RU2247059C2 - Aircraft take-off method - Google Patents

Abstract

FIELD: aviation; aircraft take-off methods.

SUBSTANCE: aircraft is raised by means of airship equipped with device for gripping and releasing the aircraft. Then aircraft is thrown into free fall with operating engines from altitude ensuring safe distance from earth at speed sufficient for climbing. Before throwing, aircraft may be accelerated to speed sufficient for stable position during fall.

EFFECT: possibility of performing take-off without airfields and runways; reduced level of noise and reduced fuel consumption.

2 cl

Description

Изобретение относится к авиации, а именно к способам обеспечения взлета самолетов.The invention relates to aviation, and in particular to methods for ensuring take-off of aircraft.

Под "самолетом" в данном изобретении понимается летательный аппарат тяжелее воздуха для полетов в атмосфере с помощью двигателей и крыльев ("Советский энциклопедический словарь", М., СО, 1985 г., стр. 1159).Under the "aircraft" in this invention refers to an aircraft heavier than air for flying in the atmosphere using engines and wings ("Soviet Encyclopedic Dictionary", Moscow, СО, 1985, p. 1159).

Известен способ взлета самолетов, заключающийся в том, что самолет под действием тяги собственных двигателей разгоняют по горизонтальной поверхности до скорости отрыва. По такому способу производят взлет с наземных аэродромов с использованием взлетно-посадочных полос.A known method of take-off aircraft, which consists in the fact that the aircraft under the action of the thrust of its own engines is dispersed on a horizontal surface to a separation speed. In this way, take-off from ground airfields using runways.

В связи с большой массой и скоростью отрыва современных самолетов взлетно-посадочные полосы аэродромов выполняют длиной более 2,0 км, занимая большие участки земли, как правило, наиболее ценной - вблизи крупных населенных пунктов. Взлет производится на форсажных режимах двигателей, характеризующихся большим уровнем шума и повышенным расходом топлива.Due to the large mass and detachment rate of modern aircraft, the runways of airfields are more than 2.0 km long, occupying large tracts of land, usually the most valuable - near large settlements. Takeoff is performed in afterburner engines, characterized by a high noise level and increased fuel consumption.

С целью сокращения длины взлетных полос для разгона самолета к нему прикладывают дополнительную внешнюю тягу, создаваемую, например, стартовыми ракетными ускорителями или паровыми и другого типа катапультами. Последние применяются на авианосцах с горизонтальной палубой ("Jane's Fighting Ships 1981-1982", UK, Janes Publishing Company, London, 1982, p.635). Техническая сложность и высокая стоимость указанных систем, а также высокие перегрузки личного состава самолетов приводят к тому, что способ взлета с использованием внешних разгонных устройств нашел применение только на боевых самолетах и кораблях.In order to reduce the length of the runways to accelerate the aircraft, additional external thrust is applied to it, created, for example, by rocket boosters or steam and other types of catapults. The latter are used on aircraft carriers with a horizontal deck ("Jane's Fighting Ships 1981-1982", UK, Janes Publishing Company, London, 1982, p.635). The technical complexity and high cost of these systems, as well as the high overload of aircraft personnel, lead to the fact that the take-off method using external booster devices has found application only on combat aircraft and ships.

