способ создания системы сил летательного аппарата и летательный аппарат - наземно-воздушная амфибия для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ создания системы сил летательного аппарата, включающий создание подъемных, тяговых и управляющих сил с использованием энергии движительно-нагнетательного комплекса, вырабатывающего газовоздушное рабочее тело, отличающийся тем, что рабочее тело формируют в газовоздушном тракте, содержащем систему каналов и створок для регулирования его потоков, для чего летательный аппарат выполняют с платформой, которую совместно с несущим крылом оформляют как составное крыло, при этом платформа служит силовой конструкцией планера, частью несущей поверхности малого удлинения и с большой хордой, нижней поверхности платформы придают положительный установочный угол атаки, в результате чего создают основную часть подъемной силы при экранном движении и в свободном полете, профиль платформы на виде сбоку оформляют по аэродинамической форме, для этого фюзеляж размещают в передней верхней части платформы, движительно-нагнетательный комплекс закрывают капотом и располагают в задней части платформы, тем самым при работе воздухозаборника создают дополнительную тяговую и подъемную силу за счет интенсивного отсоса пограничного слоя воздуха с верхней поверхности профиля, внутри платформы создают газовоздушный тракт с каналами и устанавливают в них аэродинамические профили с положительным углом атаки к вектору скорости набегающего потока рабочего тела, этими профилями одновременно отклоняют поток рабочего тела для безударного входа его в сопла струйного ограждения воздушной подушки и создают подъемную силу, величина которой может быть численно большей массы летательного аппарата, чем обеспечивают его вертикальный взлет на допустимую высоту, при закрытых створках реактивных насадков разгоняют рабочее тело в соплах струйного ограждения до скоростей, формирующих "жесткое" ядро струй длиной 7-8 калибров сечения сопла, чем обеспечивают надежное удержание повышенного давления в камерах воздушной подушки на высоте 7-8 калибров сечения сопла, при этом струи выдувают под углом к опорной поверхности, чем обеспечивают непрерывное нагнетание рабочего тела в камеры воздушной подушки, при установке створок в промежуточное положение обеспечивают наполнение статической воздушной подушки с подъемом летательного аппарата на требуемую высоту, его маневрирование и разгон, при наборе горизонтальной скорости создают подъемные силы - силы динамического давления от сжатия воздуха между опорной поверхностью и нижней поверхностью платформы, по мере набора крейсерской скорости створками уменьшают расход рабочего тела в воздушную подушку, одновременно увеличивая его расход на горизонтальную тягу, оптимальный режим движения создают при отключении статической воздушной подушки, управляют полетом с помощью газодинамических рулей высоты и рулей направления, причем рулями высоты выполняют две функции - балансировку и управление аппаратом в пространстве как в режиме "висения", так и во всем диапазоне эксплуатационных скоростей движения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительные подъемные силы в полете создают опусканием откидных консолей крыла, дополнительные управляющие силы, препятствующие "скольжению" летательного аппарата в полете и разворотах, создают подъемом откидных консолей.

3. Способ по любому из пп.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительные подъемные и управляющие силы в полете создают регулированием положения элерон-закрылков откидных консолей крыла, тем самым изменяют его аэродинамический профиль, в том числе и на отрицательную подъемную силу, а это позволяет увеличить скорость движения летательного аппарата на заданной высоте полета у экрана, улучшить его боковую устойчивость и выдерживание заданной высоты полета во всем диапазоне крейсерских скоростей движения как у экрана, так и при свободном полете.

4. Летательный аппарат - наземно-воздушная амфибия, содержащая фюзеляж, несущее крыло с концевыми шайбами, закрылки, рули высоты и направления, скеги с калиброванными соплами, движительно-нагнетательный комплекс, камеры статической воздушной подушки, расположенные по принципу трехопорного шасси и снабженные струйным ограждением, а также средства механизации и управления, отличающаяся тем, что она оснащена платформой, которая совместно с присоединенным к ней несущим крылом оформлена как составное крыло, нижняя поверхность платформы имеет положительный установочный угол атаки, профиль платформы на виде сбоку имеет аэродинамическую форму, близкую к треугольнику, при этом фюзеляж обтекаемой формы расположен в передней части платформы, движительно-нагнетательный комплекс закрыт капотом и размещен в верхней части кормы платформы, каналы газовоздушного тракта расположены внутри платформы с возможностью подачи по ним рабочего тела к системе сопел струйного ограждения и наполнения воздушной подушки, в каналах дополнительно встроены аэродинамические крыльевые профили, реактивные насадки со створками газораспределения установлены в корме платформы, на выходе из реактивных насадков расположены две ступени рулей направления и рулей высоты, продольные скеги установлены по краям и в середине низа платформы, внутри скегов расположены сопла струйной завесы ограждения воздушной подушки, в нижней части каждого скега имеются надувные баллонеты, с возможностью равномерного распределения нагрузки на скег при стоянке на неровной поверхности.

