Способ комплексного повышения аэродинамических и транспортных характеристик, экраноплан для осуществления указанного способа (варианты) и способ выполнения полета

Способ комплексного повышения аэродинамических и транспортных характеристик, экраноплан для осуществления указанного способа (варианты) и способ выполнения полета

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Группа изобретений относится к авиации и транспортным средствам с воздушной (статической и динамической) разгрузкой, в частности к судам и амфибийным транспортным платформам, самолетам, самолетам- амфибиям и экранопланам. Преимущественной областью использования группы изобретений являются самостабилизированные экранопланы типов А, В и С, поэтому дальнейшие пояснения основываются на примере экранопланов (ЭП).

Предшествующий уровень

Изучение эффекта влияния земли (экрана) и строительство экранопланов продолжается уже более 70 лет. Однако до настоящего времени не созданы экранопланы для массового применения, способные обеспечить уровень безопасности и (или) транспортную эффективность и (или) удобство эксплуатации такие же, как у обычных самолетов или судов, так как не предложено приемлемого комплексного технического решения основных проблем экранопланов - продольной устойчивости, мореходности и амфибийности, реализованного в виде удобной в эксплуатации и обслуживании конструкции.

Особенностью применения экранопланов является то, что высота основного эксплуатационного режима - полета в режиме экранного эффекта меньше длины средней аэродинамической хорды крыла (САХ) - на практике (0,1-0,3), а скорости полета экранопланов находятся в диапазоне 150-600 км/ч, т.е. соответствуют скоростям полета самолетов. При этом аэродинамические силы и их моменты в продольном канале имеют более сложный характер зависимостей от параметров полета и что особенно важно - более высокие градиенты изменения их характеристик.

Применяемые в настоящее время способы обеспечения продольной устойчивости при выполнении полета в условиях дефицита времени на принятие решений в непосредственной близости от водной (земной) поверхности могут приводить (и приводят) к катастрофическим последствиям. Это связано с тем, что при воздействии внешних возмущений или ошибках в технике пилотирования развитие аварийной ситуации может происходить за время, исчисляемое единицами секунд. Большинство известных аварий и катастроф экранопланов, как экспериментальных, так и находившихся в служебной эксплуатации, от легких до сверхтяжелых, так или иначе связаны с продольной устойчивостью и управляемостью. В их числе и экранопланы наиболее известных конструкторов - А.Липпиша и Р.Алексеева.

Из уровня техники, например, Белавин Н.И. «Экранопланы». Л.: Судостроение, 1968 [1], известно, что проблема обеспечения устойчивости ЭП в режиме экранного эффекта решается либо выбором компоновки, либо с помощью систем автоматического управления.

Однако «Временное руководство по безопасности экранопланов», одобренное Комитетом по безопасности Международной Морской Организации (IMO) в декабре 2002 г. в Главе 15 «Аэродинамические системы стабилизации», в п.15.2.2. требует: «В случае отказа любого автоматического оборудования или устройства системы стабилизации или его силового привода параметры движения экраноплана должны оставаться в пределах безопасности», стр. 391. А.И.Маскалик и др. «Экранопланы - транспортные суда XXI века», СПб.: Судостроение, 2005, в дальнейшем обозначается как [2]. Это означает, что экраноплан изначально должен сам «уметь» безопасно летать, т.е. быть статически и динамически устойчивым, а системы автоматического управления (САУ) должны применяться как инструмент для точного выдерживания параметров полета и облегчения работы экипажа.

Собственно, эти требования аналогичны требованиям к системам стабилизации самолетов. Но продольная статическая устойчивость самолета при любой аэродинамической компоновке обеспечивается выбором центровки, потому что возникновение и изменение аэродинамических сил самолета происходит в двухкомпонентной динамической системе «воздушный поток - крыло». При этом в диапазоне летных углов атаки величина подъемной силы имеет линейную зависимость от угла атаки. Принципиальным здесь является то, что существующие компоновки самолетов являются необходимыми и достаточными для обеспечения заданного уровня безопасности, а динамическая система «воздушный поток - крыло» изолирована от земной поверхности. При полетах на безопасных высотах, реальные отклонения от заданных высот из-за различных внешних возмущений, исключая катастрофические ситуации, составляют от нескольких метров до нескольких десятков метров (в зоне сильной турбулентности), что на два - три порядка меньше текущей высоты полета, поэтому не наступает угрозы безопасности полета из-за изменения высоты полета.

