RU2747322C1

RU2747322C1 - Ground-effect craft

Info

Publication number: RU2747322C1
Application number: RU2020137913A
Authority: RU
Inventors: Александр Фатыхович Сейфи; Адольф Степанович Лиманский
Priority date: 2020-11-19
Filing date: 2020-11-19
Publication date: 2021-05-04

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: invention relates to the field of aircraft construction and can be used to create aircraft in the mode of a ground-effect vehicle. The ground-effect craft consists of a V-shaped fuselage with a cabin inside, in the rear part of the fuselage there are wings equipped with ailerons and stabilizers with rudders for air, as well as jet engines. In this case, the stabilizers are attached to the ends of the fuselage and are equipped with additional rudders for water. The wings are located between the ends of the fuselage and form a single rear wing, which is attached from above to stabilizers in the aft fuselage sections. In this case, the peripheral parts of the rear wing with the ailerons are additionally attached to the tail parts of the fuselage with the help of two struts, and jet engines are fixed on the central part of the rear wing, which rotates in the vertical plane. In the front part of the fuselage there is a girdle ring with a wing profile in the lower part, and in the rear part from the sides of the stabilizers there are sponsons for a smooth entry into the water surface, and the girdle wing is mechanically connected to a hydraulic cylinder installed inside and at the beginning of the V-shaped fuselage.

EFFECT: invention makes it possible to reduce the take-off weight, increase fuel efficiency, straighten the flight path, and simplify on-board parking.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области авиастроения и может быть использовано для создания летательных аппаратов в режиме экраноплана. The invention relates to the field of aircraft construction and can be used to create aircraft in the ekranoplan mode.

Известен Экраноплан интегральной аэрогидродинамической компоновки*автора Колганова В.В., патент RU №2016145256, МПК B60V 1/08, B60V 1/18, опубл. 29.08.2017 Бюл. № 25, содержащий длинный фюзеляж, хвостовое оперение, реактивные двигатели, крылья и крылья на воздушной подушке. Устройство устойчиво в полете, обладает хорошим аэродинамическим качеством и для полета вне экрана, не требует взлетной полосы и безопасно при отказе двигателей. К недостаткам относятся обусловленный большими подводными объемами длительный разгон, требующий большой оборудованной полосы, наличия дополнительных в виде поплавков массивных элементов конструкции для разгона, что увеличивает аэродинамическое сопротивление его корпуса. Наличие фюзеляжа несмотря на придания ему аэродинамической формы, как всегда, уменьшает коэффициент аэродинамического качества крыльев. Малые поперечные размеры (удлинения) крыла на воздушной подушке, как и других крыльев, мало эффективны при полетах вне экрана. Погрузка грузов через корму создает дополнительные сложности вместо простой парковки к пристани или любому другому прямому борту, а длинный фюзеляж снижает прочность самолета и затрудняет маневрирование и движение в портах. Кроме того, возникающие трудности управления продольной устойчивостью экраноплана потребовали усложнения и утяжеления крыльев на воздушной подушке. Known Ekranoplan integral aerohydrodynamic layout * of the author Kolganov V.V., patent RU No. 2016145256, IPC B60V 1/08, B60V 1/18, publ. 08/29/2017 Bul. No. 25, containing a long fuselage, tail unit, jet engines, wings and hovercraft wings. The device is stable in flight, has good aerodynamic quality and for off-screen flight, does not require a runway and is safe in the event of engine failure. The disadvantages include prolonged acceleration due to large underwater volumes, requiring a large equipped runway, the presence of additional massive structural elements in the form of floats for acceleration, which increases the aerodynamic resistance of its body. The presence of the fuselage, despite giving it an aerodynamic shape, as always, reduces the aerodynamic quality coefficient of the wings. Small transverse dimensions (lengthening) of an air cushion wing, like other wings, are not very effective when flying off the screen. Loading cargo over the stern creates additional difficulties instead of simply parking at the dock or any other straight side, and the long fuselage reduces the strength of the aircraft and makes it difficult to maneuver and navigate in ports. In addition, the arising difficulties in controlling the longitudinal stability of the ekranoplan required the complication and weighting of the wings on the air cushion.

