Экраноплан

Изобретение относится к транспортным средствам на динамической воздушной подушке и касается создания экранопланов. Экраноплан содержит фюзеляж, крыло, горизонтальное и вертикальное оперение, маршевый (воздушный винт) и стартовый движители с соответствующими двигателями, а также шасси. Двигатель, например турбореактивный, расположен в носовой части фюзеляжа в канале с воздухозаборником со створками, а также с соплом и щитком. Щиток имеет створки, при отклонении которых образуется щель. Задняя кромка опущенного щитка расположена перед передней кромкой крыла. В поднятом положении щиток образует наплыв. Винт расположен перед горизонтальным оперением и соединен с планером с возможностью вращения относительно оси, проходящей через ось вращения винта и центр масс соединенных с винтом двигателя и мотогондолы. Изобретение позволяет снизить аэродинамическое сопротивление на крейсерских режимах и повысить управляемость экраноплана при движении с поддувом. 15 з.п. ф-лы, 14 ил.

 

Изобретение относится к транспортным средствам на динамической воздушной подушке, а именно к экранопланам и экранолетам.

Из уровня техники известны экранопланы и экранолеты, оснащенные системой поддува струй газа от воздушных движителей под крыло для обеспечения аэродинамической разгрузки аппарата.

Так, из патента РФ №2139212 на группу изобретений "Способ создания воздушной разгрузки и тяги для транспортного средства, устройство для его осуществления и экранолет с устройством создания воздушной разгрузки и тяги", МПК B 60 V 1/08, В 64 С 35/00, В 64 С 25/66, дата публикации 10.10.1999 года, [1], известен экраноплан, включающий крыло, горизонтальное и вертикальное оперение, поплавковое шасси, фюзеляж, маршевый и стартовый движители, соединенные с соответствующим энергоприводом, при этом стартовый движитель расположен в носовой водоизмещающей части фюзеляжа перед передней кромкой крыла, воздухозаборник двигателя расположен выше его сопла, в верхней части фюзеляжа выполнен входной коллектор, сопряженный с воздухозаборником двигателя, нижняя часть фюзеляжа в месте расположения сопла двигателя оснащена отклоняемым передним щитком, причем в опущенном положении задняя кромка створки расположена впереди передней кромки крыла. Выполнение экраноплана [1] с водоизмещающей носовой частью фюзеляжа и с передним бесщелевым щитком приводит к значительному брызговому сопротивлению водоизмещающей носовой части фюзеляжа, а бесщелевой щиток - к практическому отсутствию подсоса окружающего воздуха (инжекции) струями стартового воздушного движителя. Поэтому величина скоростного напора в струе за стартовым движителем ограничена, что обусловливает использование низконапорных воздушных движителей, например вентиляторов, имеющих значительные габариты. Поэтому изобретение целесообразно использовать в компоновках с большими габаритами носовой части (в частности, шириной) фюзеляжа, что ограничивает область использования изобретения в других компоновках экранопланов.

Из патента РФ №2253580 на изобретение "Экраноплан с носовыми поддувными двигателями", МПК B 60 V 1/08, дата публикации 10.06.2005 года, [2], известен экраноплан, включающий крыло, горизонтальное и вертикальное оперение, поплавковое шасси, фюзеляж, маршевый и стартовый движители, соединенные с соответствующим энергоприводом, при этом стартовый движитель расположен перед передней кромкой крыла на пилоне с возможностью отклонения в вертикальной плоскости вытекающей из движителя (сопла двигателя) струи газа. Необходимость размещения двигателей на пилоне и отклонения струи газа, например, путем поворота пилона или поворотных козырьков приводит к увеличению веса конструкции планера экраноплана. Кроме того, для обеспечения требований по снижению температуры газа, набегающего на крыло, и необходимости уменьшения скорости в струе двигатели удалены от передней кромки крыла на большое расстояние, что увеличивает длину носовой части фюзеляжа и моменты инерции экраноплана. В результате увеличивается вес конструкции планера и лобовое сопротивление экраноплана, снижается его аэродинамическое качество и ухудшаются характеристики устойчивости и управляемости. Экраноплан [2] принят за наиболее близкий аналог изобретения.

