Способ взлета самолетов
Изобретение относится к авиации, а именно к способам обеспечения взлета самолетов. В данном способе взлета, самолет поднимают в воздух дирижаблями с устройством для захвата и отсоединения самолета. Затем самолет сбрасывают в свободное падение с работающими двигателями с такой высоты, чтобы в конце падения на безопасном расстоянии от земли его скорость обеспечивала полет с набором высоты. До сбрасывания самолет могут разгонять до скорости, достаточной для сохранения им устойчивого положения при падении. Использование изобретения позволяет обеспечить взлет самолетов без взлетных полос аэродромов, снизить шумность и расход топлива. 1 з.п.ф-лы.
Изобретение относится к авиации, а именно к способам обеспечения взлета самолетов.
Под "самолетом" в данном изобретении понимается летательный аппарат тяжелее воздуха для полетов в атмосфере с помощью двигателей и крыльев ("Советский энциклопедический словарь", М., СО, 1985 г., стр. 1159).
Известен способ взлета самолетов, заключающийся в том, что самолет под действием тяги собственных двигателей разгоняют по горизонтальной поверхности до скорости отрыва. По такому способу производят взлет с наземных аэродромов с использованием взлетно-посадочных полос.
В связи с большой массой и скоростью отрыва современных самолетов взлетно-посадочные полосы аэродромов выполняют длиной более 2,0 км, занимая большие участки земли, как правило, наиболее ценной - вблизи крупных населенных пунктов. Взлет производится на форсажных режимах двигателей, характеризующихся большим уровнем шума и повышенным расходом топлива.
С целью сокращения длины взлетных полос для разгона самолета к нему прикладывают дополнительную внешнюю тягу, создаваемую, например, стартовыми ракетными ускорителями или паровыми и другого типа катапультами. Последние применяются на авианосцах с горизонтальной палубой ("Jane's Fighting Ships 1981-1982", UK, Janes Publishing Company, London, 1982, p.635). Техническая сложность и высокая стоимость указанных систем, а также высокие перегрузки личного состава самолетов приводят к тому, что способ взлета с использованием внешних разгонных устройств нашел применение только на боевых самолетах и кораблях.
Известен также способ взлета, заключающийся в том, что самолет разгоняют по взлетной полосе под действием тяги собственных двигателей до скорости, меньшей скорости поддержания в воздухе, подбрасывают самолет вверх на несколько десятков метров с использованием трамплина, установленного в конце взлетной полосы, после чего за счет дополнительного ускорения самолета за время его свободного падения доводят скорость до величины, необходимой для поддержания в воздухе и дальнейшего набора высоты. По этому способу, принятому в качестве ближайшего аналога, производится взлет самолетов с оборудованных трамплинами палуб, например, российского тяжелого авианесущего крейсера "Адмирал Кузнецов" (газета "Известия" от 26.12.99) и авианесущего корабля Великобритании "Гермес" (упомянутый Jane's Fighting Ships, p.555, 561). Взлет по этому способу имеет определенные преимущества: для увеличения скорости самолета используется в том числе ускорение свободного падения с максимальной высоты подброса, взлет производится с укороченной взлетной полосы и не требует применения разгонных устройств, однако он также используется только в военной технике из-за больших перегрузок экипажей самолетов, особенно на стадии подброса на трамплине. Кроме того, такой взлет требует высокой относительной энерговооруженности самолетов, которой самолеты гражданской авиации не обладают. Все это значительно сужает область применения данного способа.
Предложенный способ предназначен для решения технической задачи обеспечения взлета самолета без применения взлетных полос аэродромов за счет суммарного использования тяги его двигателей и ускорения свободного падения.
Техническим результатом использования изобретения является сокращение потребного расхода топлива, шумности при взлете самолета, а также резкое сокращение территории наземных аэродромов.
Технический результат достигается за счет того, что в способе взлета самолета, заключающемся в том, что самолет разгоняют до скорости его поддержания в воздухе путем совместного воздействия на него тяги собственных двигателей и ускорения свободного падения, самолет поднимают в воздух на заданную высоту одним или несколькими соединенными между собой жесткой рамой дирижаблями с захватными устройствами для фиксации, отцепления и сброса самолета, после чего самолет с работающими двигателями отсоединяют от захватного устройства и переводят в режим свободного падения, при этом заданную высоту сброса самолета выбирают исходя из того, чтобы в конце падения векторная сумма составляющих скорости самолета от работы двигателей и от ускорения свободного падения на безопасном расстоянии от земли превышала скорость, необходимую для поддержания самолета в полете и набора высоты.
Дополнительно технический результат достигается за счет того, что до сбрасывания самолету предварительно, за счет совместной работы двигателей самолета и дирижаблей, придают скорость, достаточную для сохранения им после сбрасывания устойчивого положения при падении.