В противоположность этому подъемная сила крыла в зоне экранного эффекта помимо получения нелинейности в зависимости от угла атаки существенно зависит и от высоты до опорной поверхности. При этом диапазон изменения высоты может составлять величину меньше средней аэродинамической хорды крыла (САХ), а подъемная сила при этом может измениться почти в два раза. Например, для тяжелых экранопланов «Орленок» (140 т) и «Лунь» (400 т) уменьшение относительной высоты полета над водной поверхностью с 0,9 до 0,1 САХ приводит к увеличению по экспоненте коэффициента подъемной силы крыла Су на 90% - Рис.57, стр.41 [2]. Если при этом будет увеличиваться угол атаки, то прирост Су будет еще большим и быстрым. Таким образом, динамическая система «воздушный поток - крыло» в режиме экранного эффекта получает третью составляющую и становится системой «воздушный поток - крыло - опорная поверхность». Связь исходной системы с новой составляющей можно охарактеризовать как «сверхкритическая», так как, кроме увеличения градиента изменений подъемной силы крыла, происходит значительное смещение центра давления. При этом смещение центра давления к задней кромке крыла, создает некомпенсированный пикирующий момент.

Таким образом, экраноплан представляет собой существенно нелинейную систему.

Другим фактором, ухудшающим безопасность полета, прямо связанным с продольным каналом и ухудшающим мореходность и топливную экономичность, является способ выполнения полета. В основном для экранопланов применяют тот же способ, что и для самолетов, а именно для взлета необходимо разогнать экраноплан до скорости отрыва и при этом изменять угол тангажа для создания необходимой величины подъемной силы. В дальнейшем на всех этапах полета вплоть до посадки требуется соответствующее изменение угла тангажа.

Проблема заключается в высокой степени опасности маневров с изменением углов тангажа на высотах, соизмеримых с длиной летательного аппарата. Это подтверждается и происшествиями с экранопланами, и многочисленными катастрофами и авариями самолетов в процессе выполнения взлетов и посадок.

Следующая важная характеристика экранопланов - мореходность. С одной стороны, она ограничена возникновением больших ударных нагрузок при взлете и посадке в условиях волнения, которые могут привести к повреждению или разрушению конструкции, а также к возникновению сил и моментов, которые препятствуют достижению скорости отрыва и нарушают гидроаэродинамические условия, необходимые для выполнения взлета или обеспечения безопасной посадки. С другой стороны, мореходность ограничена реальной относительной высотой экранного полета, которая зависит от геометрических параметров экраноплана - его габаритной длины и ширины несущей плоскости (длины САХ). То есть решение проблемы мореходности, как и продольной устойчивости, находится в сфере выбора способов формирования гидроаэродинамических сил и выбора компоновочной схемы.

Непосредственную зависимость от компоновки экранопланов имеет и амфибийность. От нее зависят эксплуатационные возможности экранопланов как альтернативных транспортных систем. Полная амфибийность позволяет осуществлять транспортное обслуживание в местах, недоступных для обычных судов и самолетов, то есть является более экономичной альтернативой вертолетам, но с большей дальностью полета. Кроме этого обеспечивается удобство практического применения и технического обслуживания.

Таким образом, принципиальное решение проблем безопасности и эффективности экранопланов может быть достигнуто только в случае определенным образом выбранной компоновки, которая позволяет создавать заданную систему аэродинамических сил и обеспечивать выполнение полета по безопасным алгоритмам.

Из уровня техники известно большое количество компоновочных схем, однако среди тех, которые были реализованы и испытаны, можно выделить следующие характерные типы:

- экранопланы по самолетной схеме Р.Алексеева, типа экраноплана КМ, с системой поддува струй двигателей под крыло - Рис.65 [2], патент RU 2076816 (построены в странах: Россия, Швеция, Китай);

- экранопланы по самолетной схеме А.Липпиша (A.M.Lippisch) с куполообразным крылом «Обратная дельта» - патент US 3190582, Ю.Макаров - патент RU 2185979 (построены в странах: ФРГ, США, Австралия, Тайвань, Китай, Россия);

- катера-экранопланы по крыльевой схеме типа «Тандем» и глиссирующими корпусами катерного типа: А.Вейланд (C.W.Weiland) - патент US 3244246, Г.Йорг (G.Joerg) - патент US 3908783, А.Блум (A.Blum) - патент US 5335742 (построены в странах: США, ФРГ);