5. Амфибия по п.4, отличающаяся тем, что несущее крыло имеет откидные консоли, образующие крыло изменяемой геометрии как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях.

6. Амфибия по п.4 или 5, отличающаяся тем, что на откидных консолях крыла установлены элерон-закрылки с возможностью регулирования их положения, или изменения аэродинамического профиля крыла, в том числе и на отрицательную подъемную силу, что позволяет увеличить скорость полета амфибии на заданной высоте у экрана.

7. Амфибия по п.4, отличающаяся тем, что, с целью снижения лобового сопротивления при одновременном повышении подъемной силы, обдуваемые аэродинамические поверхности имеют покрытие, содержащее электромагнитное поле с заданной топографией и напряженностью.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к воздушному транспорту. Разработанный способ создания системы сил летательного аппарата, включая подъемные, тяговые и управляющие силы, и реализация его в летательном аппарате - наземно-воздушной амфибии (НВА) открывают области применения изобретения с учетом усовершенствованных известных и полученных новых технических возможностей, позволяющих выполнять экранный полет (подобно экраноплану), взлет и висение на воздушной подушке и, кроме того, за ее пределами (подобно вертолету), взлет и посадку на воду в режиме водоизмещающего и плиссирующего движения (подобно гидросамолету); стоянку на водной поверхности; свободный полет на высоте, выше зоны действия эффекта экрана (подобно самолету). Это предопределяет первоочередные области освоения производства и применения разработанной амфибии НВА: аварийно-спасательные и аварийно-восстановительные работы при чрезвычайных ситуациях (землетрясениях, наводнениях, лесных пожарах и т.п.), в том числе - в труднодоступных районах; геологическая и другие виды разведки; северный завоз грузов с возможностью выполнения его не только летом, но и в условиях ледовой обстановки; туризм в труднодоступные районы; транспорт ближнего, среднего и дальнего радиуса действия.

Известны способ улучшения аэродинамического качества летательного аппарата (ЛА) и конструкция ЛА для его осуществления (см. описание изобретения по международной заявке №096/33896, МПК В60V 1/08, международная публикация 31.10.96).

Указанный способ заключается в том, что при полете ЛА между его крылом и экранирующей поверхностью создается зона повышенного давления. При достижении скорости, превышающей скорость экранного полета, часть воздуха из зоны повышенного давления отводят и ускоряют до скорости, превышающей скорость набегающего потока воздуха, а затем выпускают его на верхнюю поверхность крыла в направлении к его задней кромке. В результате повышения скорости обтекания верхней поверхности крыла здесь понижается давление, а следовательно, возрастает подъемная сила, что в конечном итоге повышает аэродинамическое качество ЛА.

Летательный аппарат (ЛА) имеет планер, входящие в его состав левое и правое крыло с продольными и поперечными силовыми элементами, а также с каналами, расположенными между продольными силовыми элементами.

Недостатком известного способа является интенсивное возрастание лобового сопротивления вследствие включения механизации обдува верхней поверхности крыла, а также вследствие увеличения индуктивных потерь. Разгон летательного аппарата (ЛА) за пределы скоростей экранного полета ведет к увеличению высоты полета и к снижению экранной составляющей подъемной силы.

Недостатком указанного ЛА является организация каналов по всей длине крыла, что существенно утяжеляет его и усложняет технологию изготовления. Создание искусственной циркуляции воздуха с нижней поверхности крыла на верхнюю усложняет управление рулями высоты, т.к. параметры циркуляционного воздуха изменяются в зависимости от угла атаки крыла. Посадка с большими скоростями на воду ведет к возникновению ударных гидродинамических нагрузок, причем в центр тяжести планера, что требует значительно усилить его конструкцию, а это, в свою очередь, ведет к увеличению массы планера в ущерб полезной нагрузке. Кроме того, для высоких посадочных и взлетных скоростей требуются взлетно-посадочные полосы большой длины и с покрытием высокой ударной прочности.

Известен также способ оптимизации аэродинамических и транспортных характеристик летательного аппарата (ЛА) путем изменения его конструктивных элементов (см. описание изобретения к международной заявке WO №97/17241 по кл. МПК В60V 1/08, международная публикация 15.08.97).

Летательный аппарат (ЛА) содержит корпус, хвостовое оперение, левое и правое крыло, каждое из которых имеет в плане форму треугольника. Угол атаки крыла выполнен переменным по размаху, величина его возрастает по мере приближения к корпусу.

Недостатком известного способа и ЛА для его осуществления является повышенное индуктивное сопротивление движению, недостаточная боковая устойчивость при превышении высоты экранного полета, высокоскоростной принцип взлета и посадки, наличие локальных перегрузок, усложненная конструкция крыла и средств механизации. Такой ЛА имеет узкий диапазон эксплуатационных скоростей и может осуществлять полет только на заданной высоте у экрана.

