Гибридный летательный аппарат - RU2264315C2

Чертежи

Описание

Данное изобретение относится к гибридному летательному аппарату и, в частности, к летательному аппарату, который сочетает в себе свойства самолета, летательного аппарата легче воздуха и аппарата на воздушной подушке.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В прошлом предпринимались попытки создания летательного аппарата как с аэродинамической, так и с аэростатической подъемной силой. Таким образом, жесткие и нежесткие наполненные газом летательные аппараты, которые обычно легче воздуха, способны взлетать, даже будучи перегруженными до веса, при котором они становятся тяжелее воздуха. Однако такие летательные аппараты, как правило, были выполнены в виде вытянутых эллипсоидов с приблизительно круглым поперечным сечением, и аэродинамическая подъемная сила, сообщаемая таким летательным аппаратам, является минимальной при сравнении с обычным профилем аэродинамической поверхности с такой же площадью горизонтальной проекции.

Поскольку подъемная сила у обычных дирижаблей главным образом является аэростатической и обусловлена тем, что оболочка дирижабля заполнена газом, который легче воздуха, таким как гелий, их грузоподъемность ограничена объемом заполненной газом оболочки, и суммарная подъемная сила в лучшем случае соответствует величине, немного превышающей вес воздуха, вытесненного оболочкой, заполненной газом. Кроме того, в случае обычных перевозящих грузы дирижаблей сталкиваются с проблемами, связанными с погрузкой и выгрузкой груза и с рассредоточением нагрузок.

Летательные аппараты легче воздуха не способны к рулению по предназначенным для них летным полям, и поэтому операции взлета и посадки являются очень сложными, требуют дорогостоящего оборудования и большого числа людей в наземных обслуживающих экипажах. С другой стороны, несмотря на то, что может быть выполнено руление обычных грузовых самолетов, они имеют высокие скорости взлета и посадки.

В документе Великобритании GB-A-1245432 раскрыт летательный аппарат, который использует преимущество как подъемной силы, создаваемой газом, который легче воздуха, так и аэродинамической подъемной силы. Летательный аппарат имеет закрытый алюминиевый корпус, содержащий газ, который легче воздуха, и этот корпус является дельтообразным на виде в плане и имеет овальное поперечное сечение по существу на всей своей длине. Треугольная форма крыла и малое удлинение крыла конструкции обеспечивает высокую грузоподъемность, а также хорошие аэродинамические характеристики. Алюминиевый корпус наполняют гелием, и внутри корпуса предусмотрены отсеки для груза и горючего, подвешенные с помощью многочисленных высокопрочных стальных тросов, которые обеспечивают распределение сосредоточенной нагрузки, создаваемой отсеками для груза и горючего, по большой площади верхней оболочки корпуса. Двигательная установка расположена в задней части летательного аппарата, так что двигательная установка фактически оказывается расположенной за системой создания лобового сопротивления. В результате потеря количества движения потока, вызванная уменьшением скорости системы создания лобового сопротивления, компенсируется ускоряющим воздействием двигательной установки, тем самым обеспечивается восстановление исходной скорости воздуха относительно летательного аппарата. Благодаря избыточному полному весу данного летательного аппарата и благодаря тому, что он снабжен шасси, обеспечена возможность руления его на земле таким же образом, как это происходит с обычным многомоторным самолетом.

Летательный аппарат, описанный в документе Великобритании GB-A-1245432, более похож по конструкции на самолет, чем на дирижабль, при этом большая часть подъемной силы обеспечена аэродинамической треугольной формой корпуса. Корпус образован в виде жесткого каркаса из алюминиевых панелей, и грузовой отсек расположен внутри корпуса. Ширина летательного аппарата в его хвостовой части составляет приблизительно 75% длины летательного аппарата. Таким образом, у летательного аппарата, имеющего длину приблизительно 305 м, ширина в хвостовой части летательного аппарата будет составлять приблизительно 230 мм. Это накладывает серьезные ограничения на те места, где летательный аппарат может взлетать и приземляться, из-за необходимости иметь ровную взлетно-посадочную полосу, обеспечивающую возможность взлета и посадки такого широкого летательного аппарата.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является разработка гибридного летательного аппарата, обладающего свойствами самолета и летательного аппарата легче воздуха (дирижабля). Также задачей изобретения является разработка летательного аппарата, имеющего шасси на воздушной подушке, характерные для аппарата на воздушной подушке.

