Экраноплан

Изобретение относится к транспорту и касается создания экранопланов. Экраноплан имеет фюзеляж с верхним и нижним, имеющим бортовые шайбы, крыльями, расположенными по схеме биплана, вертикальное и горизонтальное оперение, стартовые и маршевые двигатели, систему управления, верхнее крыло в хвостовой части со стреловидностью по передней кромке, с предкрылками и щелевыми закрылками, с изменяемой геометрией, нижнее крыло прямоугольной формы в плане с плоской нижней поверхностью с закрылками, а его бортовые шайбы выполнены в виде поплавков-скегов, причем отстояние верхнего крыла от нижнего больше хорды верхнего крыла. Стартовый двигатель расположен внутри носовой части фюзеляжа и выполнен с газоотводными каналами-соплами для направления газовых струй под нижнее крыло и формирования стартовой воздушной подушки. В носовой части экраноплана находятся третье и четвертое крылья, состоящие из двух аэродинамических крыльев-консолей, имеющих регулируемые и переменные по знаку углы атаки со стреловидностью по передней кромке, с предкрылками и щелевыми закрылками, выполненных с аэродинамическими крылышками на концах в виде вертикальных пластин. Высота расположения четвертого крыла в носовой части относительно опорной подстилающей поверхности больше соответствующей высоты для третьего крыла, расположенного в носовой части экраноплана, но меньше соответствующей высоты для крыла, расположенного в хвостовой части экраноплана. Изобретение позволяет повысить эксплуатационные качества экраноплана повышением его рентабельности, экономической эффективности и эксплуатационной безопасности. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к транспорту и касается проектирования и конструирования экранопланов.

Известен экраноплан, содержащий фюзеляж с верхним и нижним, имеющим бортовые шайбы, крыльями, расположенными по схеме биплана. Экраноплан также имеет вертикальное и горизонтальное оперение, стартовые и маршевые двигатели и систему управления. Верхнее крыло выполнено со стреловидностью по передней кромке, с предкрылками и щелевыми закрылками. Нижнее крыло выполнено прямоугольной формы в плане с плоской нижней поверхностью и с закрылками, а его бортовые шайбы выполнены в виде поплавков-скегов. Отстояние верхнего крыла от нижнего больше хорды верхнего крыла, его стартовый двигатель расположен внутри носовой части фюзеляжа и выполнен с газоотводными каналами-соплами для направления газовых струй под нижнее крыло и формирования стартовой воздушной подушки. В носовой части экраноплана расположено третье крыло, состоящее из двух аэродинамических крыльев-консолей, имеющих угол атаки, со стреловидностью по передней кромке, с предкрылками и щелевыми закрылками, выполненными с аэродинамическими крылышками на концах в виде вертикальных пластин. Высота расположения данного крыла относительно центра масс экраноплана меньше соответствующей высоты для верхнего крыла, расположенного в хвостовой части экраноплана. Верхнее крыло может иметь угол атаки, аэродинамические крылышки на концах в виде вертикальных пластин. Плоская нижняя поверхность нижнего крыла может образовывать угол атаки с опорной подстилающей поверхностью (патент RU 2232690 С2, 7 B60V 1/08, опубликованный 20.07.2004, бюл. №20).

Однако известный экраноплан обладает низкими эксплуатационными качествами. Технический результат от реализации описываемого изобретения заключается в повышении эксплуатационных качеств экраноплана путем повышения его рентабельности, экономической эффективности и эксплуатационной безопасности.

Этот технический результат достигается тем, что у экраноплана, содержащего фюзеляж с верхним и нижним, имеющим бортовые шайбы, крыльями, расположенными по схеме биплана, вертикальное и горизонтальное оперение, стартовые и маршевые двигатели, систему управления, верхнее крыло со стреловидностью по передней кромке с предкрылками и щелевыми закрылками, нижнее крыло прямоугольной формы в плане с плоской нижней поверхностью, с закрылками, а его бортовые шайбы выполнены в виде поплавков-скегов, причем отстояние верхнего крыла от нижнего больше хорды верхнего крыла, его стартовый двигатель расположен внутри носовой части фюзеляжа и выполнен с газоотводными каналами-соплами для направления газовых струй под нижнее крыло и формирования стартовой воздушной подушки, в носовой части экраноплана расположено третье крыло, состоящее из двух аэродинамических крыльев-консолей, имеющих угол атаки со стреловидностью по передней кромке, с предкрылками и щелевыми закрылками, выполненных с аэродинамическими крылышками на концах в виде вертикальных пластин, причем высота расположения данного крыла относительно центра масс экраноплана меньше соответствующей высоты для крыла, расположенного в хвостовой части экраноплана. Верхнее крыло в хвостовой части экраноплана, имеющего угол атаки со стреловидностью по передней кромке, также выполнено с аэродинамическими крылышками на концах в виде вертикальных пластин, согласно изобретению:

1. В носовой части экраноплана за третьим крылом расположено четвертое крыло, состоящее из двух аэродинамических крыльев-консолей, имеющих переменный и регулируемый по знаку угол атаки, со стреловидностью по передней кромке, с предкрылками и щелевыми закрылками, выполненных с аэродинамическими крылышками на концах в виде вертикальных пластин, причем высота расположения данного крыла относительно опорной подстилающей поверхности больше соответствующей высоты для третьего крыла, расположенного в носовой части экраноплана, но меньше соответствующей высоты для крыла, расположенного в хвостовой части экраноплана;

2. Третье крыло, расположенное в носовой части экраноплана, также имеет регулируемый и переменный по знаку угол атаки;

3. Верхнее крыло, расположенное в хвостовой части экраноплана, выполнено с возможностью изменения геометрии данного крыла, позволяющее значительно увеличить относительное удлинение данного крыла λ и позволяющее экраноплану выходить в самолетный режим полета. Использование четвертого аэродинамического крыла в носовой части и изменяемой геометрии у верхнего крыла в хвостовой части значительно повышает несущие свойства экраноплана за счет как увеличения общей аэродинамической составляющей аэродинамических крыльев в носовой и хвостовой частях экраноплана, так и соответствующего распределения аэродинамической подъемной силы в определенной оптимальной пропорции между третьим и четвертым крыльями в носовой части и верхним крылом в хвостовой части экраноплана, и результирующей точки ее приложения (аэродинамический фокус, определяемый из условия устойчивости экраноплана), значительно улучшая устойчивость и управляемость экраноплана, повышая надежность «привязки» аппарата к экрану, увеличивается способность экраноплана к самостабилизации по высоте и повышается продольная устойчивость при полете на экране по сравнению с прототипом, позволяет снизить взлетно-посадочные скорости, уменьшить динамические нагрузки как на органы управления, так и на конструктивно-силовую схему аппарата и тем самым позволяет снизить общий вес всей конструкции экраноплана, тем самым позволяет повысить полезную весовую отдачу экраноплана как транспортного средства по сравнению с прототипом, позволяет также повысить устойчивость и управляемость, а значит повысить и безопасность полета как на экране, так и на переходных режимах. Использование верхнего крыла в хвостовой части экраноплана с изменяемой геометрией позволяет экраноплану выходить в самолетный режим полета, повышая тем самым мореходность экраноплана - позволяет осуществлять полет над гребнями волн на любой заданной высоте в самолетном режиме, тем самым повышая безопасность полета. Все это позволяет иметь изменяемую геометрию верхнего крыла в хвостовой части экраноплана, значительно увеличивая относительное удлинение данного крыла λ, регулируемый и переменный по знаку угол атаки у третьего крыла в носовой части, четвертое крыло в носовой части экраноплана, состоящее из двух аэродинамических крыльев-консолей, имеющих регулируемый и переменный по знаку угол атаки, тем самым еще более улучшая «привязку» аппарата к экрану, его самостабилизацию по высоте и дальнейшее повышение продольной устойчивости при полете на экране, возможность выхода в самолетный режим полета, повышая мореходность и тем самым повышая безопасность полета по сравнению с прототипом, повышая при этом, как указывалось выше, несущие свойства экраноплана как транспортного средства.

Таким образом, применение регулируемого и переменного по знаку угла атаки у третьего крыла, четвертого крыла, состоящего из двух аэродинамических крыльев-консолей с регулируемыми и переменными по знаку углами атаки в носовой части экраноплана, и выполнение верхнего крыла, расположенного в хвостовой части экраноплана с изменяемой геометрией, тем самым позволяя значительно увеличить полезную весовую отдачу экраноплана как транспортного средства (возможность осуществлять полет в самолетном режиме) по сравнению с прототипом, позволяет повысить устойчивость и управляемость, а значит, повысить и безопасность полета на экране, в самолетном режиме и в переходных режимах, его многофункциональность.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых

- фиг.1 - вид экраноплана сбоку;

- фиг.2 - вид экраноплана сверху;

- фиг.3 - вид экраноплана спереди.