Известен способ увеличения несущих свойств крыла, реализованный в кораблях-экранопланах конструкции Р.Е.Алексеева, таких, как "Орленок", "Лунь", "Волга", "Стриж" и другие (см. "Крылья Родины", №11, 1991, стр.28-29).

С помощью стартового блока двигателей нагнетатают газ под нижнюю поверхность крыла для создания воздушной подушки, которая частично приподнимает планер из воды во время старта, за счет чего при разгоне снижается гидродинамическое сопротивление.

Экраноплан "Орленок" выполнен по самолетной схеме и имеет фюзеляж, низко расположенное крыло увеличенной хорды и укороченного размаха (удлинение =5) с концевыми шайбами и с механизацией, а также Т-образное хвостовое оперение. Силовая установка состоит из стартового блока, турбореактивных двигателей, расположенных в носовой части фюзеляжа, и маршевого турбовинтового двигателя, расположенного на стыке киля и стабилизатора.

К недостатками аналога относятся:

- высокая собственная масса корабля-экраноплана, вызванная необходимостью эксплуатации в двух средах "вода-воздух", отличающихся по плотности более, чем в 800 раз;

- предельно разнесенные по длине фюзеляжа массы двигательных блоков;

- неэффективный способ ограждения воздушной подушки и высокая энергоемкость организации воздушной подушки (более маршевой силовой установки);

- развитая и энергоемкая механизация планера;

- высокие концентрированные перегрузки, приложенные в центре массы экраноплана от гидролыжного устройства при посадке на взволнованную поверхность воды;

- сложные, энергоемкие и относительно тяжелые системы управления энергетикой и системы управления движением;

- невозможность эксплуатации в ледовых условиях;

- низкая транспортная эффективность.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является способ создания системы сил летательного аппарата самолетной схемы и наземно-воздушная амфибия (НВА) для его осуществления (см. патент РФ №2127202 по заявке №98107154/28, опубликованной 10.03.99, Бюл. №7).

Сущность прототипа заключается в следующем. Систему подъемных сил создают путем передачи энергии от газогенераторов к турбинам подъемных вентиляторов, маршевому двигателю и устройству для газоструйной завесы ограждения статической воздушной подушки. Под фюзеляжем и крылом стреловидной формы создают статическую воздушную подушку с помощью встроенных в крыло подъемных вентиляторов. Реактивная струя от вентиляторов направлена в сторону экрана, при этом происходит заполнение камер воздушной подушки и, одновременно, отсос пограничного слоя воздуха с верхней поверхности крыла. В результате амфибия отрывается от опорной поверхности вертикально на высоту ограждения воздушной подушки. При подаче рабочего тела от газогенератора к маршевому двигателю амфибия начинает горизонтальное движение без контакта с опорной поверхностью.

Летательный аппарат - наземно-воздушная амфибия (НВА) содержит фюзеляж с пассажирскими и (или) грузовыми отсеками, присоединенные к нему левое и правое несущие крылья с увеличенной хордой и малым удлинением ( =4) с концевыми шайбами, горизонтальное и вертикальное оперение, элерон-закрылки, рули высоты и направления, скеги с калиброванными соплами, движительно-нагнетательный комплекс, камеры статической воздушной подушки, расположенные по принципу трехопорного шасси и снабженные струйным ограждением, средства механизации и управления. Для осуществления данного способа амфибия запроектирована по авиационным нормам прочности, т.к. эксплуатируется только в воздушной среде и без перегрузок, свойственных самолетным принципам взлета и посадки.

К недостаткам способа создания системы сил и конструкции летательного аппарата - наземно-воздушной амфибии (НВА), реализующей способ, относятся:

- ограниченные возможности полета на высоте, большей предельной зоны действия воздушной подушки (возможен только инерционный подлет для прохождения препятствий);

- громоздкие и тяжелые высоконапорные и высокотемпературные газопроводы от газогенераторов к приводам и к исполнительным элементам силовой установки;

- низкая надежность встроенных в крыло вентиляторов большого диаметра;

- большие потери энергии рабочего тела в газопроводах;

- повышенная металлоемкость конструкции крыла и его механизации;

- сложное техническое обслуживание маршевых и стартовых двигателей;

- повышенная энерговооруженность амфибии, высокий удельный расход топлива газогенераторов;

- неуправляемость амфибии при движении на статической воздушной подушке и на малых скоростях движения;

- повышенный уровень опасности в эксплуатации при отказе одного подъемного двигателя;

- повышенная сложность управления подъемными двигателями при разгонах и торможениях.

Раскрытие изобретения.

Задачами настоящего изобретения является разработка способа создания системы сил летательного аппарата, включая подъемные, тяговые и управляющие силы, и летательного аппарата - наземно-воздушной амфибии (НВА) с целью улучшения аэродинамических, конструктивных и эксплуатационных характеристик амфибии, а также повышение устойчивости и управляемости как вблизи экрана, так и выше его.

