Самолет

 

Изобретение относится к авиационной технике и касается создания многофюзеляжных самолетов. Самолет имеет два фюзеляжа, расположенных в горизонтальной плоскости параллельно и на расстоянии друг от друга, три несущие аэродинамические поверхности в виде переднего крыла, основного крыла и стабилизатора, двигатели, кабину для экипажа и отсеки для пассажиров и/или груза. Внутренние боковые стороны фюзеляжей, несущие межфюзеляжные аэродинамические поверхности и двигатели, размещенные между фюзеляжами, расположены таким образом, что образуют полуоткрытый аэродинамический канал-воздухозаборник. Фюзеляжи имеют прямые или вогнутые внутренние боковые стороны. Крылья, которых может быть больше двух, расположены относительно друг друга на уровнях, обеспечивающих направление воздушного потока вдоль канала-воздухозаборника к диффузорам двигателей, установленных сверху и/или снизу несущей аэродинамической поверхности. Самолет может иметь третий фюзеляж, расположенный между двумя фюзеляжами и выполненный с плоскими или вогнутыми боковыми сторонами при его плоских днище и верхе. Самолет может быть выполнен по схеме "бесхвостка" с основным крылом прямой или обратной стреловидности. Технический результат реализации изобретения заключается в создании самолетов различных модификаций и назначений, способных летать с дозвуковой и сверхзвуковой скоростями при высокой надежности в полете и эффективности при эксплуатации. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к авиационной технике, точнее к самолетам, имеющим два и более фюзеляжей, то есть к полифюзеляжным самолетам.

Известен двухфюзеляжный самолет, у которого фюзеляжи расположены параллельно и соединены крылом и горизонтальным стабилизатором, при этом крыло подвижно (патент 3737121, МКИ В 64 С 1/02, 3/38, США, 1973 г.). Основным недостатком данной конструкции является сложность изменения положения крыла при сохранении параллельности двух фюзеляжей. Кроме того, такая конструкция требует значительного увеличения массы самолета, что связано с обеспечением надежности и прочности поворотного механизма, т.к. данное крыло является единственным и несет свою нагрузку.

Известен самолет, имеющий основной фюзеляж-гондолу (грузопилотский вариант) и дополнительные фюзеляжи-гондолы (пассажирские), которые крепятся к крылу самолета снизу при помощи разъемных соединений (разъемных замков) и являются сменными. Двигатели на данном самолете размещены только на основном фюзеляже, а дополнительные фюзеляжи могут отцепляться во время полета самолета, а затем совершать спуск при помощи парашютов (А.с. 819800 A1 от 16.12.1993 г., Россия). Необходимо отметить, что крепление по два дополнительных фюзеляжа к основному крылу приводит к значительным нагрузкам на крыло, ухудшает аэродинамические характеристики, а при несимметричной отцепки дополнительных фюзеляжей нарушается равновесие самолета, ухудшается управление им.

Известен проект двухфюзеляжного самолета, разработанный авистроительной компанией "Мессершмитт-Белком-Блом" (журнал "Техника молодежи", 12, с.48, 1989 г.). Аэробус "А640-Н2" имеет два фюзеляжа, расположенные параллельно в горизонтальной плоскости на расстоянии друг от друга. Самолет снабжен 6 двигателями, установленными на основном крыле - по три с каждой стороны. Данный проект предусматривает использование самолета в пассажирском варианте, а в качестве топлива предусматривается применение водорода, топливный бак которого размещен между фюзеляжами и закреплен к крылу и стабилизатору. В данном проекте не используется межфюзеляжное пространство. Кроме того, отсутствие переднего крыла увеличивает возможность появления штопора у самолета, а также снижает надежность полета.

