RU2194653C1

RU2194653C1 - Orbital aircraft

Info

Publication number: RU2194653C1
Application number: RU2001123075A
Authority: RU
Inventors: Г.Е. Лозино-Лозинский; А.Т. Тарасов; А.Г. Милованов
Original assignee: Российская инженерная академия
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2002-12-20

Abstract

FIELD: recoverable space transport facilities for delivery of payloads and passengers from orbit to orbit. SUBSTANCE: proposed orbital aircraft has engine plant, wings, tail unit and payload section, landing gear and control units. Aircraft has two cylindrical oxygen tanks fastened together by their lateral surfaces. Tanks are located in one horizontal plane. Hydrogen tank is coupled to butts of oxygen tanks over its diameter which exceeds diameters of oxygen tanks at upward shift. At joint area projection is formed; payload section is located at the top on lateral surfaces of oxygen tanks. Wings are mounted on lateral surface of tanks with engine plant mounted on their rear butts in tail section. Tail unit has two fins; each fin is located in tail section. EFFECT: improved aerodynamic and CG position characteristics; enhanced operational reliability; minimization of structural members. 4 cl

Description

Изобретение относится к многоразовым космическим средствам для доставки на орбиту и с орбиты полезного груза, а также для перевозки пассажиров. The invention relates to reusable space vehicles for delivery into orbit of a payload, as well as for the transport of passengers.

Известен воздушно-космический самолет, содержащий корпус с крыльями и хвостовым оперением, размещенные в корпусе топливные баки, соединенные магистралями с реактивной тяговой камерой. Через разъемные соединения баки и камера соединены с установкой сжижения атмосферного воздуха, размещенной на самолете-носителе. Перед полетом воздушно-космический самолет стыкуют с самолетом-носителем, состыковывают разъемные магистрали, а старт самолета-носителя с воздушно-космическим самолетом осуществляют включением двигательной установки воздушно-космического самолета и двигателя самолета-носителя (см. патент РФ 2000258, кл. В64 G 1/14, 1992 г.). Known aerospace aircraft containing a housing with wings and tail, fuel tanks located in the housing, connected by highways with a jet traction chamber. Through detachable connections, the tanks and the camera are connected to an atmospheric liquefaction unit located on the carrier aircraft. Before the flight, the aerospace aircraft is docked with the carrier aircraft, detachable lines are docked, and the launch of the carrier aircraft with the aerospace aircraft is carried out by turning on the propulsion system of the aerospace aircraft and the engine of the carrier aircraft (see RF patent 2000258, CL B64 G 1/14, 1992).

В результате анализа известного воздушно-космического самолета необходимо отметить, что использование корпусного варианта конструкции, в корпусе которой устанавливаются баки для топлива, двигательная установка, размещается отсек для полезного груза, чрезмерно утяжеляет конструкцию, что, естественно, снижает массу транспортируемого полезного груза, а изменение массы топлива в процессе работы двигательной установки изменяет центр масс самолета, усложняя управление последним; наличие многочисленных разъемов магистралей самолета-носителя и воздушно-космического самолета снижает надежность работы системы. As a result of the analysis of a well-known aerospace aircraft, it should be noted that the use of a hull version of the design, in the housing of which fuel tanks are installed, a propulsion system, a compartment for payload is placed, makes the structure unnecessarily heavier, which naturally reduces the mass of the transported payload, and the change the mass of fuel during the operation of the propulsion system changes the center of mass of the aircraft, complicating the control of the latter; the presence of numerous connectors of the main lines of the carrier aircraft and aerospace aircraft reduces the reliability of the system.

Известен летательный аппарат, содержащий корпус, в котором размещены баки для окислителя и горючего, отсек для полезного груза, крылья и хвостовое оперение, двигательную установку, средства управления полетом (см. патент РФ 2033947, кл. B 64 G 1/14, 1992 г.) - наиболее близкий аналог. Known aircraft containing a housing in which are tanks for oxidizer and fuel, a compartment for payload, wings and tail, propulsion, flight controls (see RF patent 2033947, CL B 64 G 1/14, 1992 .) is the closest analogue.

