RU2380288C1

RU2380288C1 - Combat aircraft and its combat laser system

Info

Publication number: RU2380288C1
Application number: RU2008116935/11A
Authority: RU
Inventors: Николай Борисович Болотин (RU); Николай Борисович Болотин
Original assignee: Николай Борисович Болотин
Priority date: 2008-04-28
Filing date: 2008-04-28
Publication date: 2010-01-27

Abstract

FIELD: aircraft engineering.

SUBSTANCE: combat aircraft comprises airframe, even number of gas turbine engines arranged on aircraft front wings, and weapons, namely onboard lasers mounted above and below engines. The latter are connected, via air intake lines incorporating control valves, with gas turbine engines. Every gas turbine engine comprises compressor, combustion chamber and turbine. Air intake pipeline communicates with manifold arranged downstream of gas turbine engine compressor. All combat lasers can turn vertically and horizontally. Airframe front and rear top parts accommodate guidance lasers. Aircraft combat laser system comprises onboard combat lasers mounted on every engine, on its top and bottom, and comprising optical heads and exhaust systems. Gasdynamic combat lasers communicate, via air intake pipelines, with gas turbine engine compressors, and are arranged to fire forward and backward. Proposed system comprises onboard computer and guidance lasers connected between themselves and with vertical guidance and rotation drives.

EFFECT: improved combat performances.

7 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к авиации, а именно к военным самолетам.The invention relates to aviation, namely to military aircraft.

Известен гиперзвуковой самолет по патенту РФ на изобретение №2010744. Корпус самолета выполнен в любом продольном сечении по кубической параболе с затупленной кормовой частью и углом стреловидности по передней кромке не менее 60°. Руль высоты выполнен в виде шарнирно закрепленной передней части корпуса.Known hypersonic aircraft according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 20100744. The aircraft body is made in any longitudinal section along a cubic parabola with a blunt stern and a sweep angle along the leading edge of at least 60 °. The elevator is made in the form of a pivotally mounted front of the housing.

Недостаток - относительно низкая скорость полета самолета М=4...6.The disadvantage is the relatively low flight speed of the aircraft M = 4 ... 6.

Известен самолет по патенту РФ на изобретение №2263611, содержащий фюзеляж, крылья стартовые и газотурбинные двигатели, а также вооружение: пулеметы, пушки и ракеты.Known aircraft patent RF invention No. 2263611, containing the fuselage, the wings of the starting and gas turbine engines, as well as weapons: machine guns, guns and missiles.

Недостатки этого самолета: относительно низкая вооруженность самолета обычным оружием, т.к. боекомплект самолета весьма ограничен. Кроме того, мощность оружия и дальность его поражения также весьма ограничена. Точность прицеливания для каждого вида оружия зависит от средств наведения на цель и ухудшается при увеличении дальности стрельбы. Одновременное ведение боя более чем с 10 объектами противника весьма проблематично. Стрельба по целям, имеющим очень большие скорости полета: ракетам и спутникам, практически невозможна.The disadvantages of this aircraft: the relatively low armament of the aircraft with conventional weapons, as ammunition is very limited. In addition, the power of the weapon and the range of its destruction is also very limited. The accuracy of aiming for each type of weapon depends on the means of aiming at the target and deteriorates with increasing firing range. Simultaneous combat with more than 10 enemy targets is very problematic. Shooting at targets with very high flight speeds: missiles and satellites, is almost impossible.

Задача создания боевого самолета и лазерного вооружения самолета - улучшение боевых качеств самолета.The task of creating a combat aircraft and laser weapons of the aircraft is to improve the combat qualities of the aircraft.

