Способ взлёта двухступенчатой крылатой системы

Способ взлёта двухступенчатой крылатой системы

Реферат

 

Изобретение относится к авиакосмической технике, в частности к средствам подготовки акватории для взлета с нее гидросамолета-носителя ракетоплана. Предлагаемый способ заключается в использовании катапультного судна с технологическими реактивными двигателями и струеповоротными лотками. Перед стартом крылатой системы и во время работы указанных двигателей удерживают корпус гидросамолета за его хвостовую часть в кормовом полупритопленном желобе катапультного судна. Указанные лотки при работе технологических реактивных двигателей охлаждают забортной водой, гася поверхностные волны на пути разгона крылатой системы пароводяными потоками, сходящими с этих лотков. При этом дозируют воду в указанный желоб посредством носового тракта судна за счет эжектирующего действия указанных пароводяных потоков, сходящих со струеповоротных лотков. Затем производят разрыв удерживающей связи путем ввода в действие маршевых двигателей крылатой системы, и гидросамолет начинает скользить в полупритопленном желобе. Технологические реактивные двигатели отключают, а самолет продолжает разбег по успокоенной, достаточно гладкой водной поверхности, до его взлета. Технический результат изобретения состоит в сокращении бортовых энергозатрат крылатой системы при расширении диапазона допустимых метеоусловий для ее безопасного взлета с акватории. 3 ил.

Изобретение относится к космической авиации морского базирования, в частности к разбегу гидросамолета повышенной грузоподъемности при волне и ветровых порывах, способного нести пилотируемый ракетоплан.

Известен способ глиссирования гидросамолета "РВПИ” при взлете и посадке. Способ этот призван облегчить взлетно-посадочные операции при взволнованной акватории, когда набегающие волны разрушают не самой носовой оконечностью корпуса аэроплана, а дистанционно, посредством высокоскоростных струй подогретого газа. Указанные струи выбрасываются настильно, причем с борта самого летательного аппарата. Газовая струя при этом должна быстро “сдуть” гребень ближайшей волны по курсу следования.

Такими упреждающими беспрерывными действами и происходит выравнивание водной полосы перед корпусом, что очень важно при взлете (патент РФ №2001841, кл. 5 В 64 С 35/00, приоритет - 10 окт. 1991 г.).

Недостаток этого способа состоит в том, что упомянутые струи газа тут должны генерироваться за счет бортового топливного запаса и энергоустановки взлетаемого самолета. Поскольку же мощность газовых струй должна быть весьма значительной, рассмотренный способ-аналог не сможет придать гидросамолету способность поднять в воздух большой полезный груз, разогнать 2-ю ступень крылатого аппарат до требуемой стартовой скорости на значительной высоте. К тому же такая система многоразового действия, при трогании с места при штормящем море и ветре, может подвергаться качке, крену, не держать заданный курс. А это - добавочные энергозатраты взлетающего гидросамолета и угроза аварии вблизи береговой отмели или другой подобной преграды.

Между тем известен способ катапультного разгона посредством быстроходного всепогодного морского судна - катамарана, когда та же двухступенчатая крылатая система может выталкиваться вперед, по курсу следования катамарана ВАДПИ-4 бис, из носовой части межкорпусного канала силой как крыльевых двигателей самолета, так и технологических реактивных двигателей, что генерируют высокотемпературные струи газов, истекающих из сопловых насадков упомянутых технологических РД.

Особенность здесь та, что указанные струи преобразовывают на лотках соединительного моста катамарана в парогазовые потоки, которые одновременно несколько охлаждаются, наращивают свою секундную массу за счет подвода забортной воды, сплющиваются нормально к лотковым вогнутым поверхностям и ими направляются по межкорпусному каналу в нос и корму.

Причем если носовой поток чуть приподнят и “настилен” относительно акватории, то кормовой поток под острым углом буквально врезается в эту водную поверхность в пределах коридора, что улучшает работу гребных винтов судна (см. чертеж и описание к патенту РФ №2006414, кл. 5 В 63 В 1/36, приоритет - 23.04.91).

