RU2777129C1

RU2777129C1 - Mainline aircraft

Info

Publication number: RU2777129C1
Application number: RU2021133646A
Authority: RU
Inventors: Антон Владимирович Бондарев; Дмитрий Вячеславович Ведерников; Вячеслав Геннадьевич Кажан; Юрий Степанович Михайлов; Егор Валентинович Новогородцев; Евгений Борисович Скворцов; Максим Николаевич Чанов; Александр Николаевич Шаныгин
Filing date: 2021-11-18
Publication date: 2022-08-01

Abstract

FIELD: aircraft technology.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft technology. The mainline aircraft contains a fuselage, the central part of which is included in a single structure with wing consoles, a power plant containing engines and air intakes. The central part of the fuselage contains a caisson developed for the entire construction height of the fuselage and made with a central opening for the passenger compartment and side openings for the engine ducts. The wing and fuselage consoles are made with a front and rear influx, with a side chord length of 50…80% of the fuselage length and a relative height of the side profile of 16…20%. The engines have a diameter of no more than 2/3 of the fuselage diameter and are integrated into the space behind the caisson, limited by the wing consoles, air intakes are integrated into the central part of the fuselage. The power plant additionally contains air ducts connecting the air intakes to the engines, made with a length of 2…4 of the diameter of the entrance to the engine. The inner surface of the ducts is made of sound-absorbing material.

EFFECT: invention is aimed at reducing the noise level on the ground and aerodynamic drag.

1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к авиационной технике, в частности, к дальним магистральным самолетам (ДМС).The invention relates to aviation technology, in particular to long-haul aircraft (LCA).

Ключевой задачей разработки и проектирования перспективных магистральных самолетов, выступающей на сегодняшний день, является улучшение летных характеристик самолета и снижение воздействия на окружающую среду, в части снижения уровня шума на местности.The key task of developing and designing promising long-haul aircraft, which is currently being addressed, is to improve the aircraft's flight characteristics and reduce the environmental impact, in terms of reducing the noise level on the ground.

Известно, что большинство современных магистральных самолетов выполнено по нормальной аэродинамической схеме, называемой также классической («Аэродинамическая схема» // Авиация: Энциклопедия / Гл. ред. Г.П. Свищев. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. - С. 77). Для таких самолетов характерно использование крыла умеренной стреловидности типового удлинения. При этом, как правило, два двигателя с короткими кольцевыми воздухозаборниками размещены на пилонах под крылом на удалении от фюзеляжа, который имеет поперечное сечение близкое к круглому (патенты: RU №2529309 С2 «Дозвуковой пассажирский самолет», МПК B64D 27/18, дата публикации 10.07.2014 г.; патент RU №131696 U1 «Дозвуковой пассажирский самолет (варианты)», МПК В64С 3/10, В64С 1/00, В64С 9/00, дата публикации 27.08.2013 г., патент RU №143725 U1 «Дозвуковой пассажирский самолет», МПК В64С 1/26, дата публикации 27.07.2014 г.). Также для подобных самолетов характерно наличие центроплана, к которому крепятся консольные отъемные части крыла («Центроплан» // Авиация: Энциклопедия / Гл. ред. Г.П. Свищев. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. - С. 646).It is known that most modern long-haul aircraft are made according to the normal aerodynamic scheme, also called the classical one (“Aerodynamic scheme” // Aviation: Encyclopedia / Editor-in-Chief G.P. Svishchev. - M .: Great Russian Encyclopedia, 1994. - S. 77). Such aircraft are characterized by the use of a moderately swept wing of standard aspect ratio. In this case, as a rule, two engines with short annular air intakes are placed on pylons under the wing at a distance from the fuselage, which has a cross section close to round (patents: RU No. 2529309 C2 "Subsonic passenger aircraft", IPC B64D 27/18, publication date 07/10/2014; patent RU No. 131696 U1 "Subsonic passenger aircraft (options)", IPC B64C 3/10, B64C 1/00, B64C 9/00, publication date 27.08.2013, patent RU No. 143725 U1 " Subsonic passenger aircraft, IPC B64C 1/26, publication date 07/27/2014). Also, such aircraft are characterized by the presence of a center section, to which cantilever detachable parts of the wing are attached (“Centroplan” // Aviation: Encyclopedia / Chief editor G.P. Svishchev. - M .: Great Russian Encyclopedia, 1994. - P. 646) .

