Способ вертикального перемещения и зависания самолета в воздухе

 

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано при создании новых летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Сущность: способ создания аэродинамической подъемной силы для вертикального перемещения и зависания самолета в воздухе. Для этого горизонтальная тяга, создаваемая воздушными винтами самолета, обдувающими его несущие поверхности, блокируется тягой от дополнительных винтов, обдувающих несущую поверхность и создающих горизонтальную тягу в обратном направлении. При этом воздушные потоки от винтов в прямом и обратном направлениях взаимно компенсируют горизонтальную составляющую тяги и увеличивают подъемную силу. 2 ил.

Изобретение относится к оригинальному применению в самолетостроении известных положений теории полета и может быть использовано при создании новых типов более экономичных и маневренных летательных аппаратов, способных вертикально перемещаться и зависать в воздухе, используя эти качества, в том числе, для вертикального взлета и посадки.

Известны летательные аппараты, снабженные способностью вертикального перемещения и зависания в воздухе. Это, в основном, два типа аппаратов: летательные аппараты без несущих плоскостей (крыльев), у которых вертикальная подъемная сила и маршевая сила тяги реализуются одним общим несущим винтом (винтокрылые аппараты, или вертолеты). Наиболее близкими представителями этого типа аналогов являются вертолеты, например типа Ми-8, или другие, подобные им машины. (Лит. "Инструкция экипажу вертолета в полетной эксплуатации". Изд. КБ им. Миля); летательные аппараты, снабженные несущими плоскостями (крыльями), но использующие их вертикальную подъемную силу только в режиме маршевого полета. Для вертикального перемещения в этих типах самолетов используется тяга специально предназначенных для этого несущих двигателей, отключающихся и неиспользуемых на марше. В некоторых случаях вертикальное перемещение достигается смещением в режиме вертикального перемещения рабочего сопла реактивного двигателя.

Наиболее близкими представителями этого типа аналогов являются самолеты типа "Як-38" (РФ), "Хариер" (Англ.) и др. [1] Общим недостатком винтокрылых аппаратов (вертолетов) является громоздкий, ограниченный в своих оборотах несущий винт, а также избыточная мощность мотора и малая составляющая силы маршевой тяги. По этим причинам у вертолетов низкая полезная загрузка, низкая маршевая скорость, общая неэкономичность. Все эти очевидные недостатки, непростительные ни для какого иного типа самолета, вертолету прощаются только за его способность к вертикальным перемещениям и зависанию.

Общим недостатком крылатых летательных аппаратов, способных к вертикальным перемещениям и зависанию, являются избыточные мощность, сложность и вес. По этим причинам низкая надежность, низкая полезная загрузка, небольшая дальность полета и др. У отечественного вертикально взлетающего самолета типа "Як-38" из трех штатных двигателей два работают только при вертикальном взлете и др. вертикальных перемещениях, являясь вместе с запасом горючего для своей работы чисто избыточными в основном маршевом режиме полета.

Задачей изобретения является создание в самолетах с вертикальным и укороченным взлетом с помощью винтовых маршевых двигателей горизонтальной тяги дополнительной подъемной силы, а также механизма эффективного воздушного торможения движением самолета в воздухе, включая его останов, и кроме того, механизма эффективного форсирования горизонтальной тяги при полетах на больших высотах, при высоких температурах и в режимах повторения прерванной посадки.

Предлагаемый способ выполнения поставленной задачи заключается в том, что на самолетах с вертикальным и укороченным взлетом предлагается устанавливать винтовые двигатели прямой и равной им обратной горизонтальной тяги, расположенные таким образом, что в режимах вертикального перемещения и зависания самолета в воздухе, образуемые ими в противоположных направлениях воздушные потоки обдувают несущие поверхности самолета, чем создают дополнительную аэродинамическую подъемную силу, компенсируя при этом горизонтальную силу тяги.

