Поплавковый гидросамолет катамаранной схемы компоновки - морской спасатель "буревестник"

Поплавковый гидросамолет катамаранной схемы компоновки - морской спасатель "буревестник"

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Гидросамолет «Буревестник» предназначается для поисково-спасательных операций на море или других акваториях с целью спасения людей, терпящих бедствие, путем приводнения и взлета непосредственно на месте бедствия при волнении моря до 5 баллов.

2.1. Область техники, к которой относится гидросамолет «Буревестник», - гидроавиация, в подразделениях, осуществляющих поисково-спасательные операции на акваториях.

2.2. Раскрытие изобретения.

Сущность изобретения как технического решения заключается в создании гидросамолета катамаранной схемы компоновки, способного приводняться и взлетать при волнении моря до 5 баллов, выраженного в совокупности применения существенных признаков

2.2.1. Удлиненные поплавки килеватной или торпедовидной обтекаемой формы, которые по длине составляют до 2/3 длины самолета. Поплавки параллельно разнесены под центропланом самолета и крепятся под центропланом на пилонах по всей длине поплавка. Такая схема опоры гидросамолета на водную поверхность квалифицируется как катамаранная.

2.2.2. Поплавки и носовая часть фюзеляжа оборудованы демпфирующими скользящими гидролыжами, выпускаемыми при взлете и посадке и убираемыми в полете. Своеобразное шасси, с помощью которого осуществляется взлет и посадка гидросамолета.

2.2.3. Дельтастреловидное крыло, центроплан которого, распространенный на всю длину фюзеляжа, является основным несущим конструктивным элементом самолета, связывающим в единую цельную конструкцию фюзеляж - двухкилевое хвостовое оперение - поплавки, защищающие маршевые двигатели самолета от брызгового потока.

2.2.4. Поддув под центроплан двигателями поддува, расположенными в передней части фюзеляжа в техническом отсеке. Удлиненные поплавки совместно с центропланом образуют камеру для поддува.

2.2.5. Двухкилевое хвостовое оперение со среднерасположенным стабилизатором, образующее с центропланом прочную конструкцию для крепления поплавков и маршевых двигателей. Обеспечивает эффективное управление гидросамолетом по курсу.

2.2.6. Маршевые турбореактивные двигатели размещены на хвостовом оперении, чем достигается их защита от брызгового потока.

2.2.7. Дополнительные рули высоты, установленные в носовой части фюзеляжа, обеспечивают эффективное управление гидросамолетом по высоте, компенсируя кобрирующие и пикирующие моменты.

Все перечисленные выше существенные признаки гидросамолета взаимосвязаны, и совокупное их применение обеспечивает получение следующих технических результатов.

Повышение остойчивости гидросамолета.

Поперечная остойчивость гидросамолета обеспечивается параллельно разнесенными поплавками. Она значительно выше, чем у однолодочных гидросамолетов. Продольная остойчивость обеспечивается длиной поплавка. Чем длиннее поплавок, тем выше продольная остойчивость гидросамолета.

Кроме того, остойчивость гидросамолета повышается применением гидролыж. При нахождении гидросамолета на плаву выпущенные гидролыжи играют роль плавающих якорей, чем обеспечивают повышение его остойчивости.

Повышение мореходности.

Мореходность находится в прямой зависимости от остойчивости. Чем выше остойчивость, тем выше мореходность. Поэтому гидросамолет катамаранной схемы компоновки обладает повышенной мореходностью.

Применение гидролыж повышает мореходность на 25%. Кроме того, применение поддува, создающего под центропланом воздушную подушку, которая увеличивает подъемную силу центроплана, улучшает взлетно-посадочные характеристики гидросамолета и, как следствие, повышает мореходность.

Снижение гидродинамического сопротивления.