Другая задача изобретения заключается в разработке гибридного летательного аппарата, имеющего наполненный газом корпус со сравнительно малой высотой и некоторым контуром.

Дополнительная задача изобретения заключается в разработке гибридного летательного аппарата, имеющего нежесткий корпус с контуром, который предпочтительно имеет профиль вдоль своей длины.

Разработан гибридный летательный аппарат, имеющий наполненный газом, например гелием, сплющенный корпус с наружной оболочкой и модуль для полезного груза, переносимый корпусом, в соответствии с изобретением корпус имеет пару проходящих в продольном направлении боковых выступающих частей криволинейной формы, образующих на нижней поверхности корпуса проходящую в продольном направлении центральную выемку, модуль для полезного груза размещен в указанной центральной выемке, и предусмотрены шасси на воздушной подушке, расположенные на нижней поверхности указанных боковых выступающих частей корпуса, имеющих криволинейную форму, при этом шасси расположены на расстоянии друг от друга с обеих боковых сторон модуля для полезного груза.

Соответственно летательный аппарат сочетает в себе признаки или свойства самолета, летательного аппарата легче воздуха и аппарата на воздушной подушке. В идеальном случае приблизительно от одной четверти до половины подъемной силы летательного аппарата будет создаваться аэродинамически за счет формы его несущего корпуса, создающего подъемную силу, и приблизительно от половины до трех четвертей подъемной силы будет создаваться за счет подъемной силы газа, например гелия, содержащегося в его наполненном газом корпусе.

За счет того, что шасси предусмотрены на нижней поверхности боковых выступающих частей корпуса, имеющих криволинейную форму, они могут быть сравнительно далеко удалены друг от друга для повышения устойчивости летательного аппарата, когда он находится на земле и при его посадке и взлете. Существует ряд преимуществ шасси, представляющих собой шасси на воздушной подушке. Например, после посадки летательного аппарата и отключения или изменения направления подачи воздуха летательный аппарат будет плавно опускаться. Благодаря соответствующей конструкции модуль для полезного груза может быть выполнен с возможностью опускания вместе с летательным аппаратом так, чтобы данный модуль оказался в положении, при котором груз может быть легко выгружен с наклонного грузового трапа модуля для полезного груза. При наличии шасси на воздушной подушке отсутствует необходимость в наличии идеально ровных взлетно-посадочных полос для посадки и взлета летательного аппарата. Таким образом, летательный аппарат может садиться на любую более или менее ровную поверхность, даже на воду.

Каждое шасси на воздушной подушке соответственно содержит гибкое занавешивающее средство, окружающее полость воздушной подушки, и пневматическое средство, предназначенное для подачи сжатого воздуха в полость воздушной подушки для создания подушки из воздуха, служащей для поддержания летательного аппарата во время посадки и взлета. Предпочтительно каждое шасси на воздушной подушке содержит средство для быстрого выпуска воздуха из полости воздушной подушки для создания удерживающего усилия для удерживания летательного аппарата в заданном положении на земле как в целях обычного крепления (пришвартовывания), так и для компенсации при выгрузке полезного груза.

Следовательно, подводя итоги, можно сказать, что обеспечение наличия удаленных друг от друга на значительное расстояние шасси на надувной воздушной подушке позволяет осуществлять взлет и посадку на всех довольно ровных поверхностях, включая целину, болота и воду. При посадке шасси на воздушной подушке в сочетании с низким профилем корпуса обеспечивают повышенную устойчивость за счет отсасывания (на земле) или заполнения бортовых резервуаров (на воде) для того, чтобы способствовать погрузке и выгрузке груза без сложных швартовочных систем. При полете шасси предпочтительно убраны для повышения аэродинамической подъемной силы корпуса.

Летательный аппарат предпочтительно представляет собой летательный аппарат, корпус которого является нежестким, и имеет гибкую, стабилизированную посредством давления, многокорпусную конструкцию. Многокорпусная конструкция обеспечивает как устойчивость, так и маневренность в полете. Малая высота корпуса по сравнению с длиной в сочетании с шасси на воздушной подушке обеспечивает высокую степень устойчивости на земле и легкость наземного обслуживания.