Предложенный способ создания системы сил летательного аппарата, включая создание подъемных, тяговых и управляющих сил с использованием энергии движительно-нагнетательного комплекса, вырабатывающего газовоздушное рабочее тело, отличается тем, что рабочее тело формируют с высокими параметрами в газовоздушном тракте, содержащем систему каналов и створок для регулирования его потоков, центр приложения подъемных сил приближают к центру масс, и увеличивают площадь воздушной подушки, для чего летательный аппарат - наземно-воздушную амфибию (НВА) выполняют с платформой, которую совместно с присоединенным левым и правым несущими крыльями оформляют как составное крыло, при этом платформа служит силовой конструкцией планера, частью несущей поверхности малого удлинения и с большой хордой, нижней поверхности платформы придают положительный установочный угол атаки, в результате чего создают основную часть подъемной силы при экранном движении и в свободном полете. Профиль платформы на виде сбоку оформляют по аэродинамической форме. Для этого фюзеляж размещают в передней верхней части платформы, движительно-нагнетательный комплекс (ДНК) закрывают капотом и располагают в верхней части кормы платформы. Это позволяет при работе воздухозаборника ДНК создать дополнительную тяговую и подъемную силы за счет интенсивного отсоса пограничного слоя воздуха с верхней поверхности профиля. Внутри платформы создают газовоздушный тракт с каналами подвода рабочего тела к реактивным соплам системы струйного ограждения воздушной подушки и ее заполнения. Нижнюю поверхность платформы разделяют скегами и щитками на камеры статической воздушной подушки, которые обеспечивают продольную и боковую устойчивость летательного аппарата (ЛА) в режиме висения и движения на воздушной подушке над любой опорной поверхностью, в том числе и над водой. Наполнение воздушной подушки рабочим телом осуществляется через сопловые аппараты, встроенные в боковые поверхности каждого скега, при этом истечение рабочего тела из сопел происходит с большими скоростями, что обеспечивает необходимую упругость ядра струи, удерживающую повышенное давление рабочего тела в камере воздушной подушки. Такое конструктивное решение позволят регулировать высоту висения и движения амфибии без контакта с опорной поверхностью. Расход рабочего тела регулируют створками, расположенными в реактивных насадках. Высоту подъема амфибии над опорной поверхностью и величину горизонтальной тяги устанавливают регулированием положения створок, управление полетом выполняют с помощью газодинамических рулей высоты и рулей направления. При этом рули высоты выполняют две функции - балансировки и управления амфибии в пространстве как в режиме "висения", так и во всем диапазоне эксплуатационных скоростей движения. По всей длине газовоздушного тракта устанавливают дополнительно обдуваемые рабочим телом аэродинамические профили с положительным углом атаки к вектору скорости набегающего потока рабочего тела. Этими профилями одновременно отклоняют поток рабочего тела для безударного входа его в сопловые аппараты струйного ограждения воздушной подушки и создают распределенную подъемную силу, участвующую в вертикальном подъеме амфибии. Величина этой подъемной силы, измеренной в кгс, может быть запроектирована численно большей массы амфибии, чем обеспечивают ее вертикальный взлет на любую допустимую высоту. В системе сопловых аппаратов, расположенных по периметру платформы, при закрытых створках разгоняют рабочее тело до скоростей, формирующих "жесткое" ядро струй длинной 7-8 калибров сечения сопла, чем обеспечивают надежное удержание повышенного давления в камерах воздушной подушки на высоте 7-8 калибров сечения сопла. Струи выдувают под углом к опорной поверхности. Это обеспечивает непрерывное нагнетание рабочего тела в камеры воздушной подушки. При установке створок реактивных насадков в промежуточное положение обеспечивают наполнение статической воздушной подушки с подъемом на требуемую высоту от опорной поверхности, маневрирование и разгон амфибии. При наборе горизонтальной скорости создают новые подъемные силы - силы динамического давления от сжатия воздуха между опорной поверхностью и нижней поверхностью платформы, по мере набора крейсерской скорости движения, створками реактивных насадков уменьшают расход рабочего тела в воздушную подушку и одновременно увеличивают расход рабочего тела на горизонтальную тягу. Оптимальный режим движения амфибии создают при отключении статической воздушной подушки. Систему подъемных сил амфибии равномерно распределяют по ее несущей поверхности. Конструируют ее по авиационным нормам прочности и с минимальными запасами. При этом создают возможность вертикального отрыва от любой опорной поверхности, в том числе и водной, гидродинамическое сопротивление при всех режимах движения отсутствует.