Известен также способ взлета, заключающийся в том, что самолет разгоняют по взлетной полосе под действием тяги собственных двигателей до скорости, меньшей скорости поддержания в воздухе, подбрасывают самолет вверх на несколько десятков метров с использованием трамплина, установленного в конце взлетной полосы, после чего за счет дополнительного ускорения самолета за время его свободного падения доводят скорость до величины, необходимой для поддержания в воздухе и дальнейшего набора высоты. По этому способу, принятому в качестве ближайшего аналога, производится взлет самолетов с оборудованных трамплинами палуб, например, российского тяжелого авианесущего крейсера "Адмирал Кузнецов" (газета "Известия" от 26.12.99) и авианесущего корабля Великобритании "Гермес" (упомянутый Jane's Fighting Ships, p.555, 561). Взлет по этому способу имеет определенные преимущества: для увеличения скорости самолета используется в том числе ускорение свободного падения с максимальной высоты подброса, взлет производится с укороченной взлетной полосы и не требует применения разгонных устройств, однако он также используется только в военной технике из-за больших перегрузок экипажей самолетов, особенно на стадии подброса на трамплине. Кроме того, такой взлет требует высокой относительной энерговооруженности самолетов, которой самолеты гражданской авиации не обладают. Все это значительно сужает область применения данного способа.There is also a method of takeoff, consisting in the fact that the aircraft is accelerated along the runway by the thrust of its own engines to a speed lower than the speed of maintaining in the air, the aircraft is thrown up several tens of meters using a springboard installed at the end of the runway, and then due to additional acceleration of the aircraft during its free fall bring the speed to the value necessary to maintain in the air and further climb. According to this method, adopted as the closest analogue, planes are taken off from springboards equipped with decks, for example, the Russian heavy aircraft carrier cruiser Admiral Kuznetsov (Izvestia newspaper dated 12.26.99) and the British aircraft carrier Hermes (mentioned by Jane's Fighting Ships , p. 555, 561). Take-off according to this method has certain advantages: to increase the speed of the aircraft, it is also used to accelerate free fall from the maximum landing height, take-off is made from a shortened runway and does not require the use of booster devices, however it is also used only in military equipment due to large overloads crews of aircraft, especially at the stage of throwing on the springboard. In addition, such a takeoff requires a high relative power ratio of aircraft, which civilian aircraft do not possess. All this significantly narrows the scope of this method.

Предложенный способ предназначен для решения технической задачи обеспечения взлета самолета без применения взлетных полос аэродромов за счет суммарного использования тяги его двигателей и ускорения свободного падения.The proposed method is intended to solve the technical problem of ensuring takeoff of an aircraft without the use of runways of airfields due to the total use of the thrust of its engines and acceleration of free fall.

Техническим результатом использования изобретения является сокращение потребного расхода топлива, шумности при взлете самолета, а также резкое сокращение территории наземных аэродромов.The technical result of the use of the invention is to reduce the required fuel consumption, noise during takeoff, and a sharp reduction in the territory of ground airfields.

Технический результат достигается за счет того, что в способе взлета самолета, заключающемся в том, что самолет разгоняют до скорости его поддержания в воздухе путем совместного воздействия на него тяги собственных двигателей и ускорения свободного падения, самолет поднимают в воздух на заданную высоту одним или несколькими соединенными между собой жесткой рамой дирижаблями с захватными устройствами для фиксации, отцепления и сброса самолета, после чего самолет с работающими двигателями отсоединяют от захватного устройства и переводят в режим свободного падения, при этом заданную высоту сброса самолета выбирают исходя из того, чтобы в конце падения векторная сумма составляющих скорости самолета от работы двигателей и от ускорения свободного падения на безопасном расстоянии от земли превышала скорость, необходимую для поддержания самолета в полете и набора высоты.The technical result is achieved due to the fact that in the method of taking off the aircraft, namely, that the aircraft is accelerated to its speed of maintaining in the air by the joint action of the thrust of its own engines and acceleration of free fall, the aircraft is lifted into the air to a predetermined height by one or more connected between each other with a rigid frame, airships with grippers for fixing, uncoupling and dumping the airplane, after which the airplane with the engines running is disconnected from the gripper and the translation t into the free fall mode, while the predetermined drop height of the aircraft is chosen based on the fact that at the end of the fall the vector sum of the components of the aircraft’s speed from the operation of the engines and from the acceleration of free fall at a safe distance from the earth exceeds the speed necessary to maintain the aircraft in flight and set heights.

Дополнительно технический результат достигается за счет того, что до сбрасывания самолету предварительно, за счет совместной работы двигателей самолета и дирижаблей, придают скорость, достаточную для сохранения им после сбрасывания устойчивого положения при падении.Additionally, the technical result is achieved due to the fact that prior to dropping the aircraft previously, due to the joint operation of the aircraft engines and airships, they give a speed sufficient to maintain them after dropping a stable position when they fall.

