RU2096267C1

RU2096267C1 - Wide-fuselage aircraft

Info

Publication number: RU2096267C1
Application number: RU94009830A
Authority: RU
Inventors: Альберт Мустафьевич Муртазин
Original assignee: Альберт Мустафьевич Муртазин
Priority date: 1994-03-22
Filing date: 1994-03-22
Publication date: 1997-11-20
Also published as: RU94009830A

Abstract

FIELD: aeronautical engineering; design of passenger and transport flying vehicles. SUBSTANCE: aircraft includes fuselage, delta wing, engines, air intakes and controls. Fuselage is made in form of hollow elliptic cylinder with larger axes located horizontally. Inner surface of fuselage skin has form of Laval nozzle in any section passing through its longitudinal axis of symmetry; outer surface has form of extended ellipse symmetrically truncated at either end. EFFECT: enhanced reliability. 2 dwg

Description

Предложение относится к области пассажирских и транспортных летательных аппаратов. Известен грузовой самолет [1] имеющий фюзеляж и прямоугольное крыло с лонжеронами, выполненными в виде нескольких полых труб, которые расположены по прямым линиям по всему размаху крыла, имеют загрузочно-разгрузочные люки на своих торцах. Для обеспечения разгрузки груза внутри труб размещены трубки и сопла для подачи сжатого воздуха. The proposal relates to the field of passenger and transport aircraft. Known cargo aircraft [1] having a fuselage and a rectangular wing with spars made in the form of several hollow pipes that are located in straight lines along the entire span of the wing, have loading and unloading hatches at their ends. To ensure unloading of cargo, pipes and nozzles for compressed air supply are placed inside the pipes.

Недостатком самолета является невысокая скорость и дальность полета. Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому является широкофюзеляжный перспективный американский стратегический бомбардировщик В-2 [2] имеющий широкий несущий фюзеляж и дельтовидное крыло, которое является плавным продолжением фюзеляжа и заострено на концах. При разработке самолета реализован принцип "летающее крыло". У самолета отсутствует вертикальный стабилизатор, что дополнительно уменьшает лобовое сопротивление самолета потоку воздуха. Все управление самолетом осуществляется с помощью элеронов, расположенных по всей длине задней части дельтовидного крыла, которое выполнено треугольным в передней кромке и пилообразным в задней. Самолет обладает исключительно высокими на сегодняшний день характеристиками: радиус действия 12000 км (около 23 т боевой нагрузки может перевозить на расстояние свыше 20000 км), практический потолок 15000 м, скорость 1200 км/час. Однако этот самолет при максимальном взлетном весе 159 т затрачивает на весь полет около 80 т топлива, что достаточно расточительно и объясняется ни чем иным, как значительным лобовым сопротивлением фюзеляжа и планера, несмотря на казалось бы совершенные обводы и обтекаемость, ввиду значительного поперечного сечения самолета и большого размаха крыла. The disadvantage of the aircraft is its low speed and range. Closest in technical essence to the claimed one is the wide-body promising American strategic bomber B-2 [2] having a wide supporting fuselage and a deltoid wing, which is a smooth continuation of the fuselage and is pointed at the ends. When developing an aircraft, the flying wing principle was implemented. The aircraft does not have a vertical stabilizer, which further reduces the aircraft’s drag. All control of the aircraft is carried out using ailerons located along the entire length of the rear of the deltoid wing, which is triangular in the front edge and sawtooth in the back. The aircraft has extremely high characteristics today: a radius of 12,000 km (about 23 tons of combat load can carry a distance of more than 20,000 km), a practical ceiling of 15,000 m, a speed of 1,200 km / h. However, this aircraft, with a maximum take-off weight of 159 tons, spends about 80 tons of fuel for the entire flight, which is rather wasteful and can be explained by nothing more than the significant drag of the fuselage and glider, despite the seemingly perfect contours and streamlining, due to the significant cross-section of the aircraft and large wingspan.

Целью изобретения является уменьшение лобового сопротивления планера потоку воздуха, увеличение экономичности, дальности и безопасности полета. Поставленная цель достигается описываемым самолетом, включающим фюзеляж, треугольное крыло, двигатели и воздухозаборники, органы управления. The aim of the invention is to reduce the drag of the airframe to the air flow, increase the economy, range and flight safety. The goal is achieved by the described aircraft, including the fuselage, delta wing, engines and air intakes, controls.

Новым является то, что фюзеляж выполнен в виде полого эллиптического цилиндра с большими осями, расположенными горизонтально, и с малыми осями, расположенными вертикально, причем внутренняя поверхность оболочки фюзеляжа в любом сечении, проходящем через его продольную ось симметрии, представляет собой сопло Лаваля, а наружная симметрично усеченный с обоих торцов вытянутый эллипсоид. What is new is that the fuselage is made in the form of a hollow elliptical cylinder with large axes located horizontally and with small axes located vertically, and the inner surface of the fuselage shell in any section passing through its longitudinal axis of symmetry is a Laval nozzle, and the outer elongated ellipsoid symmetrically truncated from both ends.