Решение указанных задач достигнуто в боевом самолете, содержащем фюзеляж, передние и задние крылья, четное число газотурбинных двигателей, установленных на передних крыльях самолета, и вооружение, отличающийся тем, что применено лазерное вооружение в виде боевых лазеров авиационного базирования, установленных соответственно над и под газотурбинными двигателями, которые соединены трубопроводами отбора воздуха, содержащими клапаны-регуляторы, с газотурбинными двигателями. Каждый газотурбинный двигатель содержит компрессор, камеру сгорания и турбину, а трубопровод отбора воздуха соединен с коллектором, выполненным за компрессором газотурбинного двигателя. Все боевые лазеры авиационного базирования установлены с возможностью вертикального и горизонтального поворота. В верхней части фюзеляжа в его передней и задней части установлены лазеры наведения.The solution of these problems was achieved in a combat aircraft containing the fuselage, front and rear wings, an even number of gas turbine engines mounted on the front wings of the aircraft, and armament, characterized in that laser weapons are used in the form of aviation-based combat lasers installed respectively above and below the gas turbine engines, which are connected by air extraction pipelines containing control valves, to gas turbine engines. Each gas turbine engine contains a compressor, a combustion chamber, and a turbine, and an air exhaust pipe is connected to a manifold arranged behind the compressor of the gas turbine engine. All aircraft-based combat lasers are installed with the possibility of vertical and horizontal rotation. Guidance lasers are installed in the upper part of the fuselage in its front and rear.

Решение указанных задач достигнуто в системе лазерного вооружения самолета, содержащей боевые лазеры авиационного базирования, отличающейся тем, что на каждом двигателе сверху и снизу установлены соответственно верхние и нижние лазеры авиационного базирования, содержащие оптическую головку и выхлопную систему, при этом они выполнены газодинамическими и соединены трубопроводом отбора воздуха, содержащим клапан-регулятор, с компрессором газотурбинного двигателя. Боевые лазеры установлены таким образом, что верхние имеют возможность стрельбы вперед, а нижние - назад. Система содержит бортовой компьютер и лазеры наведения, соединенные электрическими связями между собой и с приводами вертикального наведения и поворота.The solution of these problems was achieved in the aircraft’s laser weapon system containing aviation-based combat lasers, characterized in that the upper and lower aircraft-based lasers containing an optical head and an exhaust system are installed on each engine above and below, while they are made gas-dynamic and connected by a pipeline air intake containing a control valve with a gas turbine engine compressor. Combat lasers are installed in such a way that the upper ones have the ability to fire forward, and the lower ones - backward. The system contains an on-board computer and guidance lasers, connected by electrical connections between each other and with vertical guidance and rotation drives.

Предложенное техническое решение обладает новизной, изобретательским уровнем и промышленной применимостью, т.е. всеми критериями изобретения.The proposed technical solution has novelty, inventive step and industrial applicability, i.e. all the criteria of the invention.

Новизна предложенного технического решения подтверждается проведенными патентными исследованиями, изобретательский уровень тем, что новая совокупность существенных признаков позволила получить новый технический эффект, а именно, уменьшение времени разгона самолета до гиперзвуковых скоростей и увеличение скорости полета. Промышленная применимость обусловлена тем, что для реализации изобретения не требуется создания новых неизвестных из уровня техники деталей и узлов и новых технологий.The novelty of the proposed technical solution is confirmed by patent research, the inventive step is that a new set of essential features made it possible to obtain a new technical effect, namely, reducing the time it takes to accelerate the aircraft to hypersonic speeds and increasing flight speed. Industrial applicability is due to the fact that the implementation of the invention does not require the creation of new unknown from the prior art parts and assemblies and new technologies.

Сущность изобретения поясняется на фиг.1...4, гдеThe invention is illustrated in figure 1 ... 4, where

на фиг.1 приведена схема боевого самолета, вид сверху,figure 1 shows a diagram of a combat aircraft, top view,

на фиг.2 приведен вид военно-космического самолета сбоку,figure 2 shows a side view of a military space aircraft,

на фиг.3 приведен вид боевого самолета сзади,figure 3 shows a rear view of a combat aircraft,

на фиг.4 приведена схема газотурбинного двигателя боевого самолета и системы лазерного вооружения самолета и энергопитания боевого лазера авиационного базирования от газотурбинного двигателя.figure 4 shows a diagram of a gas turbine engine of a combat aircraft and a laser weapon system of the aircraft and the power supply of an aircraft-based combat laser from a gas turbine engine.