Рациональным образом корпус выполнен с предварительным напряжением и изготовлен из гибкого листового материала, например из композиционного материала или ламинированного текстильного материала, который позволяет создать оболочковую конструкцию, растянутую за счет давления. Таким образом, корпус соответственно стабилизирован посредством давления, и при этом отсутствует необходимость в использовании внутренней конструктивной системы связей жесткости. Данный подход позволяет уменьшить стоимость и массу конструкции и придать упругость конструктивной оболочке.

Соответственно корпус имеет проходящую в продольном направлении верхнюю выступающую часть криволинейной формы, расположенную между боковыми выступающими частями криволинейной формы в верхней части корпуса. В этом случае корпус соответственно имеет наружную оболочку и пару внутренних проходящих в продольном направлении разделяющих средств (перегородок), которые сходятся вниз в направлении друг к другу, при этом указанная верхняя выступающая часть имеет пространство между разделяющими средствами и наружной оболочкой, а указанные боковые выступающие части криволинейной формы имеют пространства, находящиеся снаружи разделяющих средств. Нижняя поверхность корпуса в продольном направлении корпуса, по меньшей мере, в центральной зоне, где закреплен модуль для полезного груза и смонтированы шасси, выполнена, как правило, более плоской по сравнению с верхней поверхностью корпуса в продольном направлении.

Выступающие части корпуса, имеющие криволинейную форму, наполнены газом, как правило, гелием, и изолированы от другой выступающей (-их) части (-ей) корпуса. Каждая выступающая часть корпуса, имеющая криволинейную форму, может быть разделена на отсеки вдоль ее длины, то есть каждая выступающая часть корпуса, имеющая криволинейную форму, может содержать отдельные отсеки, отделенные друг от друга перегородками, которые позволяют газу проходить через них. Образование множества выступающих частей криволинейной формы в оболочках, наполненных гелием, служит целям безопасности/резервирования. Несущие стенки соответствующим образом предусмотрены для того, чтобы нести нагрузки между днищем модуля для полезного груза и наружной оболочкой.

Рациональным образом две боковые выступающие части корпуса, имеющие криволинейную форму, проходят отдельно друг от друга в задней части летательного аппарата и снабжены смонтированными в хвостовой части тяговыми приводными двигателями. Эти двигательные установки работают в спутной струе за корпусом, что обеспечивает повышенный кпд двигательной установки и позволяет использовать более усеченную (и, следовательно, более эффективную с точки зрения подъемной силы гелия и более конструктивно эффективную) форму задней части корпуса.

Отдельные двигательные средства также рациональным образом предусмотрены на каждой боковой стороне корпуса. Использование изменяемого вектора тяги на, по меньшей мере, некоторых, предпочтительно на всех, двигателях позволяет вертикальным векторам силы тяги действовать через центр тяжести и центр давления. Таким образом, имеется средство обеспечения вертикального взлета и посадки и взлета и посадки при нулевом крене при одновременном обеспечении в целом улучшенной управляемости.

Корпус рациональным образом снабжен килями, например содержит четыре киля, каждый из которых расположен под углом к вертикальной плоскости.

Корпус предпочтительно изготовлен из гибкого листового материала, который предпочтительно представляет собой ламинированный текстильный материал. Предпочтительно материал разрезан на куски плоской формы, которые соединены вместе, например, путем склеивания для образования корпуса надлежащей формы.

Корпус предпочтительно имеет кривизну вдоль своей длины, в результате чего обеспечивается более эффективная аэродинамическая подъемная сила, а также более плоскую нижнюю поверхность, которая обеспечивает лучшее взаимодействие с землей для погрузки, выгрузки, установки устройств на воздушной подушке.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Далее будут описаны варианты осуществления изобретения, приведенные только в качестве примера, с конкретной ссылкой на сопровождающие схематичные чертежи, на которых

фиг.1 - вид снизу с одной стороны и спереди летательного аппарата согласно изобретению,

фиг.2 - изображение летательного аппарата, показанного на фиг.1, на виде снизу, с одной стороны и сзади,

фиг.3 - изображение летательного аппарата, показанного на фиг.1, на виде сверху, с одной стороны и спереди,

фиг.4 - вид спереди летательного аппарата, показанного на фиг.1.

