Летательный аппарат
Изобретение относится к авиации, более конкретно к летательным аппаратам с крейсерскими скоростями меньше звуковых. Летательный аппарат содержит фюзеляж с плоской нижней поверхностью, выполненный в виде крыла, с плоскими параллельными бортами, крылья с закрылками, двигатели, два киля, установленные каждый из них в плоскости борта и соединены между собой стабилизатором. Фюзеляж выполнен обтекаемой формы в горизонтальной плоскости. Верхняя часть фюзеляжа выполнена в виде несущей части классического крыла на всю его длину. Двигатели установлены в верхней лобовой части и распределены на всю ширину фюзеляжа. Над параллельными бортами выступают стенки, придающие верхней части фюзеляжа еще и форму направляющего желоба. Изобретение может кратно повысить несущие силы аппарата, позволит осуществить крутые, вплоть до вертикального, взлет и посадку тяжелых транспортных и пассажирских самолетов, а также позволит повысить надежность управления положением летательного аппарата. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к авиации и может быть использовано при проектировании и производстве летательных аппаратов с крейсерскими скоростями меньше звуковых.
Все известные летательные аппараты имеют общий недостаток, заключающийся в том, что формы фюзеляжа, крыльев и расположение двигателей исключают возможность использования несущих свойств всех видов воздушных потоков, тем самым, снижая летные, взлетно-посадочные и несуще-свисающие характеристики.
Известен летательный аппарат - транспортный самолет (патент РФ №2022882 от 17.06.91, бюл. №21, от 15.11.94), где частично используется поток газа, создаваемого двигателями для создания (получения) несущей силы.
Известный самолет содержит фюзеляж с плоской нижней поверхностью, выполненный в виде крыла малого удлинения, с плоскими параллельными бортами, крыло с закрылком, двигатели, установленные на пилоне в верхней части фюзеляжа, два киля, установленные в плоскости борта фюзеляжа каждый и соединенные между собой в верхней части стабилизатором.
Недостатком этого самолета является выполнение фюзеляжа в форме крыла с расположением двигателей на верхней части этого фюзеляжа без специального направления потока скоростных газов от работающих двигателей. Поскольку фюзеляж выполнен в виде крыла, а лобовая часть классического крыла способствует созданию ламинарного истечения встречного потока с одной стороны, но создает основное сопротивление полету и не создает несущей силы. Несущая сила от встречного потока начинается с линии плоскости гребня крыла, с которой начинается нисходящая ее плоскость.
Как известно (из физических законов жидкостей и газов), несущую силу в равной степени в зависимости от скорости могут также создавать потоки над плоскостями формой нисходящей несущей части крыла. Поэтому установка двигателей в верхней части фюзеляжа, то есть на гребне крыла, исключает часть несущей силы фюзеляжа от скоростного, воздушно-газового потоков, создаваемых работающими двигателями. Отсутствие специального направления воздушно-газового потока от работающих двигателей также является недостатком известного самолета, потому что исключается стабильность создаваемой несущей силы, т.к. на направление этого потока могут оказать влияние боковые ветры при полете.
Задачей настоящего изобретения является создание летательных аппаратов, лишенных общих недостатков, присущих многим типам летательных аппаратов, а также лишенных недостатков, присущих известному самолету.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном самолете, содержащем фюзеляж с плоской нижней поверхностью, выполненный в виде крыла, с плоскими параллельными бортами, крыло с закрылком, двигатели, установленные на пилоне в верхней части фюзеляжа, два киля, установленные в плоскости борта фюзеляжа каждый и соединенные между собой в верхней части стабилизатором, отличающиеся тем, что фюзеляж выполнен обтекаемой формой в горизонтальной плоскости, верхняя часть которого выполнена в виде несущей части классического крыла на всю длину фюзеляжа, двигатели установлены на пилонах лобовой верхней части и распределены на всю ширину фюзеляжа, а над параллельными бортами выступают стенки, придающие верхней части фюзеляжа еще и форму направляющего желоба.