Однако классическая компоновка практически исчерпала резервы совершенствования. Для повышения эксплуатационных характеристик и решения задач в части проектирования перспективных магистральных самолетов необходимо применение новых схем.However, the classic layout has practically exhausted the reserves of improvement. To improve performance and solve problems in terms of designing promising mainline aircraft, it is necessary to use new schemes.

Одним из наиболее распространенных решений в этом направления являются попытки интегрировать полностью или частично мотогондолу с двигателем в толщине крыла.One of the most common solutions in this direction are attempts to integrate fully or partially the engine nacelle with the engine in the thickness of the wing.

Известен самолет Handley Page Victor (Ильин В.Е., Левин М.А. Бомбардировщики. Т.2. - М.: Виктория, ACT, 1997. - С. 152), который выполнен по нормальной аэродинамической схеме со среднерасположенным крылом. Двухлонжеронное крыло имеет центроплан, который занимает часть строительной высоты фюзеляжа. При этом двигатели установлены без пилонов за задним лонжероном в корневой части крыла и частично интегрированы с ним. Воздуховоды (каналы), соединяющие воздухозаборные устройства с двигателями выполнены без использования звукопоглощающих материалов.Known aircraft Handley Page Victor (Ilyin V.E., Levin M.A. Bombers. T.2. - M.: Victoria, ACT, 1997. - P. 152), which is made according to a normal aerodynamic configuration with a mid-wing. The two-spar wing has a center section, which occupies part of the construction height of the fuselage. In this case, the engines are installed without pylons behind the rear spar in the root of the wing and are partially integrated with it. The air ducts (channels) connecting the air intake devices with the engines are made without the use of sound-absorbing materials.

Известен также самолет Avro Vulcan (Е., Левин М.А. Бомбардировщики. Т.2. - М.: Виктория, ACT, 1997. - С. 164), который выполнен по схеме «бесхвостка» близкой к схеме «летающее крыло», для которой характерно объединение крыла и фюзеляжа. При этом лонжероны крыла замыкаются на силовые шпангоуты фюзеляжа, а функцию центроплана выполняет отсек вооружения, который размещается внутри фюзеляжа и занимает часть его строительной высоты. Силовая установка самолета включает двигатели, которые полностью размещены внутри корневой части крыла между передним и задним лонжероном. Воздуховоды, соединяющие воздухозаборные устройства с двигателями выполнены без использования звукопоглощающих материалов.The Avro Vulcan aircraft is also known (E., Levin M.A. Bombers. T.2. - M .: Victoria, ACT, 1997. - P. 164), which is made according to the “tailless” scheme close to the “flying wing” scheme , which is characterized by the union of the wing and fuselage. In this case, the wing spars are closed to the fuselage power frames, and the function of the center section is performed by the weapons compartment, which is located inside the fuselage and occupies part of its construction height. The power plant of the aircraft includes engines that are completely located inside the root of the wing between the front and rear spar. The air ducts connecting the air intakes with the engines are made without the use of sound-absorbing materials.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению, принятому за прототип, является «Магистральный самолет» (патент RU №2299154 С1, МПК В64С 1/00, дата публикации 20.05.2007 г.), в котором фюзеляж центральной части самолета включен в единую конструкцию с крылом и образован шпангоутами эллиптической или овальной формы, которые соединены между собой сверху и снизу продольными балками, при этом силовые рамные шпангоуты с панелями расположены вдоль салона и каждый второй шпангоут имеет ограничительные трубчатые стойки-стяжки, воспринимающие нагрузки от избыточного давления в салоне и нагрузки в верхней панели центроплана крыла. При этом силовая установка характеризуется наличием двух двигателей, размещенных под крылом в мотогондолах на пилонах.The closest to the proposed invention, taken as a prototype, is the "Main aircraft" (patent RU No. 2299154 C1, IPC V64C 1/00, publication date 20.05.2007), in which the fuselage of the central part of the aircraft is included in a single structure with a wing and formed by frames of an elliptical or oval shape, which are interconnected at the top and bottom by longitudinal beams, while the power frame frames with panels are located along the cabin and each second frame has restrictive tubular racks-ties that perceive loads from excessive pressure in the cabin and loads in the top panel wing center section. At the same time, the power plant is characterized by the presence of two engines located under the wing in engine nacelles on pylons.