Самолет стратегической авиации (фиг.1...4) содержит фюзеляж 1, кабину пилотов 2, передние крылья 3, задние крылья 4 и хвостовое оперение 5. В передние крылья 3 встроены газотурбинные двигатели 6. Для примера в дальнейшем рассмотрен четырехмоторный самолет.The strategic aviation plane (Figs. 1 ... 4) contains the fuselage 1, the cockpit 2, the front wings 3, the rear wings 4 and the tail unit 5. Gas turbine engines 6 are built into the front wings 3. For an example, a four-engine aircraft is further considered.

Над каждым газотурбинным двигателем 6 находится верхний боевой лазер авиационного базирования 7, содержащий спереди оптическую головку 8 и сзади систему выхлопа 9. Аналогично под каждым газотурбинным двигателем 6 находится нижний лазер авиационного базирования 10 с оптической головкой 11 сзади и системой выхлопа 12 спереди. К боевым лазерам авиационного базирования 7 и 10 подведены трубопроводы отбора воздуха 13, содержащие клапаны-регуляторы 14, от двигателей 6. Каждый трубопровод 13 или его часть выполнен гибким. Боевые лазеры авиационного базирования 7 и 10 установлены с возможностью отклонения в вертикальной плоскости и с возможностью поворота в горизонтальной плоскости. Таким образом, боевые лазеры авиационного базирования 7 способны поражать цели 15 в передней полусфере, а боевые лазеры авиационного базирования 10 - в задней полусфере. Для наведения на цель 15 служат передние лазеры наведения 16, установленные в передней части фюзеляжа, и задние лазеры наведения 17, установленные в задней части фюзеляжа, или на задних крыльях 4. Лазеры наведения 16 и 17 соединены электрическими связями 18 с бортовым компьютером 19.Above each gas turbine engine 6, there is an aviation-based upper combat laser 7, containing an optical head 8 at the front and an exhaust system 9 at the rear. Similarly, under each gas turbine engine 6, there is an aviation-based lower laser 10 with an optical head 11 at the rear and an exhaust system 12 at the front. Air-borne combat lasers 7 and 10 are connected to air sampling pipes 13, containing control valves 14, from engines 6. Each pipeline 13 or part of it is made flexible. Airborne combat lasers 7 and 10 are mounted with the possibility of deflection in the vertical plane and with the possibility of rotation in the horizontal plane. Thus, aviation-based combat lasers 7 are able to hit targets 15 in the front hemisphere, and aviation-based combat lasers 10 in the rear hemisphere. To aim at the target 15 are the front guidance lasers 16 installed in the front of the fuselage, and the rear guidance lasers 17 installed at the rear of the fuselage, or on the rear wings 4. The guidance lasers 16 and 17 are connected by electrical connections 18 to the on-board computer 19.

Каждый боевой лазер авиационного базирования 7 и 10 оборудован приводом вертикального наведения 20 и поворотным механизм 21 с валом 22 и шарниром 23. Таким образом, для всех лазеров авиационного базирования 7 и 10 предусмотрена система вертикального наведения и горизонтального наведения. Фюзеляж 1 самолета установлен на шасси 24 (фиг.3), предназначенные для взлета и посадки самолета.Each aviation-based combat laser 7 and 10 is equipped with a vertical guidance drive 20 and a rotary mechanism 21 with a shaft 22 and a hinge 23. Thus, for all aviation-based lasers 7 and 10, a vertical guidance and horizontal guidance system is provided. The fuselage 1 of the aircraft is mounted on the chassis 24 (figure 3), designed for takeoff and landing of the aircraft.