Решаемой технической задачей является увеличение аэродинамического качества экраноплана с поддувными двигателями на крейсерских режимах полета путем снижения его лобового сопротивления.

Технический результат состоит в снижении аэродинамического сопротивления аппарата на крейсерских режимах полета. Кроме того, технический результат состоит в повышении управляемости экраноплана при движении с поддувом (на динамической воздушной подушке).

Раскрытие изобретения.

Экраноплан, как и в наиболее близком аналоге [2], содержит крыло, горизонтальное и вертикальное оперение, шасси, фюзеляж, маршевый и стартовый движители, соединенные с соответствующим двигателем, при этом стартовый движитель расположен перед передней кромкой крыла, но в отличие от наиболее близкого аналога стартовый движитель расположен в канале в носовой части фюзеляжа, воздухозаборник канала расположен выше его сопла, нижняя часть фюзеляжа в месте расположения сопла оснащена отклоняемым передним щитком, выполненным, по меньшей мере, с одной поперечной щелью, оснащенной створкой.

Экраноплан характеризуется тем, что, по меньшей мере, одна из створок переднего щитка оснащена приводом ее отклонения.

Экраноплан характеризуется тем, что передний щиток оснащен аэродинамическими гребнями.

При этом аэродинамические гребни расположены веером.

Кроме того, аэродинамические гребни выполнены в виде дуги, радиус которой уменьшается по мере удаления от продольной оси щитка.

Экраноплан характеризуется тем, что фюзеляж оснащен створками для перекрытия воздухозаборника канала.

Экраноплан характеризуется тем, что маршевый движитель соединен с планером экраноплана посредством моторной рамы и расположен перед горизонтальным оперением.

При этом маршевый движитель соединен с моторной рамой с возможностью поворота в вертикальной плоскости.

Кроме того, маршевый движитель соединен с маршевым двигателем, элемент крепления маршевого двигателя выполнен в виде силового элемента гондолы маршевого двигателя, соединенной с моторной рамой посредством шарнирного соединения, ось которого проходит через точку пересечения оси вращения маршевого движителя и центр масс поворачивающихся относительно указанной оси агрегатов и маршевого движителя.

Экраноплан характеризуется также тем, что моторная рама соединена с элемент крепления маршевого двигателя посредством тяги переменной длины, выполненной с возможностью соединения с энергоприводом.

Экраноплан характеризуется тем, что горизонтальное оперение соединено с вертикальным оперением в его верхней части.

Экраноплан характеризуется тем, что закрылок выполнен двухзвеньевым, причем второе звено закрылка выполнено с возможностью отклонения вверх и вниз.

Экраноплан характеризуется тем, что крыло выполнено составным, включающим центроплан и присоединенные к нему консоли.

При этом центроплан выполнен с удлинением 0,4...0,7, оснащен закрылком, по бортам центроплана установлены поплавки или концевые шайбы.

Кроме того, закрылок выполнен двухзвеньевым, причем второе звено закрылка выполнено с возможностью отклонения вверх и вниз.

Экраноплан характеризуется тем, что консоли установлены сзади центра масс экраноплана с положительным углом поперечного V и оснащены элеронами.

При этом элероны выполнены зависающими.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлен экраноплан при виде сбоку.

На фиг.2 представлен экраноплан при виде сверху.

На фиг.3 представлен экраноплан при виде спереди в крейсерской конфигурации.

На фиг.4 представлен экраноплан с составным крылом при виде спереди в стартовой конфигурации.

На фиг.5 показан продольный разрез А-А на фиг.2 в крейсерской конфигурации.

На фиг.6 показан продольный разрез А-А на фиг.2 в стартовой конфигурации.

