CN103224028A - 起飞助推器/副油箱组合体 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及到一种飞机起飞用喷气助推器设计方案。利用可抛弃的火箭喷气助推器帮助重载飞机起飞及利用可抛弃的副油箱增加飞机航程的做法由来巳久，实践证明这两种方法确实是能有效帮助飞机缩短起飞距离及增加航程，本发明的目的就是为了向飞机提供一种既能提高飞机起飞重量和增加航程、又能避开现有副油箱容量受限制及一次性使用成本高缺点的飞机起飞助推及增加航程的装置。本发明的目的是这样实现的；把助推器与副油箱结合在一起，并为其加装火箭发动机或涡喷/扇发动机和机翼，再结合自主无人驾驶操控系统形成一种助推/副油箱组合飞行体，可自行返回基地利用机轮着陆或利用降落伞定点回收。
Description
本发明涉及到一种飞机用起飞用喷气助推器设计方案，属于航空特种装备。
利用可抛弃副油箱增加作战飞机增加航程的做法相当普遍，各国空海军为各类作战飞机都准备了大量的各种容量的可抛弃副油箱。利用可抛弃的火箭喷气助推器帮助重载飞机起飞的做法由来巳久，当喷气发动机发明后，各航空大国都曾经利用喷气发动机形成助推装置帮助重载飞机起飞，这种助推器通常都是在跑道上助推飞机加速，当飞机达到起飞速度后，喷气助推器会自动降低推力，自动与飞机分离。最后几年间美国有人提出了可返回式火箭助推器，设计特点是将助推火箭设计成可自行返加机场着陆的无人机，其目的主要是为了降低空间发射成本。
做为一种一次性使用的副油箱，制造成本虽然很低，但只用一次在和平时期仍然嫌浪费，因此作战飞机只要挂载了副油箱，往往是其中燃料用完后也不会抛弃，有人提出带带翼副油箱概念，利用遥控装置控制其下滑着陆或利用降落伞实现回收以再次利用，但这样一来又增加成本，在和平时期显得没有必要。火箭助推器做为只使用一次的消耗器，助推成本比较高，存在着后勤及安全等原因，现在已经很少被作战飞机采用，喷气发动机则因早期喷气发动机推重比低和可靠性不高、助推距离太短效益不突出，会增加地勤压力等原因也被弃之不用。
从副油箱及喷气助推器的使用实践看，副油箱和喷气助推器确实是一种能有效帮助飞机缩短起飞距离及增加航程的辅助装置，考虑到副油箱的容量受到到飞机自身起飞重量的限制，再考虑到助推器的效益与助推距离有关，本发明的目的就是为了向飞机提供一种既能提高飞机起飞重量和增加航程、又能避开现有副油箱容量受限制及一次性使用助推器成本高的飞机起飞助推及增加航程的装置。
本发明的目的是这样实现的；把助推器与副油箱结合在一起，并为其加装火箭发动机或涡喷/扇发动机和机翼，再结合自主无人驾驶操控系统形成一种助推/副油箱组合飞行体，让其具有飞行能力，可自行返回基地利用机轮着陆或利用降落伞定点回收，这样一来可最大限度地发挥助推器和副油箱提高作战飞机性能的潜在优势，进而解决提高起飞性能及增大航程与一次使用成本之间的矛盾。
和原有副油箱相比，在不影响起飞性能的情况下，助推器/副油箱组合体产生的推力每千克可多携载燃料两千克以上，这意味着副油箱的容量可成倍增加。与地面用的喷气助推器相比，助推器/副油箱组合体可以大幅度增加帮助飞机起飞的助推时间，不仅在跑道上助推飞机加速，也可以做到在飞机离开地面后继续助推，这样就提高了助推效益。助推器/副油箱组合体还可以在与飞机分离之前，尽可能地将自身多余的燃油注入飞机油箱中，这样就相当于飞机在起飞完毕后油箱还是满的，可以大幅度提高飞机的航程。采用助推器/副油箱组合体会增加后勤工作量，但当效益提高后，后勤压力也就算不了什么。为尽可能提高飞机起飞助推器/副油箱组合体对提高飞机起飞性能及增加航程的意义，还可在其中加装喷水加力溶液容器及输送管道，可以在起飞过程中为飞机发动机提供喷水加力溶液，以增大其起飞推力。
附图1为可挂载在飞机挂架上的起飞助推器/副油箱组合体结构示意图。
附图2为可挂载在飞机起落架上的起飞助推器/副油箱组合体结构示意图。
