Экраноплан
Изобретение относится к транспортным средства на динамической воздушной подушке и касается создания экранопланов с шасси для взлета и посадки на водную поверхность. Экраноплан имеет подводную часть, выполненную в виде килеватого тела с переменной килеватостью по длине, с углом килеватости 40-70 в носовой части и углом килеватости 10-20 на расстоянии 0,5-0,75L от носового перпендикуляра. Подводная часть имеет первый редан на расстоянии 0,01-0,05L в нос от точки пересечения линии середины аэродинамических хорд крыла с диаметральной плоскостью. В средней части корпуса расположена гидролыжа с размерами в плане шириной в=0,25-0,6 Вск (Вск - ширина корпуса по скуле) и длиной l=0,05-0,08L (L - теоретическая длина), шарнирно закрепленная в носовой части к жестким элементам корпуса. На расстоянии 0,6-0,71 от шарнира располагаются цилиндры-амортизаторы, осуществляющие выпуск и уборку лыжи в нижнее положение до угла 30-50 и в верхнее положение, чтобы нижняя поверхность лыжи была заподлицо с обводами корпуса в этом районе. Амортизационные свойства обеспечивают собственную частоту системы “гидролыжа-цилиндр-амортизатор”, на 15-20% отличающуюся в любую сторону от частоты упругих колебаний экраноплана I тона. На верхней поверхности гидролыжи расположены несколько амортизаторов, в поджатом положении упирающихся в опорные площадки, жестко закрепленные на жестких связях корпуса. Суммарная жесткость всех амортизаторов такова, что частота системы “гидролыжа-амортизатор” превышает не менее чем на 20% частоту третьего тона упругих колебаний корпуса гл>1,2IIIк.. Второй редан расположен на расстоянии 0,65-0,75L, имеет высоту h=0,15-0,25 Вск и ширину на полную ширину корпуса в этом районе и выполнен как часть конструкции корпуса. На нижней поверхности концевых шайб крыла выполнены по 3-4 редана, на примерно равных расстояниях по длине шайбы и имеющих высоту 0,8-1,2 от ширины шайбы. Технический результат реализации изобретения заключается в обеспечении автоматической безопасной посадки, короткого послепосадочного пробега и в снижении величины и количества ударов при посадке экраноплана. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к судостроению, в частности к аппаратам на динамической воздушной подушке - экранопланам, и направлено на улучшение их взлетно-посадочных характеристик.
Существующие экранопланы движутся с большой скоростью (до 500 км/ч) над водной поверхностью на малой высоте (0,510 м) и поэтому посадка происходит в очень короткое время, после того как водитель принял решение о посадке и начал снижать скорость до посадочной, т.е. до той, при которой любой из элементов экраноплана начинает касаться воды. Следует отметить, что касание экранопланом воды на отрицательных углах дифферента или с креном может привести к аварийной ситуации, иногда заканчивающейся тяжелыми последствиями.Существующие формы подводной части экранопланов выполнены таким образом, что на них возникают гидродинамические силы, воздействующие на экраноплан по разному, в зависимости от угла дифферента и крена, волнения моря и т.д. что требует особого внимания водителя в процессе посадки. При этом следует иметь ввиду, что на посадочных скоростях воздействие аэродинамических органов управления (а других на существующих экранопланах нет) является малоэффективным из-за низких скоростей пробега по воде и не приводит к желаемому результату. Среди существующих авторских свидетельств и патентов на экранопланы имеются патенты 1786768 и 2094265 на посадочные устройства, направленные на снижение ударов воды о корпус за счет установки на экраноплане так называемых пневмобаллонов изготовленных из эластичного материала и заполненные воздухом под небольшим избыточным давлением и которые располагаются по всей длине корпуса. Имеется система регулирования для поддержания давления при ударе о воду.