НАИЛУЧШИЙ СПОСОБ РЕАЛИЗАЦИИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1-4 показывают стабилизированный посредством давления предпочтительно нежесткий летательный аппарат, обозначенный в целом ссылочным номером 1, имеющий корпус 2 со сплющенным, по существу, эллиптическим поперечным сечением на большей части его длины. Корпус 2 образован из двух проходящих в продольном направлении боковых выступающих частей 3 и 4 криволинейной формы и из проходящей в продольном направлении верхней выступающей части 5 криволинейной формы, которая не проходит назад так же далеко, как боковые выступающие части криволинейной формы. Корпус изготовлен из упрочненного листового материала, например из высокопрочной ламинированной ткани, и содержит наружную оболочку 6 и внутренние проходящие в продольном направлении перегородки 7 и 8 (см.фиг.4), проходящие между верхней и нижней поверхностями корпуса. Перегородки 7 и 8 сходятся вниз в направлении друг к другу и служат для образования боковых выступающих частей 3 и 4 криволинейной формы и верхней выступающей части 5 криволинейной формы. Каждая выступающая часть корпуса, имеющая криволинейную форму, может иметь поперечные перегородки в удаленных друг от друга местах вдоль ее длины, при этом указанные перегородки могут проходить частично между верхней и нижней стенками или альтернативно могут иметь выполненные в них отверстия для обеспечения возможности прохода содержащегося в корпусе, газообразного гелия между соседними отсеками, хотя и ограниченным образом.

Листовой материал, из которого образуют корпус, разрезают на куски точной плоской формы, которые склеивают вместе для создания точной криволинейной формы корпуса. Когда выступающие части криволинейной формы заполняют гелием, образуется стабилизированный посредством давления корпус, имеющий кривизну вдоль своей длины. Две боковые выступающие части 3 и 4 криволинейной формы фактически соединены или расположены рядом друг с другом на нижней поверхности корпуса и образуют центральную, проходящую в продольном направлении, вогнутую поверхность или выемку 9 вдоль длины корпуса. Клинообразная верхняя выступающая часть 5 криволинейной формы, которая расположена между боковыми выступающими частями 3 и 4 криволинейной формы, образует верхнюю часть корпуса с плавной криволинейной выпуклой поверхностью. Наполненный газом корпус летательного аппарата имеет сплющенную форму и имеет по существу аэродинамическую форму, которая способна сообщить аэродинамическую подъемную силу летательному аппарату. Как правило, в случае проиллюстрированной конструкции приблизительно от одной четверти до половины подъемной силы летательного аппарата будет создаваться аэродинамически за счет формы его несущего корпуса, создающего подъемную силу, и приблизительно от половины до трех четвертей подъемной силы летательного аппарата будет создаваться за счет подъемной силы газа, например гелия, содержащегося в корпусе. Корпус имеет в продольном сечении, как правило, большую выпуклость на верхней поверхности, чем на нижней поверхности.

На нижней поверхности летательного аппарата 1 предусмотрен проходящий в продольном направлении модуль 10 для полезного груза, переносимый корпусом и расположенный в выемке 9, и шасси 11 и 12 на воздушной подушке, расположенные соответственно на выступающих частях 3 и 4 корпуса, имеющих криволинейную форму. Установка этих устройств облегчается за счет по существу более плоской нижней поверхности корпуса вдоль длины корпуса, по меньшей мере, в центральной части корпуса, где расположены эти устройства. Каждое шасси, как правило, содержит гибкую юбку, ограничивающую воздушную полость, в которую может быть подан воздух под давлением для создания воздушной подушки, предназначенной для поддерживания летательного аппарата во время выполнения операций посадки, взлета и руления. Хотя это не показано, также могут быть предусмотрены средства для быстрого выпуска воздуха из воздушной полости так, что будет приложено всасывающее усилие или удерживающее усилие для удерживания летательного аппарата в заданном положении на земле. Шасси на воздушной подушке, расположенные на довольно большом расстоянии друг от друга, в сочетании с малой высотой корпуса по сравнению с его длиной придают летательному аппарату высокую степень устойчивости при посадке, что позволяет обойтись без сложных швартовочных систем (хотя менее сложные швартовочные системы могут потребоваться помимо шасси на воздушной подушке, создающих засасывающее усилие).

Особое преимущество использования шасси на воздушной подушке заключается в том, что летательный аппарат может совершать посадку и взлет с любой довольно ровной поверхности, включая целину, болота, болотистую местность и воду, например море. Не требуется специальная взлетно-посадочная полоса, как в случае летательных аппаратов, имеющих колесные шасси. Кроме того, уменьшается или устраняется обусловленная боковым ветром сила сопротивления, действующая на шасси. Шасси 11 и 12 расположены на большом расстоянии друг от друга для придания летательному аппарату устойчивости во время посадки и взлета.