За прототип принят самолет Flying-V, Делфузский технический университет и авиакомпания КLM, Нидерланды, описанный в aviation 21.ru> самолет с гибридным крылом, 4 июля 2019. Устройство содержит V-образные крылья с салоном внутри, в их хвостовой части крылья с вертикальными стабилизаторами и рулями, а также реактивные двигатели. По сравнению с обычными самолетами обводы салонов создают основную часть подъемной силы, поэтому как и в самолетах, выполненных по схеме самолет-крыло, снижают аэродинамическое сопротивление фюзеляжа самолета. Большая доля ламинарного потока на частичных обтекаемых прямолинейным потоком воздуха V-образных участках крыльев снижает аэродинамическое сопротивление фюзеляжа по сравнению с самолетами (экранопланами), выполненными по стандартной технологии. Недостатком является обусловленное размещением элеронов внешнее расположение крыльев относительно салонов, увеличивающих поперечные габариты самолета и затрудняющие парковку и маневрирование на аэродромах. Массивные узлы крепления двигателей к крыльям добавляют существенно к аэродинамическому сопротивлению самолета. При большой аварии посадка на поверхность земли не возможна, а выход одного из двух двигателей требует траектории с отклонением от прямолинейного маршрута между пунктами отправки и назначения. Это увеличивает время полета, снижает его топливную экономичность. The prototype is the Flying-V aircraft, Delfuz Technical University and KLM airline, Netherlands, described in aviation 21.ru> aircraft with a hybrid wing, July 4, 2019. The device contains V-shaped wings with a cabin inside, in their tail, wings with vertical stabilizers and rudders, as well as jet engines. Compared to conventional airplanes, cabin contours create the bulk of the lifting force, therefore, as in airplanes made according to the airplane-wing scheme, they reduce the aerodynamic drag of the airplane fuselage. A large proportion of laminar flow in the partial V-shaped sections of the wings streamlined by a rectilinear air flow reduces the aerodynamic drag of the fuselage in comparison with airplanes (ekranoplans) made using standard technology. The disadvantage is the external arrangement of the wings relative to the cabins due to the placement of the ailerons, which increases the transverse dimensions of the aircraft and makes it difficult to park and maneuver at airfields. Massive engine attachment points to the wings add significantly to the aerodynamic drag of the aircraft. In a major accident, landing on the surface of the earth is not possible, and the exit of one of the two engines requires a trajectory with a deviation from the straight route between the points of departure and destination. This increases the flight time, reduces its fuel efficiency.

Техническая проблема, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, заключается в создании высокоэффективного транспортного средства используемого как в воздухе, так и на воде.The technical problem to be solved by the present invention is to create a highly efficient vehicle used both in the air and on the water.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в снижении взлетной массы, повышении топливной эффективности, выпрямлении траектории полета, упрощении бортовой парковки.The technical result to be achieved by the present invention is to reduce the takeoff weight, increase fuel efficiency, straighten the flight path, and simplify on-board parking.

Технический результат достигается тем, что в экранолете, содержащем V-образный фюзеляж с салоном внутри, в хвостовой части фюзеляжа расположены крылья, снабженные элеронами, и стабилизаторами с рулями поворота для воздуха, а также реактивные двигатели, элементы конструкции для регулировки положения днища при разгоне устройства, новым является то, что стабилизаторы прикреплены к концам фюзеляжа и снабжены дополнительными рулями поворота для воды, крылья расположены между концами фюзеляжа и образуют единое заднее крыло, которое прикреплено сверху к стабилизаторам в хвостовых частях фюзеляжа, при этом периферийные части заднего крыла с элеронами дополнительно с помощью двух стоек прикреплены к хвостовым частям фюзеляжа, а на поворотной в вертикальной плоскости центральной части заднего крыла закреплены реактивные двигатели, в передней части фюзеляжа расположено опоясывающее кольцо с крыловым профилем в нижней части, а в задней части с боков стабилизаторов расположены спонсоны плавного входа в водную поверхность, опоясывающее крыло механически связано с гидроцилиндром, установленным внутри и в начале V-образного фюзеляжа.The technical result is achieved by the fact that in the ekranolet containing a V-shaped fuselage with a cabin inside, in the tail part of the fuselage there are wings equipped with ailerons and stabilizers with rudders for air, as well as jet engines, structural elements for adjusting the position of the bottom during acceleration of the device , new is that the stabilizers are attached to the ends of the fuselage and are equipped with additional rudders for water, the wings are located between the ends of the fuselage and form a single rear wing, which is attached from above to the stabilizers in the tail parts of the fuselage, while the peripheral parts of the rear wing with ailerons are additionally by means of two struts they are attached to the tail parts of the fuselage, and jet engines are fixed on the central part of the rear wing, which rotates in the vertical plane, in the front part of the fuselage there is a girdle ring with a wing profile in the lower part, and in the rear part from the sides of the stabilizers there are sponsons of the smooth entering the water surface, the encircling wing is mechanically connected to a hydraulic cylinder installed inside and at the beginning of the V-shaped fuselage.

