Самолет-амфибия
Владельцы патента RU 2272752:
Открытое акционерное общество Таганрогский авиационный научно-технический комплекс им. Г.М. Бериева (RU)
Изобретение относится к авиастроению и касается разработки гидросамолетов, самолетов-амфибий, экранопланов и экранолетов. Самолет-амфибия имеет лодку с реданами и низкорасположенное глиссирующее крыло с положительным углом поперечного V. Задняя кромка центроплана низкорасположенного глиссирующего крыла расположена ниже скуловой линии. Первый редан выполнен утюгообразной формы в плане. Расстояние от центра тяжести самолета до концевой части первого редана составляет (0,1÷0,2) ширины лодки. На скуловой линии первого редана установлены гидродинамические щитки, образующие ступень, на расстоянии (0,5÷0,7) ширины лодки. На днище лодки установлены продольные реданы, параллельные плоскости симметрии самолета до пересечения с первым реданом. Технический результат заключается в уменьшении длины разбега и улучшении взлетно-посадочных характеристик путем уменьшения интенсивности водяных брызговых струй и площади омываемой поверхности, а также уменьшения аэрогидродинамического сопротивления на скоростях глиссирования. 9 ил.
Предлагаемое изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в разработке гидросамолетов, самолетов-амфибий, экранопланов и экранолетов.
Известны самолеты-амфибии с низкорасположенным глиссирующим крылом: самолет-амфибия любительской постройки "Супер Кут A"(US) /1/, самолет-амфибия "Сибиль" (FR) /2/, самолет-амфибия Бе-103 (RU) /3/ и др.
Лодки этих самолетов выполнены с прямым или стреловидным первым реданом. При выходе этих самолетов на режим глиссирования водяные струи от скуловой части лодки в области, прилегающей к редану, попадают на нижнюю поверхность крыла, создавая гидродинамическую подъемную силу и гидродинамическое сопротивление воздушного крыла. На гидросамолетах классических схем, где водяные струи не попадают на поверхность крыла, гидродинамическая подъемная сила и гидродинамическое сопротивление создаются лодкой, жабрами, поплавками, на гидросамолетах с низкорасположенным глиссирующим крылом, гидродинамическая подъемная сила и сопротивление создаются как лодкой, так и воздушным крылом. Изменение гидродинамической подъемной силы и сопротивления по скорости зависит от схемы самолета, положения крыла по высоте относительно лодки, угла установки крыла, водоизмещения крыла в режиме плавания, моментов от тяги двигателей, обдува крыла и горизонтального оперения, расстояния от редана до центра тяжести самолета и т.д. Доля гидродинамической подъемной силы лодки и крыла, характер изменения по скорости оказывают существенное влияние на характер изменения гидродинамического сопротивления крыла и лодки. На малых скоростях до выхода самолета на режим глиссирования гидродинамическое сопротивление меньше, чем у самолетов классических схем, а на скоростях глиссирования 0,5÷0,8 Vотр. гидродинамическое сопротивление имеет затянутый полочный характер, и горб гидродинамического сопротивления смещается на большие скорости (0,7 Vотр.).
Основной причиной увеличения гидродинамического сопротивления по скорости у самолетов с низкорасположенным крылом является увеличение интенсивности брызговых струй и уменьшение угла при попадании на нижнюю поверхность крыла.
Недостатком этих самолетов является повышенное аэрогидродинамическое сопротивление на режимах глиссирования, ибо на них обеспечивается трехточечная схема глиссирования: на лодке в области перед реданом и на струях, попадающих с лодки на нижнюю поверхность крыла. Причиной повышенного гидродинамического сопротивления на скоростях глиссирования является попадание интенсивных брызговых струй на нижнюю поверхность крыла.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является самолет-амфибия /4/, содержащий лодку со стреловидным первым реданом, силовую установку, расположенную на верхней поверхности крыла, низкорасположенное крыло с положительным углом поперечного V, задняя кромка центроплана крыла расположена ниже скуловой линии. Лодка гидросамолета имеет редан стреловидной формы, расположенный впереди центра тяжести самолета. Движение по водной поверхности осуществляется на носовой части днища лодки и на отраженных от лодки брызговых струях, попадающих на нижнюю поверхность центроплана крыла. Таким образом обеспечивается трехточечная схема глиссирования до V=0,8÷0,9 Vотр. Струи, попадающие на нижнюю поверхность крыла на скоростях движения больше 0,5 Vотр., приводят к увеличению гидродинамического сопротивления с ростом скорости, и зависимость аэрогидродинамического сопротивления по скорости принимает затянутый "полочный" характер.