В результате анализа конструкции известного летательного аппарата необходимо отметить, что он, как и аналог, содержит несущий корпус, в котором расположены баки для топлива, отсек для полезного груза, двигательная установка, кабина, если летательный аппарат используют в пилотном режиме. Все агрегаты аппарата расположены в корпусе последовательно, один за другим. Такая компоновка не может обеспечить оптимальное расположение центра тяжести и сохранить его неизменным в полете при выработке топлива и изменении массы полезного груза. As a result of the analysis of the design of the known aircraft, it should be noted that it, like the analogue, contains a supporting body in which fuel tanks, a payload compartment, a propulsion system, a cabin are used if the aircraft is used in pilot mode. All units of the device are located in the housing sequentially, one after another. Such an arrangement cannot provide the optimal location of the center of gravity and keep it unchanged in flight when fuel is generated and the payload mass changes.

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции орбитального самолета, надежной в эксплуатации, с высокими аэродинамическими характеристиками, которая обеспечивает многократное применение всех узлов и агрегатов, характеризуется небольшими габаритами и массой, сохраняет практически неизменное положение центра масс в процессе работы, а также содержит минимальное количество конструктивных элементов. The objective of the present invention is to develop a design of an orbital aircraft, reliable in operation, with high aerodynamic characteristics, which allows multiple use of all components and assemblies, is characterized by small dimensions and mass, maintains a virtually unchanged center of mass position during operation, and also contains a minimum number of structural elements .

Поставленная задача достигается тем, что в орбитальном самолете, содержащем кислородный и водородный топливные баки, двигательную установку, крылья, хвостовое оперение, а также отсек для полезного груза, шасси и средства управления, новым является то, что орбитальный самолет имеет два кислородных бака, баки имеют цилиндрическую форму, расположены боковыми поверхностями друг к другу и скреплены друг с другом, крылья смонтированы на боковой поверхности баков, водородный бак пристыкован к передним торцам кислородных баков, причем пристыковочный диаметр водородного бака больше, чем диаметры кислородных баков, а пристыкован он к торцам последних со смещением вверх для образования выступа, за которым сверху на боковых поверхностях кислородных баков, установленных в одной горизонтали, расположен отсек для полезного груза, двигательная установка размещена в хвостовом отсеке, смонтированном на задних торцах кислородных баков, хвостовое оперение имеет два киля, каждый из которых размещен на хвостовом отсеке, закрепленном на задних торцах кислородных баков. The problem is achieved in that in an orbital plane containing oxygen and hydrogen fuel tanks, a propulsion system, wings, tail, and also a compartment for payload, landing gear and controls, the new thing is that the orbital plane has two oxygen tanks, tanks have a cylindrical shape, are located on each side and bonded to each other, the wings are mounted on the side of the tanks, the hydrogen tank is docked to the front ends of the oxygen tanks, and the actual diameter of the hydrogen tank is larger than the diameters of the oxygen tanks, and it is docked to the ends of the latter with an upward offset to form a protrusion, behind which on top of the lateral surfaces of the oxygen tanks installed in the same horizontal there is a payload compartment, the propulsion system is located in the tail compartment mounted on the rear ends of the oxygen tanks, the tail has two keels, each of which is located on the tail compartment mounted on the rear ends of the oxygen tanks.

Необходимо отметить, и это весьма важно, что в конструкции орбитального самолета за основу приняты баки для кислорода, на которых монтируются остальные элементы конструкции самолета: бак для водорода, отсек для полезного груза, двигательная установка, крылья, хвостовое оперение и кабина (если орбитальный самолет используют в пилотируемом режиме). It should be noted, and it is very important, that the oxygen tanks are used as the basis for the design of the orbital aircraft, on which the remaining elements of the aircraft’s structure are mounted: a hydrogen tank, payload compartment, propulsion system, wings, tail unit and cockpit (if the orbital plane used in manned mode).

Такая конструкция позволяет снизить количество эксплуатационных разъемов, исключить разовые детали из конструкции, улучшить конфигурацию орбитального самолета, что снижает аэродинамические потери и увеличивает выводимую массу. Кроме того, благодаря положению центра тяжести орбитального самолета в пределах кислородных баков удалось получить постоянство центровки орбитального самолета на всех режимах полета. Конфигурация орбитального самолета в плане и наличие стреловидных крыльев позволяет обеспечить расположение точки приложения всех аэродинамических сил оптимальным образом, что обеспечивает хорошую управляемость и балансировку и обеспечивает отделение от самолета-носителя без запуска двигательной установки, а это позволяет исключить вероятность повреждения самолета-носителя, а также позволяет выполнять масштабирование конструкции для самолетов-носителей различной грузоподъемности. This design allows you to reduce the number of operational connectors, to exclude one-time parts from the design, to improve the configuration of the orbital aircraft, which reduces aerodynamic losses and increases the output mass. In addition, due to the position of the center of gravity of the orbital aircraft within the oxygen tanks, it was possible to obtain a constant centering of the orbital aircraft in all flight modes. The configuration of the orbital plane in the plan and the presence of swept wings makes it possible to ensure the location of the point of application of all aerodynamic forces in an optimal way, which ensures good controllability and balancing and ensures separation from the carrier aircraft without starting the propulsion system, and this eliminates the likelihood of damage to the carrier aircraft, as well as allows you to perform design scaling for carrier aircraft of various carrying capacities.

