CN101870363A

CN101870363A - 蓄能式飞机短距起飞器

Info

Publication number: CN101870363A
Application number: CN201010201053A
Authority: CN
Inventors: 葛泓杉
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-06-17
Filing date: 2010-06-17
Publication date: 2010-10-27

Abstract

本发明是滑跑飞机短距起飞的理想方案。核心技术是通过将跑道分成固定和动态两部分，并紧密联接，使飞机在动态跑道上滑跑时，与固定跑道相对静止。直到在动态跑道上加速到预定速度后再进入固定跑道。飞机就在高初速，大动能的状态下实现短距起飞。不仅满足了航空母舰飞机短距、满载、满油起飞的最佳要求，而且具备短距降落的能力。履带式整体动态跑道兼具短距起降功能，还可用于陆上机场防止飞机冲出跑道；建设军用野外机场；建设车(舰)载军机临时起降点；可能带来航母小型化潜艇化的发展方向，很有可能带来空军作战方式的重大变革。这项发明利共有履带式整体动态跑道、三点式同步转轮短距起飞器、直线式同步柱轮短距起飞器等三种方案。

Description

蓄能式飞机短距起飞器

一、技术领域

这是一种新型航空机械，通过本机械的使用，使滑跑起飞的飞机起飞，大大缩短固定跑道的使用距离。不仅有效地解决航空母舰上各类飞机起降问题，而且在陆上使用，即可以使陆地飞机的起降跑道大大缩短，还可以用作防止飞机滑出跑道的手段，更可以充分满足军机满载满油起飞的要求，甚至做机成车(舰)载式军机临时起降点。需要说明的是，本器械即可以使飞机通过蓄能的方式短距起飞，又可以通过释能的方式使飞机短距离降落。因当今飞机短距降落问题解决的比较理想，而短距起飞的问题最为突出，所以本说明书着重论述解决航空母舰各类飞机短距、满载、满油起飞的问题，其它功能只简单提及。

本机械需要整合的主要技术领域有；航空、自动化控制、材料科学。

二、背景技术

当前使滑跑起飞的飞机缩短起飞距离的技术方法有：

1.航空母舰蒸气弹射器

仅用于飞机在航空母舰上起飞，当前已知的仅美国一家拥有核心技术。蒸气弹射器技术复杂，使用困难巨大，保有费用昂贵。除了解决航空母舰的短距起降需求以外，性价比和技术难度决定了它不可能用来解决陆上短距起降的问题，更不可能用来大量建设野外临时军用机场。而且由于其弹射能量的限制，适用机型有限，起飞重量受限严重。而且只能短距起飞，不能短距降落。

2.航空母舰滑跳起飞甲板

这更是为了解决航空母舰的飞机短距起飞的无奈之举，只能起飞较小型飞机，且以自身燃料起飞，起飞后军机的战斗力大打折扣。并且也只能助飞，不能助降。

3.航空母舰电磁起飞弹射器(理论在研)

这项技术尚未投入使用，仅存在于理论之中，而且即使投入使用，其技术的复杂，器械的精密，耗能的庞大，使之也只能为航空母舰所用，只助飞，不助降，也不可能用于陆上飞机短距起飞。

三、发明内容

蓄能式飞机短距起飞器，具有蓄能短距起飞和释能短距降落两大功能。其关健技术是通过把飞机滑跑起飞的跑道，分成动态与固定两大部分，两大部分精密连接。动态跑道部分，就是本专利的核心内容。

动态跑道是指可以承载飞机，满足飞机在上面滑行、加速(蓄能)、又可以按飞机运动的水平方向逆向快速运动的跑道。下面以飞机的起飞速度，滑行速度，空速，相对于固定跑道和动态跑道的速度关系，来说明这一核心技术及工作原理。

飞机起飞的最关健指标是飞机的起飞速度。决定起飞的是飞机的空速，但是在固定跑道上起飞过程中，理论空速等于滑跑速度(不考虑自然风速)。而在动态跑道上起飞时，空速与滑跑速度完全分离。相对于动态跑道，滑跑速度接近、达到、超过起飞速度时，由于动态跑道的逆向水平运动，飞机的空速理论上仍为零，即相对于固定跑道相对静止。这时飞机一方面在动态跑道上不断积累动能，一方面却因空速为零而不能起飞，与固定跑道始终维持相对静止。