Конструктивная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1, фиг.2, фиг.3. The structural diagram of the proposed device is shown in figure 1, figure 2, figure 3.

На фиг.1 приведен вид сбоку на экранолет.Figure 1 shows a side view of the ekranolet.

На фиг.2 приведен вид сверху на экранолет.Figure 2 shows a top view of the ekranolet.

На фиг.3 приведен фрагмент вида сзади на экранолет.Figure 3 shows a fragment of a rear view of the ekranolet.

Устройство на фиг.1 содержит V-образный фюзеляж с салоном внутри 1, два стабилизатора 2, две неподвижные части крыла 3, каждая с опорой 4, подвижная часть крыла 5 с закрепленными на ней реактивными двигателями 6. Стабилизаторы 2 заканчиваются рулями поворота 7 с надводной и подводной частями. Элероны 8 вынесены наверх в свободный поток воздуха неподвижной части крыла 3 и не влияют на работу крыльев в экранном эффекте. Спереди устройство содержит опоясывающее кольцо 9 на двух вертикальных стойках 10 и 11, а сзади по бокам пара спонсонов 12. Гидроцилиндр 13 регулирует положение опоясывающего кольца 9. Аэродинамические профили сечений каждой части V – образного фюзеляжа содержат хорды, которые могут быть выполнены как прямолинейными, так и с другой, например, плавно расширяющимися за прямолинейной частью с направлением выходящей струи по вектору скорости набегающего потока при нулевом угле атаки. В перпендикулярном оси экранолета двух сечениях фюзеляжа хорды верхних сечений немного наклонены и завалены к оси устройства для улучшения аэродинамики и гидродинамики обводов. The device in figure 1 contains a V-shaped fuselage with a cabin inside 1, two stabilizers 2, two fixed parts of the wing 3, each with a support 4, a movable part of the wing 5 with jet engines fixed on it 6. Stabilizers 2 end with rudders 7 with a surface and underwater parts. The ailerons 8 are brought up into the free air flow of the fixed part of the wing 3 and do not affect the work of the wings in the screen effect. At the front, the device contains a girdle ring 9 on two vertical struts 10 and 11, and a pair of sponsons 12 at the rear on the sides. The hydraulic cylinder 13 adjusts the position of the girdle ring 9. The aerodynamic profiles of the sections of each part of the V-shaped fuselage contain chords, which can be either straight or and on the other, for example, smoothly expanding behind the rectilinear part with the direction of the outgoing jet along the velocity vector of the incident flow at a zero angle of attack. In the two sections of the fuselage perpendicular to the aerodynamic aircraft axis, the chords of the upper sections are slightly inclined and tilted towards the axis of the device to improve the aerodynamics and hydrodynamics of the contours.