На фиг.7 показан разрез Б-Б на фиг.6 при отклоненных створках переднего щитка.

На фиг.8 показан разрез Б-Б на фиг.6 при неотклоненных створках переднего щитка.

На фиг.9 показан разрез В-В на фиг.2.

На фиг.10 показан разрез Г-Г на фиг.2.

На фиг.11 представлен разрез Д-Д на фиг.2.

На фиг.12 представлен разрез Е-Е на фиг.1.

На фиг.13 дан вид И на фиг.11.

На фиг.14 показано взаимное положение планера и маршевого движителя относительно опорной поверхности при разных углах тангажа.

Осуществление изобретения.

Экраноплан содержит фюзеляж 1, крыло 2, горизонтальное 3 и вертикальное 4 оперение, маршевый 5 и стартовый 6 движители, соединенные с соответствующими двигателями 7 и 8, взлетно-посадочное шасси, включающее, например, поплавки 9 (фиг.1...4), концевые шайбы, лыжи, колеса и т.п. (не показано). В качестве стартового двигателя 8 целесообразно использовать турбореактивный двигатель (движителем 6 которого является сопло), и располагать его в носовой части фюзеляжа 1 в канале 10 (фиг.1). Канал 10 на верхней поверхности фюзеляжа 1 образует воздухозаборник 11, а на нижней поверхности - выходное сопло 12. На входе в воздухозаборник 11 канала 10 расположены управляемые створки 13, закрывающие воздухозаборник 11 в крейсерской конфигурации экраноплана (фиг.5) и открывающими - в стартовой (или взлетно-посадочной) конфигурации экраноплана (фиг.6). Выходное сопло 12 перекрывается передним щитком 14, отклоняемым относительно оси 15, расположенной в районе передней кромки 16 сопла 12. Щиток 14 отклоняется приводом, выполненным, например, в виде гидроцилиндров 17 (фиг.5, 6). Щиток 14 составлен, по меньшей мере, из двух створок 18, отклоняемых приводом, например гидроцилиндром 19, с образованием щели 20 между соседними створками 18 (фиг.5, 6). Опущенный щиток 14 при отклоненных створках 18 с открытыми щелями 20 по существу является решетчатым крылом (фиг.6, 7). Задняя кромка 21 щитка 14 шире, чем передняя кромка, на которой закреплена ось 15, и в опущенном (стартовом) положении расположена перед передней кромкой 22 крыла 2 (фиг.1), а в поднятом (крейсерском) положении примыкает к нижней поверхности носовой части фюзеляжа 1 (фиг.5), образуя наплыв 23 (фиг.2). На верхней поверхности щитка 14 (со стороны крыла 2) могут устанавливаться аэродинамические гребни 24, которые при виде в плане могут располагаться веером и выполняться по дуге с уменьшением радиуса дуги по мере удаления от продольной оси 25 экраноплана (фиг.6, 7, 8).

Крыло 2 может оснащаться закрылками 26 (фиг.2), выполненными с возможностью отклонения вверх и вниз. Закрылки выполнены, как правило, двухзвеньевыми. Второе звено 27 закрылка может отклоняться как вниз, так и вверх относительно первого звена (фиг.9). В механизме отклонения закрылка 26 и его звеньев имеется упругий элемент, например амортизатор 28, обеспечивающий отклонение соответствующего звена закрылка 26 при его встрече с препятствием, например волной, и возвращение его в прежнее положение после прохождения препятствия (фиг.9).

Крыло 2 может выполняться составным, т.е. иметь центроплан 29 и консоли 30 (фиг.2, 4). Центроплан 29 выполняется с удлинением 0,4...0,7, консоли 30 расположены сзади центра масс (на фиг.2 - ЦМ) экраноплана. Консоли оснащены органами управления по крену, например элеронами 31 (фиг.2, 10), которые могут выполняться зависающими, т.е. имеющими возможность отклоняться вниз как закрылки, и в этом положении отклоняться вверх и вниз как элероны (фиг.4, 10). Консоли 30 установлены с положительным поперечным углом "V".