Кроме того, дополнительные подъемные силы в полете могут быть созданы опусканием откидных консолей крыла, дополнительные управляющие силы, препятствующие "скольжению" летательного аппарата в полете и разворотах, - подъемом откидных консолей. Дополнительные подъемные и управляющие силы могут быть созданы также регулированием положения элерон-закрылков откидных консолей крыла с изменением его аэродинамического профиля, в том числе и на отрицательную подъемную силу, а это может способствовать увеличению скорости полета амфибии у экрана, улучшению боковой устойчивости планера и выдерживанию заданной высоты полета во всем диапазоне крейсерских скоростей движения как у экрана, так и при свободном полете. Используют откидные консоли с элерон-закрылками для выполнения трех функций: в горизонтальном положении - функцию регулирования кренящего момента и функцию регулятора величины подъемной силы консолей крыла в зависимости от массы и скорости движения амфибии, а в вертикальном положении - функцию рулей управления, что создает при поворотах амфибии силы, направленные в противоположную сторону инерционным силам, удерживая тем самым ее от скольжения.

Предлагаемый летательный аппарат - наземно-воздушная амфибия (НВА), содержит фюзеляж, несущую поверхность с концевыми шайбами, закрылки, рули высоты и направления, скеги с калиброванными соплами, движительно-нагнетательный комплекс, камеры статической воздушной подушки, расположенные по принципу трехопорного шасси и снабженные струйным ограждением, средства механизации и управления. Дополнительно он оснащен платформой, которая совместно с присоединенным левым и правым несущими крыльями оформлена как составное крыло. Нижняя поверхность платформы имеет положительный установочный угол атаки относительно горизонтальной плоскости, профиль платформы на виде сбоку имеет аэродинамическую форму, близкую к треугольнику. Фюзеляж обтекаемой формы с помещениями для экипажа, пассажиров и (или) груза расположен в передней части платформы, движительно-нагнетательный комплекс, включая один или несколько двигателей, трансмиссий и винтовентиляторов закрыт капотом и размещен в верхней части кормы платформы. Каналы газовоздушного тракта расположены внутри платформы с возможностью подачи по ним рабочего тела к системе сопел струйного ограждения воздушной подушки. В каналах дополнительно встроены аэродинамические крыльевые профили с возможностью создания подъемной силы при обтекании их рабочим телом. Реактивные насадки установлены в корме платформы, на входе в них установлены створки газораспределения, а на выходе - две ступени рулей направления и рулей высоты. Продольные скеги установлены по краям и в середине низа платформы. Внутри скегов расположены сопла струйной завесы ограждения воздушной подушки, в нижней части каждого скега имеются надувные баллонеты, с возможностью равномерного распределения нагрузки на скег при стоянке и погрузочных работах на твердой неровной поверхности.

Несущая поверхность крыла может иметь дополнительно откидные консоли, образующие совместно крыло изменяемой геометрии как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, при этом консоли могут быть оборудованы элерон-закрылками. Для снижения лобового сопротивления при одновременном повышении подъемной силы, снижения затрат энергии на движение и увеличения массы перевозимого полезного груза обдуваемые аэродинамические поверхности могут иметь покрытие, содержащее электромагнитное поле с заданной топографией и напряженностью.

Пример реализации заявляемого способа создания системы сил осуществлен в разработанном проекте предлагаемой конструкции летательного аппарата - наземно-воздушной амфибии НВА-07-002 со взлетной массой 2 т.

Краткое описание чертежей.

На чертежах схематично изображен пример летательного аппарата в виде наземно-воздушной амфибии: фиг.1 - общий вид сбоку; фиг.2 - то же, что и на фиг.1, вид в плане сверху; фиг.3 - вид спереди; фиг.4 - вид сзади; фиг.5 - продольный разрез по А-А на фиг.2; фиг.6 - вид в плане снизу; фиг.7 - схема формирования системы подъемных сил НВА-07-002 в режиме "висения" над водной поверхностью.

Амфибия НВА-07-002 содержит платформу 1, в передней части которой расположен фюзеляж 2 обтекаемой формы (фиг.1). Движительно-нагнетательный комплекс (ДНК) 3 закрыт капотом и размещен в верхней части кормы платформы 1 (фиг.1). Платформа 1 совместно с присоединенным левым 4 и правым 5 несущими крыльями оформлена как составное крыло 6 (фиг.2). В состав несущего крыла 5 входит концевая шайба 7 и закрылок 8. В амфибии НВА-07-002 используются дополнительно откидные консоли 9 с элерон-закрылками 10 (фиг.2). В нижней части платформы 1 расположены боковые 11 и центральный 12 водоизмещающие баллоны (баллонеты), в верхней части платформы 1 расположен воздухозаборник 13 двигателя, воздухозаборник 14 винтовентилятора (фиг.3), реактивный насадок 15, решетка обдуваемых рулей 16 направления, решетка обдуваемых рулей 17 высоты (фиг.4). В состав ДНК 3 входит двигатель 18, винтовентилятор 19, реактивный насадок 20 со створками 21, канал 22 газовоздушного тракта, а также встроенный в канал 22 аэродинамический крыльевой профиль 23 (фиг.5). В верхней части НВА-07-002 показаны панель 24 приборов, кресло 25 пилота, пассажирское кресло 26, багажник 27, топливный бак 28, аккумулятор 29 (фиг.5). С нижней стороны платформы 1 размещены баллонеты 11 и 12 со щитками 30, камерами 31, 32 и 33 статической воздушной подушки (фиг.6), ограниченными скегами 34 с цепью сопловых аппаратов 35 (фиг.7).

