Летательный аппарат, имеющий уменьшенное воздействие на окружающую среду
Настоящее изобретение относится к летательному аппарату с уменьшенным воздействием на окружающую среду. Летательный аппарат имеет продольную ось и включает двигатель и планер. Двигатель содержит пропеллер, установленный в хвосте летательного аппарата на его спине с его осью, по существу параллельной указанной продольной оси летательного аппарата. Задняя часть планера включает в себя горизонтальное оперение и два вертикальных оперения, расположенных по одному на каждом конце указанного горизонтального оперения. Пропеллер расположен вертикально в линию с указанным горизонтальным оперением над последним таким образом, что шум, испускаемый упомянутым двигателем, перекрывается в направлении вниз упомянутым горизонтальным оперением и частично по сторонам упомянутым вертикальным оперением. Достигается уменьшение расхода топлива и снижение шума. 9 з.п. ф-лы, 8 ил.
Настоящее изобретение относится к летательному аппарату с уменьшенным воздействием на окружающую среду.
Известно, что силовые системы пропеллерного типа, например, турбовинтовые с одним пропеллером или турбопропеллерные с пропеллерами противовращения, показывают лучшую энергетическую эффективность, чем турбинные двигатели.
Однако большинство существующих летательных аппаратов приводится в движение турбинными двигателями и потому являются, с одной стороны, весьма неэкономичными в отношении топлива и, с другой стороны, представляют собой источники загрязнения окружающей среды посредством того, что они испускают в атмосферу.
Следовательно, постольку поскольку затронуты экономия энергии и снижение загрязнения окружающей среды, было бы более предпочтительным оборудовать летательный аппарат силовыми системами пропеллерного типа, а не турбинными двигателями.
Однако в работе силовые системы пропеллерного типа являются еще более шумными, чем турбинные двигатели, что означает, что преимущества в смысле экономии энергии и снижения загрязнения окружающей среды от их эмиссии, которые можно достичь заменой турбинных двигателей силовыми системами пропеллерного типа, сопровождались бы неудобством увеличения зашумленности. Зашумленность, полученная таким образом, была бы недопустима, и в любом случае ее было бы трудно привести в соответствие с действующим в настоящее время законодательством.
Кроме того, летательный аппарат, включающий в себя:
по меньшей мере один турбинный двигатель, установленный в хвосте летательного аппарата, на его спине; и планер, задняя часть которого включает в себя горизонтальное оперение и два вертикальных оперения, расположенных по одному на каждом конце указанного горизонтального оперения, указанная задняя часть формирует барьер шуму, вырабатываемому вниз указанным турбинным двигателем, уже известен, например из документа GB 1397068.
Конечно, при такой компоновке, как эта ось указанного турбинного двигателя параллельна продольной оси летательного аппарата, что означает, что шум, вырабатываемый указанным двигателем, и который, как известно, испускается по направлению вперед и по направлению назад этого двигателя, распространяется по направлению вперед и по направлению назад указанного летательного аппарата, только немного этого шума экранируется в направлении вниз указанной поверхностью экранирования задней части планера при условии, что указанное горизонтальное оперение помещено сзади выходного отверстия гондолы указанного турбинного двигателя. Полная эффективность экрана, сформированного задней частью планера, поэтому не оптимизирована.
Объектом настоящего изобретения является летательный аппарат, у которого потребление топлива является близким к потреблению, сопоставимым пропеллерным летательным аппаратом, и у которого испускание шума по направлению к земле является самое большее равным таковому у аналогично сопоставимого летательного аппарата с газотурбинными двигателями.
С этой целью, согласно изобретению, летательный аппарат с уменьшенным воздействием на окружающую среду, имеющий продольную ось и содержащий:
по меньшей мере один двигатель, установленный в хвосте летательного аппарата, на его спине, с его осью, по меньшей мере по существу параллельной указанной продольной оси летательного аппарата; и
планер, задняя часть которого включает в себя горизонтальное оперение и два вертикальных оперения, расположенных по одному на каждом конце указанного горизонтального оперения, указанная задняя часть планера формирует барьер по меньшей мере для шума, вырабатываемого вниз указанным двигателем,
характеризуется тем, что:
указанный двигатель относится к типу, включающему в себя по меньшей мере один пропеллер, и указанный пропеллер расположен вертикально в линию с указанной задней частью планера, что формирует шумовой барьер.