Движитель 5 маршевого двигателя 7, в качестве которого может использоваться поршневой, турбовинтовой или турбореактивный двигатель, в предпочтительном варианте выполнения экраноплана расположен перед горизонтальным оперением 3, например, на пилоне (не показано) или на киле 32 вертикального оперения 4 (фиг.1...4). В качестве маршевого движителя 5 может использоваться воздушный винт 33, вентилятор, сопло (не показаны). Движитель 5, как правило, соединен с двигателем 7. Элементы 35 крепления двигателя 7 соединены с моторамой 36, соединенной в свою очередь с планером (например, килем 32) экраноплана (фиг.11, 12).

В предпочтительном варианте выполнения двигатель 7 посредством элементов 35 крепления, которые могут выполняться в виде силового элемента, например шпангоута мотогондолы 34, соединен с моторамой 36 с возможностью поворота в вертикальной плоскости, например, относительно оси 37 (фиг.12, 13). При этом ось 37 проходит через центр масс (на фиг.11-14 - ЦМ_ДВ+МГ) поворачивающихся относительно оси 37 агрегатов (например, мотогондолы 34 с расположенными в ней двигателем 7 и движителем 5) и ось симметрии воздушного движителя 5, совпадающего, как правило, с осью 38 вращения воздушного винта 33 или сопла двигателя (не показано), через которые проходит вектор тяги движителя 5 (фиг.11, 13). Элементы 35 крепления двигателя, выполненные, например, в виде силового элемента мотогондолы 34, соединены с моторамой 36 посредством управляющего гидроцилиндра 39 (фиг.11), система управления которым включена в систему определения и/или индикации пространственного положения экраноплана, например, с авиагоризонтом (не показано).

Экраноплан функционирует следующим образом.

Перед движением в режиме поддува экраноплан переводится в стартовую (взлетно-посадочную) конфигурацию: створки 13 отклонены, открывая вход в воздухозаборник 11, щиток 14 опущен, открывая сопло 12 канала 10 в носовой части фюзеляжа 1, створки 18 щитка отклонены с образованием щелей 20 между ними, закрылки 26 крыла 2 отклонены вниз. Запускаются стартовый 7 и маршевый 8 двигатели, движители 5 и 6 создают тягу, и экраноплан начинает движение. Струи стартового движителя 6, вытекающие из сопла 12 канала 10, проходят над верхней поверхностью щитка 14. Через щели 20 инжектируется (подсасывается) воздух, который, смешиваясь с реактивной струей за движителем 6, увеличивает массу направляемого под крыло 2 (или центроплан 29) газа и уменьшает его скорость. При этом уменьшается динамическая и увеличивается статическая составляющая полного давления струи. Это позволяет приблизить двигатель 8 к передней кромке крыла 2 и тем самым уменьшить длину фюзеляжа 1 и момент инерции экраноплана. Направленный под крыло 2 газ тормозится в камере, образованной между поплавками (скегами, боковыми шайбами) и опущенным закрылком 26, динамическое давление преобразуется в статическое давление, которое, действуя на нижнюю поверхность крыла 2 (или центроплана 29), создает подъемную силу. Установленные на поверхности щитка 14 аэродинамические гребни 24, расположенные веером, обеспечивают распределение струи вдоль размаха крыла 2, а регулирование зазора между поверхностью (экраном) и задней кромкой закрылка 26 (а при двухзвеньевом закрылке - его второго звена 27) при отклонении обеспечивает создание реактивной тяги вытекающей струи газа и создает баланс массы подаваемого под крыло и выходящего из-под крыла газа, обеспечивая создание подъемной силы и тяги при поддуве (динамической воздушной подушке), препятствуя вытеканию струй газа вперед и уменьшая брызгообразование. При этом достигается максимальное соотношение между величинами подъемной силой и тяги (импульсом струи) стартового движителя 6. Наличие амортизаторов 28 на закрылке 26 обеспечивает отклонение соответствующего звена закрылка 26 вверх при встрече с препятствием, например с волной, и их возвращение в прежнее положение после прохождения препятствия.