- экранопланы по схеме «Составное врыло»: Р.Бартини - Экранолет 14МП1П, (К.Г.Удалов и др.. «Самолет ВВА-14», М., 1994, в дальнейшем - [8]), с наддувом - ЭЛА-01 (Журнал «Техника Молодежи» №8, 2005, Россия, стр.29-32, в дальнейшем - [9]) и поддувом «Иволга-2» - В.Калганов;

- патент RU 2099217;

- экранопланы серии АДП по схеме «Утка» с несущим стабилизатором А.Панченкова, Рис.7 («Экранопланы Украины», Журнал «Авиация общего назначения» №5, 2000, в дальнейшем - [11]), В.Суржиков и др. - патент RU 2224671;

- экранопланы по схеме «Летающее крыло»: Рис.171, 172, 178 [2], ОИИМФ-2, Рис.1 [11].

Из уровня техники также известно условие обеспечения собственной статической и динамической устойчивости экраноплана, при котором фокус по углу атаки должен быть расположен сзади фокуса по высоте, а центр масс должен находиться между ними, причем предпочтительнее его расположение между фокусом по высоте и серединой расстояния между фокусами: Fig.10, N.Kornev, «COMPLEX NUMERICAL MODELING OF DYNAMICS AND CRASHES OF WING-IN-GROUND VEHICLES», 41st Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 6-9 January 2003, Reno, Nevada, в дальнейшем - [13] и стр.121-122 [2].

Известны способы практического обеспечения этих условий: В. Архангельский - патент RU 2018465, Л.Новолоцкий - патент RU 209722, а также условий самостабилизации экранопланов типов «Утка» и «Тандем» - патент RU 2224671 и патент US 3908783.

Известен способ расширения диапазона эксплуатационных центровок самолета расположением двух крыльев по схеме «Тандем» - А.Белосвет и др. - патент RU 2102287. Кроме этого, известно, что при одинаковых геометрических высотах полета и при равной площади, крылья меньшего удлинения обладают более высокими демпфирующими характеристиками по высоте, пропорциональными частной производной подъемной силы по высоте.

Известны способы создания статической воздушной подушки (СтВП):

- поддув от маршевых или стартовых движителей в открытую спереди камеру, сформированную под крылом или центропланом - СтВП низкого давления, Рис.65 [2], патент RU 2099217;

- наддув в закрытую по периметру камеру, расположенную под центропланом или под специальной конструкцией от дополнительных двигателей и вентиляторов, ЭЛА-01 [2], В.Игнатьев - патент RU 2174080, В.Морозов - патент RU 2053903;

- наддув в закрытую по периметру камеру от отдельного вентилятора с перераспределением мощности двигателей между вентилятором и маршевым движителем, В.Назаров - патент RU 21272202;

- наддув в закрытую по периметру камеру полной струей маршевого движителя путем поворота плоскости вращения винта, О.Микоян и др. - авторское свидетельство SU 1511170, А.Макиенко и др. патент RU 2139212;

- наддув в закрытую по периметру камеру путем подачи части струи от маршевых движителей, экраноплан ОИИМФ-3 [11], Ю.Макаров - патент RU 2185979, 27.07.2002, Р.Мартиросов - патент RU 2254250, 20.06.2005, П. и Дж-Райс (Р. u. J. Rice), патент US 6158540.

Известен способ повышения тяги воздушного винта до 30% путем применения «кольцевого центроплана» И.В.Остославский В.Р.Матвеев Труды ЦАГИ им. проф. Н.Е.Жуковского. Выпуск 248, М., 1935 г., в дальнейшем - [27].

Известны способы повышения мореходности:

- увеличением размеров экраноплана;

- применением обводов с большим углом килеватости и реданами;

- применением амортизируемых, отклоняемых гидролыж;

- применением статической воздушной подушки высокого давления;

- применением вертикального взлета.

