Пассажирский самолет схемы "триплан"

 

Изобретение относится к авиации и может быть использовано в пассажирских и транспортных самолетах. Самолет содержит удлиненный фюзеляж с эллипсоидным поперечным сечением, крыло с органами механизации и управления, установленное в средней части фюзеляжа по схеме "низкоплан", переднее горизонтальное оперение с закрылками, заднее горизонтальное оперение с рулем высоты, задний киль с рулем направления. На крыле установлены двигатели. Самолет снабжен передним килем с рулем направления, закрепленным на носовой части фюзеляжа. Переднее горизонтальное оперение закреплено на торце переднего киля по Т-образной схеме, а фюзеляж выполнен с сечением в виде эллипса, большая ось которого расположена горизонтально. Достигаемый от использования изобретения основной технический результат заключается в снижении напряжений в фюзеляже за счет оптимального распределения подъемной силы по его длине и уменьшения изгибающих моментов при полете с отключением одного из отказавших двигателей. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано в пассажирских и транспортных самолетах.

Известен пассажирский самолет повышенной вместимости, содержащий центральный модуль и прикрепленные к нему быстроразъемными соединениями два дополнительных фюзеляжа. Самолет имеет три аэродинамические поверхности, две из которых соединены с центральным модулем. Центральный модуль может использоваться для самостоятельного полета и включает в себя фюзеляж, крыло, установленное по схеме "низкоплан" и имеющее две концевые наклонные плоскости с рулями направления, T-образное оперение, установленное на носовой части фюзеляжа, и маршевые двигатели, размещенные над крылом. T-образное оперение имеет киль с рулем направления и стабилизатор с рулем высоты (см. патент СССР N 1804416, кл. B 64 C 39/08, 1993). Фактически в данном самолете центральный модуль выполнен по схеме "утка" со всеми присущими ей проблемами обеспечения устойчивости полета.

Другим направлением развития авиационной техники является создание летательных аппаратов по схеме "триплан", которая используется также и в заявленном самолете.

Известен, в частности, пассажирский самолет схемы "триплан", содержащий фюзеляж с пассажирским отсеком, крыло, установленное в задней части фюзеляжа по схеме "высокоплан", переднее горизонтальное оперение, установленное на носовой части фюзеляжа по схеме "низкоплан", киль с рулем направления и закрепленное на его верхней части заднее горизонтальное оперение (см. заявку ЕПВ B 0084686, кл. B 64 C 39/12, 1983). Наличие переднего горизонтального оперения дало возможность увеличить объем пассажирского отсека за счет смещения крыла к хвостовой части фюзеляжа. Как и в классической схеме, в данном самолете подъемная сила создается крылом, а переднее и заднее горизонтальные оперения имеют малую площадь в плане и используются для балансировки самолета в полете. При такой компоновке практически исключается возможность использовать переднее и заднее горизонтальные оперения для увеличения подъемной силы аэродинамических поверхностей самолета. Другим недостатком известного самолета является повышенное влияние переднего горизонтального оперения на обтекание крыла, особенно при полете с большими углами атаки и при выпущенных закрылках переднего горизонтального оперения.

Наиболее близким к заявленному изобретению по совокупности существенных признаков является пассажирский самолет схемы "триплан", содержащий удлиненный фюзеляж, в средней части которого размещен пассажирский отсек с входными дверями, крыло с органами механизации и управления, установленное в средней части фюзеляжа по схеме "низкоплан", переднее горизонтальное оперение с закрылками, установленное на носовой части фюзеляжа по схеме "высокоплан", заднее горизонтальное оперение с рулем высоты, задний киль с рулем направления, установленные на крыле маршевые двигатели, и размещенные в крыле топливные емкости. Фюзеляж выполнен с эллипсовидным поперечным сечением, большая ось которого расположена вертикально. Передняя входная дверь пассажирского отсека расположена перед передним горизонтальным оперением (см. патент ЕПВ N 0033053, кл. B 64 C 39/12, 1984). Использование схемы "триплан" позволяет более рационально распределить подъемную силу по длине фюзеляжа и за счет этого либо уменьшить его вес, либо увеличить количество кресел в пассажирском отсеке. Однако, в данном самолете сохраняется повышенное влияние переднего горизонтального оперения на обтекание крыла при больших углах атаки, а также при полете с отклоненными закрылками на переднем горизонтальном оперении, и поэтому площадь последнего приходится ограничивать. В известном самолете используется многодвигательная силовая установка, обеспечивающая повышенную безопасность полета при отказе одного из двигателей, но в этом случае на фюзеляж будут воздействовать повышенные нагрузки, так как для компенсации разности тяги двигателей необходимо достаточно большое отклонение руля направления на заднем киле, что приведет к появлению значительного изгибающего момента в горизонтальной плоскости. Если учесть, что фюзеляж имеет эллипсовидное поперечное сечение, большая ось которого расположена вертикально, то указанный изгибающий момент вызовет значительные напряжения в стенке фюзеляжа.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание самолета схемы "триплан" с улучшенными аэродинамическими характеристиками за счет уменьшения влияния переднего горизонтального оперения на обтекание крыла. Еще одной задачей изобретения является создание самолета схемы "триплан", обеспечивающего уменьшенные нагрузки на фюзеляж при отказе одного из двигателей и сохраняющего устойчивость при случайном отклонении по углу рыскания.