当飞机相对于动态跑道的速度达到起飞速度后，飞机本身拥有了庞大的动能，在任何一个时间节点，通过动态跑道刹车，或飞机加速滑行，使飞机与动态跑道之间产生相对运动，飞机向前滑出动态跑道，进入固定跑道。飞机一旦进入固定跑道，瞬间与固定跑道的相对速度由零增加到飞机在动态跑道上时相对于动态跑道的速度。由此，相对于固定跑道，飞机获得了预定的初速。这时飞机在已积蓄的充足的动量的支持下，空速也迅速由零上升到起飞速度，实现短距起飞。

飞机降落时，同样降落在动态跑道上，动态跑道以飞机的降落滑跑速度逆向运动，使飞机相对于固定跑道的速度为零，空速为零，通过自动控制，飞机和跑道共同减速，理论上可以做到落哪里停哪里。在本说明中，尽管理论上这种功能适合于任何一种解决方案，但是最可能适用的是履带式整体动态跑道。因此它可以用做车(舰)载军机临时起降点。使用这种技可以使航空母舰小型化，五架飞机的航空母舰，意义不可估量。也可以使航空母舰潜艇化。一旦做到了小型，就较易做成航空母潜。

本发明的核心内容是动态跑道，根据不同的要求，解决方案有三种方式；履带式整体动态跑道、三点式同步转轮短距起飞器、直线式同步柱轮短距起飞器。

履带式动态跑道，是动态跑道技术的原始方案，用现有的成熟的机械技术，自动控制技术，材料科学等。用履带做成动态跑道，多种飞机可以在上面完成蓄能滑跑，并通过制造飞机与运态跑道的正速度差，使飞机向前运动到固定跑道上，实现大初速短距满载起飞。

三点式同步转轮短距起飞器，是与飞机起落架的三个轮胎相对应，分别在轮胎下方按装无动力承重转轮(CW)，以及在轮胎的前方按装前置动力限速转轮(QD)。每一个轮胎和相应的承重无动力转轮以及前置动力限速转轮组成了三轮运动结构。三个三轮结构同步运动，就可以完成飞机相对于固定跑道静止状态下的充分蓄能。每一个三轮运动结构中，各轮位置有以下要求；承重无动力转轮(CW)的顶点，低于固定跑道水平面一定的距离；前置动力限速转轮(QD)的顶点与固定跑道的水平面持平。两轮重心垂线间的距离约等于两轮半径之和。起飞前，飞机轮胎置于承重无动力转轮(CW)之上，与前置动力限速转轮(QD)相切。

直线式同步柱轮短距起飞器，主要是用来满足现代航空母舰上，多种飞机短距起飞的需要，其性价比、实用性、解决问题的质量，都远远高于蒸气弹射器。技术依据是；所有的飞机都有一个共同特点----两个后起落架轮胎着力点在同一条直线上，与飞行方向垂直。用一根长过预定服务的各种飞机中，两轮距最长的机型的圆柱体做飞机的承重无动力转轮(CW)；用相同长度的另一根圆柱体做前置动力限速转论(QD)，就建成了直线式同步柱轮短距起飞器。这种起飞器的特点是，没有为前起落架设置任何同步运行方案，在后轮增速的过程中，前轮始终处于静止状态。前轮胎与固定跑道即没有距离的变动，也没有自身的转动。结构特点是；圆柱式承重无动力转轮(CW)的顶点连线可以低于或水平于固定跑道的水平面，但是不能高于固定跑道的水平面。圆柱式前置动力限速转轮(QD)的顶点连线，必须高于固定跑道水平面一段距离，高多少需要在试验中确定，这种设计的功用在后面详述。

外置供油设施，是动态跑道提供的一条节省机载燃油消耗的理想方法，使飞机在动态跑道上蓄能阶段，主要使用外部的燃油，使飞机起飞时仍基本处于满油状态。只有用动态跑道技术，才能达到这样的效果。