Очевидно, крылья и маршевые двигатели гидроплана при этом могут возвышаться над полубаком катамарана, а 2-я ступень крылатой системы располагается “на спине” самолета-носителя.

Упомянутая “приподнятость” носового потока тут, разумеется, вынужденная. Ведь в противном случае, в периоды бездействия технологического РД, морские волны, набегающие на форштевни судна, будут на ходу последнего врываться в межкорпусной коридор и забрасывать большие массы воды на фронтальную кромку лотка. Этот волновой навал способен затормозить катамаран “4 бис”. Когда же технологический двигатель вместе с лотком работают на создание носового потока, приподнятого над акваторией, массы парогаза толкают гидросамолет в надводную хвостовую часть аппарата. Это напрягает облегченную конструкцию, ослабляет изначальную кинетическую энергию потока. Эффективность разрушения волн падает.

К тому же тут вероятна встреча стартующего самолета с топляком. А это - катастрофа!.. Не лучше этот способ и при “кормовом варианте”, когда однопоплавковая летающая лодка стартует под воздействием кормового потока парогазов. Здесь под днищем корпуса-поплавка возникают скоростные течения, причем с понижением давления. Динамическая осадка самолета увеличится, трение смачиваемой поверхности поплавка - тоже.

Все это способствует росту дифферента на нос, ухудшению условий при “трогании с места крылатой системы” в пределах межкорпусного канала. Тем паче, что двигатели гидросамолета размещены, как правило, над крыльями. Это же не улучшает взлетные характеристики...

Целью предлагаемого способа является: сокращение перечисленных выше негативов, увеличение полезной нагрузки самолета-носителя, а стало быть, и ракетоплана, придание крылатой системе надежности, всепогодности при старте в открытом океане.

Техническая задача изобретения заключается в сокращении бортовых энергозатрат 2-ступенчатой крылатой системы при расширении спектра погодных условий, когда возможет ее безопасный взлет с водной поверхности.

Данная задача решается таким образом, что в способе взлета 2-ступенчатой крылатой системы используют для ее предвзлетного разгона катапультное судно с технологическими реактивными двигателями и струеповоротными лотками, в составе которого перед стартом крылатой системы и во время работы технологических реактивных двигателей удерживают корпус реданного гидросамолета - носителя ракетоплана за его хвостовую часть, размещая этот корпус в кормовом полупритопленном желобе катапультного судна. При этом указанные лотки при работе технологических реактивных двигателей охлаждают забортной водой, а поверхностные волны на пути разгона крылатой системы гасят путем воздействия на них пароводяными потоками, сходящими с лотков и обтекающими корпус гидросамолета-носителя со стороны его хвостовой части. Одновременно дозируют в полупритопленный желоб посредством носового тракта катапультного судна за счет эжектирующего действия указанных пароводяных потоков, сходящих со струеповоротных лотков, а затем производят разрыв удерживающей связи и начало скольжения корпуса гидросамолета в указанном полупритопленном желобе за счет добавления тяги вводимых в действие маршевых двигателей крылатой системы. После этого технологические реактивные двигатели на судне отключают.

Гидросамолет с ракетопланом продолжает разбег по полосе успокоенной воды, созданной за кормой судна указанными пароводяными потоками лотков, и производит взлет.

Создание отмеченной полосы спокойной воды, в более детальном рассмотрении, начинается с запуска технологических двигателей.

В результате в желобе при работе технологических двигателей присутствует весьма быстрое течение воды, насыщенное пузырьками парогаза, находящегося в состоянии “холодного кипения”. Корпус гидросамолета ниже ватерлинии смывается при этом эдакой “газировкой”. Погружаясь в последнюю, крылатый аппарат удерживается на месте разрывной связкой и садится своими реданами на дно желоба.