Газотурбинные двигатели 6, которых может быть от одного до восьми, выполнены одинаковой конструкции (фиг.4) и содержат воздухозаборник 25, компрессор 26, камеру сгорания 27 с форсунками 28, турбину 29 и реактивное сопло 30. Газотурбинный двигатель 6 имеет один или два вала 31, установленные на опорах 32. За компрессором 26 (предпочтительно последней ступенью компрессора) выполнен коллектор отбора воздуха 33, к которому через клапан-регулятор 15 подсоединена система отбора воздуха 14, другой конец которой соединен с двумя боевыми лазерами наземного базирования 7 и 10, находящимися над соответствующим газотурбинным двигателем 6, что позволяет максимально сократить потери давления в системе отбора воздуха.Gas turbine engines 6, which can be from one to eight, are made of the same design (Fig. 4) and contain an air intake 25, a compressor 26, a combustion chamber 27 with nozzles 28, a turbine 29 and a jet nozzle 30. The gas turbine engine 6 has one or two shafts 31 mounted on bearings 32. Behind the compressor 26 (preferably the last stage of the compressor) there is an air intake manifold 33, to which an air intake system 14 is connected via a control valve 15, the other end of which is connected to two ground-based warhead laser Bani 7 and 10, located above the corresponding gas turbine engine 6, which allows to minimize the pressure losses in the bleed air system.

Ориентировочные характеристики самолета стратегической авиацииEstimated characteristics of a strategic aviation aircraft

Скорость полетаFlight speed М=3,2M = 3.2 Стартовый вес, тStarting weight, t 270270 Тяга турбореактивных двигателей на взлете, тTake-off thrust of turbojet engines, t 4×204 × 20 Мощность боевых лазеров в плотных слоях атмосферы, МВтPower of combat lasers in dense atmosphere, MW 8×18 × 1 Время непрерывной работы лазерного оружия в плотных слоя атмосферы, сTime of continuous operation of laser weapons in a dense atmosphere, s 60006000

На самолете может быть дополнительно установлено обычное вооружение: пулеметы и авиационная пушка.Conventional armament can be additionally installed on an airplane: machine guns and an aircraft gun.

При взлете топливо поступает к форсункам 28 камеры сгорания 27, где воспламеняется. Продукты сгорания раскручивают турбину 29. Турбина 29 через валы 31 раскручивает компрессор 26, в результате реактивное сопло 30 создает реактивную тягу для полета.When taking off, the fuel enters the nozzles 28 of the combustion chamber 27, where it ignites. The combustion products spin the turbine 29. The turbine 29 through the shafts 31 spins the compressor 26, as a result of the jet nozzle 30 creates a jet thrust for flight.

Для применения лазерного оружия открывают клапан-регулятор 14 и часть сжатого воздуха (до 20% от общею расхода воздуха, проходящего через газотурбинный двигатель 6) отбирается по трубопроводу отбора воздуха 13 от каждого газотурбинного двигателя 6 для накачки лазерного луча в боевых лазерах авиационного базирования 7 или 10. В конкретном проекте применен газодинамический лазер, т.к. запасы сжатого воздуха, отбираемого от двигателей 6, практически безграничны по сравнению с химическим лазером.For the use of laser weapons, the control valve 14 is opened and part of the compressed air (up to 20% of the total air flow passing through the gas turbine engine 6) is taken through an air sampling pipe 13 from each gas turbine engine 6 for pumping a laser beam in airborne combat lasers 7 or 10. In a specific project, a gas-dynamic laser is used, because the stocks of compressed air taken from engines 6 are practically unlimited in comparison with a chemical laser.

