Стартовый ускоритель самолёта
Изобретение относится к области авиации. Стартовый ускоритель самолета представляет баллон с краном, наполненный водой и сжатым воздухом. Изобретение направлено на регулирование вектора тяги по направлению и тангажу. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к авиации, в основном к гидросамолетам, но может применяться и на сухопутных самолетах, и даже на гидровертолетах (как поплавки).
Известны гидросамолеты, которые, как правило, имеют корпус типа «летающая лодка» достаточной для остойчивости ширины, см. интернет http://www.hydroplane.ru. Известны и ракетные ускорители взлета для самолетов, представляющие собой ракетные двигатели, см. «Авиация люфтваффе». Минск, 2000, стр.372.
Недостатками последних являются высокая стоимость и разрушающее воздействие на взлетно-посадочную полосу. А также невозможность управления вектором и величиной тяги.
Для устранения этих недостатков данный ускоритель имеет принцип «водяной ракеты», то есть ускоритель представляет собой баллон с краном, частично наполненный водой и частично - сжатым воздухом, см. фиг.1, 2.
Особая целесообразность применения такого ускорителя в гидроавиации обуславливается, во-первых, повышенным сопротивлением воды по сравнению с разгоном сухопутных самолетов по взлетной полосе, а во-вторых, наличием воды в неограниченном количестве, и возможностью заправки водой самотеком.
Вектор силы такого ускорителя должен быть направлен в центр масс самолета, иначе может произойти быстрое неконтролируемое изменение тангажа. Особенно опасен положительный тангаж - самолет может скабрировать резко вверх, остановиться в воздухе и упасть хвостом вниз. В связи с этим загрузка самолета и надежность крепления груза должны тщательно проверяться.
Однако есть способ управлять и тягой такого двигателя, и ее вектором. Для этого следует использовать в качестве крана, открывающего выход воды, шаровой кран достаточного сечения без наружного патрубка, тогда поворотом шарового элемента можно в довольно широких пределах менять и тягу, и ее направление по тангажу.
Если мы хотим регулировать только тягу, то наоборот, наружный патрубок крана следует оставить и прикрепить на него сужающееся сопло.
Такое сопло создает хорошие условия для скоростного истекания воды, однако оно создает слишком концентрированную и мощную струю, которая может повредить соседние самолеты и т.п. Поэтому вместо него на кран может быть прикреплено несколько центробежных или щелевых форсунок меньшего размера.
Управлять вектором тяги можно и с помощью расположенного за краном руля/рулей. Это может быть один руль в середине потока. Достоинство этого варианта состоит в том, что при соответствующем расположении и форме руля можно добиться минимального усилия для управления им. Или это могут быть два-четыре руля, попарно расположенные сверху-снизу и по бокам. Таким устройством можно управляться при взлете сразу по двум осям.
Для облегчения заправки водой и воздухом баллон ускорителя может иметь еще одно отверстие с трехходовым краном, расположенное по центру в передней части.
В авиации каждый килограмм на счету, поэтому баллон данного ускорителя, хотя и изготовленный из хорошего композитного материала (вектран+смола), может быть интегрирован в конструкцию самолета и являться круглым лонжероном. Как известно, круглые конструкции с поддувом внутренним избыточным давлением являются хорошими конструктивными элементами, например, корпуса жидкостных ракет, борта надувных лодок.
Для обеспечения безопасности баллон во избежание взрыва во время накачки должен иметь манометр и предохранительный клапан, которые можно крепить к имеющемуся носовому штуцеру.
Баллон хорошо крепится к фюзеляжу, точнее является частью фюзеляжа (оптимальное расположение баллона такое, чтобы на нем можно было сидеть, см. фиг.2). Однако и к крылу/крыльям он должен крепиться также весьма прочно, так как при резком старте он может воздействовать на крылья с усилием, равным или большим веса крыльев с моторами. Например, И-образными стойками.