自动控制系统，是动态跑道技术的又一重要组成部分。从理论上说，三点式同步转轮短距起飞器和直线式同步柱轮短距起飞器，同样具备使飞机释能短距降落的功能，但前提是自动控制系统必须能精确而迅速地控制。与动态跑道相匹配，稳健处理与飞机的互动关系的自动控制系统，十分重要。

四、附图说明；

图1为履带式整体动态短距起飞器的上视图。阴影部分就是履带式整体动态跑道；

图2为机场固定跑道两端按装的履带式动态跑道上视图，可以防止飞机冲出跑道；

图3为三点式同步转轮短距起飞器的上视图。QD代表前置动力限速转轮，CW代表承重无动力转轮；

图4是三点式同步转轮短距起飞器的三轮结构的侧视图，QD、CW分别同图3。虚线圆圈代表飞机轮胎。固定跑道水平面与QD的顶点相切。

图5是直线式柱轮同步短距起飞器的上视图，QD代表前置动力限速柱轮，CW代表承重无动力柱轮。

图6是直线式柱轮同步短距起飞器的侧视图，QD、CW分别同图5。虚线部分为飞机轮胎。固定跑道水平面低于QD的顶点。

五、具体实施方式

蓄能式飞机短距起飞器，通过跑道运动，使飞机在起飞滑跑过程中，并不使用固定跑道，直到达到预定要求的滑跑速度后，再进入固定跑道，使得飞机进入固定跑道时，就已具备了预定的滑跑速度、庞大的动能积累和快速提升的飞机空速。使得飞机在很短的固定跑道上就可以完成起飞。是解决航空母舰上各类飞机短距起飞的理想方案，具有技术简单，建设和使用成本低高效耐用等特点。由此产生的动态跑道的三种方案，各有特点和适用性；

履带式整体动态跑道的优势在于，可以同时满足多种型号的飞机使用，不仅蓄能短距起飞，而且较易解决飞机的释能降落问题。可以拓展使用范围，用于防止飞机滑出跑道。将其按装在固定跑道的尽头，一旦发现飞机有滑出跑道危险时，马上启动动态跑道，使动态跑道的逆向运动速度与飞机滑行的速度一致，驾驶员只需控制飞机滑上动态跑道即可避免冲出跑道。履带式整体动态跑道还可以做成车(舰)载式军机临时起降点，为军用飞机提供了新的机动模式。在陆上，车能到哪里，军机就可以在哪里临时起降补给，在海上，潜艇可以悄然上浮供军机临时起降补给。可以想象，这样的作战模式给敌方造成的心理压力有多大！履带式整体动态跑道还可能带来航空母舰小型化和潜艇化，不仅大大增加海军的远洋威摄力，而且成军费用比照现代航空母舰，大大降低。

三点式同步转轮短距起飞器，最适合仅为一种飞机服务的情况，根据专门服务对象的飞机型号定做。它可以做到在飞机蓄能阶段，三点同步，使飞机受力均匀。三点式同步转轮短距起飞器，不适合在航空母舰上使用，但适合在军用机场上，满足军机满载满油起飞的要求。

三点式同步转轮短距起飞器的工作原理是；飞机三个起落架的轮胎同时置于承重无动力转轮(CW)之上，与前置动力限速转轮(QD)相切，飞机发动机启动滑跑动作时，三个前置动力限速转轮(QD)亦开始逆向同步加速，并且前置动力限速转轮(QD)的速度在自动控制系统的控制下，始终略高于或等于飞机轮胎的转速。这时承重无动力转轮(CW)被动地与飞机轮胎相切并逆向转动。飞机发动机马力越来越大，飞机轮胎转速越来越快，但是只要前置动力限速转轮(QD)的逆向转速高于轮胎的转速，飞机轮胎就无法越过前置动力限速转轮(QD)进入固定跑道。直到前置动力限速转轮(QD)的逆向转速达到了一个预先设定的速度后不再增加时，飞机轮胎在持续加速下，转速超过了前置动力限速转轮(QD)的预设转速，这时，飞机轮胎就开始越过前置动力限速转轮(QD)，进入固定跑道。轮胎转动的线速度，等于飞机的滑跑速度，飞机一旦进入固定跑道，就开始了大初速地进入起飞状态了，完成短距起飞。其工作原理的关健是；只要轮胎的转速没超过前置动力限速转轮(QD)的逆向转速，飞机轮胎就不能越过前置动力限速转轮(QD)，飞机就不能进入固定跑道。一旦飞机轮胎的转速超过了前置动力限速转轮(QD)的逆向转速后，飞机轮胎马上开始向前越过前置动力限速转轮(QD)，进入固定跑道。