Для оценки известных компоновочных схем по критерию «естественная устойчивость» (или «самостабилизация») можно ввести следующее наглядное сравнение. В связи с тем, что определяющую роль в формировании несущих свойств крыла вблизи экрана играет нижняя поверхность и форма ее профиля (Рис.95 и п.11 на стр. 86 [2]) имеется, как сказано выше, «сверхкритическая» связь крыла с опорной поверхностью посредством динамической воздушной подушки. По схеме действия сил и моментов систему «воздушный поток - крыло - опорная поверхность» можно сравнить с колесной опорой наземного транспорта. Тогда компоновочные схемы - самолетная, «Летающее крыло», «Составное крыло» будут соответствовать одноосной тележке, которую толкают (или тянут) и одновременно удерживают равновесие с положением ее центра масс в небольшом диапазоне около вертикали, исходящей из точки опоры. Силы гравитации, тяги или поддержания равновесия создают моменты вокруг точки опоры. Изменение величин этих сил сопровождается прогрессирующим нарушением предшествующего равновесия. Поэтому в продольном направлении одноосная тележка и компоновочные схемы, соответствующие ей, являются принципиально неустойчивыми.

Компоновочные схемы «Тандем» и «Утка» - соответствуют двухосной тележке с положением центра масс между точками опоры. Двухосная тележка обладает принципиальной, то есть естественной устойчивостью, а ее продольное равновесие в практических случаях не зависит от точки приложения силы тяги и изменения ее величины. Ввиду разной природы возникновения сил поддержания наземного объекта и летательного аппарата существуют определенные условия, при которых схемы «Тандем» и «Утка» обладают собственной продольной устойчивостью, близкой к устойчивости двухосной тележки.

Таким образом, по аналогии с наземным транспортом, все компоновочные схемы можно условно разделить на «одноосные» и «двухосные» («многоосные»), а при создании летательных аппаратов для режима экранного эффекта принцип «многоопорности» («многоосности») должен быть преимущественным.

Исходя из вышесказанного, можно провести сравнительную оценку известных компоновочных схем с точки зрения решения основных проблем экранопланов.

«Двухосные» компоновочные схемы «Тандем» и «Утка» обладают естественными предпосылками для обеспечения самостабилизации. Но этот тип экранопланов имеет существенные недостатки: необходимость разгона на взлете, тонкая настройка на определенную скорость и высоту или узкий диапазон их изменений, очень малая реальная (относительно габаритной длины аппаратов) высота экранного полета, что резко снижает их мореходность. Кроме этого, амфибийность или отсутствует, или ограничена - требуются слипы с твердым покрытием и малыми углами подъема. Возможности выполнения полета вне зоны экранного эффекта и весовой разгрузки с помощью статической ВП не предусматриваются. Эти схемы имеют минимальную вариативность.

На «одноосных» компоновочных схемах обеспечить самостабилизацию (самобалансировку по продольному каналу) намного сложнее - это является их основной проблемой. Самолетная схема с низкорасположенным крылом и поддувом, по которой построены экранопланы КМ, «Орленок», «Лунь» (Рис.65, Рис.54, Рис.55 [2]), не обладает самовосстановлением исходного баланса моментов относительно центра масс после действия случайных возмущающих факторов, то есть имеет место прогрессирующая неустойчивость в продольном канале управления. Другими словами, устойчивый околоэкранный полет может быть реализован только путем ручного парирования внешних возмущений экипажем путем коррекции балансировки экраноплана отклонением рулей высоты вручную или с помощью системы автоматического управления (САУ).

Следующая проблема - безопасность вывода экраноплана из экранного полета в свободный полет и обратного перехода от свободного полета к экранному полету, связанная с необходимостью создания рулем высоты кабрирующего момента для перевода экраноплана в набор высоты. По мере удаления от экрана центр давления смещается вперед, что приводит к энергичному убыванию пикирующего момента от подъемной силы при одновременном неконтролируемом росте избытка кабрирующего момента, который может привести к выходу на закритические углы атаки, потере скорости, срыву потока и сваливанию. Применение развитого стабилизатора, сравнимого по площади с основным крылом, не спасло тяжелые экранопланы от катастроф. Поэтому применение самолетной компоновки для тяжелых и сверхтяжелых экранопланов является концептуальной ошибкой, что было признано и самим Р.Алексеевым.

Помимо проблем с устойчивостью преимущество экранопланов такой компоновки по топливной экономичности в сравнении с обычными самолетами резко падает из-за большого расхода топлива во время взлета. Мореходность недостаточна. Многолетние исследования и разработки в США привели к тому, что компанией Боинг разработан проект сверхтяжелого транспортного самолета «Пеликан» по традиционной самолетной схеме с наземными стартом и посадкой. Самолет рассчитан на длительные полеты, как в режиме экранного эффекта, так и на высотах до 6000 метров, патент US 6848650.