Испытания в гидроканале ЦАГИ на модели с прозрачным низкорасположенным крылом самолета Бе-103 показали, что основной причиной роста гидродинамического сопротивления является на исходном варианте повышение интенсивности водяных струй от лодки. На интенсивность брызговых струй оказывают влияние многие факторы, такие как коэффициент СΔ0 - нагрузка на лодку, внешние моменты от тяги двигателей, моменты, создаваемые горизонтальным оперением, установка на днище продольных реданов и других накладок, форма редана в плане, гидродинамическая центровка и др.
Задачей предлагаемого изобретения является уменьшение длины разбега и улучшение взлетно-посадочных характеристик за счет уменьшения интенсивности водяных брызговых струй и площади омываемой поверхности, а также уменьшения аэрогидродинамического сопротивления на скоростях глиссирования.
Технический результат достигается тем, что на самолете-амфибии, содержащем лодку с реданами, низкорасположенное глиссирующее крыло с положительным углом поперечного V, задняя кромка центроплана которого расположена ниже скуловой линии, первый редан выполнен утюгообразной формы в плане, а расстояние от центра тяжести самолета до концевой части первого редана составляет (0,1÷0,2) ширины лодки, при этом на скуловой линии первого редана установлены гидродинамические щитки, образующие ступень, на расстоянии (0,5÷0,7) ширины лодки, на днище лодки установлены продольные реданы, параллельные плоскости симметрии самолета до пересечения с первым реданом.
Сущность заявляемого решения поясняется прилагаемыми чертежами, где:
на фиг.1 - вид самолета-амфибии сбоку;
на фиг.2 - вид самолета-амфибии в плане;
на фиг.3 - вид самолета-амфибии 3/4 снизу;
на фиг.4 - увеличенный вид в плане самолета-амфибии;
на фиг.5 - кинограмма брызговых струй на исходной модели с прозрачным крылом самолета по патенту RU № 2231480;
на фиг.6 - график зависимости аэрогидродинамического сопротивления от скорости отрыва на взлете самолета классической схемы типа Бе-8, самолета Бе-103 с низкорасположенным глиссирующим крылом по патенту RU № 2231480 и заявляемого самолета-амфибии Бе-103 с утюгообразным реданом;
на фиг.7 - фото самолета любительской постройки "Супер Кут А" (US);
на фиг.8 - фото самолета "Сибиль" (FR);
на фиг.9 - фото самолета-амфибии Бе-103 (RU).
Самолет-амфибия представляет собой лодку 1, низкорасположенное глиссирующее крыло 2, задняя кромка центроплана которого расположена ниже скуловой линии. На днище лодки первый редан выполнен утюгообразной формы в плане 3, на скуловой линии первого редана установлены гидродинамические щитки 4, образующие ступень редана впереди центра тяжести (ц.т.), а также установлены продольные реданы 5, параллельные плоскости симметрии самолета до пересечения с первым реданом 3.
На скорости движения до выхода самолета-амфибии на глиссирование за счет заостренной обтекаемой формы в плане первого редана 3 обеспечивается некоторое снижение аэрогидродинамического сопротивления (Фиг.5, 6), на скоростях глиссирования 0,5÷0,85 Vотр. обеспечивается трехточечная схема глиссирования, но за счет того, что первый редан по сравнению с исходным сдвинут назад и имеет утюгообразную форму в плане, происходит уменьшение углов хода, уменьшение интенсивности брызговых струй и снижение аэрогидродинамического сопротивления по сравнению с исходным самолетом. На скоростях движения 0,7÷0,85 Vотр. происходит отделение ступени редана, образуемой гидродинамическим щитком от поверхности воды, и глиссирование происходит на зауженной части редана, ограниченной продольными реданами, при этом интенсивность брызговых струй по скорости уменьшается. На скорости больше 0,85 Vотр. глиссирование происходит на зауженной части лодки между продольными реданами, при этом брызговые струи практически не попадают на нижнюю поверхность крыла, за счет чего происходит резкое уменьшение гидродинамического сопротивления крыла.
Экспериментальные исследования в гидроканале показали, что аэрогидродинамическое сопротивление самолета-амфибии Бе-103 по патенту RU № 2231480 на скоростях глиссирования уменьшилось на 25-35%, что позволяет уменьшить длину разбега.