Дополнительной задачей изобретения является более рациональное использование внутреннего объема пассажирского отсека и горизонтальных аэродинамических поверхностей.

Поставленные технические задачи достигаются тем, что известный пассажирский самолет схемы "триплан", содержащий удлиненный фюзеляж с эллипсовидным поперечным сечением, в средней части которого размещен пассажирский отсек с входными дверями, крыло с органами механизации и управления, установленное в средней части фюзеляжа по схеме "низкоплан", переднее горизонтальное оперение с закрылками, заднее горизонтальное оперение с рулем высоты, задний киль с рулем направления, установленные на крыле маршевые двигатели, и размещенные в крыле топливные емкости, согласно изобретению, снабжен передним килем с рулем направления, закрепленным на носовой части фюзеляжа, а переднее горизонтальное оперение закреплено на торце переднего киля по T-образной схеме, при этом фюзеляж выполнен с эллипсовидным сечением, большая ось которого расположена горизонтально.

Кроме этого, площадь переднего киля целесообразно выполнить равной 50... 70% от площади основного киля.

Передняя входная дверь пассажирского отсека может быть размещена в зоне крепления переднего киля к фюзеляжу.

Кресла в пассажирском отсеке желательно установить в три ряда с образованием между ними двух проходов для перемещения пассажиров при посадке и высадке, а полки для хранения ручного багажа разместить над средним рядом кресел.

Самолет целесообразно оснастить дополнительными топливными емкостями, размещенными в переднем горизонтальном оперении.

Сущность изобретения заключается в том, что при оснащении самолета схемы "триплан" передним килем и размещении переднего горизонтального оперения на торце указанного киля обеспечивается значительное вертикальное смещение переднего горизонтального оперения относительно крыла, что выводит крыло за пределы действия турбулентного следа за передним горизонтальным оперением и дает возможность увеличить площадь переднего горизонтального оперения и создаваемую им подъемную силу, а также добиться оптимального распределения подъемной силы по длине фюзеляжа. При оптимальном распределении подъемной силы можно уменьшить высоту и увеличить ширину фюзеляжа так, чтобы фюзеляж имел в поперечном сечении форму эллипса, большая ось которого расположена горизонтально, что позволит более рационально использовать внутренний объем пассажирского отсека. При наличии переднего и заднего килей, с рулями направления на каждом из них, обеспечивается уменьшение изгибающего момента при парировании разности тяг двигателей из-за отказа одного из установленных на крыле двигателей, так как суммарный компенсирующий момент складывается из моментов, создаваемых передним и задним рулями направления.

При выполнении переднего киля с площадью, равной 50...70% от площади заднего киля, удается обеспечить устойчивость самолета при нормальном полете, так как при случайном отклонении самолета по углу рыскания восстанавливающий момент, развиваемый задним килем, будет больше дестабилизирующего момента на переднем киле.

Размещение передней двери пассажирского отсека в зоне крепления переднего киля к фюзеляжу увеличивает полезный объем пассажирского отсека, поскольку кресла можно разместить по всей его длине. Кроме того, при таком расположении передней двери стенку пассажирского отсека фюзеляжа, за исключением зоны, прилегающей к крылу, можно выполнить из однотипных силовых элементов, что существенно упростит изготовление фюзеляжа.

Размещение кресел в пассажирском отсеке в три ряда с образованием между ними двух проходов обеспечивает более рациональное использование внутреннего пространства пассажирского отсека и уменьшает время для посадки и высадки пассажиров. Рациональному использованию внутреннего пространства отсека способствует также размещение полок для хранения ручного багажа над средним рядом кресел.

При наличии большого по площади переднего горизонтального оперения его внутренний объем можно использовать для увеличения запаса топлива, разместив в нем дополнительные топливные емкости.

Достигаемый от использования изобретения основной технический результат заключается в снижении напряжений в фюзеляже за счет оптимального распределения подъемной силы по его длине и уменьшения изгибающих моментов при полете с отключением одного из двигателей. Дополнительный технический результат заключается в ускорении посадки и высадки пассажиров и увеличении дальности полета.

На фиг. 1, 2, 3 изображен предлагаемый пассажирский самолет схемы "триплан", виды сбоку, сверху и спереди соответственно; на фиг. 4 и 5 - сечение А-А на фиг. 1 для двух примеров расположения кресел в пассажирском отсеке.