Предлагаемый способ относится только к самолетам снабженным винтовыми двигателями и винтами с изменяемым в полете шагом. При этом в режиме горизонтального полета винты обратной тяги частично или полностью блокируются или же переводятся в реверсивный режим для создания дополнительной горизонтальной тяги. Сами двигатели могут быть при этом как поршневые, так и газотурбинные. Ввиду недостаточности для вертикального перемещения самолета только аэродинамической подъемной силы, получаемой за счет обдува несущих поверхностей воздушными потоками от винтов, предлагаемый способ может быть использован как источник дополнительной подъемной силы на самолетах вертикального и укороченного взлета, разгружая частично нагрузку на менее экономичные подъемные двигатели.

Предлагаемый способ позволяет за счет создания дополнительной аэродинамической подъемной силы и интенсивного обдува рулей не только сделать вертикальные перемещения и зависания самолета в воздухе более устойчивыми и экономичными, но и за счет варьирования величиной обратной тяги в горизонтальном полете обеспечить полет самолета на любых скоростях менее эволютивной без потери устойчивости, делая и этот режим полета значительно экономичным за счет частичного или полного отказа от работы подъемных двигателей и струйных рулей.

Предложенный способ позволяет также в горизонтальном полете самолета, когда его потребная тяговооруженность не превышает 50% от взлетной, за счет реверса работы винтов обратной тяги в прямую в широком диапазоне форсировать тягу силовой установки, что особенно необходимым может оказаться при полетах на предельно допустимых высотах и при полетах в условиях высоких температур.

Эта же возможность предлагаемого способа при быстром реверсе обратной тяги впрямую, что равносильно максимальному форсажу прямой тяги, работающей при посадке в напряженном режиме, позволяет существенно повысить надежность, а следовательно, и безопасность полета, при необходимости прервать посадку с набором высоты для повторного захода.

Вместе с тем, на основании изложенного следует отметить, что на современном уровне развития самолетостроения предложенный способ может быть реализован с практической эффективностью только в составе комбинированной силовой установки самолетов с вертикальным или укороченным взлетом, включающей винтовые маршевые и газотурбинные подъемные двигатели.

На фиг.1 представлена схема возможной реализации предлагаемого способа.

В середине уширенного несущего крыла 1 расположены двигатели 2, снабженные насаженными на общие оси винтами прямой 3 и обратной 4 тяги.

При этом все винты с изменяемым в полете шагом, винты обратной тяги соединены с ведущими валами посредством дистанционно управляемых муфт 5.

В режим вертикального взлета винты 3 и 4 с противоположно направленной тягой компенсирует ее горизонтальную составляющую, а за счет интенсивного обдува несущих поверхностей создают дополнительную аэродинамическую подъемную силу.

В режиме горизонтального полета винты обратной тяги 4 могут в широком диапазоне использоваться для торможения или останова самолета в воздухе, а в режиме реверса обратной тяги впрямую для форсирования прямой тяги.

Разложение сил при вертикальном взлете показано на фиг.2 (при любых значениях подъемной силы отдельных крыльев С₍₃₎ и С₍₄₎, но при условии равенства противоположно направленных сил горизонтальной тяги (Р₍₃₎=Р₍₄₎, равнодействующая сила R, перемещающая самолет, всегда будет вертикальной).

Формула изобретения

СПОСОБ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ И ЗАВИСАНИЯ САМОЛЕТА В ВОЗДУХЕ, заключающийся в том, что для создания аэродинамической подъемной силы используется воздушный поток от винтового двигателя, обдувающий крылья, отличающийся тем, что при вертикальных перемещениях и зависании самолета в воздухе горизонтальная тяга двигателя без ущерба для воздушного потока, обдувающего крылья, блокируется, для чего в этом режиме создается дополнительная, равная основной, но противоположная по направлению горизонтальная тяга, а воздушные потоки, отбрасываемые при этом в прямом и обратном направлениях, используются для формирования дополнительной аэродинамической подъемной силы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2