экранолет

Формула изобретения

1. Экранолет, содержащий корпус, средства создания воздушной разгрузки и тяги, средства стабилизации, отличающийся тем, что корпус выполнен в форме, реализующей функцию несущего крыла, средства создания воздушной разгрузки и тяги выполнены в составе воздуходувной силовой установки, воздуховода, а также воздухозаборной камеры, выполненной в виде полости со сферической поверхностью в днище корпуса в форме полусферы с радиусом, равным половине ширины днища корпуса, с возможностью нагнетания воздуха воздуходувной силовой установкой через воздуховод в полусферу.

2. Экранолет по п.1, отличающийся тем, что воздуходувная силовая установка выполнена в составе двигателя/двигателей и турбонагнетателя/турбонагнетателей или выполнена в составе вентилятора/вентиляторов и двигателя/двигателей, приводящих во вращение поворотные тянущие вентиляторы.

3. Экранолет по п.1, отличающийся тем, что между воздуходувной силовой установкой и воздуховодом, которые выполнены в задней части корпуса, он снабжен заслонкой.

4. Экранолет по п.2, отличающийся тем, что между воздуходувной силовой установкой и воздуховодом, которые выполнены в задней части корпуса, он снабжен заслонкой.

5. Экранолет по п.1, отличающийся тем, что средства стабилизации выполнены в виде килей, являющихся горизонтальным и вертикальным оперениями, причем площадь горизонтального оперения и расположение его плеча от центра тяжести экранолета выбраны с возможностью обеспечения запаса его продольной статической устойчивости по углу тангажа менее 0,15.

6. Экранолет по п.2, отличающийся тем, что средства стабилизации выполнены в виде килей, являющихся горизонтальным и вертикальным оперениями, причем площадь горизонтального оперения и расположение его плеча от центра тяжести экранолета выбраны с возможностью обеспечения запаса его продольной статической устойчивости по углу тангажа менее 0,15.

7. Экранолет по п.3, отличающийся тем, что средства стабилизации выполнены в виде килей, являющихся горизонтальным и вертикальным оперениями, причем площадь горизонтального оперения и расположение его плеча от центра тяжести экранолета выбраны с возможностью обеспечения запаса его продольной статической устойчивости по углу тангажа менее 0,15.

8. Экранолет по п.4, отличающийся тем, что средства стабилизации выполнены в виде килей, являющихся горизонтальным и вертикальным оперениями, причем площадь горизонтального оперения и расположение его плеча от центра тяжести экранолета выбраны с возможностью обеспечения запаса его продольной статической устойчивости по углу тангажа менее 0,15.

9. Экранолет по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что снабжен опорными элементами, выполненными в виде понтонов и крепящимися к днищу корпуса, или корпус в нижней части выполнен в форме, несущей функцию опорных элементов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к авиации и может быть использовано при разработке и создании класса летательных аппаратов, функционирование которых базируется на использовании в той или иной степени экранного эффекта, в частности экранолетов и экранопланов.

Известен экранолет (патент РФ №2018465, МПК: 5 В64С 39/08, В64С 3/38, В60V 1/08), содержащий корпус (фюзеляж), средства создания воздушной разгрузки и тяги, включающие в состав двигательную установку, средства стабилизации (оперение), крыло, выполненное по схеме биплан, причем верхнее крыло укреплено в направляющих с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, кроме того, величина этого смещения превышает хорду верхнего крыла.

К его недостаткам относятся низкая эффективность средств воздушной разгрузки и тяги, поскольку они выполнены в виде проточной камеры, образованной крылом;

конструктивные особенности, не обеспечивающие высокого аэродинамического качества, что дополнительно обусловлено фактором использования только подъемной силы экрана;

невысокая проходимость и надежность из-за наличия конструктивных элементов, снижающих данные параметры.