Выполнение фюзеляжа обтекаемым ламинарным течением в горизонтальной плоскости дает возможность придать его сечению форму, близкую прямоугольной, взамен традиционно круглой. А идентичная стойкость к перепадам внешнего атмосферного давления в различных высотах полета может обеспечиваться простейшими конструктивными элементами, работающими на растяжение при необходимости сохранения толщинно-размерных параметров корпуса.
Сопротивление полету фюзеляжа прямоугольного сечения (основного) с классической тупообразной лобовой частью и сужением ее хвостовой части почти идентично сопротивлению соответствующего фюзеляжа круглого основного сечения. Достигаемый технический результат по компоновке элементов транспортировки в фюзеляже, прямоугольного сечения намного выше, особенно для крупномасштабных летательных аппаратов, чем в фюзеляже круглого сечения. Выполнение верхней части фюзеляжа в форме нисходящей несущей части классического крыла дает возможность использовать создаваемую несущую силу высокоскоростного воздушно-газового потока от двигателей по всей его длине как крыла. Высокой скорости газового потока необходима меньшая пологость нисходящей части крыла для ламинарного истечения. А этот момент позволяет уменьшить перепады высоты хвостовой части от уровня носовой, что выгодно для компоновочной формы фюзеляжа и для уменьшения сопротивления полету. Установка двигателей на передней лобовой части на пилонах с равномерным расположением их по всей ширине дает возможность использовать всей верхней площади фюзеляжа как крыла.
Ожидаемый технический результат неизвестен ни в одном из многочисленных типов летательных аппаратов. Обтекаемый высоко скоростным воздушно-газовым потоком по всей длине и ширине крылообразный вверх фюзеляжа может иметь несущую силу, значительно превышающую взлетную массу даже при неподвижном летательном аппарате. Желобообразная форма верха будет препятствовать рассеиванию потока и направлять его поверху фюзеляжа к стабилизатору и килям, а также препятствовать влиянию бокового ветра, особенно при полете. Возможность превышения несущей силы над взлетной массой определяется исходя из того, что проекция площади фюзеляжа превышает во многих типах самолетов проекции площади крыльев.
Как известно, несущая сила зависит от скорости потока, при прочих равных условиях. Скорость потока от работающих двигателей всегда значительно превышает скорость встречного потока при полете. При этом стабилизаторами и килями можно управлять положением самолета в наземных и околоземных пространствах, так же как и при полете, так как обтекаются потоком более интенсивным.
Устанавливая по бокам фюзеляжа в хвостовой его части двигатели с реверсом обратной тяги и располагая стабилизатор под определенным углом, можно свести к нулю тягу основных работающих двигателей при сохранении несущей силы. А несущая сила, как было указанно выше, может значительно превышать взлетную массу.
Следовательно, получается технический результат по созданию идеальных условий для:
- получения дополнительной несущей силы за счет воздушно-газового потока от работающих двигателей;
- минимизации длины взлетно-посадочных путей;
- обеспечения вертикального взлета неподвижного свисания и вертикального поднятия больших грузов, а также вертикальной посадки, т.е. вариант исполнения вертолетной функции.
Поскольку несущую силу крыльев выполняет фюзеляж, то за крыльями с закрылками остается функция управления летательным аппаратом в полете при посадке и при взлете. Как следствие, уменьшаются их размеры по длине и по толщине сечения. Соответственно, значительно уменьшаются габариты, сопротивление полету и, соответственно, требуемая мощность двигателя и удельный расход топлива. Эти моменты также являются значительным техническим результатом.
На фиг.1 показан вид самолета спереди; на фиг.2 - вид самолета сбоку; на фиг.3 - вид самолета сверху; на фиг.4 - вид сверху, вариант с двигателями по бокам хвостовой части фюзеляжа.