Такая система требует постоянного вмешательства водителя или автоматической системы управления для поддержания работоспособности пневмобаллонов. Ввиду небольшой прочности существующих эластичных материалов эта конструкция практически неприменима для экранопланов большого водоизмещения.В патенте 94044419 (П2073343) предусматривается корпус с глиссирующими обводами и поперечным реданом, расположенным перед центром масс на расстоянии В/2, где В - ширина корпуса.Такая конструкция обеспечивает восприятие первого удара реданом, причем вся сила передается на корпус, и возникает значительный изгибающий момент, приводящий, как следствие этого, к большой массе корпуса. Кроме того, после первого удара действуют следующие силы, которые могут воздействовать на любой район днища, что при расчетах прочности приводит к еще большему увеличению массы корпуса. Поддержание постоянного угла дифферента или крена в этой компановке невозможно и также не исключаются аварийные ситуации при больших углах дифферента.Как средство улучшения взлетно-посадочных характеристик экранопланов можно, наряду с вышеизложенными устройствами, рассматривать и специальный гидролыжный амортизированный комплекс, расположенный на днище экраноплана в районе ЦТ.В книге Экранопланы. Особенности теории и проектирования. - СПб.: Судостроение, 2000, в разделе 8.4. "Посадка" (с. 177) написано: “Гидролыжное устройство как средство механизации при посадке предназначается для того, чтобы воспринимать ударные нагрузки от воздействия волн, передавать их на корпус, уменьшать скорость начала контакта корпуса и его частей с водой, сокращать дистанцию и время пробега, демпфировать колебания по крену, дифференту и высоте”. На с. 33 рис.31 изображено лыжно-амортизационное устройство экраноплана, которое состоит из гидролыжи 1, колес 2, гидроцилиндров 3 выпуска и уборки колес, гидроцилиндров 4 выпуска и уборки гидролыжи. В описании приведена лишь гидролыжа, которая должна уменьшать удары в корпус (рис. 95-97), ее расположение и характеристики не связаны с основными характеристиками экраноплана.Предметом настоящего изобретения является экраноплан, который после касания воды производит дальнейшее движение автоматически в безопасном для экраноплана режиме. Это преимущество достигается комплексом посадочных устройств, их взаимным расположением и размерами, связанными с размерами и посадочной скоростью экраноплана.Рассмотрим экраноплан обычной схемы, состоящий из корпуса, основного крыла с концевыми шайбами, вертикального и горизонтального оперений, маршевой и поддувной силовых установок.Для уменьшения сопротивления на взлете корпус выполнен в подводной части плоскокилеватой формы со срывниками и реданами, обеспечивающими снижение сопротивления на больших скоростях. Для посадки на днище создаются посадочные устройства, которые не должны ухудшать взлетные качества. Это прежде всего гидролыжа шириной 0,4-0,8 В, где В - ширина корпуса по скуле в районе расположения гидролыжи, и длиной 0,04-0,08 L, где L - теоретическая длина корпуса. Внешние обводы гидролыжи повторяют обвод корпуса в районе ее расположения. Высота гидролыжи определяется условиями обеспечения ее прочности. Во взлетном положении гидролыжа находится в специальном вырезе корпуса заподлицо с корпусом.В этом положении между лыжей и корпусом по всей поверхности контакта располагаются амортизаторы, обеспечивающие упругий контакт по линии лыжа - корпус, при этом частота колебаний системы лыжа - амортизатор должна превышать первые 3 упругие тона колебаний корпуса.В посадочной конфигурации лыжа одним или двумя гидроцилиндрами переводится в выпущенное положение, т.е. угол поверхности гидролыжи с корпусом в этом случае будет составлять 30-50. Для возможности воспринимать удары в выпущенном положении гидролыжа поддерживается гидроцилиндрами-амортизаторами, которые при ударе, равном расчетному, должны воспринимать его при 80-90% хода цилиндра-амортизатора.Частота колебаний системы “гидролыжа-цилиндр-амортизатор” должна быть не менее 1,25-1,5 от частоты упругих колебаний корпуса I тона.