Экраноплан содержит фюзеляж 1, верхнее крыло 2 с изменяемой геометрией (на чертеже не показано) в хвостовой части с предкрылками 3, щелевыми закрылками 4, аэродинамическими крылышками 17 на концах, крыло 13 в носовой части выполнено с регулируемым и переменным по знаку углом атаки, с предкрылками 14, с закрылками 15, аэродинамическими крылышками на концах 16, четвертое крыло 18 в носовой части с предкрылками 19, с закрылками 20, аэродинамическими крылышками на концах 21. Верхнее крыло 2 в хвостовой части и нижнее крыло 5 располагаются по схеме биплана, аналогично прототипу, нижнее крыло 5 имеет закрылки 6 и бортовые шайбы 7 в виде поплавков-скегов, аналогично прототипу. Экраноплан выполнен с вертикальным 8 и горизонтальным 9 оперениями, аналогично прототипу. Имеются маршевые двигатели 10 и стартовый двигатель с воздухозаборником 11 (двигатель размещен в носовой части фюзеляжа 1 и имеет газоотводные каналы-сопла для подвода газовых струй через нижние выходные сопла 12 под крыло 5), аналогично прототипу. Четвертое крыло 18 в носовой части выполнено с регулируемым и переменным по знаку углом атаки, со стреловидностыо по передней кромке. Отстояние крыла 18 от крыла 5 больше хорды крыла 18. Высота расположения крыла 18 относительно опорной подстилающей поверхности больше соответствующей высоты крыла 13, но меньше соответствующей высоты верхнего крыла 2.

Экраноплан выполнен с системой управления (на чертежах не показана).

Эксплуатация экраноплана осуществляется как аналогично прототипу, так и отлично от него.

Разбег экраноплана (аналогично прототипу) осуществляется против направления действия ветра с небольшими курсовыми углами к фронту волн опорной поверхности и начинается с выпуска верхнего крыла 2 в хвостовой части до максимального размаха, используя возможность изменяемой геометрии данного крыла и перевода двигателей на максимальный режим работы.

В начале движения в контакте с водой находятся поплавки-скеги 7, а затем по мере увеличения скорости движения экраноплана под действием набегающего потока воздуха и работы стартового «поддувного» двигателя, получающего воздух по его воздухозаборнику 11, на крыле 5, на верхнем аэродинамическом крыле 13 и на верхнем аэродинамическом крыле 18 в носовой части, на аэродинамическом крыле с изменяемой геометрией 2 в хвостовой части экраноплана от набегающего потока воздуха образуется аэродинамическая подъемная сила, под действием которой экраноплан отрывается от поверхности воды, преодолевая «горб» гидродинамического сопротивления движению, и продолжает полет в крейсерском режиме движения, при этом верхнее крыло 2 в хвостовой части уменьшает свое относительное удлинение λ до минимального размера, используя механизацию изменения геометрии данного крыла, только с работающими маршевыми двигателями 10, т.е. в результате подъемная сила, отрывающая экраноплан от водной поверхности, складывается из аэродинамической подъемной силы на носовых крыльях 13 и 18, кормовом крыле 2 с максимальным размахом на старте и экранном крыле 5.

Посадка экраноплана может осуществляться аналогично прототипу, а также используя механизацию изменения геометрии верхнего крыла 2 в хвостовой части путем раздвижения данного крыла до максимального размаха и одновременно переводом маршевых двигателей 10 на режим полетного малого газа при выпущенных закрылках 4 верхнего заднего крыла 2, выпущенных закрылках 15 переднего крыла 13, выпущенных закрылках 20 переднего крыла 18 и закрылках 6 нижнего крыла 5. В случае волнения моря для снижения перегрузок на корпусных конструкциях применяется кратковременный поддув от стартового двигателя в диапазоне скоростей глиссирования.

Двигатели, агрегаты, механизмы и оборудование (на чертежах не показаны) выбираются из серийных авиационных изделий и обеспечивают заданные режимы эксплуатации.