Основное преимущество катамаранов заключается в том, что их длинные и узкие корпуса при движении в воде создают меньшее сопротивление встречному потоку, чем более широкие корпуса лодок. При этом корпуса поплавков выполняются без скул и редонов в более оптимальной аэрогидродинамической форме: килеватной или торпедовидной, чем значительно снижается их гидродинамическое сопротивление по сравнению с лодочной компоновкой гидросамолета.

Кроме того, используя и суммируя подъемную силу гидролыж, возникающую при движении, подъемную силу крыла и подъемную силу воздушной подушки центроплана при его поддуве, гиросамолет поднимается на водную поверхность и скользит по ней на скользящих гидролыжах с минимальным гидродинамическим сопротивлением.

При этом необходимо отметить, что скользящая гидролыжа, в отличие от прямой гидролыжи типа «Си Дарт» (см. «Полная энциклопедия мировой авиации» под редакцией Д.Дональда, корпорация «Федоров», русское издание, 1997, стр.277), имеет горизонтальную составляющую, которая обеспечивает скольжение по воде с минимальным гидродинамическим сопротивлением.

Снижение аэродинамического сопротивления.

Снижение аэродинамического сопротивления на рассматриваемом гидросамолете достигается:

применением дельтастреловидного крыла, наиболее оптимального при больших скоростях полета;

применение поддува под центроплан увеличивает подъемную силу центроплана, что позволяет снизить размах крыла, уменьшить аэродинамическое сопротивление;

применение убирающихся гидролыж;

применение удлиненных поплавков обтекаемой килеватной или торпедовидной формы.

Повышение прочности конструкции гидросамолета.

Катамаранные поплавки, имея сплошное конструктивное соединение по всей длине поплавка с центропланом, совместно с 2-килевым хвостовым оперением образуют цельную конструкцию, повышая ее прочность.

Дельтастреловидное крыло, имея соединение центроплана с фюзеляжем по всей его длине, повышает прочность конструкции планера.

Нагрузка гидросамолета на водную поверхность у катамаранной компоновки распределена на две линии - на поплавки, поэтому нагрузка на центроплан катамаранной компоновки гидросамолета также распределена на две линии и оказывает меньшее воздействие на прочность центроплана.

Воздушная подушка от поддува центроплана также существенно снижает ударные и волновые нагрузки на центроплан.

Повышение управляемости самолета.

Высокая управляемость гидросамолета, особенно по курсу и тангажу, обеспечивается применением двухкилевого хвостового оперения и дополнительных рулей высоты, установленных в носовой части фюзеляжа, активно способствующих снижению негативных кобрирующих и пикирующих моментов.

Обобщая вышеизложенное, можно констатировать, что, применяя на гидросамолете в совокупности все перечисленные конструктивные существенные признаки, достигается самый важный технический результат - посадка и взлет гидросамолета на месте бедствия при волнении моря до 5 баллов.

2.3. УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ.

Поплавковый гидросамолет катамаранной схемы компоновки - Морской спасатель «Буревестник» представляет собой моноплан с низконесущим дельтастреловидным крылом, центроплан которого распространяется на всю длину фюзеляжа, ограниченный по ширине двумя килями хвостового оперения со среднерасположенным стабилизатором.

Фюзеляж цилиндрического вида сигарообразного типа с круглыми шпангоутами в поперечном сечении накладывается сверху на центроплан. В передней части фюзеляжа установлены дополнительные рули высоты. Маршевые турбореактивные двигатели установлены на стабилизаторе хвостового оперения. Двигатели поддува установлены в техническом отсеке в передней части фюзеляжа. Самолет опирается на водную поверхность двумя удлиненными поплавками катамаранного типа, установленными на пилонах под центропланом и килями хвостового оперения. Поплавки и носовая часть фюзеляжа оборудованы скользящими гидролыжами, выпускаемыми при взлете, посадке и убираемыми в полете.