Испытания модели самолета-амфибии с низкорасположенным глиссирующим крылом на взволнованной поверхности показали уменьшение амплитуды продольных колебаний самолета-амфибии и снижение продольных перегрузок в центре тяжести, что позволит повысить мореходные характеристики Бе-103.
Из многочисленных вариантов модификации днища модели лучшие результаты по уменьшению гидродинамического сопротивления получены при установке на самолет днища с утюгообразным в плане первым реданом, с установкой на скуловой части гидродинамического щитка и на днище не менее одного продольного редана.
Необходимо отметить, что для получения оптимальных результатов по уменьшению аэрогидродинамического сопротивления необходима экспериментальная отработка на моделях с варьированием различных параметров лодки; обводов днища, гидродинамической центровки. На модели самолета Бе-103 было выполнено 5 вариантов утюгообразного редана в плане с различным удлинением 0,5÷1,2 Вл. (где Вл. - ширина лодки), полнотой заостренной части, величины по длине гидродинамического щитка (0,5÷0,7 Вл.), положением и величины продольных реданов и расстоянием редана от центра тяжести самолета. Оптимальная длина утюгообразного в плане первого редана составила 0,7 Вл., а расстояние от гидродинамического щитка до центра тяжести - 0,25 Вл.
Испытания в гидроканале ЦАГИ показали, что значительная доля гидродинамической подъемной силы самолета-амфибии с низкорасположенным крылом (до 40÷80%) создается воздушным крылом. Соотношение гидродинамических сил, создаваемых лодкой и крылом, изменяется по скорости и оказывает значительное влияние на гидродинамическое сопротивление самолета-амфибии, на гидродинамическое сопротивление воздушного крыла значительное влияние оказывает интенсивность водяных струй и углов падения на нижнюю поверхность крыла. При увеличении скорости во время взлета интенсивность водяных струй возрастает, а углы падения и омываемая струями поверхность уменьшается (Фиг.5). Происходит падение гидродинамической подъемной силы крыла (Уг), и увеличивается его гидродинамическое сопротивление Хг, при этом гидродинамическое качество уменьшается.
Зависимость гидродинамического сопротивления самолетов-амфибий с низкорасположенным крылом по скорости (Фиг.6) по сравнению с гидросамолетами классических схем принимает затянутый полочный характер, горб гидродинамического сопротивления смещается на большие скорости по сравнению с гидросамолетами классических схем, где водяные струи от лодки на крыло не попадают.
Интенсивность брызговых струй, попадающих на крыло от лодки, зависит от схемы самолета, положения крыла по высоте лодки, угла установки крыла, расстояния от редана до задней кромки крыла, от редана до центра тяжести самолета, моментов от тяги двигателей, от обдува крыла и оперения, обводов днища в области до редана и формы редана.
Технический результат реализации предлагаемого изобретения заключается в уменьшении аэрогидродинамического сопротивления на скоростях движения больше 0,5 Vотр., повышении гидродинамического качества и мореходности посредством придания первому редану утюгообразной формы в плане с установкой на днище продольных реданов и на скуле гидродинамических щитков. Уменьшается длина разбега самолета.
Предложенное устройство будет реализовано на одном из опытных самолетов Бе-103 и после проведения натурных испытаний и подтверждения результатов модельных испытаний внедрено в серийное производство Бе-103.
Источники информации
1. Книга "The Coot Story", 1997, by Richard A. Steeves (копия прилагается см. Фиг.7).
2. Журнал "AVIATION MAGAZINE INTERNATIONAL" № 950 от 30 ноября 1987 г., с.35-37 (копия прилагается см. Фиг.8).
3. Справочник по самолетам мира "Jane′s A11 The WORLD′S AIRCRAFT" 1995-96, c.313 (копия прилагается см. Фиг.9).
4. Патент RU № 2231480, МПК В 64 С 35/00, 27.09.96.
Самолет-амфибия, содержащий лодку с реданами, низкорасположенное глиссирующее крыло с положительным углом поперечного V, задняя кромка центроплана которого расположены ниже скуловой линии, отличающийся тем, что первый редан выполнен утюгообразной формы в плане, а расстояние от центра тяжести самолета до концевой части первого редана составляет (0,1÷0,2) ширины лодки, при этом на скуловой линии первого редана установлены гидродинамические щитки, образующие ступень, на расстоянии (0,5÷0,7) ширины лодки, на днище лодки установлены продольные реданы, параллельные плоскости симметрии самолета до пересечения с первым реданом.
