Транспортное средство на динамической воздушной подушке

 

Изобретение относится к судостроению и касается создания судов-экранопланов без руля высоты. Транспортное средство (ТС) имеет корпус, крыло с закрылками, ручку управления их поворотом, пневмобаллоны, установленные в нижней части скегов, пневмобаллон, установленный на нижней поверхности крыла и корпуса в диаметральной плоскости ТС, газонагнетатели (воздушные винты или турбовентиляторные двигатели), находящиеся на пилоне перед передней кромкой крыла, ручку управления поворотом пилона, вертикальное оперение с рулем направления, стабилизатор и ограждение воздушных винтов. Ручка управления поворотом закрылков кинематически связана с ними. С пилоном кинематически связана ручка управления его поворотом. Скеги установлены в концевых сечениях крыла параллельно оси ТС. Пилон имеет возможность его поворота вокруг оси, перпендикулярной диаметральной плоскости ТС. Поворот пилона служит для изменения угла направляемых под крыло струй в вертикальной плоскости. Стабилизатор находится в верхней части упомянутого оперения. Маршевый двигатель может находиться на этом оперении. Ручка управления поворотом пилона и ручка управления поворотом закрылков расположены на пульте управления водителя в непосредственной близости друг от друга. Одна из ручек снабжена фиксатором с целью скрепления и раскрепления ее с другой ручкой при их совмещении в одной плоскости. Кинематика систем управления поворотом пилона и закрылков выполнена с учетом пропорции углов перекладки пилона и закрылков, обеспечивающей балансировку ТС при одинаковом перемещении ручек управления. Технический результат реализации изобретения состоит в повышении безопасности эксплуатации ТС на динамической воздушной подушке при снижении психоэмоциональной нагрузки на водителя. 1 з.п. ф-лы. 9 ил.

Изобретение относится к судостроению и, в частности, касается конструирования судов и аппаратов амфибий с динамическими принципами поддержания, аэродинамическая компоновка которых не содержит руля высоты.

Известны транспортные средства (ТС), использующие при движении динамическую воздушную подушку.

Судно на воздушной подушке или экраноплан по патенту Великобритании N 2120990A [1] содержит два параллельных корпуса, соединенных посредством центрального крыла. Под крылом между корпусами образовано открытое спереди пространство. На корпусах ближе к корме, чем центральное крыло, установлены боковые крылья. В корму от боковых крыльев установлено хвостовое оперение. Расположенные перед центральным крылом турбовентиляторные двигатели имеют возможность поворота относительно горизонтальной поперечной оси, благодаря чему при взлете и посадке струи выхлопных газов могут быть направлены под центральное крыло. Корпуса жесткие с большой поперечной килеватостью.

Существенными признаками этого судна, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются расположенные перед центральным крылом двигатели, установленные с возможностью поворота относительно горизонтальной поперечной оси, благодаря чему выхлопные газы могут быть направлены под крыло.

Известно транспортное средство на динамической воздушной подушке по авторскому свидетельству СССР N 1786768A1 [2], содержащее фюзеляж с хвостовым оперением, несущее крыло с закрылками и расположенными на нем двигателями, соединенными с установленными перед крылом движителями, выполненными в виде воздушных винтов в кольцевых насадках с управляемыми горизонтальными створками для отклонения воздушного потока от винтов в вертикальной плоскости, смонтированные с торцов крыла боковые скеги, в нижней части которых и фюзеляжа установлены пневмобаллоны, ручки управления поворотом закрылков и горизонтальными створками, расположенные на пульте управления водителя. Горизонтальное оперение выполнено без руля высоты.

Существенными признаками этого транспортного средства, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения являются фюзеляж с хвостовым оперением, несущее крыло с закрылками, расположенные с торцов крыла боковые скеги, в нижней части которых установлены пневмобаллоны, и пневмобаллон, установленный в нижней части фюзеляжа.

Известно транспортное средство на динамической воздушной подушке "Ракета-2" [3] (журнал "Судостроение" N 1 1991 г., Ленинград "Судостроение", стр. 6), которое содержит корпус с хвостовым оперением, низко расположенное основное несущее крыло малого удлинения с закрылком, установленное в средней части корпуса, высоко расположенное крыло большого удлинения в носовой части корпуса с размещенными на нем турбовинтовыми двигателями, жесткие скеги, расположенные по концам основного несущего крыла параллельно продольной оси транспортного средства с установленными в их нижней части пневмобаллонами, центральный пневмобаллон, расположенный на нижней поверхности корпуса. Носовое крыло оборудовано закрылками для отклонения воздушного потока от винтов под основное несущее крыло. На горизонтальном оперении отсутствует руль высоты.