Поплавковая и двухлодочная схемы компоновки гидросамолетов являются достаточно применимыми во всем мире, особенно в начальный период развития гидроавиации. В 1934 году был построен и успешно прошел летные и мореходные испытания двухлодочный самолет АНТ-22 конструкции А.Н.Туполева (см. Шавров В.Б. «История конструкции самолетов в СССР до 1938 г.». Машиностроение, 1986). В 1935 г. был завершен постройкой и испытан отечественный легкий двухлодочный гидросамолет АСК (см. Шавров В.Б. «История конструкции самолетов в СССР до 1938 г.». Машиностроение, 1986).

Наиболее современным и близким по своему функциональному назначению к заявленному изобретению является поисково-спасательный гидросамолет HU-25A Guardian береговой охраны США (см. Шунков В.Н. «Авианесущие корабли и морская авиация». Попурри, Минск, 2003).

Самолет HU-25A представляет собой свободнонесущий низкоплан со стреловидным крылом, однокилевым хвостовым оперением, двумя двигателями, установленными по бокам фюзеляжа в задней его части, за центропланом крыла. Самолет опирается на водную поверхность четырьмя короткими поплавками. Два поплавка установлены в носовой части фюзеляжа, два поплавка - под консолями крыла.

Основной недостаток поплавковой системы HU-25A заключается:

- Во-первых, в том, что при волнении моря в момент посадки и взлета, когда самолет начинает поднимать нос фюзеляжа, для набора взлетно-посадочного угла, при боковом ударе волн в носовой поплавок самолет начинает рыскать по курсу. Велика возможность разворота самолета, что может привести к катастрофическим последствиям.

- Во-вторых, при коротких поплавках в момент касания воды возникает пикирующий момент, возможен поворот всего самолета относительно поперечной оси, нырок носом.

- В-третьих, в момент посадки и взлета при ударе встречной волны о носовой поплавок возникает кобрирующий момент. При коротких поплавках суммарное воздействие встречной волны и ветра может опрокинуть самолет.

Компоновка HU-25A в штилевую погоду обеспечивает взлет и посадку. При волнении моря взлет и посадка HU-25A проблематичны из-за неустойчивости по курсу и тангажу.

Катамаранная компоновка гидросамолета «Буревестник» с применением удлиненных поплавков и гидролыж в значительной степени снижает вышеперечисленные негативные явления.

Длинные поплавки гидросамолета «Буревестник» предотвращают рысканье самолета по курсу.

Гидролыжи, особенно носовая страхующая гидролыжа, рассекают встречные волны, снижая их ударные нагрузки, а смачиваемая горизонтальная составляющая гидролыж за счет сил молекулярного сцепления удерживает самолет по курсу и тангажу, демпфируя кобрирующие и пикирующие моменты. Поддув под центроплан сдувает набегающую волну, а создание воздушной подушки улучшает взлетно-посадочные характеристики.

Таблицасравнения существенных признаков прототипа и заявленного изобретения
Прототип	Заявленное изобретение
Гидросамолет береговой охраны США HU-25F Guardian включает:	Гидросамолет катамаранной схемы компоновки - Морской спасатель «Буревестник» включает:
- Четыре коротких поплавка длиной 4 м, условн. диаметром 1 м. Два установлены под крылом, два - в носовой части фюзеляжа.	- Два удлиненных поплавка длиной 12 м, условн. диаметром 1 м. Установлены под центропланом.- Поплавки и передняя часть фюзеляжа оборудованы скользящими гидролыжами, выпускаемыми при взлете, посадке и убираемыми в полете.
- Стреловидное крыло, низконесущее.	- Дельтастреловидное крыло, низконесущее.- Поддув под центроплан двигателями поддува, расположенными в передней части фюзеляжа в техническом отсеке.
- Однокилевое хвостовое оперение со средним расположением стабилизатора.	- Двухкилевое хвостовое оперение со средним расположением стабилизатора.
- Два маршевых двигателя установлены по бокам фюзеляжа за центропланом крыла.	- Два маршевых двигателя установлены на стабилизаторе хвостового оперения.- Дополнительные рули высоты установлены по бокам фюзеляжа в носовой его части.

2.4 Краткое описание чертежей.