Основными недостатками технического решения являются:The main disadvantages of the technical solution are:

1) Дополнительный вес конструкции связанный с использованием овального фюзеляжа.1) Additional structural weight associated with the use of an oval fuselage.

2) Размещение силовой установки на пилонах создает дополнительное аэродинамическое сопротивление и уровень шума.2) Placement of the power plant on pylons creates additional aerodynamic resistance and noise level.

Задачей и техническим результатом изобретения является улучшение летных характеристик самолета в части уменьшения омываемой поверхности самолета и снижения веса планера, а также снижение воздействия на окружающую среду, в части снижения уровня шума на местности.The objective and technical result of the invention is to improve the flight characteristics of the aircraft in terms of reducing the washed surface of the aircraft and reducing the weight of the airframe, as well as reducing the environmental impact, in terms of reducing the noise level on the ground.

Решение поставленной задачи и получение технического результата обеспечивается за счет того, что магистральный самолет, содержащий фюзеляж, центральная часть которого включена в единую конструкцию с крылом, силовую установку, содержащую не менее двух двигателей и воздухозаборники при этом конструкция центральной части фюзеляжа содержит кессон, развитый на всю строительную высоту фюзеляжа и выполненный с центральным отверстием под пассажирский салон и боковыми отверстиями под воздуховоды двигателей, единая конструкция крыла и фюзеляжа выполнена с передним и задним наплывом, с бортовой хордой длиной 50…80% длины фюзеляжа и относительной высотой бортового профиля 16…20%, двигатели имеют диаметр не более 2/3 диаметра фюзеляжа и интегрированы в пространство за кессоном, ограниченное консолями крыла, воздухозаборники интегрированы в конструкцию центральной части фюзеляжа, силовая установка дополнительно содержит воздуховоды, соединяющие воздухозаборники с двигателями, выполненные длиной 2…4 диаметра входа в двигатель, при этом внутренняя поверхность воздуховодов выполнена, по меньшей мере, из одного звукопоглощающего материала. Перечень фигур чертежей:The solution of the task and obtaining the technical result is ensured due to the fact that the main aircraft containing the fuselage, the central part of which is included in a single structure with the wing, the power plant containing at least two engines and air intakes, while the design of the central part of the fuselage contains a caisson developed on the entire construction height of the fuselage and made with a central hole for the passenger compartment and side holes for the engine air ducts, a single wing and fuselage structure is made with a front and rear influx, with an onboard chord 50 ... 80% of the fuselage length and a relative height of the side profile of 16 ... 20% , the engines have a diameter of not more than 2/3 of the fuselage diameter and are integrated into the space behind the caisson, limited by the wing panels, the air intakes are integrated into the design of the central part of the fuselage, the power plant additionally contains air ducts connecting the air intakes with the engines, made 2 ... 4 the diameter of the inlet to the engine, while the inner surface of the air ducts is made of at least one sound-absorbing material. List of drawing figures:

Изобретение поясняется конкретными примерами его выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображены:The invention is illustrated by specific examples of its implementation with reference to the attached drawings, which show:

Фиг. 1 - Магистральный самолет, содержащий фюзеляж, включенный в единую конструкцию с крылом.Fig. 1 - The main aircraft containing the fuselage included in a single structure with the wing.

Фиг. 2 - Расположение кессона в центральной части фюзеляжа магистрального самолета.Fig. 2 - Location of the caisson in the central part of the main aircraft fuselage.