На фиг 1 показан предложенный самолет, фюзеляж 1 которого является несущим и представляет собой полый зллиптический цилиндр с большими осями "а", расположенными горизонтально, и с малыми осями "в", расположенными вертикально, имеет наружную 2 и внутреннюю 3 обшивки. Внутренняя поверхность полого фюзеляжа в любом продольном сечении, проходящем через ось симметрии, представляет собой сопло Лаваля, обладающее замечательным свойством минимального сопротивления потоку газа, а наружная поверхность усеченный с обоих торцов вытянутый эллипсоид, причем продольные радиусы закругления как внутренней (R), так и наружной (R₁) оболочек фюзеляжа обратно пропорциональны их лобовым проекциям. Пространство между наружной и внутренней обшивками самолета используют в качестве грузовых и пассажирских отсекав, изолированных друг от друга двойными стенками и воздушным пространством полого фюзеляжа, благодаря чему последний приобретает чрезвычайно высокую прочность конструкции и обеспечивает дополнительную защиту экипажа и пассажиров от шума двигателей и большую пожаробезопасность. Самолет снабжен треугольным крылом 4, прикрепленным ближе к хвостовой части фюзеляжа, с лонжеронами. В верхней носовой части самолета расположена кабина управления 5, ниже ее находится воздухозаборник 6, в нижней хвостовой части расположены двигатели 7. Днище самолета для предотвращения срыва струи воздуха и увеличения подъемной силы по всей длине снабжено интерцепторами 8, а верхняя поверхность самолета в хвостовой части снабжена стабилизаторами 9. Стабилизатор и крыло имеют соответственно руль и элероны для изменения подъемной силы и разворота самолета без скольжения.Figure 1 shows the proposed aircraft, the fuselage 1 of which is a carrier and is a hollow zliptic cylinder with large axes "a" located horizontally, and with small axes "b" located vertically, has an outer 2 and an inner 3 skin. The inner surface of the hollow fuselage in any longitudinal section passing through the axis of symmetry is a Laval nozzle with a remarkable property of minimal resistance to gas flow, and the outer surface is an elongated ellipsoid truncated from both ends, and the longitudinal radii of curvature of both the inner (R) and the outer (R ₁ ) the fuselage shells are inversely proportional to their frontal projections. The space between the outer and inner skin of the aircraft is used as cargo and passenger compartments, isolated from each other by double walls and the airspace of the hollow fuselage, so that the latter acquires extremely high structural strength and provides additional protection for the crew and passengers from engine noise and greater fire safety. The aircraft is equipped with a triangular wing 4, attached closer to the rear of the fuselage, with spars. A control cabin 5 is located in the upper nose of the aircraft, an air intake 6 is located below it, engines 7 are located in the lower tail. The bottom of the aircraft is equipped with spoilers 8 to prevent the air jet from breaking off and increase the lift along the entire length of the aircraft stabilizers 9. The stabilizer and the wing, respectively, have a rudder and ailerons for changing the lifting force and turning the plane without sliding.

Самолет испытывает ничтожно малое лобовое сопротивление за исключением крыльев, стабилизаторов и кабины управления, суммарная площадь лобовой проекции которых многократно меньше площади проекции фюзеляжа. Почти весь поток воздуха, устремляющийся на фюзеляж, всасывается его полым пространством, представляющим собой разновидность сопла Лаваля (лишь малая часть этого потока плавно огибает наружную оболочку фюзеляжа снаружи). С какой скоростью входит воздух в нос фюзеляжа, с такой же выбрасывается из его хвоста без заметных завихрений. The plane experiences a negligible drag with the exception of wings, stabilizers and a control cabin, the total frontal projection area of which is many times smaller than the projection area of the fuselage. Almost the entire air stream rushing into the fuselage is sucked into its hollow space, which is a kind of Laval nozzle (only a small part of this stream smoothly bends around the outside of the fuselage outside). At what speed air enters the nose of the fuselage, it is ejected from its tail without noticeable twists.

Предлагаемый самолет способен на около звуковой скорости (1000-1200 км/ч) перевозить большое количество груза на большие расстояния в экономичном режиме с перегоночной дальностью, намного превышающей аналогичные показатели всех известных самолетов, вследствие малого лобового сопротивления, так как фюзеляж в любом сечении, проходящем через продольную ось самолета, напоминает иглу и является как бы набранной из множества таких секций-игл по эллиптическому периметру фюзеляжа, а удельная поверхность фюзеляжа (отношение площади поверхности к объему или к грузу) значительно меньше, чем удельная поверхность каждой из этих отдельных секций. Следовательно, удельная поверхность предлагаемого самолета, приходящаяся на количество перевозимого груза, значительно меньше аналогичного показателя известных самолетов, фюзеляж большинства из которых представляет сплошной круговой цилиндр более или менее обтекаемой и удлиненной далеко не идеальной формы со значительным лобовым сопротивлением, не является несущим, что обуславливает наличие у каждой больших несущих крыльев с большим собственным лобовым сопротивлением. Сама конструкция предлагаемого самолета представляет собой своего рода воздушный катамаран. Широкий несущий фюзеляж дает возможность уменьшить размеры несущих крыльев, выполнить их более обтекаемыми и дополнительно уменьшить лобовое сопротивление самолета. The proposed aircraft is capable of transporting a large amount of cargo over long distances at a sound speed (1000-1200 km / h) in economy mode with a ferry range far exceeding that of all known aircraft, due to low drag, since the fuselage in any section passing through the longitudinal axis of the aircraft, it resembles a needle and is, as it were, composed of many such needle sections along the elliptical perimeter of the fuselage, and the specific surface of the fuselage (ratio of surface area to bemsya or the load) is considerably smaller than the specific surface of each of these individual sections. Therefore, the specific surface area of the proposed aircraft, per amount of cargo carried, is much less than that of known aircraft, the fuselage of most of which is a continuous circular cylinder of a more or less streamlined and elongated far from ideal shape with significant drag, is not bearing, which determines the presence each large bearing wings with a large own frontal drag. The very design of the proposed aircraft is a kind of air catamaran. A wide bearing fuselage makes it possible to reduce the size of the bearing wings, make them more streamlined and further reduce the drag of the aircraft.