Важным компоновочным решением является выполнение баков для кислорода меньшего диаметра по сравнению с пристыковочным диаметром водородного бака и смещение последнего вверх. Меньший диаметр кислородных баков и смещение относительно них водородного бака позволяет в уступе, образованном торцами баков, разместить отсек для полезного груза или пассажирский салон, уменьшив тем самым аэродинамическое сопротивление самолета. Кроме того, наличие двух кислородных баков повышает надежность работы орбитального самолета в случае неисправности одного из них. An important layout solution is the implementation of tanks for oxygen of a smaller diameter compared to the docking diameter of the hydrogen tank and the displacement of the latter up. The smaller diameter of the oxygen tanks and the offset of the hydrogen tank relative to them allows you to place a payload compartment or passenger compartment in the ledge formed by the ends of the tanks, thereby reducing the aerodynamic drag of the aircraft. In addition, the presence of two oxygen tanks increases the reliability of the orbital aircraft in the event of a malfunction of one of them.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному изобретению, а следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "новизна". When conducting patent research, no solutions were found that are identical to the claimed invention, and therefore, the claimed invention meets the criterion of "novelty."

По мнению заявителя, сущность заявленного изобретения не следует явным образом из известных решений, а следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень". According to the applicant, the essence of the claimed invention does not follow explicitly from the known solutions, and therefore, the claimed invention meets the criterion of "inventive step".

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения. We believe that the information set forth in the application materials is sufficient for the practical implementation of the invention.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где
на фиг.1 - орбитальный самолет, вид сбоку;
на фиг.2 - орбитальный самолет, вид сверху;
на фиг.3 - орбитальный самолет, вид сзади;
на фиг.4 - компоновка орбитального самолета.The invention is illustrated graphic materials, where
figure 1 - orbital plane, side view;
figure 2 - orbital plane, top view;
figure 3 - orbital plane, rear view;
figure 4 - layout of the orbital plane.

Орбитальный самолет содержит два бака 1 для жидкого кислорода, выполненных цилиндрической формы, расположенных относительно друг друга боковыми поверхностями и скрепленных друг с другом. К одному из торцов баков (переднему) прикреплен бак 2 для водорода (причем кислородные баки расположены при этом в одной горизонтали). К задним торцам кислородных баков на хвостовом отсеке (не показан) смонтирована двигательная установка 3. На боковой поверхности баков 1 сверху смонтированы отсек 4 для полезного груза и кабина 5 (если орбитальный самолет пилотируемый), кроме того, на боковой поверхности баков смонтированы крылья 6 и хвостовое оперение 7, выполненное в виде двух килей, расположенных на баках в задней их части. Самолет имеет шасси 8. Баки 1 и 2 (топливные баки) магистралями (не показаны) соединены с двигательной установкой. Орбитальный самолет также содержит необходимые средства управления. The orbital plane contains two tanks 1 for liquid oxygen, made of a cylindrical shape, located relative to each other by the side surfaces and bonded to each other. A hydrogen tank 2 is attached to one of the ends of the tanks (front) (moreover, the oxygen tanks are located at the same horizontal). A propulsion system 3 is mounted on the rear ends of the oxygen tanks on the tail section (not shown). On the side surface of the tanks 1, a compartment 4 for payload and a cabin 5 are mounted on top (if the orbital aircraft is manned), in addition, wings 6 are mounted on the side surface of the tanks the tail unit 7, made in the form of two keels located on the tanks in their rear part. The aircraft has a landing gear 8. Tanks 1 and 2 (fuel tanks) with highways (not shown) are connected to the propulsion system. The orbital aircraft also contains the necessary controls.