Фиг. 3 - Расположение кессона и силовой установки магистрального самолета (вид сверху).Fig. 3 - Location of the caisson and power plant of the main aircraft (top view).

Предлагаемый магистральный самолет (фиг. 1) содержит фюзеляж 1, центральная часть которого переходит в единую (интегральную) конструкцию с крылом «крыло-фюзеляж» 2 некруглого сечения с хвостовой частью фюзеляжа. Единая конструкция крыла и фюзеляжа выполнена с передним и задним наплывом, с бортовой хордой длиной 50…80% длины фюзеляжа и относительной высотой бортового профиля 16…20%, и имеет отъемные консоли 3 и 4.The proposed long-haul aircraft (Fig. 1) contains a fuselage 1, the central part of which passes into a single (integral) structure with a wing-fuselage wing 2 of non-circular cross-section with the tail section of the fuselage. The unified design of the wing and fuselage is made with a front and rear influx, with an onboard chord 50 ... 80% of the fuselage length and a relative height of the side profile of 16 ... 20%, and has detachable consoles 3 and 4.

На фиг. 2 изображен магистральный самолет, центральная часть фюзеляжа которого содержит кессон 5, развитый на всю строительную высоту фюзеляжа с центральным отверстием 6 (например, под пассажирский салон), и боковыми отверстиями 7 и 8 для воздуховодов двигателей. В зависимости от типа магистрального самолета: пассажирский, грузопассажирский или грузовой («Магистральный самолет» // Авиация - Энциклопедия / Гл. ред. Г.П. Свищев. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1994. - С. 323.) центральное отверстие 6 в кессоне 5 может быть выполнено под грузовую кабину, при этом конфигурация центрального отверстия 6 и боковых отверстий 7 и 8 может быть изменена в соответствии с заданными параметрами самолета.In FIG. 2 shows a mainline aircraft, the central part of the fuselage of which contains a caisson 5, developed to the entire construction height of the fuselage with a central hole 6 (for example, under the passenger compartment), and side holes 7 and 8 for the engine air ducts. Depending on the type of the main aircraft: passenger, cargo-passenger or cargo (“Main Aircraft” // Aviation - Encyclopedia / Editor-in-Chief G.P. Svishchev. - M .: Great Russian Encyclopedia, 1994. - P. 323.) central hole 6 in the caisson 5 can be made under the cargo compartment, while the configuration of the central hole 6 and side holes 7 and 8 can be changed in accordance with the specified parameters of the aircraft.

На фиг. 3 изображен магистральный самолет с силовой установкой, дополнительно содержащей воздуховоды 9 и 10, которые проходят через боковые отверстия 7 и 8 кессона 5 и соединяют воздухозаборники 11 и 12 с двигателями 13 и 14. Воздуховоды 9 и 10 выполнены длиной 2…4 диаметра входа в двигатель, при этом внутренняя поверхность воздуховодов выполнена, по меньшей мере, из одного звукопоглощающего материала. Воздухозаборники 11 и 12 интегрированы в конструкцию центральной части фюзеляжа. Двигатели 13 и 14 имеют диаметр не более 2/3 диаметра фюзеляжа и интегрированы в пространство за кессоном, ограниченным консолями крыла. Конфигурация воздухозаборников, длина воздуховодов, количество двигателей (кратное двум) и их расположение в пространстве за кессоном между фюзеляжем и консолями крыла, может варьироваться в соответствии с заданными параметрами самолета. Двигатели могут располагаться частично или полностью в толщине крыла без использования пилонов.In FIG. 3 shows a mainline aircraft with a power plant, additionally containing air ducts 9 and 10, which pass through the side holes 7 and 8 of the caisson 5 and connect the air intakes 11 and 12 with the engines 13 and 14. The air ducts 9 and 10 are made with a length of 2 ... 4 diameters of the engine inlet , while the inner surface of the air ducts is made of at least one sound-absorbing material. Air intakes 11 and 12 are integrated into the design of the central part of the fuselage. Engines 13 and 14 have a diameter of not more than 2/3 of the fuselage diameter and are integrated into the space behind the caisson bounded by the wing panels. The configuration of the air intakes, the length of the air ducts, the number of engines (a multiple of two) and their location in the space behind the caisson between the fuselage and the wing panels, may vary in accordance with the specified parameters of the aircraft. Engines can be located partially or completely in the thickness of the wing without the use of pylons.