Луч боевого лазера авиационного базирования 7 выходит через оптическую головку 8 и наводится на цель при помощи системы наведения, в состав которой входят лазеры наведения 16 и 17, бортовой компьютер 19 и исполнительные органы системы наведения луча лазера на цель, т.е. привод вертикального наведения 20 и поворотный механизм 21. Вертикальное наведение осуществляется приводом (гидроцилиндром) вертикального наведения 20. При выдвижении штока привода вертикального наведения 10 угол α между продольной осью самолета и продольной осью лазера авиационного базирования 7 увеличивается.The beam of an aviation-based combat laser 7 exits through the optical head 8 and is aimed at the target using the guidance system, which includes guidance lasers 16 and 17, the on-board computer 19 and the executive bodies of the laser beam guidance system on the target, i.e. vertical guidance drive 20 and rotary mechanism 21. Vertical guidance is carried out by the vertical guidance drive (hydraulic cylinder) 20. When the vertical guidance drive rod 10 is extended, the angle α between the longitudinal axis of the aircraft and the longitudinal axis of the aircraft-based laser 7 increases.

Для примера (фиг.2 и 3) показано горизонтальное наведение на цель 15 нижнего лазера 10. Горизонтальное наведение на летящие перед самолетом цели при полете в плотных слоях атмосферы может также осуществляться самолетом, рассогласованием тяги двигателей 6 и/или аэродинамическими средствами. Поражение одиночных целей может осуществляться при помощи одного лазера авиационного базирования 7 или 10. Для одновременного поражения нескольких целей используют все боевые лазеры авиационного базирования 7 и 10, при этом их наведение осуществляется рассогласованием, т.е. независимо, с применением лазеров наведения 16 и 17. При необходимости для получения лазерного луча большой мощности, все верхние лазеры авиационного базирования 7 или все нижние 10 могут быть нацелены на один объект, что увеличит мощность лазерного луча в 4 раза и повысит вероятность поражения цели.For example (FIGS. 2 and 3), horizontal pointing at the target 15 of the lower laser 10 is shown. Horizontal pointing at targets flying in front of the plane when flying in dense layers of the atmosphere can also be carried out by the plane, misfiring the thrust of engines 6 and / or aerodynamic means. The defeat of single targets can be carried out using a single aviation-based laser 7 or 10. For the simultaneous destruction of several targets use all of the combat aircraft-based lasers 7 and 10, while their guidance is carried out by a mismatch, i.e. independently, using guidance lasers 16 and 17. If necessary, to obtain a high-power laser beam, all upper aviation-based lasers 7 or all lower 10 can be aimed at a single object, which will increase the laser beam power by 4 times and increase the likelihood of hitting the target.

Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:

1. Значительно повысить боевые возможности самолета за счет:1. Significantly increase the combat capabilities of the aircraft due to:

- применения мощного лазерного вооружения в виде нескольких газодинамических лазеров, защищающих одновременно переднюю и заднюю полусферы боевого самолета,- the use of powerful laser weapons in the form of several gas-dynamic lasers protecting both the front and rear hemispheres of a combat aircraft,

- питания боевых лазеров авиационного базирования высокоэнергетичным сжатым воздухом, отбираемым от всех двигателей многомоторного самолета, из-за компрессоров (за их последней ступенью),- supply of aviation-based combat lasers with high-energy compressed air taken from all engines of a multi-engine aircraft due to compressors (beyond their last stage),

- расположения боевых лазеров авиационного базирования в непосредственной близости от газотурбинных двигателей, от которых отбирается сжатый воздух.- location of aviation-based combat lasers in the immediate vicinity of gas turbine engines, from which compressed air is taken.

2. Вести бой одновременно с несколькими объектами противника (в конкретном примере с 8) за счет применения нескольких боевых лазеров авиационного базирования и рассогласованного наведения лучей лазера на объекты противника с применением лазеров наведения и компьютера.2. Fight simultaneously with several enemy targets (in a specific example from 8) through the use of several aviation-based combat lasers and mismatched laser beams on enemy targets using guidance lasers and a computer.

3. Создать большую мощность лазерного луча путем наведения всех лазеров авиационного базирования в одну точку.3. To create a large laser beam power by pointing all aircraft-based lasers at one point.

4. Обеспечить длительную в течение всего полета возможность применения лазерного оружия как в плотных слоях атмосферы для защиты самолета от истребителей и ракет ПВО, так и против спутников и баллистических ракет, летящих с большой скоростью в космосе или на больших высотах.4. To ensure the possibility of using laser weapons for a long time throughout the flight both in dense atmospheric layers to protect the aircraft from fighter and air defense missiles, and against satellites and ballistic missiles flying at high speed in space or at high altitudes.