Наиболее близким по общим признакам к предлагаемому изобретению является проект самолета "Геракл" разработки НПО "Молния" (журнал "Вестник воздушного флота", 1, 2, 1995 г., Россия). Данный самолет имеет три несущие аэродинамические поверхности, а именно: переднее крыло, основное крыло и стабилизатор. Основное крыло установлено почти по середине фюзеляжей по схеме верхеплан. Несущее крыло малого удлинения установлено в передней части самолета с некоторым возвышением над фюзеляжами. Самолет снабжен двумя килями, которые соединены между собой при помощи горизонтального стабилизатора, расположенного значительно выше основного крыла. Самолет снабжен шестью двигателями, которые, как и в проекте "А640-Н2", установлены на основном крыле, размах которого составляет 90 м. Самолет "Геракл" предназначен для транспортировки груза массой 300..500 т, который крепится снизу к основному крылу. Одним из основных преимуществ данного самолета является наличие переднего крыла, которое установлено с определенным углом и не позволяет самолету свалиться в штопор. К недостаткам "Геракла" необходимо отнести следующее: не используется межфюзеляжное пространство для установки двигателей; крепление крупногабаритно груза массой до 300...500 т снизу к крылу требует наличия мощных узлов крепления и усиления межфюзеляжного крыла; габариты груза ограничиваются высотой крыла и обеспечением безопасности взлета и посадки; установка стабилизатора между килями требует усиление как самого стабилизатора, так и двух килей.

Задачей предлагаемого изобретения является создание самолета, имеющего разные модификации и различные назначения, способного летать с разной скоростью, включая сверхзвуковую, иметь высокую надежность при полете и эффективность при эксплуатации.

Данная задача решается путем использования двух фюзеляжей, расположенных параллельно и на расстоянии друг от друга в горизонтальной плоскости, снабженных несколькими несущими аэродинамическими поверхностями, при этом внутренние боковые стороны фюзеляжей, несущие межфюзеляжные аэродинамические поверхности и двигатели, размещенные между фюзеляжами, расположены таким образом, что образуют полуоткрытый аэродинамический канал-воздухозаборник, а сами фюзеляжи имеют прямые или вогнутые внутренние боковые стороны, а несущие аэродинамические поверхности, выполненные в виде крыльев и установленных в межфюзеляжном пространстве, которых может быть более двух, расположены относительно друг друга на уровнях, обеспечивающих направление воздушного потока вдоль канала-воздухозаборника к диффузорам двигателей, установленных сверху или снизу несущей аэродинамической поверхности, кроме того, самолет может быть выполнен по схеме "бесхвостка" с основным крылом прямой или обратной стреловидности. Самолет может быть снабжен третьим фюзеляжем, расположенным симметрично между двух фюзеляжей и имеющим плоские или вогнутые боковые стороны, при этом днище, а также верх могут быть выполнены плоскими. Самолет также может иметь две или одну несущую аэродинамическую поверхность, выполненную в виде отдельного межфюзеляжного крыла или составной части основного крыла, установленную перед двигателями таким образом, что между крылом или отклоняющейся поверхностью крыла, находящихся в нейтральном положении, и диффузором или диффузорами двигателей имеется по высоте пространство, а при заданном повороте крыла или отклоняющихся поверхностей данное пространство перекрывается полностью или частично, направляя воздушный поток к двигателям.

Термин "полуоткрытый аэродинамический канал-воздухозаборник", введенный заявителем, и употребляемый термин "несущая аэродинамическая поверхность" требуют дополнительного рассмотрения и пояснения. Для этого заявителем был проведен соответствующий анализ научно-технических источников информации, который показал следующее.

Авиационная техника, в частности самолет, постоянно развивается и совершенствуется. Самолет, как видно из истории развития авиации, претерпел и еще проходит конструктивную эволюцию. Это касается как формы и размеров крыла, фюзеляжа, оперения, местоположения двигательных установок, так и общей конструктивной идеи нового самолета, целью создания которого является не только улучшение его летных качеств, но также повышение безопасности и комфорта полета, облегчение эксплуатации, обслуживания и ремонта и т.п.