На фиг.1 и 2 изображен поплавковый гидросамолет катамаранной схемы компоновки - Морской спасатель «Буревестник», который представляет собой моноплан с низконесущим дельтастреловидным крылом. Центроплан крыла распространяется на всю длину фюзеляжа, по ширине ограничивается двумя килями хвостового оперения.

Применение такого крыла обосновано:

- обеспечением защиты маршевых двигателей от брызгового потока;

- оптимальным аэродинамическим сопротивлением;

- повышенными прочностными значениями.

Крыло является основным несущим и связующим конструктивным элементом самолета, на котором крепятся:

- фюзеляж;

- хвостовое оперение с двигателями;

- поплавки катамаранной схемы.

Концы консолей крыла приподняты по отношению к горизонтальной водной поверхности и составляют с ней угол 10 градусов, чем увеличивается предельный угол поперечных колебаний самолета, снижается возможность захлестывания крыла волной, повышается поперечная остойчивость самолета, снижается аэродинамическое сопротивление крыла. Потеря необходимой подъемной силы крыла компенсируется поддувом под центроплан.

Фюзеляж накладывается на центроплан сверху, увеличивая прочность центральной части самолета. Длина самолета принята равной 21 метру, из расчета приема на борт до 30 человек.

В носовой части фюзеляжа размещена РЛС, затем идет кабина пилотов, за ней расположен технический отсек, в котором установлены двигатели поддува. Воздухозаборники двигателей поддува находятся вверху технического отсека.

По бортам технического отсека установлены дополнительные рули высоты, повышающие управляемость самолета по тангажу.

За техническим отсеком следует санитарный отсек. Входные люки санитарного отсека находятся в передней части отсека по бортам и в задней части в торце фюзеляжа.

В верхней части фюзеляжа находятся аварийные люки.

Двухкилевое хвостовое оперение крепится килями к центроплану, повышая его прочность, обеспечивая эффективное управление самолета по курсу.

В средней части кили соединяются стабилизатором, на котором крепятся маршевые двигатели, чем обеспечивается их защита от брызгового потока, а также прочность конструкции хвостового оперения.

Удлиненные ребра килей обеспечивают жесткость крепления пилонов поплавков по всей длине центроплана. Кроме того, ребра килей предотвращают скатывание воздушного потока центроплана на крыло и отражают боковые брызговые потоки воды.

Удлиненные поплавки килеватного ромбовидного профиля крепятся на пилонах к центроплану по всей его длине. Длина поплавка принята 12 м с условным диаметром 1 м, что удерживает самолет на плаву и обеспечивает ему мореходные качества.

Гидравлические лыжи крепятся к поплавкам и носовой части фюзеляжа через складывающиеся демпфирующие стойки и узлы, позволяющие выпускать гидролыжи при взлете и посадке и убирать их в полете.

Гидролыжи имеют саблевидную форму, с четко выраженной угловой и горизонтальной составляющими. Профиль гидролыжи переменной килеватности, прямой килеватности на угловой составляющей с переходом на обратную килеватность в горизонтальной составляющей.

На фиг.1 изображен гидросамолет «Буревестник» в полете.

На фиг.2 изображен гидросамолет «Буревестник» при заходе на посадку.

Обозначения на фиг.2.

1 - Кабина пилотов.

2 - Воздухозаборники двигателей поддува.

3 - Технический отсек.

4 - Аварийные люки.

5 - Центроплан дельтастреловидного крыла.

6 - Маршевые турбореактивные двигатели.

7 - Стабилизатор хвостового оперения.

8 - Кили хвостового оперения.

9 - Дополнительные передние рули высоты.

10 - Передняя гидролыжа.

11 - Задние гидролыжи.

12 - Дельтастреловидное крыло.

13 - Поплавок.

2.5. Осуществление изобретения.