По мере разгона регулируется (посредством привода, например, гидроцилиндра 19) угол установки створок 18, при обтекании которых набегающим потоком и инжектируемым (засасываемым струей движителя 6) воздухом образуется подъемная сила на переднем щитке 14, который работает, как решетчатое крыло. Это позволяет управлять экранопланом в стартовой (взлетно-посадочной) конфигурации по тангажу при движении в режиме поддува.

После прохождения горба сопротивления и разгона экраноплан может принимать крейсерскую конфигурацию: гидроцилиндром 17 передний щиток 14 поднимается вверх, образуя наплыв 23, гидроцилиндром 19 створки 18 отклоняются, закрывая щели 20 и образуя нижнюю поверхность наплыва 23, и перекрывая сопло 14 канала 10, створки 13 закрывают воздухозаборник 11. Закрылки 26 крыла 2 переводятся в крейсерскую конфигурацию. В результате уменьшается лобовое сопротивление и повышается аэродинамическое качество экраноплана в крейсерской конфигурации.

В крейсерском полете могут открываться створки 13 воздухозаборника 11 и створки 18 щитка 14 с образованием между ними щелей 20, стартовый двигатель 8 включается, и выходящая через сопло 12 канала 10 и щели 20 между створками 18 струя газа создает дополнительную к маршевому движителю 5 тягу и подъемную силу. Регулирование угла отклонения створок 18 обеспечивает изменение угла вытекания струи и, следовательно, регулирование продольного момента экраноплана. Это повышает управляемость и маневренность экраноплана в вертикальной плоскости.

При выполнении крыла 2 составным, т.е. включающим центроплан 29 и консоли 30, оснащенные элеронами 31, которые могут выполняться зависающими, можно обеспечить оптимальное соотношение устойчивости вблизи экрана и аэродинамического качества крыла 2: за счет увеличения хорды центроплана 29 повышается устойчивость по высоте, а увеличение размаха крыла 2 за счет консолей 30 уменьшает индуктивное сопротивление и, следовательно, повышает аэродинамическое качество экраноплана, достаточное для полетов вне зоны действия экранного эффекта, т.е. экраноплан становится экранолетом. Расположение консолей 30 сзади центра масс (ЦМ) экраноплана придает им свойства стабилизаторов, повышая устойчивость экраноплана, что позволяет уменьшить статический момент горизонтального оперения 3 (равный произведению площади оперения 3 на расстояние между ним и центром масс экраноплана) за счет уменьшения габаритов горизонтального оперения, и уменьшить лобовое сопротивление экраноплана в целом. Наличие зависающих элеронов 31 позволяет увеличить подъемную силу на старте при сохранении управляемости по крену.

Выполнение маршевого движителя 5 обдувающим горизонтальное оперение 3 увеличивает управляемость экраноплана. Соединение маршевого движителя 8 и двигателя 7 посредством элементов крепления 35 с возможностью поворота в вертикальной плоскости относительно моторамы 36, закрепленной на пилоне (не показано) или на киле 32 вертикального оперения 4, обеспечивает обдув горизонтального оперения 3 под постоянным углом тангажа (к горизонту) (фиг.14). Соединение элементов 35 крепления (которые могут выполняться в виде силового каркаса мотогондолы 34) двигателя 7 с моторамой 36 с возможностью поворота относительно оси 38 (проходящей через центр масс двигателя 7 с движителем 5 и мотогондолой 34, ЦМ_ДВ+МГ, фиг.11, 14) и вектор тяги движителя 5, совпадающего, как правило, с осью 38 вращения воздушного винта 33 или сопла, обеспечивает стабилизацию углового положения оси вращения винта 33, работающего как гироскоп, относительно горизонтальной плоскости. Это увеличивает эффективность горизонтального оперения вследствие его обтекания в потоке со скоростью, превышающей скорость движения экраноплана, практически под таким же углом, как и крыло 2, без углов скоса, индуцированных сходящими с крыла 2 вихрями. Наличие управляющего гидроцилиндра 39, соединяющего элемент 35 крепления двигателя 7 (например, силовой шпангоут мотогондолы 34) с моторамой 36, обеспечивает корректировку угла наклона оси 38 вращения винта 33 относительно горизонтальной плоскости, которое может возникнуть, например, в результате прецессии при развороте экраноплана.