Самолетная компоновочная схема экраноплана имеет небольшую вариативность и пригодна для ограниченного применения, например для экранопланов типа «А»: «Волга-2» - патент SU 1786768, «Акваглайд», Рис.70 [2]. Их продольная устойчивость обеспечена применением крыла с «S»-образным аэродинамическим профилем (которое имеет худшие несущие свойства) и точным позиционированием центра масс, тонкой настройкой на малую высоту экранного полета, размещением тянущих винтов впереди крыла с поддувом под крыло, уменьшением грузоподъемности, ограничением мощности двигателей и ухудшением мореходности.

Самолетная схема А.Липпиша тоже требует разгона на взлете, тонко настроена на режим экранного полета, недостаточно устойчива на переходных режимах и опасна в свободном полете, непригодна для больших скоростей, неудобна в практическом использовании и обслуживании, реализуется при малых значениях удельной нагрузки на крыло. Неоптимальна для тяжелых аппаратов. Имеет ограниченную амфибийность и минимальную вариативность.

Выполнение условий статической и динамической устойчивости на самолетных схемах с одним крылом усложняется тем, что расстояние между фокусами мало по сравнению с длиной хорды, поэтому положение центра масс должно быть точно позиционировано в узком диапазоне. С другой стороны, само понятие фокуса по высоте существует только для полета в условиях влияния земной поверхности. Это в совокупности с необходимостью изменения тангажа усложняет пилотирование на переходных режимах и при различных возмущениях. Известны рекомендации по пилотированию экранопланов, построенных по схеме А.Липпиша, которые выведены на основании численного моделирования движения и аварий экранопланов [13], которые показывают, что выполнение условий статической и динамической устойчивости для установившегося полета сами по себе недостаточны для обеспечения безопасности на переходных режимах.

Схема «Летающее крыло» в том виде, в каком были попытки ее реализации (в том числе проект «Колумбия» в США), неустойчива. Требуется либо применять системы автоматического управления и демпфирования, либо ограничивать летные возможности, либо применять значительные стабилизирующие или дополнительные несущие плоскости, но тогда она становится схемой, близкой к «Составному крылу».

«Составное крыло» (Р.Бартини - ВВА-14, МАИ - ЭЛА-01, В.Калганов - «Иволга-2») обладает наилучшими показателями по большинству параметров, что подтверждено их летными испытаниями и доведенным до коммерческого использования экранолетом ЭК-12 по патенту России №2099217. Эти экранолеты показывают наибольшие фактические (относительно длины аппарата) высоты экранного полета. Например, при выполнении испытательных полетов ВВА-14 установлено, что при средней аэродинамической хорде в 10,75 м эффект динамической подушки начинал проявляться уже на высоте 10-12 м. Данная компоновка оптимальна для различных сфер коммерческого и специального применения, т.е. обладает максимальной вариативностью. Так как центроплан имеет прямоугольную форму, то легко организовать статическую ВП. Компоновка пригодна для любых скоростей полета.

Однако, несмотря на то, что консоли большого удлинения улучшают продольную стабилизацию, эти экранолеты не обладают самостабилизацией, присущей «двухосным» схемам, поэтому они не защищены в полной мере, в случае сильного ветрового возмущения или ошибки в технике пилотирования, от резкого кабрирования с уходом из зоны экранного эффекта, потерей скорости и управляемости.

Кроме этого, конструкция по патенту RU 2099217 имеет низкую комфортабельность для пассажиров и неудобна для технического обслуживания. Поддув под крыло в открытое спереди пространство приводит к интенсивному выбросу воздуха обратно, против направления движения. При рулении на воде и на грунте, выходе на необорудованный берег и при сходе с него в воду происходит сильное пыле- и брызгообразование в передней полусфере. Помимо ухудшения видимости происходит механическое повреждение поверхностей конструкции песком и мелкими камнями и требует дополнительной защиты воздушных фильтров двигателей. В зимних условиях в воздух может быть поднят сухой свежевыпавший снег с ухудшением видимости до значений нескольких метров, что приведет к невозможности безопасного движения над земной поверхностью. При поддуве под крыло нерационально используется импульс струи от винтокольцевых движителей и создается вредное повышение давления на верхней лобовой части крыла из-за обдува поверхности под большими углами. Это вынуждает применять сложную механизацию носовой части крыла, что усложняет и утяжеляет конструкцию. Интенсивный выброс воздуха из-под крыла обратно не позволяет создать ВП высокого давления. Несмотря на поддув, данная схема требует разгона на взлете и пробега на посадке.