5. Обеспечить наведение луча лазера на цель без ухудшения аэродинамических качеств самолета при полете в плотных слоях атмосферы и горизонтальное наведение на больших высотах, применение поворотных механизмов.5. To ensure that the laser beam is aimed at the target without impairing the aerodynamic qualities of the aircraft when flying in dense layers of the atmosphere and horizontal guidance at high altitudes, the use of rotary mechanisms.

Claims

1. Боевой самолет, содержащий фюзеляж, передние и задние крылья, четное число газотурбинных двигателей, установленных на передних крыльях самолета и вооружение, отличающийся тем, что применено лазерное вооружение в виде боевых лазеров авиационного базирования, установленных над и под газотурбинными двигателями, которые соединены трубопроводами отбора воздуха, содержащими клапаны-регуляторы, с соответствующими газотурбинными двигателями.1. A combat aircraft containing the fuselage, front and rear wings, an even number of gas turbine engines mounted on the front wings of the aircraft and weapons, characterized in that laser weapons are used in the form of aircraft-based combat lasers installed above and below gas turbine engines, which are connected by pipelines air sampling, containing control valves, with corresponding gas turbine engines.

2. Боевой самолет по п.1, отличающийся тем, что каждый газотурбинный двигатель содержит компрессор, камеру сгорания и турбину, а трубопровод отбора воздуха соединен с коллектором, выполненным за компрессором газотурбинного двигателя.2. A combat aircraft according to claim 1, characterized in that each gas turbine engine comprises a compressor, a combustion chamber and a turbine, and an air sampling pipe is connected to a manifold made behind the compressor of the gas turbine engine.

3. Боевой самолет по п.1 или 2, отличающийся тем, что все боевые лазеры авиационного базирования установлены с возможностью вертикального и горизонтального поворота.3. A combat aircraft according to claim 1 or 2, characterized in that all aircraft-based combat lasers are mounted with the possibility of vertical and horizontal rotation.

4. Боевой самолет по п.1 или 2, отличающийся тем, что в верхней части его фюзеляжа в его передней и задней частях установлены лазеры наведения.4. A combat aircraft according to claim 1 or 2, characterized in that in the upper part of its fuselage in its front and rear parts there are guidance lasers.

5. Система лазерного вооружения самолета, содержащая боевые лазеры авиационного базирования, отличающаяся тем, что на каждом двигателе сверху и снизу установлены соответственно верхние и нижние лазеры авиационного базирования, содержащие оптические головки и выхлопные системы, при этом они выполнены газодинамическими и соединены трубопроводами отбора воздуха, содержащими клапаны-регуляторы, с компрессорами соответствующих газотурбинных двигателей.5. The aircraft’s laser weapon system containing aviation-based combat lasers, characterized in that the upper and lower aircraft-based lasers containing optical heads and exhaust systems, respectively, are installed on each engine above and below, and they are gas-dynamic and connected by air sampling pipes, containing control valves, with compressors of the corresponding gas turbine engines.

6. Система лазерного вооружения самолета по п.5, отличающаяся тем, что боевые лазеры установлены таким образом, что верхние имеют возможность стрельбы вперед, а нижние - назад.6. The aircraft’s laser weapon system according to claim 5, characterized in that the combat lasers are installed in such a way that the upper ones have the ability to fire forward, and the lower ones - backward.

7. Система лазерного вооружения самолета по п.5 или 6, отличающаяся тем, что она содержит бортовой компьютер и лазеры наведения, соединенные электрическими связями между собой и с приводами вертикального наведения и поворота. 7. The aircraft’s laser weapon system according to claim 5 or 6, characterized in that it comprises an on-board computer and guidance lasers connected by electrical connections to each other and to vertical guidance and rotation drives.