Сопоставляя технико-экономические характеристики разработанного экраноплана с расположенным в носовой части четвертым крылом, состоящим из двух аэродинамических крыльев-консолей и верхним крылом с изменяемой геометрией в хвостовой части, с известными современными транспортными средствами, можно сделать вывод о том, что отличительные признаки описываемого изобретения в своей совокупности придают экраноплану новые свойства и обеспечивают ему преимущества в техническом, экономическом и экологическом аспектах, а именно в надежности конструкции, функциональной простоте и особенно в рациональной аэродинамической компоновке, обеспечивающей достаточную «привязку» аппарата к экрану за счет нижнего крыла 5, крыла 13 и крыла 18, расположенных в носовой части экраноплана, возможность совершать полет в самолетном режиме за счет изменяемой геометрии крыла 2 в хвостовой части экраноплана, их сочетание и взаимодействие позволяют совершать маневр по скорости и высоте полета для безопасного прохождения узкостей рек, скопления судов, мостов и т.п.

Технический облик и внешний вид экраноплана сформирован как принципиально новый вид морского скоростного транспортного средства, не имеющего аналогов ни по внешнему облику, ни по диапазону эксплуатационных характеристик, который определен всепогодностью и круглогодичностью эксплуатации, высоким уровнем надежности и гарантированной безопасностью полета.

Применение экраноплана многообразно, например, для эксплуатации в речных, озерных и прибрежных морских условиях - для быстрой доставки пассажиров, грузов, почты и т.п. из одного района в другой, а также такие экранопланы найдут применение для смены вахт и т.п.

Результаты проведенных исследований и испытаний в аэродинамических трубах на буксируемой модели позволили провести расчетную оптимизацию основных параметров и характеристик систем, агрегатов и оборудования, соответствующих компоновочной схеме и обеспечивающих заданные режимы эксплуатации, доказывающие возможность получения высоких летно-технических характеристик при различных высотах экранного полета.

1. Экраноплан, содержащий фюзеляж с верхним и нижним, имеющим бортовые шайбы, крыльями, расположенными по схеме биплана, вертикальное и горизонтальное оперение, стартовые и маршевые двигатели и систему управления, при этом верхнее крыло может иметь угол атаки и выполнено со стреловидностью по передней кромке, с предкрылками и щелевыми закрылками с аэродинамическими крылышками на концах в виде вертикальных пластин, нижнее крыло выполнено прямоугольной формы в плане с плоской нижней поверхностью и с закрылками, плоская нижняя поверхность которого может образовывать угол атаки с опорной подстилающей поверхностью, а его бортовые шайбы выполнены в виде поплавков-скегов, причем отстояние верхнего крыла от нижнего больше хорды верхнего крыла, его стартовый двигатель расположен внутри носовой части фюзеляжа и выполнен с газоотводными каналами-соплами для направления газовых струй под нижнее крыло и формирования стартовой воздушной подушки, при этом в носовой части экраноплана расположено третье крыло, состоящее из двух аэродинамических крыльев-консолей, имеющих угол атаки, со стреловидностью по передней кромке, с предкрылками и щелевыми закрылками, выполненными с аэродинамическими крылышками на концах в виде вертикальных пластин, причем высота расположения данного крыла относительно центра масс экраноплана меньше соответствующей высоты для верхнего крыла, расположенного в хвостовой части экраноплана, отличающийся тем, что в носовой части экраноплана за третьим крылом расположено четвертое крыло, состоящее из двух аэродинамических крыльев-консолей со стреловидностью по передней кромке, с предкрылками и щелевыми закрылками, выполненных с аэродинамическими крылышками на концах в виде вертикальных пластин, причем высота расположения данного крыла относительно опорной подстилающей поверхности больше соответствующей высоты для третьего крыла, расположенного в носовой части экраноплана, но меньше соответствующей высоты для верхнего крыла, расположенного в хвостовой части экраноплана.

2. Экраноплан по п.1, отличающийся тем, что верхнее крыло, расположенное в хвостовой части экраноплана, выполнено с изменяемой геометрией.

3. Экраноплан по п.1 или 2, отличающийся тем, что третье и четвертое крылья, расположенные в носовой части экраноплана и состоящие из двух аэродинамических крыльев-консолей каждые, имеют регулируемые и переменные по знаку углы атаки.