Существенными признаками этого транспортного средства, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: корпус с хвостовым оперением, несущее крыло малого удлинения с закрылками, жесткие скеги, расположенные по концам крыла параллельно продольной оси транспортного средства, в нижней части которых установлены пневмобаллоны, пневмобаллон, установленный в нижней части корпуса, двигатели с движителями, расположенные перед основным несущим крылом, ручки управления поворотом закрылков носового и основного несущего крыла, расположенные на пульте управления водителя.

Известно транспортное средство на динамической воздушной подушке по патенту РФ N 2087351 [4], принятое в качестве прототипа.

Означенное транспортное средство содержит: корпус, крыло с закрылками, ручку управления поворотом закрылков, расположенную на пульте управления водителя и кинематически связанную с закрылками, жесткие скеги, расположенные по концам крыла параллельно продольной оси транспортного средства, с установленными в их нижней части пневмобаллонами, эластичную убираемую пневмолыжу, установленную на нижней носовой части корпуса, двухкилевое хвостовое оперение, воздушные винты с приводом от размещенной в корпусе силовой установки, расположенные перед крылом на пилоне, установленном с возможностью его поворота для изменения угла направляемых под крыло струй от винтов в вертикальной плоскости, ручку управления поворотом пилона, расположенную на пульте управления водителя и кинематически связанную с пилоном, ограждение воздушных винтов в виде криволинейных балок, соединяющих носовые оконечности скег и корпуса.

Особенностью аэродинамической компоновки указанного транспортного средства является отсутствие руля высоты.

Существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого изобретения, являются: корпус, крыло с закрылками, жесткие скеги, расположенные по концам крыла параллельно продольной оси транспортного средства с пневмобаллонами в их нижней части, хвостовое оперение в кормовой части корпуса, воздушные винты, расположенные перед передней кромкой крыла на пилоне, установленном с возможностью его поворота для изменения угла направляемых под крыло струй в вертикальной плоскости, ограждение воздушных винтов, ручки управления поворотом пилона и закрылков, расположенные на пульте управления водителя и кинематически связанные соответственно с пилоном и закрылками.

На указанном транспортном средстве при малой скорости движения динамическая воздушная подушка создается за счет "поддува", т.е. направляемого под крыло воздушного потока от винтов, установленных перед крылом. Силы давления, возникающие на нижней поверхности крыла, создают подъемную силу (т.е. разгружают транспортное средство), а горизонтальная составляющая тяги обеспечивает его поступательное движение.

По мере роста скорости движения превалирующая роль в образовании динамической воздушной подушки переходит к набегающему потоку. Поворотом пилона воздушный поток от винтов переводится в горизонтальное положение. В крейсерском режиме движение транспортного средства происходит вблизи экранирующей поверхности.

Пневмобаллоны, установленные в нижней части скег, совместно с поддувом, разгружающим транспортное средство, обеспечивают ему амфибийные качества.

Испытания и эксплуатация транспортных средств на динамической воздушной подушке выявили их недостаточную безопасность при эксплуатации, обусловленную высокой психоэмоциональной нагрузкой на водителя, связанной с особенностями управления такими транспортными средствами.

На транспортных средствах на динамической воздушной подушке, в аэрогидродинамической компоновке которых отсутствует руль высоты, балансировка транспортного средства в продольной плоскости осуществляется подбором угла вектора тяги движителей (от которого также зависит положение центра давления на крыле при поддуве) и угла отклонения закрылков.

Поэтому, кроме штурвала или педалей для управления транспортным средством по курсу с помощью водяного и воздушных рулей, для управления транспортным средством на динамической воздушной подушке в продольной плоскости на пульте управления водителя имеются ручки управления поворотом закрылков и поворотом пилона, на котором установлены газонагнетатели - воздушные винты или турбовентиляторные двигатели, являющиеся источниками тяги и источниками воздушных струй или выхлопных газов, направляемых под крыло для создания динамической воздушной подушки.

С помощью этих ручек на режимах разбега и крейсерского движения закрылки и воздушные винты устанавливаются в положение, обеспечивающее балансировку транспортного средства.

На начальном этапе разбега воздушные винты или турбовентиляторные двигатели, установленные на пилоне перед передней кромкой крыла, отклонены для направления газового потока под крыло, закрылки отклонены вниз для ограждения подушки.