На форму самолета большое влияние оказывают физические явления, сопровождающие полет. Однако существенны также индивидуальность конструктора и традиции конструкторского бюро. Вместе с тем научно-технический прогресс непрерывно корректирует представление об оптимальных решениях, которые определяли создание самолетов в прошлом. Постоянно повышаются и требования по эффективности и экологичности. Все это требует новых подходов и методов при решении поставленных задач. Одним из таких путей является создание полифюзеляжных самолетов, имеющих несколько крыльев и фюзеляжей, отличающихся по своей конструктивной схеме и форме от общепринятых в гражданской авиации.

Во время полета самолета происходит его обтекание потоком воздуха. В результате этого возникают различные аэродинамические силы и моменты. Результирующая сила воздействия потока на самолет называется полной аэродинамической силой, которая зависит от аэродинамических сил и моментов, действующих на отдельные части самолета. У самолетов традиционной схемы основную подъемную силу, необходимую для полета, создает крыло, которое является и основной несущей аэродинамической поверхностью, т.е. крыло - это несущая поверхность самолета, предназначенная для создания аэродинамической подъемной силы. Стабилизатор и корпус самолета также являются аэродинамическими поверхностями, но их составляющая в общей аэродинамической подъемной силы самолета традиционных схем незначительна и практически в расчет не принимается. Конструкция же полифюзеляжного самолета значительно отличается от конструкции однофюзеляжного самолета. Отличается и процесс обтекания данных типов самолетов во время их полета. У полифюзеляжного самолета при наличии одной или нескольких основных несущих аэродинамических поверхностей, т.е. крыльев, могут быть и другие несущие аэродинамические поверхности, часть из которых размещается между фюзеляжей и имеет самостоятельное значение. Эти поверхности отличаются от общепринятого понятия "крыло" и определенного названия пока не имеют. Поэтому заявителем используется два термина - "несущая аэродинамическая поверхность" (как более общее название) и "крыло" (как уточняющее и конкретизурующее обозначение).

Современные гражданские самолеты имеют в основном фюзеляжи с круглым или овальным поперечным сечением. Тогда как поперечине сечение фюзеляжей может быть круглым, овальным, прямоугольным, комбинированным. Каждая из этих форм имеет свои преимущества и свои недостатки. Поэтому выбор формы фюзеляжа определяется различными требованиями, часто противоречивыми. У полифюзеляжных самолетов область использования фюзеляжей различных форм более широкая по сравнению с однофюзеляжными. Это связано как со схемой самого самолета, так и с процессом обтекания самолета потоком воздуха во время его полета. В первую очередь это связано с потоком воздуха, проходящим между двух фюзеляжей. При этом движение потока воздуха ограничивается с двух сторон фюзеляжами, а сверху имеется частичное ограничение несущими аэродинамическими поверхностями, которые создают и определенный подпор воздушного потока с направлением последнего вдоль фюзеляжей. То есть в данном случае имеется полуоткрытый аэродинамический канал, Слово "канал" произошло от латинского слова canalis, означающего "труба", "желоб". В настоящее время данное слово нашло широкое применение в различных областях жизни. Например, гидравлический канал, водопроводный канал, канал связи, телевизионный канал, канал в полупроводниковом приборе, аэродинамический канал и т.д. В данном случае мы рассматриваем полуоткрытый аэродинамический канал, точнее полуоткрытый аэродинамический канал-воздухозаборник. Аналогом могут служить различные технические устройства. Например, аэродинамические трубы, газотурбинные двигатели - ТРД, ТРДД и др.