参照附图1；整个起飞助推器/副油箱组合体由机身1、机翼2、喷气发动机或火箭发动机3、起落架4、与机身挂架5联接用挂耳部件6等部件组成。机身中除了油箱7外，还设置有喷水加力溶液箱8及与输送压力泵9，还安装有与飞机联接的燃料输送管道/操纵电缆10。助推发动机3可以是煤油/液氧火箭发动机，也可以是涡扇喷气发动机，根据需要也可以是组合形式动力，既一台大推力液体火箭发动机和一台小推力涡扇/涡喷发动机，后者用来返航。在具体设计时可根据需要采用小型涡喷/扇发动机结合火箭发动机方案，也可以只安装小型涡喷/扇发动机，输送到飞机发动机中的喷水加力溶液可以大幅度增加其推力，因此在安装小型发动机的情况下飞机发动机推力的增加完全可以满足副油箱增重需要。为控制成本计，也可以不安装发动机，整个组合体中只要设置了喷水加力溶液，也可以达到增加起飞重量的目的。简易的装置则可以通过头部前伸的单头或分叉喷管11向飞机发动机的进气口直接喷出加力溶液。在有GPS一类导航系统存在的情况下，简易型的起飞助推器/副油箱组合体完全可以依靠机翼滑行到回收区，利用回收伞12安全回收，由于飞机发动机可采用喷水加力，无动力简化版的飞机起飞助推器/副油箱组合体仍然具有助推器的味道，这种助推器更多起到的是飞行副油箱作用。
参照附图2：可挂接在飞机起落架上的起飞助推器/副油箱组合体现鸭式飞机布局，由机身1、机翼2、喷气发动机或火箭发动机3、起落架4等部件组成。机头设置有与战斗机前起落架支柱13或与机身下挂架5联接用的联接臂14，主机翼两侧垂直尾翼15的前面设置有与主起落架联接用的机械手16。以上与飞机联接用的挂耳结构视具体飞机的结构而定。助推发动机3可以是煤油/液氧火箭发动机，也可以是涡扇喷气发动机，根据需要也可以是组合形式动力，既一台大推力液体火箭发动机和一台小推力涡扇/涡喷发动机，后者用来返航。为减少飞行阻力，还可以为助推器配套飞机主机轮整流罩17，这个整流罩的头锥部18可与机轮整流罩主体分离，当助推器总体从机身下主机轮之间向前推进并被固定到飞机上后，这个头部罩再从前面安装到飞机主机轮整流罩上，这样可以将战斗机的机轮呈半埋状包裹起来，为便于助推器与战斗机的分离，整流罩主体的上部开有U型缺口19，内部则有通畅滑道20以便在助推器与飞机分离时能让主机轮顺利脱出。为适应地面自行移动及与战斗机一起移动和滑行起飞的需要，助推器的前轮21在飞机起飞和地面移动时呈自由转向的万向轮状态，也可以处于悬空状态。两侧的负重轮22则根据需要设置在飞机主机轮整流罩中或机翼上，并且尽量处在飞机主机轮的横向轮距线上。如有必要，还可以在主机轮舱对应飞机轮胎的上下开口位置上设置可打开的轮舱口盖，上面的开口采用向上外摆打开的结构23，下部口盖则采用向内摆动的的结构24，在机轮滑脱后可向外打开，盖上下面的开口。前轮也可以用同样的头罩结构25。为确保燃料供应，飞行体本身应该设置一套返航用燃料箱。
在具体设计时考虑到附加的推力会对飞机的操纵产生影响，助推器的发动机喷口采用能够摆动的火箭发动机喷管或喷气发动机的矢量推力喷管，可在起飞时为战斗机提供一定的斜向升力也可以考虑在飞机的飞行控制系统中加入助推器的推力因素，这样能刚好能利用助推器的推力为飞机提供一个抬头力矩，以减少飞机操纵面的负荷。为充分发挥助推器的助推作用，可以考虑在喷气助推器上安装了喷水加力燃料箱，可在起飞时为战斗机提供加力燃料以使战斗机的发动机也能产生较大推力，为此特设置与战斗机联接的加力燃料输送管，在设计助推器时可以根据助推飞机机身下形状的不同采用不同的结构布局和动力，例如采用双机身加尾撑结构，例如还可采用螺桨推进器。
Claims (3)
1.一种用于帮助飞机起飞及增加航程的起飞助推器/副油箱组合体，其特征是拥有自动飞行控制系统、机翼、机轮、推进发动机和燃油箱，配置有与战斗机起落架或挂架联接用的挂接装置、与战斗机操纵系统联接的控制电缆及与飞机燃油系统相联的燃料输送管道。
2.按照权利要求1规定的起飞助推器/副油箱组合体，其特征是机体中设置有为战斗机提供喷水加力的加力燃料箱，同时配置有输送喷管或位于战斗机进气口处的喷嘴。
3.按照权利要求1规定的起飞助推器/副油箱组合体，其特征是大型化的起飞助推器/副油箱组合体设置有与飞机起落架联接的挂接装置，还设置有机轮整流罩，其结构分为固定的可分离的两大部件，上下轮胎开口处可根据需要设置返航时使用的整流罩。
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