Известен экранолет (патент РФ №2094320, МПК: 6 В64С 39/08, В60V 1/08), содержащий корпус (корпус-лодка), средства создания воздушной разгрузки и тяги, средства стабилизации, при этом корпус-лодка выполнен с хвостовым оперением и крылом малого удлинения с центропланом, над которым установлен двигатель с воздушным винтом, передние и задние кромки крыла имеют обратную стреловидность, причем задние кромки крыла расположены в горизонтальной плоскости, а передние образуют между собой обратное V, угол которого составляет 6÷12°, кроме того, концевые нервюры крыла установлены горизонтально в плоскости задних кромок крыла и к ним пристыкованы поплавки остойчивости и концевые шайбы с элеронами, при этом перед крылом вдоль кабины по бортам лодки установлены аэродинамические наплывы, выполненные в виде трапов привальных брусьев.

К недостаткам данного экранолета относятся низкая эффективность воздушной разгрузки и тяги, недостаточно высокое аэродинамическое качество, невысокая проходимость и надежность. Приведенные недостатки обусловлены конструктивными особенностями данного летательного аппарата. Низкая эффективность средств воздушной разгрузки и тяги связана с тем, что данные средства выполнены в виде проточной камеры; невысокое аэродинамическое качество вследствие конструктивных особенностей дополнительно обусловлено использованием только подъемной силы экрана; невысокая проходимость и надежность являются результатом наличия конструктивных элементов, снижающих данные технические показатели.

Известен экранолет (патент РФ №2185979, МПК: 7 В60V 1/08), содержащий корпус, средства создания воздушной разгрузки и тяги, средства стабилизации, причем корпус выполнен с хвостовым оперением и крылом малого удлинения, над которым установлен один или несколько двигателей с воздушным винтом, при этом боковые и задние кромки крыла расположены в единой плоскости, а нервюры крыла, сопряженные с бортами корпуса экранолета, установлены под углом 5÷16° к указанной плоскости, нижней поверхности крыла задана куполообразная форма, кроме того, задняя и боковые кромки крыла выполнены из гибкого армированного материала и образуют гибкое воздушной ограждение воздушной подушки, воздушные винты расположены над крылом, перед плоскостью вращения винта поверхность крыла опущена вниз ниже конца лопасти винта и распространяется за плоскость вращения винта, образуя кольцевой канал перед винтом.

К недостаткам данного известного технического решения относятся низкая эффективность воздушной разгрузки и тяги, недостаточно высокое аэродинамическое качество, невысокая проходимость и надежность. Приведенные недостатки обусловлены конструктивными особенностями данного летательного аппарата. Так, низкая эффективность средств воздушной разгрузки и тяги связана с поддувом под крыло, что не обеспечивает полной разгрузки данного транспортного средства. Причина недостаточно высокого аэродинамического качества лежит в неоптимальности конструкции, а также в том, что данный аппарат использует только подъемную силу эффекта экрана. Относительно невысокая проходимость вызвана наличием дефицитной юбки. Также данная конструкция отличается сложностью и имеет достаточное количество элементов, снижающих ее надежность.

Техническим результатом изобретения является:

- повышение эффективности воздушной разгрузки и тяги;

- повышение аэродинамического качества;

- повышение надежности;

- повышение проходимости.

Технический результат достигается тем, что в экранолете, содержащем корпус, средства создания воздушной разгрузки и тяги, средства стабилизации, корпус выполнен в форме, реализующей функцию несущего крыла, средства создания воздушной разгрузки и тяги выполнены в составе воздуходувной силовой установки, воздуховода, а также воздухозаборной камеры, выполненной в виде полости со сферической поверхностью в днище корпуса, в форме полусферы радиусом, равным половине ширины днища корпуса, с возможностью нагнетания воздуха воздуходувной силовой установкой через воздуховод в полусферу.

В экранолете воздуходувная силовая установка выполнена в составе двигателя/двигателей и турбонагнетателя/турбонагнетателей или выполнена в составе вентилятора/вентиляторов и двигателя/двигателей, приводящих во вращение поворотные тянущие вентиляторы.

Экранолет, между воздуходувной силовой установкой и воздуховодом, которые выполнены в задней части корпуса, снабжен заслонкой.