Существуют аэродинамические трубы больших размеров, в которых испытываются самолеты и их отдельные части, включая двигательные установки, в натуральную величину, и трубы сравнительно небольших размеров для испытания только моделей самолетов и их составных частей. В зависимости от скорости воздушного потока существуют трубы малых и больших дозвуковых скоростей, околозвуковых и сверхзвуковых скоростей. Аэродинамические трубы могут быть непрерывного и периодического действия, с открытой и закрытой рабочей частью. Такой частью называется зона аэродинамической трубы, в которой устанавливается испытываемый объект. В аэродинамической трубе замкнутого типа открытая рабочая часть размещается между диффузором и коллектором, через который в рабочую зону нагнетается воздух, который обтекает испытываемый объект и затем попадает в диффузор. Диффузором снабжены и турбореактивные двигатели. Известно, что на силу тяги, создаваемой двигательной установкой, большое влияние имеет подвод воздуха, необходимого для нормальной работы двигателя. Данный подвод воздуха обеспечивают воздухозаборник и воздушный канал, составляющие часто часть планера. Кроме того, для увеличения подъемной силы самолета двигатели с гондолами размещаются под корневой частью крыла и фюзеляжем (Ту-144, Конкорд). Например, Ту-144 при общей длине самолета 62 м имеет гондолы с установленными в них двигателями длиной около 23 м. Перед гондолами воздушный поток имеет дополнительный подпор со стороны фюзеляжа, который, исходя из своей формы, выполняет роль предварительного воздухозаборника, ограничивая распространение набегающего воздушного потока вверх, направлял при этом часть данного потока непосредственно в воздухозаборники двигателей. При полете предлагаемого заявителем самолета воздушный поток, попадая в пространство между двух фюзеляжей, также имеет определенные ограничения и распространяется аналогично воздушному потоку в аэродинамической трубе и при полете Ту-144, но имеются и отличия, что связано с конструктивной схемой самолета. В боковом направлении воздушный поток ограничивается внутренними сторонами двух фюзеляжей (аналогично стенкам канала), а вверху имеются частичные ограничения в виде несущих аэродинамических поверхностей (крыльев), благодаря которым осуществляется и некоторый подпор воздушного потока, направляя часть его вдоль фюзеляжей. Таким образом, соответствующие местоположения частей самолета образуют полуоткрытый аэродинамический канал. Если между фюзеляжей установлены двигатели, как в предлагаемом самолете, то данным канал выполняет соответственно и роль воздухозаборника. Следовательно, мы имеем полуоткрытый аэродинамический канал-воздухозаборник.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентам и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными всем существующим признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение отвечает уровню "новизна".

Заявитель для проверки заявленного изделия на "изобретательский уровень" провел дополнительный поиск известных решений, чтобы выявить совпадение различных признаков с отличительными признаками заявленного устройства. Результаты поиска показали, что заявленное устройство не вытекает для специалистов явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует изобретательному уровню.

На фиг. 1 показан двухфюзеляжный самолет с четырьмя несущими аэродинамическими поверхностями, выполненными в виде соответствующих крыльев; на фиг.2 - двухфюзеляжный самолет с основным крылом обратной стреловидности; на фиг. 3 - трехфюзеляжный самолет, где 1 - фюзеляж первый, 2 - фюзеляж второй, 3 - переднее межфюзеляжное крыло, 4 - основное крыло, прямой стреловидности, 5 - межфюзеляжное среднее крыло, 6 - кормовое межфюзеляжное крыло или кормовая несущая аэродинамическая поверхность, 7 - межфюзеляжные двигатели, 8 - двигатели, установленные на основном крыле, 9 - основное крыло обратной стреловидности, 10 - фюзеляж третий, 11 -межфюзеляжное крыло с отклоняющимся поверхностями, 12 -отклоняющиеся поверхности, 13 - нейтральное положение отклоняющихся поверхностей.