Этого недостатка лишен экраноплан ЭЛА-01, статическая ВП которого позволяет взлетать на месте с последующим разгоном на ней до крейсерской скорости. Вертикально взлетающая амфибия ВВА-14 изначально проектировалась с применением поддува под центроплан от 12-ти наклонно установленных в нем турбореактивных двигателей. Испытания режима вертикального взлета на специальном газодинамическом стенде с шестью реактивными двигателями подтвердили его практическую выполнимость.

Ближайшим аналогом по совокупности признаков является техническое решение по патенту RU 2254250 С2, B60V 1/08.

Раскрытие изобретения

Целью предлагаемой группы изобретений является создание самостабилизированных летательных аппаратов и других транспортных средств во всех весовых категориях, имеющих повышенную безопасность полета и выполнения маневров, увеличенную несущую способность и высоту полета в режиме экранного эффекта, уменьшенные размеры, улучшенные взлетно-посадочные характеристики, амфибийность и экономичность, расширенные функциональность и диапазон эксплуатационных центровок, повышенные удобство эксплуатации и технического обслуживания.

Заявленные цели достигаются одновременным применением к компоновочным схемам «Летающее крыло» и «Составное крыло», предлагаемым настоящей группой изобретений, способов формирования системы аэродинамических сил, конструктивных решений и концептуально связанных с ними способов безопасного пилотирования.

Проблема продольной устойчивости решается приданием центроплану (несущей плоскости малого удлинения) свойства естественной стабилизации, присущего «двухосным» схемам, то есть созданием в продольном направлении минимум двух взаимно уравновешивающих друг друга относительно центра масс подъемных сил, а также изменением условий взаимодействия центроплана со свободно набегающим потоком воздуха и опорной поверхностью. Для этого в границах сплошного, в проекции на горизонтальную плоскость, центроплана с концевыми аэродинамическими шайбами-поплавками (АШП) создают локальные зоны образования подъемных сил. Локальные зоны формируют с помощью соответствующего количества несущих плоскостей малого удлинения (ПМУ), из которых и составляют центроплан заданных размеров. ПМУ располагают вдоль продольной оси с перекрытием в горизонтальной плоскости и симметрично относительно диаметральной плоскости. Переднюю (передние) ПМУ снабжают носовым щитком и флаперонами. Заднюю (задние) ПМУ снабжают флаперонами. На передних кромках второй и последующих ПМУ (второй и последующей групп ПМУ) монтируют винтокольцевые движители (ВКД). Причем передние кромки этих ПМУ расположены в плоскостях выходных срезов ВКД или внутри колец ВКД. Кроме этого, передние кромки задних ПМУ располагают над передними кромками флаперонов впереди стоящих ПМУ. Таким образом, между нижними поверхностями задних ПМУ и верхними поверхностями флаперонов формируют воздушные каналы, через которые под центроплан подают нижнюю часть (нижние части) реактивной струи (струй) ВКД. ВКД монтируют с установочными углами, равными или близкими установочным углам плоскостей, на которых они смонтированы. Это обеспечивает ламинарное обтекание находящихся за ними поверхностей и вертикальную составляющую силы тяги. Нижнюю половину внутренней поверхности ВКД плавно сопрягают с верхней поверхностью передней ПМУ и с вертикальными стенками АШП, с образованием полукольцевого участка ПМУ, плавно разворачивающегося в верхнюю поверхность передней ПМУ с прямолинейной образующей. При этом передняя ПМУ, ВКД с двигателем и задняя ПМУ вместе образуют единую конструктивную группу - пропульсивный комплекс, который вместе с АШП и дополнительными плоскостями малого удлинения представляет собой пропульсивно-несущий комплекс экраноплана.

Указанная конструктивная группа является базовой для всех возможных вариантов транспортных средств, создаваемых на основе настоящей группы изобретений. При добавлении вертикального хвостового оперения, вертикальных и горизонтальных рулей образуется конструкция, которая является необходимой и достаточной для создания экранопланов типа А. Добавлением к конструкции зкраноплана типа А плоскостей большого удлинения - консолей, снабженных элеронами и механизацией, которые монтируют на боковых торцах дополнительных плоскостей малого удлинения, создают пропульсивно-несущий комплекс экранопланов типов В и С. При этом принадлежность к конкретному типу определяется размахом и площадью консолей, техническими правилами, примененными при строительстве и сертификации.