Устройство работает следующим образом. Подводная часть устройства вначале движения поднимает нос и начинает движение с большими углами дифферента (атаки) и при достижении некоторой скорости движения достигает максимального значения сопротивления движения, которое преодолевается тягой двигателей. Далее дифферент медленно уменьшается, сохраняя положительные значения до требуемой величины полета на режиме отрыва от водной поверхности. При этом всплытии подъемная сила опоясывающего кольца 9, подъем днищевых поверхностей в районе задней части (как и реданы на корпусах самолетах амфибий) и отклонение вектором тяги двигателей снижают силу реакции воды при погружении кормовых поверхностей. Раздвоение устройства и килеватость поперечных сечений (уменьшение их высоты к оси экраноплана) способствует плавным изменению пятна касания водной поверхности и выходу на режим отрыва полета со скоростью отрыва от земли прототипа, но с большей величиной коэффициента аэродинамического качества. Поэтому суммарная площадь крыльев 3 предлагаемого экранолета получится меньше, чем у прототипа. На режимах полета (высота несколько метров) плоско - параллельный воздушный поток обтекает аэродинамические профили сечений каждой части V – образного фюзеляжа с увеличивающими скоростями до верхней границы зоны экранного эффекта, куда предлагаемый летательный аппарат прилетает с величиной коэффициента аэродинамического качества примерно равной прототипу при его полете на данной скорости. Основная часть подъемной силы самолета создается при обтекании крыльевых салонов фюзеляжа воздушным потоком, остаточная часть подъемной силы реализуется при обтекании концевого крыла. После разгона над водной поверхностью не выше влияния экранного эффекта далее с увеличением подачи топлива в двигатели экранолет разгоняется аналогично прототипу, но с меньшей массой, с увеличением высоты и скорости полета самолетов с двухконтурными двигателями. По сравнению с известными экранопланами значительно снижена взлетная масса, так как они содержат массивные крылья и поплавки с дополнительным увеличением подводных объемов экраноплана с целью обеспечения начального положения крыльев над водной поверхностью. На режиме посадки подъем днищевых поверхностей в районе задней части (как и реданы на корпусах самолетах амфибий) снижают силу реакции воды при погружении кормовых поверхностей. Касание водной поверхности спонсонами 12 и нижней частью опоясывающего кольца 9 поможет выдержать дифферент и обеспечит плавное снижение скорости экранолета. Поможет стабилизации движения и плавному останову поворот центральной части крыла 5 с двигателями 6 до 180 градусов с отклонением вектора тяги двигателей при пробеге до остановки. Наконец, выработка топлива к концу полета, облегчающее вес самолета, позволит снизить скорость полета перед касанием водной поверхности. Отсутствие системы шасси и громоздкие опорные рамы прототипа компенсирует наличие элементов обеспечения разгона и посадки. Экранный эффект, препятствующий вертикальным смещениям профильных сечений двухкорпусного самолета, расположенных по обе стороны от центра тяжести самолета и эффективное управление поворотом в вертикальной плоскости центральной частью заднего крыла вместе с двигателями способствует безопасному движению на больших скоростях полета без продольных колебаний. Большие удлинения корпусов по сравнению с крыльями типичных экранопланов более эффективны при полетах вне экранного эффекта. Центральное расположение крыла не препятствует маневрированию и причаливанию к прямым причалам и к судам на водной поверхности, что может быть использовано еще и для простой дозапровки топливом и ремонта двигателя. Вынужденное приводнение безопасно, для продолжения плавания могут быть использованы также небольшие поршневые двигатели самолета, установленные для маневрирования в портах. The device works as follows. The underwater part of the device at the beginning of the movement raises the nose and begins to move with large angles of trim (attack) and, upon reaching a certain speed of movement, reaches the maximum value of the movement resistance, which is overcome by the thrust of the engines. Further, the trim slowly decreases, keeping positive values up to the required value of the flight in the mode of separation from the water surface. With this ascent, the lifting force of the girdle 9, the rise of the bottom surfaces in the rear area (like the redans on the hulls of amphibious aircraft) and the deviation of the thrust vector of the engines reduce the water reaction force when the stern surfaces are immersed. The bifurcation of the device and the deadweight of the cross-sections (a decrease in their height to the axis of the ground effect vehicle) contributes to a smooth change in the touching spot of the water surface and the exit to the flight separation mode at the speed of separation from the ground of the prototype, but with a greater value of the aerodynamic quality coefficient. Therefore, the total wing area 3 of the proposed ekranolet will be less than that of the prototype. In flight modes (a height of several meters), a plane-parallel air stream flows around the aerodynamic cross-sectional profiles of each part of the V-shaped fuselage with increasing speeds up to the upper boundary of the ground effect zone, where the proposed aircraft arrives with an aerodynamic quality coefficient approximately equal to the prototype during its flight on given speed. The main part of the lift of the aircraft is created when the air flow around the wing compartments of the fuselage, the residual part of the lift is realized when flowing around the end wing. After acceleration over the water surface is not higher than the effect of the ground effect, then with an increase in the fuel supply to the engines, the ekranolit accelerates similarly to the prototype, but with a lower mass, with an increase in the altitude and flight speed of aircraft with bypass engines. In comparison with the known ekranoplanes, the take-off weight is significantly reduced, since they contain massive wings and floats with an additional increase in the underwater volumes of the ekranoplan in order to ensure the initial position of the wings above the water surface. In the landing mode, the rise of the bottom surfaces in the area of the rear (like the redans on the hulls of amphibious aircraft) reduce the force of the water reaction when the stern surfaces are immersed. The contact of the water surface with the sponsons 12 and the lower part of the girdle 9 will help to maintain the trim and ensure a smooth decrease in the ekranolt's speed. The rotation of the central part of the wing 5 with engines 6 up to 180 degrees with a deviation of the thrust vector of the engines during the run to stop will help stabilize the movement and smooth stop. Finally, running out of fuel towards the end of the flight, which lightens the weight of the aircraft, will reduce the flight speed before touching the water surface. The lack of a chassis system and bulky support frames of the prototype compensate for the presence of acceleration and landing elements. The screen effect, which prevents vertical displacements of the profile sections of the double-hull aircraft, located on both sides of the aircraft's center of gravity, and effective control of the vertical turn of the central part of the rear wing together with the engines, contributes to safe movement at high flight speeds without longitudinal vibrations. Large elongations of the hulls in comparison with the wings of typical ekranoplanes are more effective when flying outside the ground effect. The central location of the wing does not impede maneuvering and mooring to direct berths and to vessels on the water surface, which can also be used for simple refueling and engine repair. The forced landing is safe; small piston engines of the aircraft installed for maneuvering in ports can also be used to continue sailing.