Взлет по предложенному способу производится следующим образом. Самолет заводят, например, тягачами, на взлетную площадку аэродрома, оборудованную системами крепления и технического обслуживания дирижаблей. Число дирижаблей выбирают исходя из того, чтобы подъемная сила одного или суммарная подъемная сила нескольких дирижаблей превышала взлетный вес самолета. При использовании нескольких дирижаблей они соединены между собой жесткой рамой. Наиболее целесообразно использование 2-х дирижаблей, соединенных одной рамой. Под одиночным дирижаблем или на раме закреплено устройство для захвата и сброса самолета. Могут быть использованы различные устройства для фиксации, отцепления и сбрасывания предметов в полете (МКИ В 64 D 1/00-1/12). В качестве наиболее приемлемого можно указать на устройство для сбрасывания грузов (SU, 1821425 А1, В 64 D 1/02, 15.06.98). Устройство содержит захваты с контактирующими элементами по форме сбрасываемого груза, что позволяет использовать его без специального дооборудования существующих самолетов. Проводятся регламентные предполетные проверки систем и устройств самолета, затем он фиксируется захватным устройством, поднимается дирижаблями на требуемую высоту, после чего производится его сбрасывание в свободное падение с работающими двигателями. За время падения до безопасной высоты (порядка 100-200 м от земли; уточняется по результатам испытаний) самолет под действием тяги двигателей и ускорения свободного падения приобретает скорость, достаточную для поддержания в воздухе и последующего набора высоты, при которой подъемная сила превышает полетный вес самолета. В зависимости от типа самолета, его энерговооруженности и ряда других факторов необходимое для достижения взлетной скорости время может составлять 10-15 секунд, что потребует подъема самолета на высоту порядка 600-1000 м.
Вызванная свободным падением скорость самолета будет иметь величину V=g·t, где g - ускорение, а t - время свободного падения, то есть около 100-150 м/сек (360-540 км/час).
Такую же скорость самолет может приобрести за это время и за счет тяги двигателей. Суммарный вектор скорости при этом может иметь величину порядка 500-750 км/час, что достаточно для погашения скорости падения и последующего набора высоты. Для самолетов, не обладающих способностью сохранять устойчивое положение после сбрасывания, необходимо применение стабилизирующих устройств, например парашютов, дефлекторов, малых реактивных двигателей с вертикальной тягой и др., обеспечивающих самолету допустимый тангаж и устойчивое управляемое положение при падении.
Если этих средств недостаточно, то для предотвращения неуправляемого падения самолета ему предварительно, до сбрасывания, придают скорость, необходимую для устойчивого положения при падении. Разгон самолета при этом производится за счет совместной работы двигателей самолета и дирижаблей. Очевидно, что при предварительном разгоне самолета высота его сбрасывания может быть существенно снижена.
Приведенная оценка высот и скоростей дана без учета влияния аэродинамического сопротивления падению самолета. С учетом последнего время падения будет больше. Соответственно, увеличится время действия тяги двигателей, что приведет к более плавной траектории полета и снижению перегрузок при выходе на режим набора высоты.
После сброса самолета дирижабли опускают для обеспечения очередного взлета.
Посадка самолета может производиться с применением тормозных парашютов, реверса тяги и других устройств и действий для погашения скорости и поэтому требует значительно меньших длин посадочных полос, чем традиционные взлетно-посадочные полосы аэродромов.
Натуральная отработка изобретения для уточнения высот сбрасывания и отдельных параметров систем и устройств, основанных на данном способе, первоначально должна проводиться на макетах летательных аппаратов и беспилотных самолетах, подобно тому, как это было при отработке аппарата "Буран" космической системы многоразового использования "Энергия". После этого возможен взлет по данному способу грузовых, а затем и пассажирских самолетов.
Использование изобретения позволяет отказаться от взлетных полос аэродромов, резко снизить расход топлива на взлет, а также шумность самолетов из-за исключения или максимального сокращения при взлете форсажных режимов, что приведет к большому экономическому эффекту и улучшению санитарно-экологической обстановки вблизи аэродромов.
1. Способ взлета самолетов, заключающийся в том, что самолет разгоняют до скорости, необходимой для его поддержания в воздухе, путем совместного воздействия на него собственных двигателей и ускорения свободного падения, отличающийся тем, что самолет поднимают в воздух на заданную высоту одним или несколькими соединенными между собой жесткой рамой дирижаблями с захватными устройствами для фиксации, отцепления и сброса самолета, после чего самолет с работающими двигателями отсоединяют от захватного устройства и переводят в режим свободного падения, при этом заданную высоту сброса самолета выбирают исходя из того, чтобы в конце падения векторная сумма составляющих скорости самолета от работы двигателей и от ускорения свободного падения на безопасном расстоянии от земли превышала скорость, достаточную для поддержания в воздухе и последующего набора высоты, при которой подъемная сила превышает полетный вес самолета.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что до сбрасывания самолету предварительно за счет совместной работы двигателей самолета и дирижаблей придают скорость, достаточную для сохранения им после сбрасывания устойчивого положения при падении.