В самом деле, поразительно, но компания-заявитель обнаружила, что если при компоновке летательного аппарата по типу, изложенному выше и описанному в документе GB-1397068, турбинный двигатель заменен силовой системой с пропеллером (пропеллерами), то при условии, что указанная экранирующая поверхность размещена прямо под пропеллером или пропеллерами (тогда как в документе GB-1397068 эта экранирующая поверхность как раз сзади выхода турбинного двигателя), тогда можно получить превосходное ослабление шума указанной силовой системы, это ослабление будет таким, что шум, испускаемый этой силовой системой, хотя и по своей природе более интенсивный, чем от турбинного двигателя, будет намного лучше экранирован указанной задней частью планера и поэтому намного менее интенсивным в окружении указанного летательного аппарата.
Одной причиной для этого превосходного результата может быть то, что шум пропеллера является очень направленным, шумовой максимум воспринимается около плоскости пропеллера и указанный шум резко уменьшается в стороне от этой плоскости. Таким образом, в предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения указанная задняя часть планера имеет размеры, чтобы действовать как барьер, с каждой стороны плоскости пропеллера, для всей той части шума, которая имеет акустическую интенсивность выше, чем заранее определенная доля максимальной интенсивности, испускаемой указанным двигателем. Например, акустическая интенсивность, экранируемая указанной задней частью планера, с каждой стороны указанного самолета равна по меньшей мере приблизительно -5 дБ относительно указанной максимальной интенсивности.
В качестве предпочтения указанный пропеллер (пропеллеры) помещен(ы) сзади указанного двигателя и способен (способны) создавать тягу на указанном летательном аппарате. Таким образом, пропеллер или пропеллеры расположен или расположены в малой точке поперечного сечения на фюзеляже летательного аппарата, оставляя больше места для его (их)установки. Кроме того, пропеллер(ы) является, таким образом, удаленным от пассажирского салона и поэтому имеет преимущество для комфорта пассажиров.
Кроме того, чтобы в максимально возможной степени ограничивать потребление топлива двигателем, предпочтительным будет для указанного пропеллера или пропеллеров не иметь какой-либо периферийный обтекатель.
Кроме того, благоприятным для указанного двигателя будет наличие двух коаксиальных пропеллеров противовращения. Это потому, что в таком случае диаметр указанных пропеллеров будет меньшим, что облегчит интеграцию указанного двигателя в летательный аппарат.
Чтобы избежать любого аэродинамического взаимодействия и любого вибрационного, в особенности акустического взаимодействия между пропеллером (пропеллерами) и задней частью планера, будет благоприятным, чтобы самое короткое расстояние между концом пропеллера и указанной задней частью было бы по меньшей мере равным 10% диаметра указанного пропеллера.
Конечно, летательный аппарат в соответствии с настоящим изобретением может быть одномоторным летательным аппаратом и иметь только один двигатель с пропеллером (пропеллерами), установленный сзади, путем, описанным выше. Однако в дополнение к последнему двигателю он может также содержать по меньшей мере два турбинных двигателя, которые симметрично несут крылья указанного летательного аппарата. Компоновка, такая как эта, благоприятна тем, что задний пропеллерный двигатель, который не является весьма расходным в потреблении топлива и не является очень шумным в силу шумового экрана согласно изобретению, означает, что мощность (а поэтому шум и потребление топлива) турбинных двигателей может быть уменьшена.
Однако в предпочтительном варианте осуществления летательного аппарата в соответствии с настоящим изобретением обеспечены двухпропеллерные двигатели, они размешены один близ другого, их оси параллельны.
В этом случае, чтобы избежать какого-либо аэродинамического и акустического взаимодействия между этими двумя двигателями (а также, чтобы позволить оператору поместиться между пропеллерами при операциях обслуживания), оставлено место в по меньшей мере 60 см между лицевыми концами пропеллеров.