В экранолете средства стабилизации выполнены в виде килей, являющихся горизонтальным и вертикальным оперением, причем площадь горизонтального оперения и расположение его плеча от центра тяжести экранолета выбраны с возможностью обеспечения запаса его продольной статической устойчивости по углу тангажа менее 0,15.

Экранолет снабжен опорными элементами, выполненными в виде понтонов и крепящимися к днищу корпуса, или корпус в нижней части выполнен в форме, несущей функцию опорных элементов.

Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми фигурами. На Фиг.1 схематично изображен вид экранолета сбоку, где 1 - корпус (фюзеляж), 2 - опорные элементы, 3 - киль, 4 - заслонка. На Фиг.2 показан разрез по центру вдоль оси экранолета (а) и вид днища экранолета (б), где 1 - корпус, 2 - опорные элементы, 5 - воздуходувная силовая установка, 6 - воздуховод, 7 - воздухозаборная камера.

Экранолеты относятся к классу летательных аппаратов, осуществляющих полет вблизи поверхности земли или воды с использованием экранного эффекта. Данный эффект заключается в увеличении подъемной силы (образовании динамической воздушной подушки) и снижении аэродинамического сопротивления на высотах, сравнимых с длиной хорды крыла летательного аппарата. Увеличение подъемной силы крыла вблизи ровного участка Земли или водной поверхности обусловлено повышением динамического давления на нижней поверхности крыла из-за близости экрана. Снижение аэродинамического сопротивления является следствием уменьшения вихреобразований вблизи концов крыльев (уменьшением индуктивного сопротивления). Подъемная сила крыла растет тем больше, чем ближе крыло к земле. Воздушная масса под тяжестью экранолета, движущегося на большой скорости, уплотняется, образуя так называемую воздушную подушку.

В отличие от известных технических решений, в которых прирост подъемной силы обусловлен только за счет экранного эффекта, в предлагаемом изобретении в формировании подъемной силы участвуют два фактора: во-первых, вышеприведенный фактор экранного эффекта, действующего на высотах до 10÷15 метров и увеличивающего подъемную силу крыла, функцию которого выполняет корпус (1) экранолета; во-вторых, фактор подъемной силы, формируемой в полусфере воздухозаборной камеры (7) (Фиг.2).

Механизм создания подъемной силы в полусфере воздухозаборной камеры (7) заявляемой конструкции аналогичен созданию подъемной силы под крылом птиц. При взмахе и опускании крыла в его полусфере создается положительная подъемная сила.

Предлагаемая конструкция обладает более эффективными средствами создания воздушной разгрузки и тяги при нулевой или незначительной поступательной скорости экранолета, так как возможности движительной установки реализуются в полной мере. То есть техническое решение с поддувом в полусферу воздухозаборной камеры (7) в корпусе (1) экранолета обеспечивает полную воздушную разгрузку летательного аппарата.

Поддув в полусферу устраняет необходимость перемещения экранолета при его разгоне по водной или наземной поверхности, поэтому в его конструкции отсутствуют боковые ограждения (скеги), располагаемые обычно на консолях крыла и ухудшающие силовую схему летательного аппарата, а также колесные шасси.

Важной характеристикой экранолетов является то, как решена в них проблема стабилизации, другими словами, проблема достижения продольной устойчивости, способности аппарата к самовосстановлению в горизонтальном полете после воздействия возмущающих воздушных потоков, касании воды или ошибок в управлении. В целях достижения высокой экономичности заявляемого аппарата и высокого аэродинамического качества в экранолете применена схема Липпиша, как наиболее оптимальная в отношении снижения затрат мощности силовой установки на стабилизацию.

Экранолет содержит следующие основные конструктивные элементы (Фиг.1 и Фиг.2): корпус (1), опорные элементы (2), два киля (3), заслонку (4), воздуходувная силовая установка (5), воздуховод (6), воздухозаборная камера (7).