Самолет содержит фюзеляж 1, выполненный обтекаемым в горизонтальной плоскости, с параллельными бортами 2 и плоской нижней поверхностью 3, крыло 4 с закрылком 5, пилоны 6, на которых установлены двигатели 7, на носовой части фюзеляжа. Над параллельными бортами 2 имеются выступы 8, придающие верхней части фюзеляжа желобообразную форму. На выступах установлены два киля 9, соединенные между собой стабилизатором 10. Носовая часть фюзеляжа выполнена тупообразной формы, а хвостовая часть имеет сужение в горизонтальной плоскости. Верх фюзеляжа 11 выполнен в виде несущей части классического крыла на всю длину фюзеляжа, нисходящей к хвостовой части. Поперечные сечения фюзеляжа представляют собой прямоугольник с притупленными углами.
Техническая эксплуатация осуществляется следующим образом.
Работа двигателей сопровождается воздушно-газовым потоком. Этот поток направляется к хвостовой части фюзеляжа, обтекая всю его верхнюю часть, создавая несущую силу, которая создается независимо от того, находится ли самолет в движении (в полете) или нет.
При заторможенном самолете, по мере возрастания оборотов двигателей начинается рост несущей силы, которая может, возрастая, превысить взлетный вес. При этом самолет может подняться с места и взлететь. Но если не заторможен, то по мере роста оборотов двигателей начинается продвижение вперед, а потом взлет. Управление положением и направлением движения самолета на земле осуществляется с помощью килей, так как они обдуваются потоками. Расположение носовой и хвостовой частей также поддается управлению в начальный момент взлета и при полете стабилизатором. Крылья с закрылками в комплексе с килями и стабилизаторами могут обеспечить все требуемые виды управления в полете. Выступы 8 над параллельными бортами препятствуют рассеиванию воздушно-газового потока и влиянию на них боковых ветров. При посадке с помощью управления закрылками, стабилизатором и оборотами двигателей сводится к минимуму посадочная скорость.
Технические параметры заявляемого летательного аппарата (самолета в рассматриваемом случае) отличаются от известных типов тем, что вверх фюзеляжа на всю длину имеет форму несущей нисходящей части классического крыла. Но форма верха фюзеляжа отличается от несущей части классического крыла тем, что рассчитана на начальный высокоскоростной воздушно-газовый поток. Поэтому имеет длину на кратность больше обычного крыла, с малой пологостью создавая ламинарное истечение. Все это создает условие для получения несущей силы, превышающей две тонны на квадратный метр проекции площади фюзеляжа. Ожидаемая несущая сила может значительно превысить взлетный вес самолета.
Летательный заявляемый аппарат может выполнить функцию вертолета намного стабильно-надежным и экономически выгодным путем. Для работы в режиме вертикального взлета, свисания и вертикальной посадки необходимо свести к нулю горизонтальные составляющие тяговых сил двигателей. Частичное снижение тяговой силы возможно и за счет изменения угла расположения стабилизатора, так как обдувается воздушно-газовым потоком от двигателей. Остальные тяговые силы можно компенсировать установкой тяговых двигателей по бокам хвостовой части фюзеляжа с реверсом обратного хода. Эти двигатели в режиме полета могут создать дополнительную тяговую силу.
Для достижения стабильно надежного управления положением летательного аппарата, а также для повышения кпд несущей силы необходимо экспериментальным путем определить длину плоскости верхней лобовой части фюзеляжа и угол ее уклона для различных скоростей потоков газов от двигателей.
1. Летательный аппарат, содержащий фюзеляж с плоской нижней поверхностью, выполненный в виде крыла, с плоскими параллельными бортами, крылья с закрылками, двигатели в верхней части фюзеляжа, два киля, установленные в плоскости борта фюзеляжа каждый и соединенные между собой в верхней части стабилизатором, отличающийся тем, что фюзеляж выполнен обтекаемой формы в горизонтальной плоскости, верхняя часть которого выполнена в виде несущей части классического крыла на всю длину фюзеляжа, двигатели установлены на пилонах в верхней лобовой части и распределены на всю ширину фюзеляжа, а над параллельными бортами выступают стенки, придающие верхней части фюзеляжа еще и форму направляющего желоба.
2. Летательный аппарат по п.1, отличающийся тем, что по бокам хвостовой части фюзеляжа могут быть установлены дополнительно двигатели с реверсом обратной тяги.