В качестве примера, подтверждающего осуществление изобретения, его жизнеспособность, приводится в перечне прилагаемых к заявке документов, в разделе другой документ, выдержка из письма Таганрогского научно-технического комплекса им. Г.М.Бериева, свидетельствующего о жизнеспособности гидросамолета катамаранной схемы компоновки - Морского спасателя «Буревестник».

Осуществление самого важного технического результата - посадку и взлет гидросамолета на водную поверхность при ее волнении до 5 баллов, возможно только применяя на гидросамолете в совокупности все конструктивные существенные признаки:

- удлиненные поплавки;

- демпфирующие скользящие лыжи;

- дельтастреловидное крыло;

- поддув по центроплан;

- двухкилевое оперение;

- маршевые двигатели, расположенные на хвостовом оперениии;

- дополнительные рули высоты, установленные в носовой части фюзеляжа.

Вместе с тем, осуществление взлета и посадки на водную поверхность при волнении до 5 баллов предъявляют к гидросамолету повышенные требования:

- по управляемости;

- по остойчивости;

- по мореходности;

- по гидродинамическому сопротивлению;

- по прочности конструкции самолета.

Улучшение этих характеристик гидросамолета, в связи с применением заявленных существенных признаков, обосновано в разделе «Раскрытие изобретения».

При осуществлении посадки на гидросамолете выпускаются гидролыжи и включаются двигатели поддува. Гидролыжи, встречаясь с волной, рассекают ее и демпфируют (амортизируют) ударные нагрузки.

Двигатели поддува создают под центропланом воздушную подушку, сдувают волну и, амортизируя, снижают ударные нагрузки от соприкосновения с волной и водной поверхностью.

Длинные катамаранные поплавки, совместно с гидролыжами, работающими после приводнения как плавающие якоря, обеспечивают гидросамолету на плаву высокую продольную и поперечную остойчивость.

При осуществлении взлета на гидросамолете включаются маршевые двигатели и двигатели поддува. При движении гидросамолета по водной поверхности суммарная подъемная сила гидролыж, крыла, воздушной подушки от поддува поднимают гидросамолет на поверхность воды - он выходит на режим скольжения по водной поверхности.

Клиренс между водной поверхностью и центропланом возрастает до 1,5-2 метров. Рассекая гидролыжами волны и сдувая их поддувом, гидросамолет набирает скорость.

При достижении взлетной скорости гидросамолет набирает взлетный угол, плавно поднимая нос, и отрывается от водной поверхности.

Отрыв от водной поверхности с помощью гидролыж осуществляется значительно легче, чем отрыв поплавками или лодками, за счет меньшей поверхности смачивания лыжи.

В полете лыжи убираются, двигатели поддува выключаются.

Реализация промышленного производства гидросамолета катамаранной схемы компоновки - Морской спасатель «Буревестник» с точки зрения технологии для российской авиапромышленности не составляет трудностей, так как технология производства «Буревестника» ничем не отличается от технологии производства отечественных гидросамолетов.

Поплавковый гидросамолет катамаранной схемы компоновки, предназначенный для спасения людей, терпящих бедствие на море или других акваториях при волнении водной поверхности до 5 баллов, содержащий фюзеляж с дополнительными рулями высоты в носовой части для повышения управляемости самолета, с двигателями поддува под центроплан, расположенными в передней части фюзеляжа в техническом отсеке, создающими под центропланом воздушную подушку и сдувающими набегающую волну, и с кабиной пилотов, а также низконесущее дельтастреловидное крыло, центроплан которого распространен на всю длину фюзеляжа, являясь основным несущим конструктивным элементом самолета, связующим в единую конструкцию фюзеляж, двухкилевое хвостовое оперение со среднерасположенным стабилизатором, на котором размещены маршевые турбореактивные двигатели для их защиты от брызгового потока, и два параллельных удлиненных поплавка килеватой или торпедовидной обтекаемой формы, закрепленные на пилонах под центропланом, при этом на поплавках и в носовой части фюзеляжа установлены три демпфирующие(амортизирующие) скользящие гидролыжи, выпускаемые при взлете и посадке и убираемые в полете.