Указанная конструктивная группа обеспечивает формирование под ней трех разных воздушных подушек: в границах ее проекции на горизонтальную плоскость статической ВП (СтВП), под передней ПМУ - динамической ВП (ДВП) и под задней ПМУ - статодинамической ВП (СДВП).

В крейсерском режиме над указанной конструктивной группой образуется область повышенного воздушного разрежения с уменьшенной неравномерностью в продольном направлении. Боковыми ограждениями воздушных подушек являются внутренние поверхности АШП (или боковые поверхности фюзеляжа и АШП). Носовой щиток передней ПМУ является передним ограждением статической ВП, а ее флапероны выполняют функцию заднего ограждения динамической ВП и переднего ограждения статодинамической ВП. Флапероны задней (задних) ПМУ при выполнении взлета, руления и посадки выполняют функции заднего ограждения статической (статических) ВП, а в полете функции заднего ограждения статодинамической (статодинамических) ВП. При этом естественным образом обеспечивается значительно большее расстояние между реальными фокусами по высоте и углу атаки в сравнении с аналогичным расстоянием между фокусами цельного центроплана с эквивалентными геометрическими размерами. Это облегчает выполнение условий обеспечения собственной статической и динамической устойчивости и расширяет диапазон допустимых центровок, что ведет к повышению безопасности полета и транспортных возможностей.

Выполнение центроплана в виде указанной конструктивной группы или составленного из таких групп обеспечивает разные условия образования подъемных сил и разный характер взаимодействия передней и задней частей центроплана с земной поверхностью. Кинетическую энергию свободно набегающего потока реализует передняя ПМУ, под которой образуется динамическая воздушная подушка, задняя плоскость по всему размаху обдувается движителем, который за счет поддува создает под ней область повышенного статического давлении - статическую ВП с расходом воздуха через заднюю кромку флаперонов, которая опирается на уже сжатый передней плоскостью слой воздуха. Таким образом, в полете, с точки зрения формирования подъемных сил задняя часть экраноплана поддерживается статической и динамической воздушными подушками или, что то же самое, одной статодинамической ВП.

Другим вариантом полета при соответствующей мощности двигателей будет являться режим, при котором реактивные струи движителей, вследствие действия эффекта Коанда, будут образовывать струйные закрылки, которые за счет увеличения эффективной длины хорд ПМУ, кривизны их профилей и реактивных сил струй движителей будут увеличивать несущую способность составного центроплана без существенного увеличения силы сопротивления. Это соответствует конструктивному увеличению хорды эквивалентного крыла и приведет к увеличению высоты экранного полета, то есть к повышению мореходности и безопасности, или позволит уменьшить режим работы двигателей с сохранением текущей высоты, то есть улучшить экономичность.

Кроме этого, отсос винтокольцевым движителем массы воздуха по размаху передней, частично полукольцевой ПМУ, радикально меняет как форму продольного распределения воздушного разряжения, так и его величину по сравнению с этими характеристиками обычного крыла аналогичного размаха при обтекании свободным потоком. Как указано выше, исследованиями ЦАГИ [26] доказан прирост тяги до 30%, который обеспечивает кольцевой центроплан крыла, и сделаны выводы о таком же эффекте при полукольцевом центроплане. В соответствии с этими рекомендациями, по настоящей группе изобретений кольцевая поверхность ВКД плавно сопряжена с полукольцевой частью передней ПМУ и далее в нос, плавно разворачивается в верхнюю поверхность передней ПМУ. В присутствии боковых вертикальных ограждений (АШП и фюзеляж) это обеспечивает протяженность полукольцевого участка и увеличение засасывающего эффекта над передней ПМУ. В сумме с вертикальной составляющей прироста тяги, за счет кольцевого участка передней ПМУ, увеличивается часть общей подъемной силы, которая образуется на ее верхней поверхности.

Таким способом организации обтекания ПМУ составного центроплана обеспечиваются разные условия взаимодействия передней и задней его частей с набегающим потоком и с земной поверхностью. То есть решается задача ослабления «вредных» составляющих в динамической системе «воздушный поток - крыло - опорная поверхность» и сохранения «полезных».