По мере роста скорости в создании подъемной силы на крыле все большую роль начинает играть набегающий поток и для повышения горизонтальной составляющей тяги от винтов или турбовентиляторных двигателей целесообразно, поворачивая пилон с установленными на нем газонагнетателями, уменьшать угол наклона вектора тяги, постепенно приближая его положение к горизонтальному, когда подъемная сила на крыле полностью создается за счет набегающего потока. При этом уменьшается кабрирующий момент от силы тяги и для обеспечения балансировки транспортного средства требуется отклонение закрылков вверх для уменьшения пикирующего момента от закрылков.

Для обеспечения безопасности, т.е. чтобы транспортное средство на динамической воздушной подушке не "взмыло" вверх или не "клюнуло" носом, требуется строго пропорциональное отклонение пилона и закрылков, т.е., чтобы на каждый градус перекладки пилона имела место такая перекладка закрылков, при которой транспортное средство всегда имело дифферент в пределах допустимых значений.

Водитель транспортного средства на динамической воздушной подушке, поочередно перемещая ручки управления поворотом пилона и закрылков, находится в напряжении в связи с необходимостью при движении вблизи поверхности на скорости свыше 100 км/ч балансировать транспортное средство, постоянно реагируя на выход транспортного средства за пределы заданных ограничений по дифференту.

Сущность заявляемого изобретения, позволяющего устранить указанный недостаток, т. е. снизить психоэмоциональную нагрузку на водителя и повысить безопасность эксплуатации транспортного средства на динамической воздушной подушке, состоит в том, что водитель при достижении предотрывной скорости с помощью фиксатора блокирует ручки управления поворотом закрылков и пилона относительно друг друга и затем, управляя транспортным средством, одновременно перемещает указанные ручки. При этом за счет кинематики систем управления поворотом закрылков и пилона автоматически обеспечивается балансировка транспортного средства в диапазоне углов дифферента в пределах заданных ограничений.

В частном случае конкретной формы выполнения это достигается следующей совокупностью признаков: - ручки управления поворотом пилона и поворотом закрылков расположены на пульте управления в непосредственной близости друг от друга; - одна из ручек снабжена фиксатором с возможностью скрепления и раскрепления ее с другой ручкой при их совмещении в одной плоскости; - кинематика систем управления поворотом пилона и поворотом закрылков выполнена таким образом, что одному и тому же перемещению ручек на пульте управления транспортным средством соответствуют такие разные отклонения пилона и закрылков, при которых всегда обеспечивается балансировка транспортного средства.

Существенными признаками заявляемого транспортного средства на динамической воздушной подушке являются: - корпус, крыло с закрылками, пневмобаллоны, расположенные по концам крыла параллельно продольной оси транспортного средства, центральный пневмобаллон, установленный на нижней поверхности крыла и корпуса в диаметральной плоскости, вертикальное оперение с рулем направления, стабилизатор, расположенный в верхней части вертикального оперения, газонагнетатели в виде воздушных винтов или турбовентиляторных двигателей, расположенные перед передней кромкой крыла на пилоне, установленном с возможностью его поворота для изменения угла направляемых под крыло струй в вертикальной плоскости, ручка управления поворотом пилона и ручка управления поворотом закрылков, расположенные на пульте управления водителя и кинематически связанные с пилоном и закрылками.

Отличительными признаками, обеспечивающими достижение технического результата, в совокупности с изложенными выше существенными признаками, являются: ручка управления поворотом пилона, на котором установлены газонагнетатели и ручка управления поворотом закрылков, расположены на пульте управления водителя в непосредственной близости друг от друга, одна из ручек снабжена фиксатором с возможностью скрепления и раскрепления ее с другой ручкой при их совмещении в одной плоскости, при этом кинематика систем управления поворотом пилона и закрылков выполнена с учетом пропорции углов перекладок пилона и закрылков, обеспечивающей балансировку транспортного средства.

На фиг. 1 схематично показан вид с носа на транспортное средство, на фиг. 2 - транспортное средство на виде сбоку, на фиг. 3 - вид в плане.

На фиг. 4 показан вариант выполнения транспортного средства с маршевым двигателем на вертикальном оперении.

На фиг. 5-9 схематично показан один из вариантов конструктивного выполнения фиксатора ручек управления поворотом пилона и закрылков.