Самолет состоит из двух 1 и 2 или трех 1,2 и 10 фюзеляжей, в которых расположены одна или две кабины для экипажа, отсеки для пассажиров и (или) груза, нескольких несущих аэродинамических плоскостей, двигателей, необходимых приборов, систем и оборудования. Фюзеляжи 1 и 2 расположены в горизонтальной плоскости параллельно и на расстоянии друг от друга. Третий фюзеляж 10 установлен также в горизонтальной плоскости симметрично относительно двух фюзеляжей 1 и 2 (фиг.3). Несущих аэродинамических поверхностей самолет имеет не менее трех. Например, четыре: переднее крыло 3, основное крыло 4, среднее 5, кормовое 6 (или стабилизатор).Основное крыло имеет прямую 4 или обратную 9 стреловидность, а среднее крыло установлено между фюзеляжей и между основным крылом и кормовым (фиг.1) или между передним крылом и основным (фиг.2). Количество средних крыльев зависит от габаритов фюзеляжей, в первую очередь от их длин. Одно или несколько межфюзеляжных крыльев снабжены поворотными механизмами (не показаны) для изменения положения относительно горизонтальной плоскости или имеют отклоняющиеся поверхности 12.

Фюзеляжи 1 и 2 могут иметь различные формы, что зависит от назначения самолета. Например, внутренние боковые стороны данных фюзеляжей выполнены прямыми или вогнутыми (фиг. 1 и 3), а третий фюзеляж 10 имеет две боковые стороны, выполнение прямыми или вогнутыми (фиг.3). Днище и верх данного фюзеляжа могут быть выполнены прямыми. Двигатели 7 установлены между фюзеляжами сверху и (или) снизу кормовой аэродинамической поверхности 6. При необходимости, например, для увеличения мощности самолета двигатели 8 устанавливаются на основном крыле 4. Количество и мощности двигателей зависят и от скорости полета и других факторов.

Конструктивно-компоновочная схема самолета выполнена таким образом, что повышается надежность полета и эффективность эксплуатации самолета. Межфюзеляжные несущие аэродинамические поверхности (переднее, среднее, основное и кормовое крылья) установлены на разных уровнях относительно друг друга таким образом, что данные поверхности и боковые стороны фюзеляжей образуют полуоткрытый аэродинамический канал-воздухозаборник. Переднее крыло установлено под большим углом, чем основное крыло. Поэтому основное крыло не может выйти на закритический режим при превышении критических углов атаки. Кроме того, переднее крыло не позволяет войти самолету в штопор, что увеличивает надежность и безопасность полета. Конструктивная схема самолета, включающая переднее, среднее и кормовое крылья, разгружает основное крыло. Следовательно, нагрузка на фюзеляж распределяется равномернее, а сам фюзеляж имеет соответственно меньшую массу, чем при обычной аэродинамической схеме. Установка основного крыла с обратной стреловидностью 9 (фиг.3), а также выполнение самолета по схеме "бесхвостка" улучшают характеристики самолета, что связано с условиями обтекания данного самолета воздушным потоком воздуха.

Управление полифюзеляжным самолетом аналогично управлению однофюзеляжным самолетом. Взлет, посадка и управление полетом самолета производится по обычной схеме. Управление поворотом межфюзеляжного крыла или его отклоняющимися поверхностями 12 практически не отличается от управления отклоняющимися поверхностями основного крыла или стабилизатора традиционных схем самолетов.