Представленная в описании изобретения совокупность признаков и степень раскрытия сущности изобретения достаточны для его реализации при разработке и изготовлении экранопланов.

1. Экраноплан, включающий крыло, горизонтальное и вертикальное оперения, шасси, фюзеляж, маршевый и стартовый движители, соединенные с соответствующим энергоприводом, при этом стартовый движитель расположен перед передней кромкой крыла, отличающийся тем, что стартовый движитель расположен в канале в носовой части фюзеляжа, воздухозаборник канала расположен выше его сопла, нижняя часть фюзеляжа в месте расположения сопла оснащена отклоняемым передним щитком, выполненным, по меньшей мере, с одной поперечной щелью, оснащенной створкой.

2. Экраноплан по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, одна створка переднего щитка оснащена приводом ее отклонения.

3. Экраноплан по п.1, отличающийся тем, что передний щиток оснащен аэродинамическими гребнями.

4. Экраноплан по п.3, отличающийся тем, что аэродинамические гребни расположены веером.

5. Экраноплан по п.4, отличающийся тем, что аэродинамические гребни выполнены в виде дуги, радиус которой уменьшается по мере удаления от продольной оси экраноплана.

6. Экраноплан по п.1, отличающийся тем, что фюзеляж оснащен створками для перекрытия воздухозаборника канала в носовой части фюзеляжа.

7. Экраноплан по п.1, отличающийся тем, что маршевый движитель соединен с планером экраноплана посредством моторной рамы и расположен перед горизонтальным оперением.

8. Экраноплан по п.7, отличающийся тем, что элемент крепления маршевого двигателя с движителем соединен с моторной рамой с возможностью поворота в вертикальной плоскости.

9. Экраноплан по п.8, отличающийся тем, что маршевый движитель соединен с маршевым двигателем, элемент крепления маршевого двигателя выполнен в виде силового элемента гондолы маршевого двигателя, соединенной с моторной рамой посредством шарнирного соединения, ось которого проходит через точку пересечения оси вращения маршевого движителя и центр масс поворачивающихся относительно указанной оси агрегатов и маршевого движителя.

10. Экраноплан по п.8 или 9, отличающийся тем, что моторная рама соединена с элементом крепления двигателя с движителем посредством тяги переменной длины, выполненной с возможностью соединения с энергоприводом.

11. Экраноплан по п.7, отличающийся тем, что горизонтальное оперение соединено с вертикальным в его верхней части.

12. Экраноплан по п.1, отличающийся тем, что закрылок крыла выполнен двухзвеньевым, причем второе звено закрылка выполнено с возможностью отклонения вверх и вниз.

13. Экраноплан по п.1, отличающийся тем, что крыло выполнено составным, включающим центроплан и присоединенные к нему консоли.

14. Экраноплан по п.13, отличающийся тем, что центроплан выполнен с удлинением 0,4...0,7, оснащен закрылком, по бортам центроплана установлены поплавки или концевые шайбы.

15. Экраноплан по п.13, отличающийся тем, что консоли установлены сзади центра масс экраноплана с положительным углом поперечного V и оснащены элеронами.

16. Экраноплан по п.15, отличающийся тем, что элероны выполнены зависающими.