С помощью данного способа формирования подъемных сил можно создавать ЛА с повышенной безопасностью при большом количестве вариантов конструктивного исполнения, которые будут в наибольшей степени соответствовать конкретным условиям применения и будут обладать особенностями, к которым относятся:

- повышенная безопасность полета и выполнения маневров;

- улучшенное распределение масс аппарата в контуре горизонтальной площади;

- повышенная жесткость конструкции, представляющая собой по всем трем осям схему силового многоугольника, что позволяет уменьшить собственный вес конструкции;

- расширения диапазона эксплуатационных центровок вследствие расширения возможностей по продольной балансировке;

- отсутствие потерь на балансировку, свойственных обычным самолетным схемам;

- улучшение моментных характеристик относительно поперечной оси вследствие расположения двигателей с движителями вблизи центра масс как в продольном направлении, так и по высоте и отсутствия вынесенного далеко назад, высоко расположенного стабилизатора и вынесенных далеко вперед поддувных или маршевых движителей;

- увеличенная несущая способность;

- расширенная функциональность;

- повышенная маневренность;

- отсутствие пыле- и брызгообразования в передней полусфере.

В случае многомоторной компоновки моменты сил тяги движителей передней и задней групп (и их вертикальных составляющих) частично или полностью взаимно компенсируются. Так как движители имеют установочные углы, то линии векторов сил тяги лежат выше и ниже ЦМ. То есть одновременное увеличение или уменьшение режима работы всех двигателей оказывает минимальное влияние на балансировку ЭП. Такое расположение движителей увеличивает несущую способность центроплана и маневренность (приемистость) ЭП по вертикали. Тяговые характеристики улучшены за счет применения, как указано выше, полукольцевых ПМУ («Эффект Бартини») и за счет последовательного увеличения (мультиплицирования) скорости потока воздуха, который проходит сквозь движители.

Особенность ЛА по данной группе изобретений, как указывалось выше, - повышенная длина хорды эквивалентной несущей плоскости, посредством которой реализуется экранный эффект. Это результат максимального использования габаритной длины ЛА (фюзеляжа) и влияния струйных закрылков. Данная особенность существенно увеличивает фактическую высоту полета в режиме экранного эффекта по сравнению с ЭП такой же длины и выполненными по другим компоновкам. Кроме этого, центроплан, составленный из относительно тонких ПМУ, расположенных в потоках от движителей, которые засасывают слой воздуха с верхней поверхности и под острым углом направляют его под нижнюю поверхность, создает разность давлений, превышающую это значение у крыла с аналогичными размерами и большой относительной толщиной профиля, форма которого близка к линии аппроксимации, проходящей от носика профиля передней ПМУ к точке, находящейся за хвостиком профиля задней ПМУ снизу, - через задние кромки флаперонов ПМУ, а сверху через верхние половины ВКД. При этом составной центроплан обладает существенно меньшим лобовым сопротивлением потому, что, во-первых, суммарная фактическая площадь миделя ПМУ и движителей меньше площади миделя эквивалентного, сплошного крыла, во-вторых, у составного центроплана со свободным потоком взаимодействует только передняя ПМУ, в-третьих, воздействие движителей приводит к другому характеру обтекания и уменьшению профильного и индуктивного сопротивлений по сравнению с эквивалентным, сплошным крылом.

Если работу сплошного центроплана в воздушном потоке обозначить как пассивный способ создания подъемной силы, то работа составного центроплана с предлагаемым способом обдува будет являться активным способом создания подъемных сил с улучшенным аэродинамическим результатом.

Для обеспечения амфибийности и безаэродромности на всех ЭП по данной группе изобретений реализовано взлетно-посадочное устройство - максимально возможная по размерам, статическая воздушная подушка высокого давления (СтВП). Наличие шасси на ВП увеличенной площади существенно снижает удельную нагрузку на ВП. Это снижает потребную величину избыточного давления в СтВП и, соответственно, потребную мощность двигателей на взлете, что улучшает экономичность взлета и движения на ВП. Шасси на ВП увеличенной площади улучшает взлетно-посадочные характеристики и повышает общую безопасность полета. В частности, повышается безопасность как предусмотренных посадок на любые ровные участки суши или на воду, так и выполнение вынужденных посадок при возникновении особых случаев в полете.

Техническая и экономическая эффективнос