Взлет по предложенному способу производится следующим образом. Самолет заводят, например, тягачами, на взлетную площадку аэродрома, оборудованную системами крепления и технического обслуживания дирижаблей. Число дирижаблей выбирают исходя из того, чтобы подъемная сила одного или суммарная подъемная сила нескольких дирижаблей превышала взлетный вес самолета. При использовании нескольких дирижаблей они соединены между собой жесткой рамой. Наиболее целесообразно использование 2-х дирижаблей, соединенных одной рамой. Под одиночным дирижаблем или на раме закреплено устройство для захвата и сброса самолета. Могут быть использованы различные устройства для фиксации, отцепления и сбрасывания предметов в полете (МКИ В 64 D 1/00-1/12). В качестве наиболее приемлемого можно указать на устройство для сбрасывания грузов (SU, 1821425 А1, В 64 D 1/02, 15.06.98). Устройство содержит захваты с контактирующими элементами по форме сбрасываемого груза, что позволяет использовать его без специального дооборудования существующих самолетов. Проводятся регламентные предполетные проверки систем и устройств самолета, затем он фиксируется захватным устройством, поднимается дирижаблями на требуемую высоту, после чего производится его сбрасывание в свободное падение с работающими двигателями. За время падения до безопасной высоты (порядка 100-200 м от земли; уточняется по результатам испытаний) самолет под действием тяги двигателей и ускорения свободного падения приобретает скорость, достаточную для поддержания в воздухе и последующего набора высоты, при которой подъемная сила превышает полетный вес самолета. В зависимости от типа самолета, его энерговооруженности и ряда других факторов необходимое для достижения взлетной скорости время может составлять 10-15 секунд, что потребует подъема самолета на высоту порядка 600-1000 м.Take-off according to the proposed method is as follows. The aircraft is brought, for example, by tractors, to the aerodrome take-off area equipped with fastening systems and maintenance of airships. The number of airships is chosen based on the fact that the lifting force of one or the total lifting force of several airships exceeds the take-off weight of the aircraft. When using multiple airships, they are interconnected by a rigid frame. The most appropriate use of 2 airships connected by one frame. Under a single airship or on a frame there is a device for capturing and dumping an aircraft. Various devices can be used for fixing, uncoupling and dropping objects in flight (MKI B 64 D 1 / 00-1 / 12). As the most acceptable, you can specify the device for dropping cargo (SU, 1821425 A1, B 64 D 1/02, 06/15/98). The device contains grips with contacting elements in the form of a dumped load, which allows it to be used without special retrofitting of existing aircraft. Regular pre-flight checks of aircraft systems and devices are carried out, then it is fixed by a gripping device, rises with airships to the required height, after which it is dropped into free fall with the engines running. During a fall to a safe height (of the order of 100-200 m from the ground; specified according to the test results), the aircraft, under the influence of engine thrust and acceleration of free fall, acquires a speed sufficient to maintain in air and subsequent climb, at which the lifting force exceeds the flight weight of the aircraft . Depending on the type of aircraft, its power-to-weight ratio and a number of other factors, the time required to achieve take-off speed can be 10-15 seconds, which will require lifting the aircraft to a height of about 600-1000 m.

Вызванная свободным падением скорость самолета будет иметь величину V=g·t, где g - ускорение, а t - время свободного падения, то есть около 100-150 м/сек (360-540 км/час).The speed of the aircraft caused by free fall will have the value V = g · t, where g is the acceleration and t is the time of free fall, that is, about 100-150 m / s (360-540 km / h).

Такую же скорость самолет может приобрести за это время и за счет тяги двигателей. Суммарный вектор скорости при этом может иметь величину порядка 500-750 км/час, что достаточно для погашения скорости падения и последующего набора высоты. Для самолетов, не обладающих способностью сохранять устойчивое положение после сбрасывания, необходимо применение стабилизирующих устройств, например парашютов, дефлекторов, малых реактивных двигателей с вертикальной тягой и др., обеспечивающих самолету допустимый тангаж и устойчивое управляемое положение при падении.The aircraft can acquire the same speed during this time and due to engine thrust. The total velocity vector can have a value of the order of 500-750 km / h, which is enough to repay the rate of fall and subsequent climb. For aircraft that do not have the ability to maintain a stable position after dropping, it is necessary to use stabilizing devices, such as parachutes, deflectors, small jet engines with vertical thrust, etc., providing the aircraft with an acceptable pitch and a stable controlled position when falling.

Если этих средств недостаточно, то для предотвращения неуправляемого падения самолета ему предварительно, до сбрасывания, придают скорость, необходимую для устойчивого положения при падении. Разгон самолета при этом производится за счет совместной работы двигателей самолета и дирижаблей. Очевидно, что при предварительном разгоне самолета высота его сбрасывания может быть существенно снижена.If these funds are not enough, then in order to prevent an uncontrolled crash of the aircraft, they are given the speed necessary for a stable position in the fall before dropping it. The acceleration of the aircraft at the same time is due to the joint work of the aircraft engines and airships. Obviously, with a preliminary acceleration of the aircraft, its drop height can be significantly reduced.