Система подъемных сил НВА-07-002 в режиме "висения" над водной поверхностью (фиг.7), в отличие от подъемной силы известных судов на воздушной подушке, имеет три составляющих: традиционную силу У ₁ от повышенного давления рабочего тела на нижнюю поверхность платформы 1, дополнительную подъемную силу У₂ от реакции выдуваемых из сопловых аппаратов 34 струй рабочего тела и дополнительную подъемную силу У₃ , создаваемую обдуваемыми рабочим телом, крыльевыми профилями 23, установленными в каналах 22 газовоздушного тракта. На фиг.7 обозначены также: Н_о - величина осадки НВА, стоящей на воде (для рассматриваемого примера НВА-07-002 Н_о 400 мм); H_k - глубина каверны над уровнем водной поверхности, Н_в - высота отрыва нижней кромки баллонетов от водной поверхности.

Реализуется система подъемных сил при работе амфибии НВА-07-002 в режиме "висения" над водной поверхностью следующим образом. При закрытых створках 21 реактивного насадка 20 рабочее тело (воздух) от винтовентилятора 19 подается через канал 22 (фиг.5), при этом сжимается и проходит через встроенные в каналы обдуваемые крыльевые профили 23 к сопловым аппаратам 35 статической воздушной подушки (фиг.6, 7). При этом система подъемных сил НВА-07-002 в режиме "висения" над водной поверхностью составляет

У_v=0=У ₁+У₂+У₃,

где

У₁=PS - традиционная подъемная сила, равная произведению величины давления Р рабочего тела на площадь S воздушной подушки;

У₂ GV - дополнительная подъемная сила, величина которой прямо пропорциональна произведению массы G выдуваемого из сопловых аппаратов 35 рабочего тела на скорость V истечения рабочего тела;

У₃ C_yqV²S _кр - дополнительная подъемная сила, величина которой прямо пропорциональна произведению коэффициента подъемной силы С _у, обдуваемого крыльевого профиля 23, на плотность рабочего тела, на квадрат скорости V обтекания и на площадь S _кр крыльевых профилей 23.

В конечном итоге каждая составляющая подъемной силы амфибии НВА-07-002 в режиме висения определяет высоту подъема (отрыва) над опорной поверхностью, а высота отрыва, в свою очередь, обеспечивает бесконтактное движение над препятствиями (волны, торосы, пни, канавы, камни и т.д.). Традиционные суда на воздушной подушке (СВП) с гибкими многокамерными ограждениями имеют очень малую высоту отрыва от опорной поверхности, вследствие чего имеют повышенный износ ограждений от контактного трения и флагиляционных явлений. Эксплуатационный ресурс самых современных гибких ограждений (обогреваемых гибких ограждений) не превышает 300 часов, после чего производится замена съемных элементов или их ремонт, а это требует вывести судно из эксплуатации и поднять его специальными устройствами. Кроме того, традиционные СВП имеют опасное свойство, называемое "подломом гибкого ограждения", которое проявляется при наездах на препятствие (на волну, пень, камень, торос и т.п.) при скоростях движения более 80 км/ч. При подломах гибкого ограждения происходит резкий сброс давления в одной или нескольких камерах воздушной подушки и судно теряет пространственную устойчивость, зарываясь в опорную поверхность со всеми вытекающими отсюда последствиями.

В отличие от традиционных СВП, предлагаемый способ удержания воздушной подушки в амфибии НВА-07-002 с помощью струйной завесы лишен указанных недостатков и обеспечивает надежную эксплуатацию в более широких диапазонах скоростей и размеров преодолеваемых препятствий. Применение струйного ограждения существенно упрощает конструкцию амфибии, улучшает весогабаритные характеристики, снимает проблему ресурса деталей воздушной подушки, а также существенно повышает тактико-технические характеристики транспортного средства и его эксплуатационные свойства, что достигается отсутствием гибких ограждений воздушной подушки и увеличенной высотой отрыва амфибии от опорной поверхности. Предлагаемый способ формирования подъемных сил определяет высоту отрыва НВА от опорной поверхности:

Н_В=h₁(fУ ₁)+h₂(fV₂)+h ₂(fУ₃),

где Н _в - высота отрыва корпуса НВА от опорной поверхности (фиг.7);

h₁(fУ₁) - составляющая высоты отрыва корпуса НВА от опорной поверхности под воздействием силы У₁;

h₂ (fУ₂) - составляющая высоты отрыва корпуса НВА от опорной поверхности под воздействием силы У ₂;

h₃(fУ₃ ) - составляющая высоты отрыва корпуса НВА от опорной поверхности под воздействием силы У₃.