Газированные токи, обладая упругостью, без жестких ударов обтекают реданы, смачиваемые борта самолетного корпуса и следом вторгаются в поверхностные воды за кормой судна. При этом на ходу указанного судна-катапульты в носовой подводной оконечности происходит скоростной водозабор в тракт эжектора, а за кормовым срезом возникает поверхностная полоса воды, быстро уходящей от судна. Вихревой след от гребных винтов как бы обрамляет ту полосу.

Когда та водная полоса достигнет наибольшей длины, запускают двигатели аппарата. Суммарная сила тяги увеличивается, связка разрушается, и гидросамолет с ракетопланом “на спине” с увеличенной скоростью соскальзывает с желоба на взлетную полосу. Реданы при этом срабатывают подобно водяным парусам. Причем достаточно “мягко”, своими небольшими тыльными поверхностями... Короче говоря, все процессы свершаются “вокруг” полупритопленного желоба. Описанные выше недостатки фактически исчезают. Кормовая взлетная полоса не вступает в противоречия с выполняемыми операциями.

На чертежах схематично изображена 2-ступенчатая крылатая система в предстартовом положении и вместе с катапультным судном.

Три проекции: на фиг.1 - проекция “бок”, фиг.2 дает представление о проекции “корпус”. На фиг.3 - вид в плане.

Основой стартующей системы служит 4-моторный скоростной моноплан 1 (фиг.1) с крыльями отрицательной стреловидности. Этот гидросамолет несет вторую ступень - ракетоплан 2, расположенный поверх первой ступени (немецкий проект). Причем гидросамолет находится в кормовом желобе “Ж” однокорпусного судна-катапульты 3 (см. также фиг.2 и 3). Хвостовая часть этого аппарата-носителя обращена вперед по курсу судна.

Продольная ось упомянутого желоба горизонтальна и находится в диаметральной плоскости - ДП. Желоб мелководен и на мидель-участке судна имеет эжекторное устройство. Оно состоит из двух параллельных и симметричных к ДП струеповоротных лотков 4-5 (фиг.3), обращенных выходными кромками к желобу, и единого прямоточного тракта “К” (фиг.1, 2). Тракт трубоподобен и несколько сплющен по высоте. Его продольная ось - в ДП.

Водопровод этот своим водозаборным участком горизонтален и пребывает под водной поверхностью. Его входной патрубок находится на форштевне. Выход же из рассматриваемого тракта сопряжен с выходными кромками лотков, причем снизу.

Гидросамолет своим хвостом ошвартован к межлотковой наклонной стенке судна посредством разрывной связки 6. Поплавковый корпус при этом выполнен с двумя килями U-образной формы (они условно не показаны) и общим горизонтальным стабилизатором “С” (фиг.1).

Двигатели самолета-носителя размещены парами: два носовых (турбореактивных средней мощности) 7 и два более мощных ТРД находятся над крыльями. Все эти двигатели в плане расположены так, чтоб газовые струи не встречались с факелами от технологических реактивных установок 9. Закреплены же технологические двигатели вверху на лотках, кои примыкают к надстройке “М”.

Подготовка к взлету начинается с того, что судно-катапульта 3 (фиг.1) со стартующей крылатой системой 1-2 при помощи бортовых гребных винтов “В” (фиг.1 и 2) начинает поступательное движение вперед приблизительно вдоль волнового наката. Ход катапульты при этом соизмерим со скоростью набегающих волн. Так, чтобы свести килевую качку к минимуму.

Затем включают технологические двигатели 9 (фиг.1 и ждут, покуда водоструйный шлейф “Ш” (фиг.3) выстилает взлетную полосу усмиренных волн, пока эта полоса станет достаточно протяженной. При этом парогазовые токи от технологических установок на лотках 5-6 эжектируют воду из тракта “К” в грузовой желоб “Ж” (фиг.2). В то место, которое расположено под связкой 6, обозначенной на фиг.1.