При взлете для увеличения подъемной силы и тяги двигателей производится отклонение межфюзеляжного крыла или отклоняющихся поверхностей 12 вниз от нейтрального положения 13. Полностью или частично перекрывается выход из межфюзеляжного пространства воздушного потока, который направляется непосредственно в воздухозаборники двигателей 7. После набора требуемой высоты самолет переходит на крейсерский режим полета, а межфюзеляжное крыло или его отклоняющиеся части 12 переводят в нейтральное положение или в то положение, при котором достигается необходимая тяга двигателей. Воздушный поток при полете самолета, попадающий в межфюзеляжное пространство, состоит из нескольких оставляющих, основные из которых: 1 - набегающий поток, 2 - поток, обтекающий фюзеляжи снизу, 3 - нижний поток. Общий же воздушный поток в полуоткрытом аэродинамическом канале-воздухозаборнике имеет направление движения вдоль фюзеляжей с частичном выходом вверх и частичным подпором вниз несущими аэродинамическими поверхностями, расположенными между фюзеляжами. Улучшению движения воздушного потока вдоль фюзеляжей способствует и форма фюзеляжей, внутренние стороны которых выполнены прямыми или вогнутыми. Аналогичный процесс протекает и при наличие третьего фюзеляжа, установленного симметрично относительно двух фюзеляжей в горизонтальной плоскости. Только в этом случае вместо одного полуоткрытого аэродинамического канала получается два таких канала. При снижении и заходе на посадку отклоняющееся крыло или отклоняющиеся части межфюзеляжного крыла подводятся из нейтрального положения в верхнее, уменьшая при этом аэродинамическую подъемную силу самолета и тягу двигателей. Постоянно снижаясь, самолет производит посадку.

Необходимо отметить следующее. Конструктивно-компоновочная схема обеспечивает безопасность полета и возможность посадки в случае выхода из строя двигателей самолета, что достигается количеством и местоположением несущих аэродинамических поверхностей и их отклоняющихся частей. Наличие полуоткрытого аэродинамического канала-воздухозаборника уменьшает общее аэродинамическое сопротивление самолета и улучшает снабжение воздухом межфюзеляжных двигателей.

Создание самолетов, воплощающих заявленное изобретение, способно обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата. Существующий в настоящее время научно-исследовательский и проектный задел и производственный потенциал позволяют осуществить предлагаемое устройство. Большой объем работ по двухфюзеляжным самолетам проведен в НПО "Молния" (Россия), где разработаны проекты "49-М", ВКС-ДМ "Геракл", со стартовой массой 770 и 900 т соответственно. ("Авиационно-космические системы", сборник статей, научный редактор д.т.н. Г.Е. Лозино-Лозинский. - М.: МАИ, 1997 г.).Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Формула изобретения

1. Самолет, имеющий расположенные в горизонтальной плоскости параллельно и на расстоянии друг от друга два фюзеляжа, три несущие аэродинамические поверхности, выполненные в виде переднего крыла, основного крыла и стабилизатора, двигатели, кабину для экипажа, отсеки для пассажиров и/или груза, отличающийся тем, что внутренние боковые стороны фюзеляжей, несущие межфюзеляжные аэродинамические поверхности и двигатели, размещенные между фюзеляжами, расположены таким образом, что образуют полуоткрытый аэродинамический канал-воздухозаборник, при этом фюзеляжи имеют прямые или вогнутые внутренние боковые стороны, а крылья, которых может быть более двух, расположены относительно друг друга на уровнях, обеспечивающих направление воздушного потока вдоль канала-воздухозаборника к диффузорам двигателей, установленных сверху и/или снизу несущей аэродинамической поверхности.

2. Самолет по п. 1, отличающийся тем, что снабжен третьим фюзеляжем, расположенным симметрично между двух фюзеляжей и имеющим плоские или вогнутые боковые стороны, при этом днище, а также верх данного фюзеляжа могут быть выполнены плоскими.

3. Самолет по п. 1 или 2, отличающийся тем, что имеет две или одну аэродинамическую поверхность, выполненную в виде отдельного межфюзеляжного крыла или составной части основного крыла, установленную перед двигателями таким образом, что между крылом или отклоняющимися поверхностями данного крыла, находящимися в нейтральном положении, и диффузором или диффузорами двигателей имеется по высоте пространство, а при заданном повороте крыла или отклоняющихся поверхностей данное пространство перекрывается полностью или частично, направляя воздушный поток к двигателям.

4. Самолет по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что выполнен по схеме "бесхвостка" с основным крылом прямой или обратной стреловидности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3