Самолет содержит удлиненный фюзеляж 1, в средней части которого размещен пассажирский отсек 2. Самолет снабжен основным крылом 3, установленным по схеме "низкоплан" в средней части фюзеляжа. Крыло оснащено закрылками 4 и предкрылками 5. Внутри крыла размещены топливные емкости 6, в которых хранится основной запас топлива. Самолет имеет передний киль 7, закрепленный на передней части фюзеляжа, и переднее горизонтальное оперение 8 с закрылками 9, установленное на верхнем торце переднего киля 7 по T-образной схеме. Передний киль оснащен рулем направления 10. В переднем горизонтальном оперении 8 размещены дополнительные топливные емкости 11, подключенные к системе перекачки топлива (не показана). Самолет имеет также задний киль 12 с рулем направления 13 и заднее горизонтальное оперение 14 с рулем высоты 15. Передний киль имеет площадь, составляющую 66% от площади заднего киля. Суммарный вес переднего и заднего килей самолета на 10...15% меньше, чем вес одного большого заднего киля самолета-прототипа.

Самолет оснащен многодвигательной силовой установкой, двигатели 16 которой размещены на крыле 3 справа и слева от фюзеляжа (в рассматриваемом примере выполнения самолета на крыле установлены два двигателя, но их количество может быть любым), и имеет основное 17 и переднее 18 убирающиеся шасси.

Пассажирский отсек 2 самолета занимает всю среднюю часть фюзеляжа и выполнен с эллипсовидным поперечным сечением, при этом большая ось эллипса расположена горизонтально. Пассажирский отсек имеет переднюю входную дверь 19, размещенную в зоне крепления переднего киля 7, два аварийных люка 20 и заднюю дверь 21. В пассажирском отсеке установлены три ряда кресел 22 по схеме "1+2+1" или по схеме "2+4+2" с образованием между ними двух проходов 23 и 24. Над средним рядом кресел размещены полки 25 для хранения ручного багажа.

При выполнении полета управление подъемной силой осуществляется так же, как и в известных самолетах схемы "триплан", например, как в прототипе. Преимуществом заявленного изобретения является больший диапазон изменения подъемной силы на переднем горизонтальном оперении 8, что снижает ограничения по отклонению его закрылков 9. При отказе в полете одного из двигателей 16 одновременно отклоняют рули направления 10 и 13 на переднем 7 и заднем 12 килях, что приводит к появлению двух противодействующих моментов (на переднем и заднем килях), которые в первом приближении можно принять пропорциональными площади килей. Таким образом, пропорционально площади килей уменьшаются действующие в горизонтальной плоскости изгибающие моменты и соответственно уменьшаются напряжения в стенке фюзеляжа 1.

В ходе полета топливо вырабатывается из основных 6 и дополнительных 11 топливных емкостей с обеспечением заданной центровки самолета. Наличие дополнительных топливных емкостей позволяет снизить требования по размещению пассажиров по длине отсека 2, так как неравномерность распределения пассажиров при неполной загрузке самолета можно компенсировать изменением количества топлива, закачиваемого в основные и дополнительные емкости.

При посадке и высадке пассажиры перемещаются по двум проходам 23 и 24, что ускоряет этот процесс и делает его более комфортным.

Заявляемое изобретение может быть осуществлено на серийных авиационных заводах с использованием известных материалов и технологий.

Формула изобретения

1. Пассажирский самолет схемы "триплан", содержащий удлиненный фюзеляж с эллипсовидным поперечным сечением, в средней части которого размещен пассажирский отсек с входными дверями, крыло с органами механизации и управления, установленное в средней части фюзеляжа по схеме "низкоплан", переднее горизонтальное оперение с закрылками, заднее горизонтальное оперение с рулем высоты, задний киль с рулем направления, установленные на крыле маршевые двигатели и размещенные в крыле топливные емкости, отличающийся тем, что он снабжен передним килем с рулем направления, закрепленным на носовой части фюзеляжа, а переднее горизонтальное оперение закреплено на торце переднего киля по Т-образной схеме, при этом сечение фюзеляжа имеет форму эллипса, большая ось которого расположена горизонтально.

2. Самолет по п. 1, отличающийся тем, что площадь переднего киля составляет 50 - 70% от площади заднего киля.

3. Самолет по п.1 или 2, отличающийся тем, что передняя входная дверь пассажирского отсека размещена в зоне крепления переднего киля к фюзеляжу.

4. Самолет по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что кресла в пассажирском отсеке установлены в три ряда с образованием между ними двух проходов для перемещения пассажиров при посадке и высадке.

5. Самолет по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что полки для хранения ручного багажа размещены над средним рядом кресел.

6. Самолет по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что он оснащен дополнительными топливными емкостями, размещенными в переднем горизонтальном оперении.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5