Приведенная оценка высот и скоростей дана без учета влияния аэродинамического сопротивления падению самолета. С учетом последнего время падения будет больше. Соответственно, увеличится время действия тяги двигателей, что приведет к более плавной траектории полета и снижению перегрузок при выходе на режим набора высоты.The above estimate of heights and speeds is given without taking into account the influence of aerodynamic resistance to aircraft crash. Given the latter, the fall time will be longer. Accordingly, the duration of the engine thrust will increase, which will lead to a smoother flight path and a decrease in overloads when entering the climb mode.

После сброса самолета дирижабли опускают для обеспечения очередного взлета.After the plane is dropped, the airships are lowered to ensure the next take-off.

Посадка самолета может производиться с применением тормозных парашютов, реверса тяги и других устройств и действий для погашения скорости и поэтому требует значительно меньших длин посадочных полос, чем традиционные взлетно-посадочные полосы аэродромов.An airplane can land using brake parachutes, reverse thrust and other devices and actions to dampen speed and therefore requires significantly shorter runway lengths than traditional runways of airfields.

Натуральная отработка изобретения для уточнения высот сбрасывания и отдельных параметров систем и устройств, основанных на данном способе, первоначально должна проводиться на макетах летательных аппаратов и беспилотных самолетах, подобно тому, как это было при отработке аппарата "Буран" космической системы многоразового использования "Энергия". После этого возможен взлет по данному способу грузовых, а затем и пассажирских самолетов.Natural development of the invention to clarify the drop heights and individual parameters of systems and devices based on this method should initially be carried out on mock-ups of aircraft and unmanned aircraft, similar to how it was during the development of the Buran spacecraft of the reusable space system Energy. After this, take-off by this method of cargo and then passenger aircraft is possible.

Использование изобретения позволяет отказаться от взлетных полос аэродромов, резко снизить расход топлива на взлет, а также шумность самолетов из-за исключения или максимального сокращения при взлете форсажных режимов, что приведет к большому экономическому эффекту и улучшению санитарно-экологической обстановки вблизи аэродромов.The use of the invention allows to abandon the runways of airfields, dramatically reduce fuel consumption for takeoff, as well as the noise of aircraft due to the exclusion or maximum reduction during take-off afterburner modes, which will lead to a large economic effect and improve the sanitary and environmental situation near the airfields.

Claims (2)

1. Способ взлета самолетов, заключающийся в том, что самолет разгоняют до скорости, необходимой для его поддержания в воздухе, путем совместного воздействия на него собственных двигателей и ускорения свободного падения, отличающийся тем, что самолет поднимают в воздух на заданную высоту одним или несколькими соединенными между собой жесткой рамой дирижаблями с захватными устройствами для фиксации, отцепления и сброса самолета, после чего самолет с работающими двигателями отсоединяют от захватного устройства и переводят в режим свободного падения, при этом заданную высоту сброса самолета выбирают исходя из того, чтобы в конце падения векторная сумма составляющих скорости самолета от работы двигателей и от ускорения свободного падения на безопасном расстоянии от земли превышала скорость, достаточную для поддержания в воздухе и последующего набора высоты, при которой подъемная сила превышает полетный вес самолета.1. The method of take-off of aircraft, which consists in the fact that the aircraft is accelerated to the speed necessary to maintain it in the air, by the combined action of its own engines and acceleration of free fall, characterized in that the aircraft is lifted into the air to a predetermined height by one or more connected between each other with a rigid frame, airships with gripping devices for fixing, disengaging and dumping the aircraft, after which the aircraft with the engines running is disconnected from the gripping device and put into idle mode the first fall, while the specified drop height of the aircraft is chosen based on the fact that at the end of the fall the vector sum of the components of the aircraft’s speed from the operation of the engines and from the acceleration of free fall at a safe distance from the earth exceeds the speed sufficient to maintain in the air and subsequent climb, at which lifting force exceeds the flight weight of the aircraft. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что до сбрасывания самолету предварительно за счет совместной работы двигателей самолета и дирижаблей придают скорость, достаточную для сохранения им после сбрасывания устойчивого положения при падении.2. The method according to claim 1, characterized in that prior to dropping to the aircraft, due to the joint operation of the aircraft engines and the airships, they are given a speed sufficient to maintain them after dropping a stable position when they fall.