За счет интеграции двигателей в пространство за кессоном, ограниченное консолями крыла и интеграции воздухозаборников в центральную часть фюзеляжа, происходит увеличение длины каналов воздуховодов, которые соединяют воздухозаборники с двигателями. Увеличение длины каналов воздуховодов позволяет эффективно использовать звукопоглощающие материалы в облицовке внутренней поверхности воздуховодов, и как следствие снизить уровень шума на местности до 12 EPNдБ относительно классической схемы самолета.Due to the integration of the engines into the space behind the caisson, limited by the wing consoles and the integration of the air intakes into the central part of the fuselage, the length of the air duct channels that connect the air intakes to the engines increases. Increasing the length of the air duct channels makes it possible to effectively use sound-absorbing materials in the lining of the inner surface of the air ducts, and as a result, reduce the noise level on the ground by up to 12 EPNdB relative to the classical aircraft layout.

Размещение силовой установки в центральной части фюзеляжа, включенного в единую конструкцию с крылом, способствует снижению омываемой поверхности летательного аппарата приблизительно на 5% за счет исключения мотогондол и пилонов из потока, уменьшая при этом аэродинамическое сопротивление, и как следствие, снижая расход топлива.The placement of the power plant in the central part of the fuselage, which is included in a single structure with the wing, helps to reduce the washed surface of the aircraft by approximately 5% due to the exclusion of engine nacelles and pylons from the flow, while reducing aerodynamic drag, and as a result, reducing fuel consumption.

Использование кессона, развитого на всю строительную высоту центральной части фюзеляжа, который включен в единую конструкцию с крылом транспортного самолета, позволяет снизить вес общий конструкции планера.The use of a caisson developed to the entire construction height of the central part of the fuselage, which is included in a single structure with the wing of a transport aircraft, makes it possible to reduce the weight of the overall airframe structure.

Claims

Магистральный самолет, содержащий фюзеляж, центральная часть которого включена в единую конструкцию с консолями крыла, силовую установку, содержащую не менее двух двигателей и воздухозаборники, отличающийся тем, что центральная часть фюзеляжа содержит кессон, развитый на всю строительную высоту фюзеляжа и выполненный с центральным отверстием под пассажирский салон и боковыми отверстиями под воздуховоды двигателей, единая конструкция крыла и фюзеляжа выполнена с передним и задним наплывом, с бортовой хордой длиной 50…80% длины фюзеляжа и относительной высотой бортового профиля 16…20%, двигатели имеют диаметр не более 2/3 диаметра фюзеляжа и интегрированы в пространство за кессоном, ограниченное консолями крыла, воздухозаборники интегрированы в конструкцию центральной части фюзеляжа, силовая установка дополнительно содержит воздуховоды, соединяющие воздухозаборники с двигателями, выполненные длиной 2…4 диаметра входа в двигатель, при этом внутренняя поверхность воздуховодов выполнена по меньшей мере из одного звукопоглощающего материала.Main aircraft containing a fuselage, the central part of which is included in a single structure with wing panels, a power plant containing at least two engines and air intakes, characterized in that the central part of the fuselage contains a caisson developed to the entire construction height of the fuselage and made with a central hole under passenger compartment and side openings for engine air ducts, a single wing and fuselage structure is made with a front and rear influx, with an onboard chord 50 ... 80% of the fuselage length and a relative height of the side profile of 16 ... of the fuselage and integrated into the space behind the caisson, limited by the wing panels, the air intakes are integrated into the design of the central part of the fuselage, the power plant additionally contains air ducts connecting the air intakes with the engines, made with a length of 2 ... 4 diameters of the engine inlet, while the inner surface of the air ducts is made according at least one sound-absorbing material.