Корпус (1) выполнен в форме, обеспечивающей ему осуществление функции несущего крыла. Как например, центроплан. В днище корпуса (1), в его средней части, расположена воздухозаборная камера (7), предназначенная для формирования дополнительной подъемной силы, которая достигает порядка 1000 кг/м². Воздухозаборная камера (7) представляет собой полость со сферической поверхностью, в частности полусферу радиусом, равным порядка половины ширины корпуса (1) (Фиг.2б). В задней части корпуса (1) выполнен воздуховод (6), обеспечивающий поступление в воздухозаборную камеру (7) воздуха от воздуходувной силовой установки (5), расположенной также в задней части корпуса (1) (Фиг.2а). В задней части корпуса (1) выполнены также два киля (3) и заслонка (4).

Экранолет снабжен опорными элементами (2), которые крепятся к днищу корпуса (1). Опорные элементы (2) могут быть выполнены, например, в виде понтонов (Фиг.2а), или сама форма выполнения днища корпуса (1) может нести в себе функцию опорных элементов.

Воздуходувная силовая установка (5), воздуховод (6) и воздухозаборная камера (7) с заслонкой (4) в совокупности представляют собой средства создания воздушной разгрузки и тяги. В качестве воздуходувной силовой установки (5), например, может быть использован приводимый в действие двигателем турбонагнетатель/турбонагнетатели, или она может быть реализована в виде вентилятора/вентиляторов и двигателя/двигателей, приводящих во вращение поворотные тянущие вентиляторы. При этом величина давления, создаваемого посредством воздуходувной силовой установки (5) в воздухозаборной камере (7), для достижения вышеприведенной величины дополнительной подъемной силы равна 1000 кг/м².

Воздуходувная силовая установка (5), кроме создания положительной подъемной силы, также осуществляет функцию передвижения экранолета.

Средства управления и стабилизации в заявляемом экранолете выполнены в виде двух килей (3) и заслонки (4) в задней части корпуса (1).

Между воздуходувной силовой установкой (5), расположенной в задней части корпуса (1), и воздуховодом (6) выполнена заслонка (4), предназначенная для изменения характеристик воздушного потока и поддержания давления в воздухозаборной камере (7) на требуемом уровне.

Кили (3), являющиеся вертикальным и горизонтальным оперением, выполняют функцию стабилизации. Площадь горизонтального оперения и расположение его плеча от центра тяжести экранолета выбирается таким образом, чтобы запас его продольной статической устойчивости по углу тангажа составлял величину менее 0,15.

Параметры воздухозаборной камеры (7), а также взаимное расположение воздуходувной силовой установки (5), заслонки (4), воздуховода (6) и центра тяжести экранолета определяют расчетным и экспериментальным путем.

Эксплуатацию экранолета осуществляют следующим образом.

После запуска двигателей и повышения оборотов винтов воздуходувной силовой установки (5) давление в воздухозаборной камере (7) повышается за счет нагнетания воздуха через воздуховод (6). Заслонка (4) перед запуском находится в открытом положении. В полусфере воздухозаборной камеры (7) формируется подъемная сила, экранолет начинает подниматься, а действие подъемной силы распространяется под всем корпусом (1). Экранолет начинает разгон на воздушной подушке. При увеличении скорости до 60 км/ч и более экранолет переходит в режим полета, характеризующийся дополнительным вкладом в осуществление полета работы корпуса (1) в качестве обычного крыла самолета к уже сформировавшимся подъемным эффектам.

Пилот, регулируя обороты воздуходувной силовой установки (5) и положение заслонки (4), регулирует давление внутри полусферы воздухозаборной камеры (7) и обеспечивает движение с полной разгрузкой аппарата на всех его скоростях, начиная с нулевых.

Для осуществления посадки управление осуществляют в обратном порядке. Обороты винтов воздуходувной силовой установки (5) сбрасывают, скорость уменьшается, давление в полусфере воздухозаборной камеры (7) падает. Величина подъемной силы постепенно уменьшается, и аппарат производит посадку.

Таким образом, заявленное техническое решение обладает более высокими эксплуатационными характеристиками: имеет большее аэродинамическое качество; силовая схема средств создания воздушной разгрузки и тяги отличается большей эффективностью; экранолет обладает повышенной проходимостью и надежностью. Силовая схема средств создания воздушной разгрузки и тяги оптимально адаптирована для условий труднодоступных районов Севера и Сибири.