборки, выпуска и фиксирования водозаборников [2].

У данного устройства также сложная конструкция и гидродинамическое сопротивление при наборе воды.

Известен пожарный гидросамолет, выбранный за прототип, содержащий лодку (фюзеляж), крыло, оперение, емкость для набора жидкости, люки сброса жидкости с закрывающимися створками, заборные устройства с механизмом выпуска, уборки и фиксации [3].

Однако в данном устройстве водозаборники при наборе воды создают гидродинамическое сопротивление.

В основе изобретения заложен принцип подъема воды в бак под действием гидродинамического давления, возникающего на днище гидросамолета при глиссировании, в отличие от перечисленных конструкций, где для набора воды используется давление гидродинамического напора, набегающего на водозаборное устройство потока. При глиссировании гидросамолета поток воды, набегающий на днище лодки, изменяется по направлению и скорости и разделяется на основную и верхнюю части. Последняя у днища лодки заметно подтормаживается и затем двигается по днищу в виде тонкой струи, направленной в противоположную сторону, т.е. в направлении движения гидросамолета, образуя брызговой поток. На днище глиссирующей лодки имеется место, где скорость набегающего потока относительно движущейся лодки равна нулю и весь скоростной напор потока превращается в критическое нормальное давление, т.е. максимальное по своей величине и равное P= ρ V/2, где ρ - плотность воды; V - скорость глиссирования.

В нос и корму от этой точки давление уменьшается (см. фиг. 1, где показана эпюра гидродинамического давления по килю лодки).

Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик противоположного гидросамолета за счет снижения гидродинамического сопротивления при наборе воды.

Это достигается тем, что противопожарный самолет содержит лодку (фюзеляж), крыло, оперение, емкость для транспортировки жидкости, которая имеет люки для сброса жидкости с закрывающимися створками, дренажные отверстия и водовод, соединяющий баки с водозаборниками, расположенными на глиссирующей части днища, входные отверстия водозаборников выполнены на днище лодки и расположены на линии максимального гидродинамического давления при заданных условиях глиссирования, т.е. скорости глиссирования и углов хода ( ϕ ) при этом (угол хода - угол наклона днища к горизонту при глиссирования).

В отличие от прототипа и ранее известных технических решений предлагаемый гидросамолет не имеет выступающего в гидродинамический поток водозаборного устройства, что исключает гидродинамическое сопротивление водозаборного устройства.

На фиг. 1 изображен противопожарный самолет, вид сбоку; на фиг. 2 - то же, вид на днище лодки; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1.

Противопожарный гидросамолет содержит лодку 1, оперение 2, емкость (бак) 3. Бак 3 имеет дренажные отверстия 4, люки 5 со створками для сброса воды, водовод 6, соединяющий бак 3 с водозаборниками 7, выполненные в виде отверстий на днище гидросамолета.

Водозаборники 7 располагаются (см. фиг. 2) на линиях максимального гидродинамического давления. Эти линии определяются теоретически и уточняются экспериментально измерением гидродинамического давления на днищах динамически подобных моделей и натурного гидросамолета. Исходными данными для определения места этих линий являются максимальный взлетный вес, скорость глиссирования, близкая к скорости взлета, и угол хода, на 1^о меньший угла хода при взлете. Так, например, если гидросамолет с максимальным взлетным весом отрывается от воды с углом хода 7^о, то водозаборники располагаются на линиях максимального гидродинамического давления при глиссировании гидросамолета с углом хода 6^о.

Набор воды противопожарным самолетом на глиссировании имеет два варианта. Первый вариант, когда гидросамолет разгоняется от нулевой скорости до скорости отрыва и, набрав воду, взлетает. Второй, когда самолет заходит на посадку и, коснувшись воды, начинает разгоняться и, набрав воду, взлетает. Принципиального различия между этими вариантами нет, поэтому набор воды предлагаемым самолетом показан на втором варианте.

При приводнении гидросамолета тяга двигателей минимальная и после касания воды летчик увеличивает ее до взлетной и уменьшает угол хода лодки до угла, обеспечивающего максимальное гидродинамическое давление в районе водозаборников. Вода под давлением (эпюра давления показана на фиг. 1), поступает через водозаборники 7 в водовод 6 и по нему в бак 3. После наполнения бака 3 угол хода лодки увеличивают, летчик берет штурвал на себя до взлетного, и по достижении скорости отрыва гидросамолет взлетает. Вода, находящаяся в водоводе 6, выливается через водозаборники 7 после увеличения угла хода гидросамолета до взлетного.

Водозаборное устройство не находится в движущемся гидродинамическом потоке, поэтому не имеет гидродинамического сопротивления, что не снижает гидродинамического качества гидросамолета при наборе воды.

Гидродинамическое давление в отличие от скоростного набора, используемого для набора воды в других технических решениях, направлено перпендикулярно глиссирующей поверхности, поэтому отпадает необходимость разворачивать поток воды на 90^о из горизонтального направления в вертикальное, что снижает потери энергии в водозаборнике не менее чем на 30%, увеличивая тем самым расход поступающей в бак воды.

При наборе воды с использованием давления скоростного набора требуются затраты энергии, т. е. мощности двигателей гидросамолета на передачу воде потенциальной энергии W_n = mgh, где m - масса набираемой воды; h - высота от поверхности водоема до верха бака, и кинетической W_к = 1/2mV², где V - скорость глиссирования гидросамолета, на разгон массы набираемой воды от нулевой скорости до скорости глиссирования. В предлагаемом техническом решении затраты на передачу воде кинетической энергии (W_к = 1/2 mV²) отсутствуют, так как в бак 3 поступает вода, имеющая горизонтальную скорость движения, равную или близкую к скорости движения гидросамолета, т.е. набирается вода, на разгон которой мощность гидросамолета уже затрачена.

При глиссировании гидросамолета происходят большие затраты энергии на брызгообразование, выбрасывание перед лодкой потока воды. Кинетическая энергии этой брызговой струи W_бр = 2 ρ δ V³cos² ϕ/2, где ρ - плотность воды, δ- толщина брызговой струи, V - скорость глиссирования, ϕ- угол хода [4].

Набираемая в бак вода уменьшает массу воды в образующейся брызговой струе и тем самым уменьшает затраты энергии, т.е. мощности гидросамолета на глиссировании.

Конструкция водозаборного устройства проста, надежна и имеет минимальный вес. Площадь входного отверстия водозаборников не ограничивается скоростным напором встречного потока, что позволяет при ее увеличении увеличивать расход воды, поступающей в бак и сократить время набора воды.

Перечисленные преимущества изобретения уменьшают время набора воды и дистанцию набора воды.

Формула изобретения

ПРОТИВОПОЖАРНЫЙ ГИДРОСАМОЛЕТ, содержащий лодку, крыло, оперение, емкость для транспортировки жидкости, имеющую дренажные отверстия, люки для сброса жидкости с закрывающимися створками и водовод, соединяющий емкость с водозаборниками, отличающийся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик за счет снижения гидродинамического сопротивления гидросамолета при наборе воды, входные отверстия водозаборников выполнены на днище лодки.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3