Накачиваться баллон может компрессором, использующим отбор мощности от основного/основных двигателя(ей), для чего можно применить конструкцию с бендексом от неисправного стартера или ременный привод. Но лучше, чтобы экономить ресурс основных двигателей, применить отдельный двигатель мощностью 1-2 кВт, например от лодочного мотора «Салют» 2 л.с., от газонокосилки или от бензопилы. Разница в весе получится 1-2 кг, но зато «экономятся» основные двигатели. Кроме того, можно использовать этот маленький двигатель и для руления по воде. Для этого этот двигатель должен иметь одну или две простейшие разъединительные муфты: на компрессор (но можно сделать привод и постоянным) и на маленький водяной винт, возможно со складывающимися лопастями, расположенный ниже статической ватерлинии.
На фиг.1, 2 показан гидросамолет со встроенным данным ускорителем: 1 - фюзеляж, 2 - баллон, являющийся лонжероном фюзеляжа, 3 - шаровой кран, 4 - трехходовой кран.
Работает самолет с ускорителем следующим образом: если это гидросамолет, то в положении плавания открывается шаровой кран 3 и вода начинает самотеком поступать в баллон, одновременно через это же отверстие, вытесняя воздух. Если на самолете имеется трехходовой кран 4, то открывается и он в положение «в атмосферу». В этом случае заполнение баллона будет происходить быстрее. Баллон заполняется до тех пор, пока воздух не перестанет выходить. Это значит, что в верхней части баллона образовалась воздушная полость, и дальнейшее заполнение невозможно и не нужно. Воды при этом в баллоне будет примерно 55% от объема. Затем на патрубок шарового крана наворачивается резьбовая крышка, которая имеет манометр, предохранительный клапан и шланг, ведущий к компрессору. Если имеется трехходовой кран, то операция упрощается, достаточно закрыть шаровой кран 3 и переключить трехходовой кран 4 на компрессор. Производится накачка баллона воздухом. Не следует выбирать слишком большое давление, иначе конструкция баллона получится слишком тяжелой: ориентировочные значения 10-30 атм (1-3 мПа).
При взлете не следует включать ускоритель сразу, если только взлет не производится с трамплина, направленного под углом к горизонту. Следует сначала дать двигателям полный газ, чтобы вода в баллоне прилила к задней его части (иначе вместе с водой может прорваться воздух). Можно даже дождаться, когда вследствие повышения скорости тангаж (по морскому - дифферент) увеличится и большая часть воды надежно стечет к крану 3. В этот момент нужно резко открыть шаровой кран 4 и самолет начнет резко, вплоть до нескольких g, ускоряться. Не следует выбирать ускорение слишком большим - затруднительно будет его контролировать и управлять им с помощью отклонения шарового крана или с помощью отклонения руля/рулей. Достаточно 0,3-1 g. При ускорении 1 g самолет достигнет скорости 75 км/час за 2 секунды на взлетной дистанции 20 метров (при этой скорости у легкомоторных самолетов обычно происходит отрыв). Если при этом действие ускорителя не закончилось, то он поможет быстро набрать скорость и высоту. Однако в этом случае управление вектором тяги обязательно. Во время взлета компрессор лучше не выключать.
Сразу же после выхода всей воды следует резко закрыть кран 3, чтобы избежать падения давления в баллоне, так как баллон без поддува значительно менее прочен, чем с поддувом. Если давление упало до атмосферно, следует продолжить накачку воздухом, хотя бы до давления 1-2 атм. Нельзя допускать образования разрежения.
При посадке ускоритель не работает, однако в исключительных случаях, когда самолет чуть-чуть не долетает до нужной отметки, можно открыть кран 3 и полностью выпустить воздух из баллона, что придаст самолету еще немного скорости.
1. Стартовый ускоритель самолета, отличающийся тем, что представляет собой баллон с краном, частично наполненный водой и частично сжатым воздухом.
2. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что в качестве крана, открывающего выход воды, используется шаровой кран без наружного патрубка.
3. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что на наружном патрубке крана прикреплено сужающееся сопло.
4. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что на кран прикреплено несколько центробежных или щелевых форсунок меньшего размера.
5. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что за краном расположены один или несколько рулей.
6. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что баллон ускорителя имеет еще одно отверстие с трехходовым краном, расположенное по центру в передней части.
7. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что баллон имеет манометр и предохранительный клапан.
8. Ускоритель по п.1, отличающийся тем, что имеет вспомогательный двигатель внутреннего сгорания, имеющий одну или две разъединительные муфты: на компрессор для закачки баллона и на водяной винт, находящийся ниже статической ватерлинии.