Приложенные чертежи облегчают понимание осуществления изобретения. На этих чертежах идентичные ссылки обозначают элементы, которые являются подобными.
Фиг.1, 2 и 3 схематически иллюстрируют предпочтительный вариант осуществления летательного аппарата согласно настоящему изобретению на виде сбоку, виде спереди и виде сверху, соответственно.
Фиг.4 - схематический вид сбоку в большем масштабе задней части летательного аппарата по Фиг.1-3.
Фиг.5 - схематический вид сверху, соответствующий Фиг.4.
Фиг.6-8 схематически иллюстрируют другой вариант осуществления летательного аппарата согласно настоящему изобретению на виде сбоку, виде спереди и виде сверху, соответственно.
Коммерческий самолет 1 согласно изобретению, показанный схематически на Фиг.1-3, имеет продольную ось Х-Х и включает в себя планер 2, который состоит из фюзеляжа 3, из крыльев 4, из горизонтального оперения 5 и двух вертикальных оперений 6.
Крылья 4 не несут какого-либо двигателя, а вертикальные оперения 6 размещены на концах горизонтального оперения 5.
Сзади самолета 1 установлены два пропеллерных двигателя 1, размещенные на спине указанного самолета с их осями L-L, параллельными продольной оси Х-Х. Двигатели 7 опираются на пилоны 8 (см. также Фиг.4 и 5) и расположены рядом. На заднем конце каждый двигатель 7 имеет два не закрытых обтекателями тяговых пропеллера 9, 10 противовращения диаметром D. Два пропеллера 9 с одной стороны и два пропеллера 10 - с другой расположены напротив друг друга с пространством по меньшей мере 60 см между ними. Кроме того, самое короткое расстояние d между концом пропеллеров 9, 10 и указанным планером 2 по меньшей мере равно 10% указанного диаметра D.
Относительно задней части 2R планера 2, той задней части, которая включает в себя заднюю часть 3R фюзеляжа 3, горизонтальное оперение 5 и вертикальное оперение 6, пропеллеры 9 и 10 этих двух двигателей 7 расположены вертикально согласованно с указанным горизонтальным оперением 5.
При работе каждый из указанных пропеллеров 9 и 10 вырабатывает шум, акустическая интенсивность которого находится на максимуме вблизи его плоскости и которая уменьшается при удалении от этой плоскости по осям L-L. В этом случае две пары пропеллеров 9 и 10 вырабатывают вокруг указанных осей L-L полный шум, максимальная акустическая интенсивность которого является по существу плоской поверхностью 11, проходящей между пропеллерами 9 и 10 каждой пары, как показано на Фиг.4 и 5. На последних двух фигурах чертежей зона 12 шума, определенная передним пределом 13 и задним пределом 14, расположенными с каждой стороны поверхности 11 максимальной акустической интенсивности, и в которой акустическая интенсивность является равной -5 дБ относительно указанной максимальной акустической интенсивности.
Следовательно, согласно настоящему изобретению относительная компоновка пропеллеров 9, 10 горизонтального оперения 5 и вертикального оперения 6 такова, что около указанных двигателей 7 указанная зона 12 шума лежит на внутренней части канала, сформированного указанными горизонтальным 5 и вертикальным 6 оперениями, что явно видно на Фиг.5, на которой след 12t зоны 12 оттянут на горизонтальное оперение 5.
Таким образом, шум, испускаемый двигателями 7, экранируется в направлении вниз горизонтальным оперением 5 и частично в сторону - вертикальным оперением 6.
В результате, при взлете и посадке, шум, испускаемый двигателями 7 самолета 1 по направлению к земле, очень уменьшается, потому что его экранирует горизонтальное оперение 5 и частично вертикальное оперение 6.
Коммерческий самолет 21 согласно настоящему изобретению, показанный схематически на Фиг.6-8, также имеет продольную ось Х-Х и включает в себя планер 22, состоящий из фюзеляжа 23, из крыльев 24, горизонтального оперения 25 и двух вертикальных оперений 26. Каждое из крыльев 24 несет турбинный двигатель 20 и вертикальное оперение 26, размещенные на концах горизонтального оперения 5.