直线式同步柱轮短距起飞器，最适合多种飞机在航空母舰上起飞，是最理想的航空母舰短距起飞的解决方案。其工作原理与三点式同步转轮短距起飞器不同之处在于；第一、飞机前起落架在飞机蓄能阶段，没有任何运动，所以当飞机两个后轮胎进入固定跑道时，前轮要承受一个从零到起飞速度的巨大加速度和巨大的冲击力。对此必须要有解决方案；第二、飞机轮胎越过前置动力限速柱轮(QD)时，高于固定跑道水平面，进入固定跑道时，有一个向下的后坐力。后坐力的大小可以通过调节前置动力限速柱轮(QD)的转速调节。

直线式同步柱轮短距起飞器的工作原理是；当飞机两后轮胎越过前置动力限速柱轮(QD)时，同时在自身重力下后坐进入固定跑道。这个后坐力，使飞机获得了一个抬头的力矩，有效地抬升前起落架，使之避免或减轻在稍后的起飞状态下所承受的巨大加速度和冲击力，力争使飞机后轮进入固定跑道的瞬间，以强大的动能实现机头抬起，两轮滑跑起飞。

在转轮解决模式中，飞机轮胎实际上和承重无动力转轮(CW)一样，没有动力直接带动轮胎转动，在这种状态下，轮胎能随着飞机发动机推力的增加，提高转速，并最终超过前置动力限速转轮(QD)的转速，进而实现超越，进入固定跑道吗？答案是肯定的，因为发动机向前的推力必将推动轮胎前行，在三轮结构下，轮胎承受的发动机推力，必将转化为轮胎的转速。

以上三种蓄能式短距起飞器，有一个共同特点，都可随意选择飞机进入固定跑道时的初始滑行速度，可以以理论起飞的滑行速度进入、可以以明显超过理论起飞的速度进入、可以比理论起飞速度明显低的速度进入。由于外部油箱供油系统供油，使飞机进入固家跑道时处于满油状态。这就意味着，飞机不仅实现短距起飞，而且满载、满油。

Claims

1.蓄能式飞机短距起飞器是通过将飞行跑道分成固定跑道和动态跑道的方式使得飞机在动态跑道上滑行蓄能时，与固定跑道保持相对静止，直到在动态跑道上加速到预定速度后再进入固定跑道。相对于固定跑道，飞机就在高初速，大动能的状态下，实现短距起飞。这个预定初速可以人为控制，即可以远远超过理论起飞的滑跑速度，也可以以较低的初速进入固定跑道滑跑。这项核心技术的以下表现形式、衍生技术和使用方向，都是本专利要求保护的范围；

1.凡以履带做为动态跑道，与固定跑道相结合，达到短距起飞或降落的技术和方法；

2.凡是以固定转轮、轴承与飞机起落架轮胎互动的方法，以转轮旋转代替动态跑道整体运动，达到短距起飞或降落的技术和方法；

3.临时跑道与固定跑道的高精度连接方法；

4.直线式同步柱轮短距起飞器，用以消除前起落架轮胎所受的巨大冲力的结构模式；

5.飞机进入固定跑道前的蓄能阶段使用飞机外部燃料，使飞机起飞时仍处于满油状态的技术；

6.以动态跑道技术防止飞机冲出跑道的技术方法；

7.以动态跑道技术建设的车载，舰载军机临时起降点技术；

8.航空母舰用直线式同步柱轮短距起飞器；

9.相应的自动控制技术。