Сумма сил У₂+У₃ в кгс, присущих только амфибии НВА, может составить величину, численно большую, чем масса НВА, в этом случае аппарат может вертикально взлетать на неограниченную высоту. Таким образом предлагаемая система сил и конструкция амфибии НВА, разработанная для их реализации, позволяет избирать режим движения (на динамической воздушной подушке, самолетный или комбинированный), а также высоту и скорость движения исходя из экономических соображений транспортировки пассажиров и грузов в реальных условиях эксплуатации.

В отличие от прототипа, в конструкции заявляемой амфибии НВА-07-002 отсутствуют специальные, встроенные в консоли крыла винтовентиляторы с угловыми редукторами и двигателями, отсутствуют навесные модули, прикрепленные к консолям крыла, отсутствует сложная механизация крыла и шахт подъемных винтовентиляторов, что упрощает конструкцию при одновременном повышении транспортных и эксплуатационных характеристик амфибии, расширяет диапазон крейсерских режимов движения.

В соответствии с заявляемым способом создания системы сил летательного аппарата, включая создание подъемных, тяговых и управляющих сил, разработан размерный ряд проектов летательных аппаратов - наземно-воздушных амфибий (НВА) со взлетной массой, т: 2, 5, 10, 30, 60, 120, 300, 530, 1500, 3000, 5000. Рассмотрим один из них, например НВА-07-002, со взлетной массой 2 т. В нем реализованы признаки летательного аппарата: наличие фюзеляжа, крыла, оснащенного элементами механизации, обдуваемых рулей высоты и рулей направления. В то же время это принципиально новое транспортное средство - грузопассажирский экраноплан с вертикальным взлетом и посадкой, в котором реализованы конструкции, позволяющие осуществить лучшие свойства - вертолета, самолета, судов на воздушной подушке и кораблей - экранопланов, синтез которых обеспечивает для него отдельную нишу в системе традиционных транспортных средств.

Требования к прочности планера амфибии НВА, принципиально отличаются от требований к прочности планера традиционного самолета прежде всего потому, что у НВА отсутствуют местные, сосредоточенные перегрузки, например такие, как у самолета - при посадке происходят удары шасси о покрытие взлетно-посадочной полосы, которые передаются на конструкцию планера в зоне центра тяжести. Кроме того, несущие силы (в кгс) самолета, численно равные или даже превышающие его массу, приложены в центре площадей консолей крыла, при этом центр масс самолета сосредоточен в фюзеляже и направлен в сторону, противоположную подъемной силе крыла, в результате чего создаются концентрированные нагрузки в корневых сечениях консолей крыла. Такая схема распределения сил на планере самолета невыгодно сказывается на эффективности транспортного средства и требует при эксплуатации повышенного внимания к состоянию высоконагруженных узлов. При этом снижается и строго регламентируется ресурс планера, снижается его надежность в эксплуатации. В отличие от самолета в конструкции амфибии НВА отсутствует посадочное шасси, так как отсутствует режим самолетной посадки, а нижняя плоскость платформы выполнена с положительным, установочным углом атаки, что создает до 50% подъемной силы составного крыла при движении у экрана. Таким образом НВА имеет более выгодную систему распределения несущих сил на элементы конструкции планера, что снижает уровень эксплуатационных требований к конструкции, увеличивает ресурс планера, повышает его надежность. Авиационные нормы прочности в конструкциях амфибии НВА должны быть значительно (в 1,5-2 раза) снижены, так как заявляемая система несущих сил, их распределение и предлагаемые способы взлета и посадки не создают перегрузок, подобных самолетам и кораблям-экранопланам. Таким образом реализуется еще одна возможность увеличения полезного груза - за счет снижения собственного веса конструкции планера.

Управление движением амфибии НВА-07-002 осуществляется в следующей последовательности:

- запускается и прогревается двигатель на режиме холостой "ход";

- створки реактивного насадка устанавливаются в положение "100%-ная воздушная подушка", в этом положении створки полностью перекрывают тяговые реактивные насадки и открывают каналы ресивера на воздушную подушку;

- на режиме "холостой ход" включается сцепление валов работающего двигателя с валами винтовентилятора, осуществляется раскрутка винтовентилятора до оборотов "холостого хода";

- сектор газа двигателя плавно переводится в положение "номинал", обороты винтовентилятора поднимаются до 2400 об/мин, одновременно производится загрузка винтовентилятора переводом лопастей на большие утлы атаки, расход воздуха при этом составит около 160 кг/с, рулями высоты аппарат балансируется в горизонтальном положении, происходит отрыв НВА-07-002 от опорной поверхности на высоту 0,4-1 м и осуществляется режим висения с поднятыми консолями крыла;

- приоткрываются верхние створки реактивных насадков, рулями направления НВА разворачивается на нужный курс движения, выруливает на прямолинейный участок разгона;