Центрально в хвосте самолета 21 установлен один двигатель 7 с пропеллерами противовращения 9 и 10, ось L-L которого параллельна оси Х-Х, и расположена в той же вертикальной плоскости.
Образом, подобным тому, который был описан со ссылкой на Фиг.1-5, расположение пропеллеров 9, 10 и оперений 25 и 26 таково, что шум, вырабатываемый указаными пропеллерами, экранируется по направлению вниз указанного самолета 21 задней частью 22R планера 22, часть которой и формируют указанные оперения 25 и 26.
Следует отметить, что по сравнению с обычным самолетом с двумя турбинными двигателями с равными эксплуатационными характеристиками самолет 21 может использовать турбинные двигатели 20, которые являются менее мощными (и поэтому менее шумными) в силу присутствия двигателя 7 сзади. В целом, самолет 21 может быть менее шумным и потреблять меньше топлива, чем такой же самолет с двумя турбинными двигателями.
1. Летательный аппарат (1, 21) с уменьшенным воздействием на окружающую среду, имеющий продольную ось (Х-Х) и включающий в себя:
по меньшей мере, один двигатель (7), содержащий, по меньшей мере, один пропеллер (9, 10) и установленный в хвосте летательного аппарата на его спине с его осью (L-L), по меньшей мере, по существу, параллельной указанной продольной оси (Х-Х) летательного аппарата;
планер (2, 22), задняя часть (2R, 22R) которого включает в себя горизонтальное оперение (5, 25) и два вертикальных оперения (6, 26), расположенных по одному на каждом конце указанного горизонтального оперения, отличающийся тем, что
указанный пропеллер (9, 10) расположен вертикально в линию с указанным горизонтальным оперением (5, 25) над последним таким образом, что шум, испускаемый упомянутым двигателем, перекрывается в направлении вниз упомянутым горизонтальным оперением (5, 25) и, частично, по сторонам упомянутым вертикальным оперением (6, 26).
2. Летательный аппарат по п.1, в котором указанной задней части (2R, 22R) планера (2, 22) приданы размеры, чтобы действовать как барьер, с каждой стороны плоскости пропеллера, для всей той части шума, которая имеет акустическую интенсивность выше, чем заранее определенная доля максимальной интенсивности, испускаемой указанным двигателем.
3. Летательный аппарат по п.2, в котором акустическая интенсивность, экранируемая указанной задней частью (2R, 22R) планера, на каждой стороне плоскости пропеллера является равной по меньшей мере приблизительно 5 дБ относительно указанной максимальной интенсивности.
4. Летательный аппарат по п.1, в котором указанный пропеллер (9, 10) расположен позади указанного двигателя (7) и способен создавать тягу указанному летательному аппарату.
5. Летательный аппарат по п.1, в котором указанный пропеллер (9, 10) не имеет какого-либо периферийного обтекателя.
6. Летательный аппарат по п.1, в котором самое короткое расстояние (d) между концом пропеллера (9, 10) и указанной задней частью (2R, 22R) планера, по меньшей мере, равно 10% диаметра (D) указанного пропеллера.
7. Летательный аппарат по п.1, в котором указанный двигатель (7) имеет два коаксиальных пропеллера (9, 10) противовращения, расположенные вертикально в линию с указанной задней частью планера, что формирует шумовой барьер.
8. Летательный аппарат по п.1, который включает в себя один двигатель (7) с пропеллером (пропеллерами), который установлен в хвосте летательного аппарата на его спине и, по меньшей мере, два турбинных двигателя (20), несомые симметрично крыльями (24) указанного летательного аппарата (21).
9. Летательный аппарат по п.1, который включает в себя два двигателя (7) с пропеллером (пропеллерами), которые установлены в хвосте летательного аппарата на его спине и расположены один рядом с другим, причем их оси параллельны.
10. Летательный аппарат по п.9, в котором расстояние (е) между концами пропеллеров указанных двигателей (7), по меньшей мере, равно 60 см.