Шарнир гидролыжи располагается на 0,05-0,1 L в нос от точки пересечения линии середины аэродинамических хорд крыла с диаметральной плоскостью. В выпущенном положении на лыже возникают вертикальная подъемная и горизонтальная силы. Эти силы в сумме дают момент, дифферентующий аппарат на корму, где на расстоянии (0,7-0,8) L от носа располагается кормовой редан.Кормовой редан занимает всю ширину корпуса и имеет высоту 0,05-0,2 В. Движение экраноплана, как правило, происходит с нулевым или положительным дифферентом.В некоторых случаях для восприятия редко возникающего дифферента на нос на расстоянии 0,2-0,3 L от носа располагается носовой редан, имеющий высоту 0,05-0,2 В и ширину, равную 30-100% ширины корпуса в месте расположения редана.Для экраноплана с отношением L/H>10 целесообразно носовой редан выполнить амортизированным таким образом, чтобы частота колебаний носового редана превышала более чем на 15% частоту упругих колебаний корпуса III тона.Для экраноплана со значительной посадочной скоростью может быть реализован корпус с жесткой лыжей по всей длине экраноплана, имеющей ширину 0,2-0,45 от ширины корпуса на миделе и высоту 0,1-0,3 от ширины лыжи, протяженность которой составляет длину от носа до кормового редана. Угол килеватости глиссирующей части гиидролыжи 0-10. Носовой редан и амортизированная гидролыжа в этом случае выполняется шириной, равной ширине гидролыжи.Вышеописанная конструкция изображена на чертежах.На фиг. 1 изображен корпус с днищем килеватой конструкции 1 с амортизированной гидролыжей 2 и кормовым реданом 3. Гидролыжа в полетном режиме убирается в вырез в корпусе 4 и выпускается в посадочное положение гидроцилиндром 5.На фиг. 2 более подробно изображена конструкция самой гидролыжи.Кроме обозначенных элементов, на фиг. 2 дополнительно указаны: 6 - носовой шарнир гидролыжи, 7 - амортизаторы, работающие на взлетном режиме, 8 - подкрепление под амортизаторы на корпусе, 9 - верхнее крепление гидроцилиндра на корпусе, 10 - крепление гидроцилиндра на лыже.На фиг. 3 изображен вариант днища с жесткой гидролыжей и носовым реданом.На фиг. 3 дополнительно изображены: 11 - жесткая гидролыжа, идущая от носа до кормового редана, 12 - носовой редан.На фиг. 4 изображен вариант амортизированного носового редана: 13 - конструкция амортизированного носового редана, 14 - ниша в корпусе под носовой редан, 15 - выпускное амортизационное устройство, 16 - носовой шарнир.Предлагаемая конструкция экраноплана обеспечивает безопасную посадку следующим образом. В полете главная гидролыжа поджата и не создает дополнительного аэродинамического сопротивления. После принятия решения о посадке пилот одновременно начинает снижать скорость полета и выпускать гидролыжу. При выпуске гидролыжи пилот ощущает начало касания воды и, следовательно, начало посадки, т.к. на малых высотах оценить отстояние экраноплана от воды затруднительно. После получения сигнала о касании пилот уменьшает обороты или отключает тяговые двигатели, переводит органы управления в посадочное положение, и дальнейшая посадка происходит в режиме глиссирования на гидролыже, которая является одним из основных стабилизирующих элементов практически без вмешательства пилота в управление.При воздействии на гидролыжу большой гидродинамической силы она вызывает горизонтальную составляющую - силу сопротивления и вертикальную - подъемную силу, которые или дают нулевой, или небольшой момент, дифферентующий экраноплан на корму, и дальнейшее движение происходит или на главной гидролыже, или на главной гидролыже и кормовом редане. Через небольшое время скорость падает, площадь контакта гидролыжи с водой увеличивается, гидродинамические силы, действующие на гидролыжу, отклоняют ее на небольшой угол, и дальнейшее движение происходит с выпущенной гидролыжей, т.е. со значительным сопротивлением. За счет этого происходит быстрое снижение скорости, и посадка происходит в короткое время. В переходном режиме движение на гидролыже происходит с углом дифферента, близким к нулю, на волнении возможен удар в кормовую часть за лыжей и, как следствие, возникновение момента, дифферентующего экраноплан на нос. В этих редких случаях происходит касание воды носовым реданом и за счет возникновения подъемных сил возврат экраноплана в положение с дифферентом на корму. Т.