Так образуются мощные токи “газированной воды”, охватывающие смачиваемые поверхности корпуса гидросамолета. Эти потоки, оказывая силовое воздействие на реданы, с большой скоростью вторгаются в водные массы, находящиеся за кормой.

Причем упомянутые реданы срабатывают своими тыльными поверхностями подобно жестким водным парусам. Газонасыщенные же струи воды, сбрасываемые за кормовой срез, формируются и нацеливаются помощью направляющих пластин “П” (фиг.2), на кои свеху “садится” корпус аппарата-носителя. Очевидно, что разрывная связка уже напряжена.

Настает момент запуска крыльевых двигателей 8 (фиг.1, 2). По мощности они несколько уступают технологическим. Суммарная тяга крыльевой энергоустановки плюс активное воздействие парогазовых токов от технологических двигателей возрастает и разрывает указанную выше связку 6. Крылатая система катапультируется. Важно отметить тут, что гидросамолет сразу встает на реданы. Этому не в малой мере способствует кабрирующий момент от гидродинамических сил на тыльные поверхности реданного днища при скольжении в желобе. Данный силовой момент парирует тот, обратный момент, что возникает, когда крыльевые двигатели приподняты над несущими плоскостями и центром массы аппарата (как у гидроплана).

Короче, - притапливанию корпуса самолета вначале воспрепятствует мелководье желоба, а затем “реданная” скорость разбега. Для сокращения пробежки по взлетной полосе во время шторма, при попутном ветре, в действие могут быть вовлечены носовые двигатели 7 уже на раннем этапе разбега. Эта парная энергоустановка не только добавит тяги, но и поспособствует образованию подъемной силы, обдувая газовоздушными струями поверхности центроплана сверху. Ведь носовые двигатели у летающей лодки тоже приподняты! Подальше от соленой воды...

Предполагается, что 2-ступенчатая крылатая система, действуя при взлете данным способом, даст возможность подниматься человеку в верхние слои атмосферы, совершать глобальный облет Земли и возвращаться в точку старта с посадкой на “экваториальную” водную полосу. Причем раздельно по времени. Готовить посадочные полосы будет то же судно-катапульта при свободном желобе.

Очевидно, шлейф усмиренной воды в этом случае станет удлиненным, поскольку мощь водяного потока, выходящего из желоба, возрастет в два раза, как минимум. Ведь энергозатрат на обтекание самолетного корпуса, работу “реданных парусов” не будет! Длительность же существования посадочной полосы превысит 20-30 с.

Система, взлетающая у экватора, ракетоплан позволят тренировать космонавтов в любое время суток. Откроется возможность спешно взлететь навстречу околоземной космической станции, выработавшей эксплуатационный ресурс и падающей в плотные атмосферные слои, отвести тяжелую конструкцию в сторону от населенных пунктов. Можно своевременно расстрелять и крупный метеор.

Формула изобретения

Способ взлета двухступенчатой крылатой системы, заключающийся в использовании для ее предвзлетного разгона катапультного судна с технологическими реактивными двигателями и струеповоротными лотками, в составе которого перед стартом крылатой системы и во время работы технологических реактивных двигателей удерживают корпус реданного гидросамолета-носителя ракетоплана за его хвостовую часть, размещая этот корпус в кормовом полупритопленном желобе катапультного судна, при этом указанные лотки при работе технологических реактивных двигателей охлаждают забортной водой, а поверхностные волны на пути разгона крылатой системы гасят путем воздействия на них пароводяными потоками, сходящими с лотков и обтекающими корпус указанного гидросамолета со стороны его хвостовой части, дозируют воду в указанный полупритопленный желоб посредством носового тракта катапультного судна за счет эжектирующего действия указанных пароводяных потоков, сходящих со струеповоротных лотков, а затем производят разрыв удерживающей связи и начало скольжения корпуса гидросамолета в указанном полупритопленном желобе за счет добавления тяги вводимых в действие маршевых двигателей крылатой системы, после чего технологические реактивные двигатели отключают.

РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3