Из вида А на фиг. 2 видно, что площадь проекции наружной обшивки фюзеляжа в 4-5 раз меньше площади проекции внутренней обшивки фюзеляжа, соответственно его внутренний продольный радиус закругления R, направленный по нормали от поверхности, настолько же меньше наружного продольного радиуса закругления R₁ корпуса фюзеляжа, а суммарная площадь проекции крыльев, стабилизаторов, кабины управления и наружной обшивки фюзеляжа, обладающих высокой обтекаемостью формы, в 3-4 раза меньше площади проекции внутренней поверхности фюзеляжа, которая почти не испытывает лобового сопротивления.From view A in FIG. Figure 2 shows that the projection area of the outer fuselage skin is 4-5 times smaller than the projection area of the inner fuselage skin, respectively, its inner longitudinal radius of curvature R directed normal to the surface is also less than the outer longitudinal radius of curvature R ₁ of the fuselage body, and the total area projections of wings, stabilizers, control cabin and the outer skin of the fuselage, having a high streamlined shape, 3-4 times smaller than the projection area of the inner surface of the fuselage, which almost does not experience bovogo resistance.

Следовательно, можно предположить, что главную роль в общем сопротивлении самолета потоку воздуха играет сопротивление в пограничном слое и что общее сопротивление у предложенного самолета примерно в 1,5-2 раза меньше, чем у самолета по прототипу. Соответственно на столько же увеличивается экономичность и дальность полета при перевозке одинакового количества грузов, что на сегодня в связи с исчерпанием энергоресурсов и острой нехваткой авиационного топлива. Возрастает и срок службы самолетов, так как для совершения дальних перелетов требуется меньше промежуточных посадок, связанных с дозаправкой самолета, дополнительным износом и обслуживанием самолета.Возрастает также удельный вес перевозимых грузов на количество затрачиваемого топлива в связи с уменьшением удельного топлива от общего веса самолета. Therefore, we can assume that the main role in the overall resistance of the aircraft to air flow is played by the resistance in the boundary layer and that the total resistance of the proposed aircraft is approximately 1.5-2 times less than that of the prototype aircraft. Correspondingly, the economy and flight range are increased by the same amount when transporting the same amount of cargo, which today due to the exhaustion of energy resources and an acute shortage of aviation fuel. The service life of aircraft also increases, since long flights require fewer intermediate landings associated with refueling, additional wear and tear, and the specific gravity of transported goods per amount of fuel consumed due to a decrease in specific fuel of the total weight of the aircraft.

Фюзеляж предлагаемого самолета обладает чрезвычайно высокой способностью, так как несущей является не только почти вся площадь днища, но и вся верхняя половина внутренней поверхности полого фюзеляжа. Это способствует увелечению подъемной силы, уменьшению посадочной скорости и длины пробега при взлете и посадке, увеличению безопасности полета. Последнее достигается благодаря уменьшению удельного веса перевозимого топлива и уменьшению количества промежуточных посадок для дозаправки топливом. Самолет обладает не только высокой экономичностью и дальностью полета лучшими свойствами любого самолета, но и сочетает в себе лучшие свойства, присущие биплану, оставаясь при этом, по существу, монопланом. The fuselage of the proposed aircraft has an extremely high ability, since the carrier is not only almost the entire area of the bottom, but also the entire upper half of the inner surface of the hollow fuselage. This helps to increase the lifting force, reduce the landing speed and path length during take-off and landing, increase flight safety. The latter is achieved by reducing the specific gravity of the transported fuel and reducing the number of intermediate landings for refueling. The aircraft has not only high economy and flight range, the best properties of any aircraft, but also combines the best properties inherent in a biplane, while remaining essentially a monoplane.

Claims

A wide-body aircraft including a fuselage, a delta wing, engines and air intakes, controls, characterized in that the fuselage is made in the form of a hollow elliptical cylinder with large axes arranged horizontally and with small axes arranged vertically, with the inner surface of the fuselage shell in any section passing through its longitudinal axis of symmetry is a Laval nozzle, and the outer ellipse symmetrically truncated from both ends.