- с увеличением степени открытия верхних створок реактивных насадков начинается разгон НВА; на скорости 80 км/ч при опускании консолей крыла увеличивается подъемная сила, выпускаются закрылки консолей крыла с одновременным открытием створок реактивных насадков, увеличивается скорость движения до 150 км/ч, при этом высота движения регулируется положением элерон-закрылков консолей крыла;

- открываются нижние створки реактивных насадков, при этом отсекается расход воздуха в каналы газовоздушного тракта и все рабочее тело поступает в реактивные насадки, создавая тягу и, тем самым, разгоняя амфибию до скорости 250 км/ч, после чего разгон прекращается снижением режима работы двигателей до "0,6 номинального" с одновременным переводом элерон-закрылков консолей крыла в положение, соответствующее заданной высоте экранного полета, осуществляется крейсерский экранный полет, являющийся наиболее экономичным режимом движения НВА-07-002;

- при необходимости увеличения скорости экранного полета до 300 км/ч двигатель переводится в режим "0,8 номинального", при этом высота полета удерживается переводом элерон-закрылков консолей крыла в отрицательное положение (поднимаются вверх со снижением подъемной силы консолей крыла);

- при необходимости планового преодоления препятствий по маршруту движения двигатель переводится в режим работы "номинальный", а элерон-закрылки консолей крыла переводятся в нейтральное положение; при этом НВА разгоняют до скорости 350 км/ч с одновременным набором высоты и выполняют полет в самолетном режиме; скорость и величина набора высоты может регулироваться изменением угла тангажа аппарата с помощью рулей высоты;

- возвращение к экранному полету осуществляется снижением режима работы двигателя до "0,6 номинального", при этом будет снижаться скорость и высота полета до проявления эффекта экрана, при котором высота полета составит 1-1,5 м при скорости около 250 км/ч, далее с помощью закрылков и элерон-закрылков устанавливается оптимальная скорость и высота экранного полета;

- при неожиданном возникновении препятствия по курсу экранного полета амфибии НВА возможно резкое выполнение инерционного подлета на высоту до 80 м одним движением штурвала на себя, при этом рулями высоты изменяют тангаж аппарата до 8 градусов, при снижении скорости до 150 км/ч, рулями высоты переводят тангаж аппарата до 3 градусов и приступают к планированию со снижением до высоты влияния экрана, далее на НВА выполняется крейсерский экранный полет;

- при необходимости осуществить остановку осуществляют торможение амфибии, для чего следует поднять нижние створки реактивных насадков и выпустить элерон-закрылки, при уменьшении скорости до 150 км/ч опустить верхние створки реактивных насадков, режим работы двигателя довести до "номинального", убрать элерон-закрылки в нейтральное положение, а на скорости 80 км/ч поднять консоли крыла; на статической воздушной подушке и без горизонтальной тяги НВА затормозится до полной остановки и зависнет над опорной поверхностью; далее визуально выбирается место посадки, осуществляется маневрирование и мягкая посадка путем снижения режима работы двигателей до "холостого хода", выключается сцепление, выполняются погрузочно-разгрузочные и другие работы на стоянке.

Амфибия НВА-07-002 имеет фюзеляж со входными дверями и откидными ступенями, системы управления, навигации, связи, внешнего и внутреннего освещения, отопления и вентиляции, а также топливную, масляную, гидравлическую, воздушную, противопожарную, противообледенительную и другие системы, что позволяет ей выполнять полеты, в том числе в сложных метеорологических условиях.

Использование предложенного способа создания системы сил летательного аппарата, включая создание подъемных и тяговых сил, и летательного аппарата - амфибии (НВА) для их реализации позволяет достичь цели изобретения - комплексного улучшения аэродинамических и транспортных характеристик летательного аппарата, а также нового, не известного ранее, способа управления полетом летательного аппарата. Кроме того, конструкция амфибии НВА-07-002 представляет собой новое высокоэффективное транспортное средство, способное принципиально изменить и улучшить существующую транспортную систему. Предлагаемая амфибия позволяет повысить производительность грузопотоков, значительно экономить топливо и в несколько раз снизить экологическую нагрузку на окружающую природную среду. Повышается безопасность транспортировки пассажиров и грузов, поскольку полет амфибии НВА-07-002 осуществляется преимущественно на малой высоте, что исключает возможность падения и удара об опорную поверхность. Техническим результатом является создание летательного аппарата - наземно-воздушной амфибии, в котором управление движением осуществляют с учетом взаимосвязи трех параметров, а именно скорости, массы и высоты при использовании эффекта экрана. Амфибия разработана как многоцелевая в дополнение к существующим транспортным средствам. В то же время она относится к самостоятельному новому виду транспорта, способного конкурировать по основным летным и экономическим показателям с известными самолетами и вертолетами такого же класса. Для ее эксплуатации не требуется строительство аэродромов, дорог, мостов, туннелей, линий электропередачи и т.д.