Таким образом, предлагаемая одна и та же материальная часть (экранолет) может эффективно использоваться как на коротких перелетах в режимах экраноплана или самолета тушения пожаров, так и на дальних полетах в высотах скоростях двухконтурной авиации. Это удовлетворяет и задаче повышения серийности производства, и рентабельности портов за счет многопрофильности и более гибкого использованием меньшего количества парка судов и самолетов. Спрямление траектории полета радикально увеличивают топливную эффективность предлагаемого экранолета. Простота маневрирования и причаливания снижают дополнительные затраты инфраструктуры портов. В случае необходимости посадки в море обеспечивается продолжение движения двигателями маневрирования или техническая поддержка. Конструкция предлагаемого экранолета идеально приспособлена для использования буксиров для укорочения трассы и добавления усилия преодоления горба сопротивления разгона. Thus, the proposed one and the same material part (ekranolet) can be effectively used both on short flights in the modes of an ekranoplan or a fire extinguishing aircraft, and on long-distance flights at altitudes and speeds of double-circuit aviation. This satisfies both the task of increasing the serial production and the profitability of ports due to the versatility and more flexible use of a smaller number of ships and aircraft fleets. The straightening of the flight path radically increases the fuel efficiency of the proposed ekranolet. The ease of maneuvering and docking reduces the additional costs of port infrastructure. If it is necessary to land at sea, the continuation of the movement by the maneuvering engines or technical support is provided. The design of the proposed aerial vehicle is ideally suited for the use of tugs to shorten the route and add the effort to overcome the hump of the acceleration resistance.

Claims

Экранолет, содержащий V-образный фюзеляж с салоном внутри, в хвостовой части фюзеляжа расположены крылья, снабженные элеронами и стабилизаторами с рулями поворота для воздуха, а также реактивные двигатели, отличающийся тем, что стабилизаторы прикреплены к концам фюзеляжа и снабжены дополнительными рулями поворота для воды, крылья распложены между концами фюзеляжа и образуют единое заднее крыло, которое прикреплено сверху к стабилизаторам в хвостовых частях фюзеляжа, при этом периферийные части заднего крыла с элеронами дополнительно с помощью двух стоек прикреплены к хвостовым частям фюзеляжа, а на поворотной в вертикальной плоскости центральной части заднего крыла закреплены реактивные двигатели, в передней части фюзеляжа расположено опоясывающее кольцо с крыловым профилем в нижней части, а в задней части с боков стабилизаторов расположены спонсоны плавного входа в водную поверхность, опоясывающее крыло механически связано с гидроцилиндром, установленным внутри и в начале V-образного фюзеляжа.An ekranolet containing a V-shaped fuselage with a cabin inside, in the aft fuselage there are wings equipped with ailerons and stabilizers with rudders for air, as well as jet engines, characterized in that the stabilizers are attached to the ends of the fuselage and are equipped with additional rudders for water, the wings are located between the ends of the fuselage and form a single rear wing, which is attached from above to the stabilizers in the tail parts of the fuselage, while the peripheral parts of the rear wing with ailerons are additionally attached to the tail parts of the fuselage by means of two struts, and on the central part of the rear wing, which is rotatable in the vertical plane jet engines are fixed, in the front part of the fuselage there is a girdle ring with a wing profile in the lower part, and in the rear part from the sides of the stabilizers there are sponsons for a smooth entry into the water surface, the girdle wing is mechanically connected to a hydraulic cylinder installed inside and at the beginning in a V-shape th fuselage.