е. после касания гидролыжей поверхности воды посадка происходит автоматически без вмешательства пилота и безопасно, т.к. все время поддерживается дифферент на корму, а встреча с водой происходит только с элементами экраноплана, приспособленными для восприятия гидродинамических сил. При возникновении крена его устраняют силы, возникающие на реданах шайб крыла.Таким образом, предлагаемая конструкция экраноплана обеспечивает автоматическую безопасную посадку, короткий послепосадочный пробег и снижение величины и количества ударов при посадке. Сравнение долговечности конструкций экраноплана при посадке с гидролыжей и без нее на волне показывает, что долговечность конструкции корпуса при использовании гидролыжи увеличивается.Формула изобретения
1. Экраноплан, состоящий из корпуса, крыльев с концевыми шайбами, вертикальным и горизонтальным оперениями, маршевой и стартовой силовыми установками, отличающийся тем, что, с целью повышения безопасности при посадке и сокращения пробега, подводная часть экраноплана выполнена в виде килеватого тела с переменной килеватостью по длине, с углом килеватости 40-70 в носовой части и углом килеватости 10-20 на расстоянии 0,5-0,75L от носового перпендикуляра и снабжена реданами - первый на отстоянии 0,01-0,05L в нос от точки пересечения линии середины аэродинамических хорд крыла с диаметральной плоскостью, а в средней части корпуса расположена гидролыжа с размерами в плане шириной в=0,25-0,6 Вск (Вск - ширина корпуса по скуле) и длиной l=0,05-0,08L (L - теоретическая длина), шарнирно закрепленная в носовой части к жестким элементам корпуса, при этом на расстоянии 0,6-0,71 от шарнира располагаются цилиндры-амортизаторы, осуществляющие выпуск и уборку лыжи в нижнее положение до угла 30-50 и в верхнее положение, чтобы нижняя поверхность лыжи была заподлицо с обводами корпуса в этом районе и с амортизационными свойствами, обеспечивающими собственную частоту системы “гидролыжа-цилиндр-амортизатор”, на 15-20% отличающуюся в любую сторону от частоты упругих колебаний экраноплана I тона, на верхней поверхности гидролыжи располагаются несколько амортизаторов, в поджатом положении упирающихся в опорные площадки, жестко закрепленные на жестких связях корпуса, суммарная жесткость всех амортизаторов должна быть такой, чтобы частота системы “гидролыжа-амортизатор” превышала не менее чем на 20% частоту третьего тона упругих колебаний корпуса гл>1,2IIIк., второй редан располагается на расстоянии 0,65-0,75L, имеет высоту h=0,15-0,25 Вск и ширину на полную ширину корпуса в этом районе и выполнен как часть конструкции корпуса, кроме того, на нижней поверхности концевых шайб крыла выполнены по 3-4 редана, на примерно равных расстояниях по длине шайбы и имеющих высоту 0,8-1,2 от ширины шайбы.2. Экраноплан по п.1, отличающийся тем, что для обеспечения безопасности посадки в нерасчетных положениях на 0,1-0,15L от носа располагается носовой редан с шириной до 0,5 Вск, углом к основной линии =10-20 и высотой редана 0,05-0,1 Вск.3. Экраноплан по п.1, отличающийся тем, что для уменьшения силы удара и растяжения ее действия по времени по длине экраноплана до 0,75L днище выполнено с постоянной жесткой гидролыжей шириной 0,25-0,4 Вск, высотой 0,2-0,3 Вск и углом килеватости 0-10, являющейся конструкцией корпуса, причем реданы и амортизированная гидролыжа выполняются шириной, равной ширине жесткой гидролыжи.4. Экраноплан по п.1, отличающийся тем, что носовой редан выполнен с переменной высотой выпуска и амортизирован так, чтобы частота колебаний его в выпущенном состоянии была больше, чем частота упругих колебаний корпуса III тона, а высота выпуска обеспечивала угол =30-40 к основной линии.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4