На фиг. 5 - показана качалка ручек управления с не зафиксированными (раскрепленными) ручками, на фиг. 6 - вид по стрелке А фиг. 5,
на фиг. 7 - сечение Б-Б фиг. 5,
на фиг. 8 - показано положение с зафиксированными (скрепленными) ручками 13 и 14,
на фиг. 9 вид по стрелке В фиг 8.

Транспортное средство на динамической воздушной подушке содержит корпус 1, крыло с закрылками 2, вертикальное оперение 3, стабилизатор 4, скеги 5, в нижней части которых установлены пневмобаллоны 6, двигатели 7, воздушные винты 8, ограждение воздушных винтов 9, поворотный пилон 10, центральный пневмобаллон 11. На фиг. 4 показан вариант выполнения с маршевым двигателем 12 на вертикальном оперении.

На пульте управления водителя установлены ручка 13 управления поворотом закрылков и рядом с ней ручка 14 управления поворотом пилона.

Ручка 13 посредством вала 15 жестко связана с рычагом 16 системы управления поворотом закрылков.

Ручка 14 установлена на втулке подшипника 17 и выполнена как одно целое с рычагом 18 системы управления поворотом пилона. На ручке 13 имеется прорезь 19, а на ручке 14 на оси 20 закреплен фиксатор 21.

Управление транспортным средством осуществляется следующим образом.

На начальном этапе разбега ручки 13 и 14 управления поворотом закрылков и поворотом пилона устанавливаются в положение, при котором обеспечивается балансировка транспортного средства на начальном этапе разбега.

В процессе разбега по мере роста скорости поступательного движения транспортного средства увеличивается его дифферент на корму. Для сохранения заданного угла дифферента водитель перемещает ручку управления поворотом закрылков 13 до положения, когда она будет расположена в одной плоскости с ручкой управления поворотом пилона 14.

После совмещения ручек водитель блокирует их, для чего, в указанном варианте конструктивного выполнения фиксатора, поворачивает фиксатор 21 относительно оси 20, устанавливая его в прорезь 19 ручки 13, после чего ручки 13 и 14 фиксируются относительно друг друга и водитель имеет возможность одним движением перемещать обе ручки вместе. При этом кинематика систем управления поворотом закрылков и пилона обеспечивает пропорциональное отклонение закрылков и пилона для балансировки транспортного средства.

Совместное управление осуществляется на предотрывном режиме разбега и на режиме крейсерского движения.

Перед посадкой снижаются обороты двигателя, фиксатор 21 выводится из прорези 19 ручки 13. Ручки 13 и 14 рассоединяются и управление поворотом закрылков и пилона с помощью этих ручек в дальнейшем осуществляется раздельно в соответствии с методикой управления транспортным средством на режиме торможения.

Опытная эксплуатация транспортных средств на динамической воздушной подушке подтвердила получение требуемого технического результата при реализации совокупности существенных признаков заявляемого изобретения.

Формула изобретения

1. Транспортное средство на динамической воздушной подушке, содержащее корпус, крыло с закрылками, ручку управления поворотом закрылков, расположенную на пульте управления водителя и кинематически связанную с закрылками, скеги, установленные в концевых сечениях крыла параллельно оси транспортного средства, пневмобаллоны, установленные в нижней части скег, пневмобаллон, установленный на нижней поверхности крыла и корпуса в диаметральной плоскости транспортного средства, газонагнетатели (воздушные винты или турбовентиляторные двигатели), расположенные перед передней кромкой крыла на пилоне, установленном с возможностью его поворота относительно оси, перпендикулярной диаметральной плоскости транспортного средства, для изменения угла направляемых под крыло струй в вертикальной плоскости, ручку управления поворотом пилона, расположенную на пульте управления водителя и кинематически связанную с пилоном, вертикальное оперение с рулем направления, стабилизатор, расположенный в верхней части вертикального оперения, ограждение воздушных винтов, отличающееся тем, что ручка управления поворотом пилона и ручка управления поворотом закрылков расположены на пульте управления водителя в непосредственной близости друг от друга, одна из ручек снабжена фиксатором с возможностью скрепления и раскрепления ее с другой ручкой при их совмещении в одной плоскости, при этом кинематика систем управления поворотом пилона и закрылков выполнена с учетом пропорции углов перекладок пилона и закрылков, обеспечивающей балансировку транспортного средства при одинаковом перемещении ручек управления.

2. Транспортное средство по п.1, отличающееся тем, что на вертикальном оперении установлен маршевый двигатель.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9