Двигательная установка размещена в хвостовом отсеке, смонтированном на задних торцах кислородных баков, каждый из килей хвостового оперения размещен также на хвостовом отсеке, закрепленном на задних торцах кислородных баков. The propulsion system is located in the tail compartment mounted on the rear ends of the oxygen tanks, each tail fin is also located on the tail compartment mounted on the rear ends of the oxygen tanks.

На баке 2, который может иметь цилиндрическую форму, размещают обтекатель, имеющий соответствующую аэродинамическую форму для уменьшения сопротивления при полете. Кроме того, бак 2 может быть выполнен аэродинамической формы (заострен к периферии от места соединения его с баком 1). В данном случае необходимость в обтекателе отпадает. On the tank 2, which may have a cylindrical shape, a fairing is placed having a corresponding aerodynamic shape to reduce drag during flight. In addition, the tank 2 can be made aerodynamically shaped (pointed to the periphery from the point of connection with tank 1). In this case, there is no need for a fairing.

На поверхности орбитального самолета наносят защитные покрытия. Protective coatings are applied to the surface of the orbital aircraft.

Пристыковочный диаметр водородного бака больше, чем диаметры кислородных баков, а пристыкован он к торцам кислородных баков со смещением вверх, для образования выступа. The docking diameter of the hydrogen tank is larger than the diameters of the oxygen tanks, and it is docked to the ends of the oxygen tanks with an upward shift to form a protrusion.

За выступом водородного бака монтируют отсек полезного груза или пассажирский салон. Это позволяет повысить аэродинамические характеристики самолета и уменьшить габаритные размеры. Behind the protrusion of the hydrogen tank, a payload compartment or passenger compartment is mounted. This allows you to increase the aerodynamic characteristics of the aircraft and reduce overall dimensions.

Все узлы и агрегаты орбитального самолета являются известными, они не составляют предмета патентной охраны и поэтому в материалах заявки не раскрыты. All components and assemblies of an orbital aircraft are known, they do not constitute the subject of patent protection and, therefore, are not disclosed in the application materials.

Для обеспечения запуска орбитального самолета его устанавливают на дозвуковом самолете, например, АН-225. При выходе самолета-носителя на расчетную орбиту осуществляют расстыковку орбитального самолета и самолета-носителя, включают двигательную установку 3, и орбитальный самолет совершает полет по расчетной траектории. Для стыковки, например, с космической станцией орбитальный самолет имеет стыковочный модуль (не показан). После окончания операции разгрузки - загрузки отсека 4 орбитальный самолет отстыковывают от космической станции, включают двигательную установку 3, и он самостоятельно возвращается на землю в расчетную точку. Управление самолетом осуществляется из кабины 5 или автоматически (в беспилотном режиме). Приземление осуществляется на шасси 8. To ensure the launch of an orbital aircraft, it is installed on a subsonic aircraft, for example, AN-225. When the carrier aircraft enters the calculated orbit, the orbital aircraft and the carrier aircraft are undocked, the propulsion system 3 is turned on, and the orbital plane flies along the calculated trajectory. For docking, for example, with a space station, the orbital plane has a docking module (not shown). After the unloading - loading operation of compartment 4 is completed, the orbital plane is undocked from the space station, the propulsion system 3 is turned on, and it independently returns to the ground at the calculated point. The aircraft is controlled from cockpit 5 or automatically (in unmanned mode). Landing is carried out on the chassis 8.

Возможно использование орбитального самолета и для перевозки пассажиров. Для этого отсек для полезного груза переоборудуют в пассажирский салон. Запуск самолета осуществляют с самолета-носителя, с последующими полетом по заданной расчетной траектории и посадкой. It is possible to use an orbital plane for transporting passengers. For this, the payload compartment will be converted into a passenger compartment. The launch of the aircraft is carried out from a carrier aircraft, followed by flight along a predetermined design path and landing.

Claims

An orbital plane containing oxygen and hydrogen fuel tanks, a propulsion system, wings, tail unit, as well as a payload compartment, landing gear and controls, characterized in that the orbital plane has two oxygen tanks, the tanks have a cylindrical shape, each side having side surfaces to each other and fastened to each other, the wings are mounted on the side surface of the tanks, and the hydrogen tank is docked to the ends of the oxygen tanks in diameter greater than the diameters of the oxygen tanks, and about displacement up to the formation of a protrusion, beyond which on top of the side surfaces of the oxygen tanks installed in the same horizontal plane there is a payload compartment, while the propulsion system is located in the tail compartment mounted on the rear ends of the oxygen tanks, and the tail unit has two keels , each of which is located on the tail compartment.