Верхняя выступающая часть 5 криволинейной формы не проходит полностью до заднего конца летательного аппарата. Таким образом, задний конец летательного аппарата образован расположенными на расстоянии друг от друга концами двух боковых выступающих частей 3 и 4 криволинейной формы. Двигатели 13 и 14 смонтированы на корме соответствующих выступающих частей 3 и 4 криволинейной формы, и эти двигатели могут быть установлены с возможностью поворота для обеспечения как вертикального, так и горизонтального наведения. Дополнительные двигатели 15 и 16 установлены на каждой боковой стороне корпуса и также предпочтительно установлены с возможностью поворота для обеспечения вертикального и горизонтального наведения. Использование двигателей с регулируемым вектором тяги, расположенных так, что обеспечивается возможность действия вертикальных векторов силы тяги через центры тяжести и давления корпуса, позволяет осуществлять вертикальную посадку и взлет летательного аппарата.

Четыре расположенных под углом стабилизатора (киля) 17-20 проходят в направлении заднего конца корпуса.

Хотя это и не показано, предусмотрены несущие стенки, предназначенные для того, чтобы нести нагрузки между днищем модуля 10 для полезного груза и наружной оболочкой корпуса.

При использовании, когда летательный аппарат совершает посадку и происходит выпуск воздуха, находящегося внутри воздушных полостей, и обеспечивается приложение всасывающего усилия для удержания летательного аппарата, летательный аппарат будет плавно опускаться, перемещая модуль 10 для полезного груза ближе к земле. Модуль соответствующим образом выполнен с наклонным грузовым трапом (не показанным) для опускания грузов, чтобы обеспечить возможность въезда колесных транспортных средств в модуль для полезного груза и выезда из него подобно ролкеру. Малая высота корпуса по сравнению с длиной в сочетании с всасыванием, обеспечиваемым шасси на воздушной подушке, придают летательному аппарату высокую степень устойчивости на земле и обеспечивают легкость наземного обслуживания.

Летательный аппарат спроектирован так, что он обеспечивает возможность безопасной и надежной транспортировки больших грузов на большие расстояния. В качестве примера можно указать, что описанный и проиллюстрированный летательный аппарат, как правило, имеет длину 307 м, высоту 77 м и ширину 136 м. Такой летательный аппарат имеет объем оболочки корпуса, составляющий 2000000 м³, дальность полета 4000 морских милей и высоту полета до 9000 футов. Летательный аппарат, как правило, имеет крейсерскую скорость, соответствующую истинной воздушной скорости 100 узлов, и максимальную скорость, соответствующую истинной воздушной скорости 110 узлов. Полезная нагрузка составляет 1000000 кг при пространстве отсека, которое имеет длину 80 м, ширину 12 м и высоту 8 м. Могут быть созданы варианты с меньшими размерами, например, для полезных грузов менее одной тонны.

Несмотря на то, что изобретение было проиллюстрировано и описано применительно к конкретной конструкции варианта осуществления гибридного летательного аппарата, предусмотрено, что оно не ограничено показанными деталями, поскольку различные модификации и конструктивные изменения могут быть выполнены, не отходя от изобретения, определенного в нижеприведенной формуле изобретения.

Реферат

Изобретение относится к авиационной технике и касается создания гибридных летательных аппаратов со свойствами самолета, летательного аппарата легче воздуха и аппарата на воздушной подушке. Гибридный летательный аппарат имеет наполненный газом, например гелием, сплющенный корпус с наружной оболочкой и модуль для полезного груза, переносимый корпусом. Корпус имеет пару проходящих в продольном направлении боковых выступающих частей криволинейной формы, образующих на нижней поверхности корпуса проходящую в продольном направлении центральную выемку. Модуль для полезного груза размещен в указанной выше центральной выемке. Шасси на воздушной подушке предусмотрены на нижней поверхности вышеупомянутых боковых выступающих частей корпуса, имеющих криволинейную форму. При этом шасси расположены на расстоянии друг от друга с обеих боковых сторон модуля для полезного груза. Корпус аппарата может быть нежестким и может изготавливаться из гибкого листового материала. Технический результат реализации изобретения состоит в том, что летательный аппарат обеспечивает возможность безопасной и надежной транспортировки больших грузов на большие расстояния. 11 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула