RU2785913C2 - Водно-воздушное транспортное средство - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области судостроения и авиастроения, в частности к водно-воздушным транспортным средствам. В способе обеспечения движения водно-воздушного транспортного средства, где корпус водно-воздушного транспортного средства типа «летающее крыло», имеющий механизацию крыла с системой управления, создает еще и воздушную подъемную силу, а подвижные управляемые водно-воздушные кили обеспечивают устойчивость и управляемость водно-воздушного транспортного средства, разгон водно-воздушного транспортного средства двигателями осуществляется поэтапно с поэтапным подъемом из воды корпуса водно-воздушного транспортного средства, носового, кормового подводно-воздушных крыльев, которые могут глиссировать по воде и создавать подъемную силу в полете. При этом водно-воздушное транспортное средство может использовать убирающиеся шасси и носовое, кормовое подводно-воздушные крылья, которые имеют механизацию крыла и могут быть управляемыми по углу атаки, быть поворотными, выдвигаться и убираться в корпус. Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик водно-воздушных транспортных средств. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

«ВВТС» относится к областям; судо и самолетостроения, и касается конструирования высокоскоростных водно-воздушных транспортных средств водного, земного базирования в некоторых модификациях. «ВВТС» и его модификации; как «водного судна на подводных крыльях», «парусной яхты», «экраноплана», «самолета», предназначены; для гражданских и военных перевозок и различных спасательных операций, даже в условиях штормового волнения моря.

«ВВТС» содержит в себе:

1) Различные несущие водно-воздушные корпуса кораблей в виде несущих, (создающих аэродинамическую подъемную силу); аэродинамической схемы «летающего крыла», эллипсоидного (Поз. 4, 5, 6, 10, 12) треугольного, трапецевидного (Поз. 9), прямоугольного … крыла (Поз. 3, 7, 8) в плане со (сверх) толстым профилем, имеющим различную известную аэродинамическую механизацию крыла для управления на воздушных режимах.

2) Двигательные установки,(3) от дизельных, гидродинамических, и до реактивных для водного разгона и плавания, взлета и посадки с водной и земной поверхности,

3) Не менее двух Подводно-воздушных крыльев (1,7), в зависимости от используемой модификации могут выдвигаться и убираться в корпус, быть управляемым; по глубине погружения в воду, углу атаки, иметь механизацию в виде; закрылков, предкрылков, элевонов, которые имеют следующие режимы работы; подводный, глиссирования, воздушный.

4) Подвижные, управляемые воздушно-подводные кили(6),

5) Шасси, убирающиеся в корпус судна выше ватерлинии, аналогично решениям в прототипах амфибиях: «Экип», экранопланов ВВА-14 Бартини, которые собранны, таким образом, чтобы за счет; увеличения аэродинамической подъемной силы от конструкции кораблей, отказа от использования поплавками и воздушными подушек, увеличить скорости доставки грузов и пассажиров, снизить транспортные затраты на перевозки по сравнению с другими кораблями прототипами, и некоторые модификации могут эксплуатироваться даже в условиях штормового волнения моря.

2. Уровень техники.

1) На сегодняшний день;

- Мировой рекорд скорости глиссирования на воде составляет свыше 510 км/ч.

- Парусные яхты на подводных крыльев, уже разгоняются до скорости 110 км/ч.

- Модификации «ЭКИП» Щукина имели расчетные взлетно-посадочные скорости чуть выше 100 км/ч.

- Использование подводных; крыльев и супер кавитационных винтов ограничено скоростью не более, чем в 100 км/ч.

- Для водометных двигателей увеличение скорости за 100 км/ч., резко уменьшает их КПД.

- Новый тип Водометного импульсного двигателя, изобретение WO 2015099552 A1 от 02.07.2015 требует модернизации для повышения скорости плавания.

2) Техническая задача решается за счет модернизации прототипов, (Л. 8);

a) Д1 - RU 2081014 C1 (КЕСЛЕР АНАТОЛИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ), 10.06.1997, 6c.

b) Д2 - US 6325011 B1 (KLEM FLYING BOATS), 04.12.2001, 26c.

c) Д3 - WO 2011/081635 A1 (FUNCK STEPHEN H.), 07.07.2011, 29c.

d) Д4 - RU 2033945 C1 (НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КООПЕРАТИВНАЯ ФИРМА «ЭКИП»), 30.04.1995, 17с.,

e) Классических экранопланов ВВА-14 Бартини, Алексеева и судов на подводных крыльях типа «Комета 120 М»,скоростные парусные яхты с поплавками и подводными крыльями. (Л.1-Л.7)

3) Направление модернизации прототипов;

a) Добавлением задних водно-воздушных крыльев к экранопланам и самолетам.

b) Придания водно-воздушным крыльям новых функций механизации и режимов работы.

c) Поэтапном подъеме «ВВТС» из воды.

d) Создания корпусом судна подъемной силы для надводных модификаций «ВВТС».

4) К недостаткам прототипов следует отнести:

a) Корпуса судов некоторых прототипов не создают подъемной силы.

b) Взлетно-посадочное устройство в виде воздушной подушки, которое при волнении моря и на больших взлетно-посадочных углах атаки окажет негативное влияние на разгонные характеристики.

c) Использование лыж, поплавков для водного плавания и взлета, увеличивает общее сопротивление воды и воздуха, ухудшает разгонные, скоростные характеристики.

d) Отсутствие заднего, кормового водно-воздушного крыла не позволяет использовать все преимущества в полном объеме водных режимов:

«Подводных крыльев», «Глиссирование на крыльях».

e) В экранопланном режиме полета, экранный эффект земли, и подводно-воздушные крылья с автопилотом обеспечат достаточные характеристики устойчивости по углам крена и тангажа в таком полете. Можно обойтись без дополнительных только воздушных крыльев прототипа эллипсоида «Экип».

f) Вариант использования полноценных водно-воздушных крыльев самолетов и экранопланов водного старта (без поплавков, без воздушной подушки) на этапе разгона не рассматривался вовсе.(Fig.1 и 2)Есть авторитетное мнение о невозможности их применения. Кирилюк Е.В., Латухин М.О., Антоненко С.В. научная статья “ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗЛЕТНОГО РЕЖИМА ЭКРАНОПЛАНА» (Л-10)

3. Техническим результатом изобретения является:

a) Увеличение грузоподъемности, скоростей и КПД, снижение затрат при перевозке пассажиров и грузов в надводном плавании, экранопланных и воздушных режимах полета.

b) Повышение остойчивости надводных модификаций кораблей, включая парусные, а так же взлета и посадки в воздушной и экранопланных модификациях с водных поверхностей в штормовую погоду.

c) Создание специализированных надводных и воздушных судов для решения аварийно-спасательных, медицинских, рыболовных круизных, топливных, грузопассажирских транспортных задач.

4. Краткое описание на рисунках и графиках.

Все фигуры, позиции, и детали пронумерованы по порядку.

Фиг. 1

Способ использования концепции «ВВТС» в качестве пассажирского надводного, экранопланного судна на разных; режимах, уровнях воды относительно судна.

Поз. 1 Вид с боку при пяти; режимах, уровнях воды.

Поз. 2. Вид с боку при штормовом волнении моря в режиме «Глиссирование на крыльях».

Детали (фиг. 1):

1. Условное обозначение носового, переднего водно-воздушного крыла, (имеющего стреловидность, (не)подвижного, поперечное «V» крыла, убирающегося, поворотного, управляемого типа с механизацией; предкрылками, закрылками, элевонами, пилонами в зависимости от модификации).

2. Несущий корпус летающего крыла различного типа.

3. Условное обозначение двигателей в зависимости от модификации.

4. Кабина пилота.

5. Пассажирский салон.

6. Условное обозначение Водно-воздушных управляемых Килей. Нижние пилоны для водно-воздушных крыльев, могут также стать передними и задними килями.

7. Условное обозначение кормового, заднего водно-воздушного крыла, (имеющего стреловидность и закругления, (не)подвижного, поперечное «V» крыла, убирающегося, поворотного, управляемого типа с механизацией; предкрылки, закрылки, элевоны в зависимости от модификации).

8. Уровень воды при стоянке на мелководье в прибрежном варианте, либо малой скорости движения, при максимальной загрузке. Плавание в режиме «Водоизмещения корпуса судна».

9. Уровень воды при движении на подводных крыльях, когда передняя часть корпуса судна приподнят над водой. Плавание в режиме «Глиссирования корпуса судна».

10. Уровень воды при движении на подводных крыльях. Корпус судна полностью поднят над водой. Плавание в режиме «Подводных крыльев».

11. Уровень воды при глиссировании на водно-воздушных крыльях, когда корпус судна полностью поднят над водой, а крылья глиссируют по воде. Плавание в режиме «Глиссирование на крыльях».

12. Уровень воды при движении в режиме «Экраноплан» и «Самолет». Судно осуществляет воздушный полет.

13. Условное изображение штормовой волны в режиме «Глиссирование на крыльях».

14. Парусная система, состоит из парусов, грота, гика, спинакера, системы управления парусами.(Фиг. 5)

15. Мачта парусника (Фиг. 5).

16. Условное обозначение промежуточных водно-воздушных крыльев, (имеющих стреловидность и закругления, (не)подвижного, поперечное «V» крыла, убирающегося, поворотного, управляемого типа с механизацией; предкрылки, закрылки, элевоны в зависимости от модификации). (Фиг. 5)

Примечание: Поскольку плотность воздуха примерно в 800 раз меньше плотности воды, тогда следует кратно уменьшить амплитуды отклоняемых углов, размеры площадей рулей управления в воде. То есть нужна дифференцированная система управления всеми водно-воздушными рулями, предусмотренная п. 5 формулы.

Фиг. 2

Водно-экранопланая модификация Эллипсоидного вида крыла с регулируемыми по высоте и углу атаки водно-воздушными крыльями с механизациями.

Поз. 3 Вид сзади глиссера, экраноплана, где уровень воды (10,11,12) указывает на режимы; «Подводных крыльев», «Глиссирование на крыльях», «Экраноплан».

Поз. 4 Вид сбоку глиссера, экраноплана, (Поз. 3).

Поз. 5 Вид сбоку глиссера, экраноплана, с убранными в корпус водно-воздушными крыльями для высадки на мелководный берег.(Поз. 3). Режим «Вожоизмещения», уровень воды (8), в прибрежном варианте.

Поз. 6 Вид сверху глиссера, экраноплана, (Поз. 3).

Поз. 7 Вид сверху модификации «ВВТС» в высокоскоростной танкер, сухогруз в режиме «Глиссирование на крыльях» с убирающимися в корпус водными крыльями.

Поз. 8 Вид сверху высокоскоростного танкера, сухогруза, (Поз. 7).

Поз. 9 Вид сзади модификации «ВВТС» в экраноплан, самолет, с трапециевидным корпусом судна.

Поз. 10 Вид сверху модификации «ВВТС» в экраноплан, глиссер с корпусом эллипсоидного типа.

Поз. 11 Вид сбоку модификации «ВВТС» в экраноплан, глиссер,(Поз. 10) в режиме «подводных крыльев».

Схемы аэродинамических сил на судно при достижении определенной скорости V с углом атаки d. Поз. 2, 11,

Детали:

d - угол атаки.

V - условное обозначение вектора скоростного напора, ветра.

Yк - суммарная подъемная и гидродинамическая сила корпуса корабля в виде летающего крыла эллипсоидного типа, результирующая сила приложенная в фокусе.

Yпп - суммарная подъемная и гидродинамическая сила переднего подводного крыла.

Yзп - суммарная подъемная и гидродинамическая сила заднего подводного крыла.

G - Вес конструкции приложенной к центру тяжести, ЦТ.

Рдв - тяга двигателя.

ЦТ - центр тяжести судна. Изменение центровок приведет к изменению угла атаки от оптимального, при отсутствии парирования механизацией крыльев.

F - фокус, положение которого меняется на различных режимах.

Хпп - сила водно-воздушное сопротивления переднего водно-воздушного крыла.

Хзп - сила водно-воздушное сопротивления заднего водно-воздушного крыла.

Хк - сила водно-воздушное сопротивления корпуса судна.

Фиг. 3

Таблица режимов поэтапного разгона скорости «ВВТС».

a) В режиме плавания на водоизмещении «Водоизмещения корпуса судна»; от нулевой до скорости полного подъема носовой части корпуса. (Кривая 17). Плавание всех модификаций за счет собственной плавучести корпуса судна. Подъемная гидродинамическая сила от подводных крыльев еще мала. Режим с самым большим сопротивлением плаванию судна.(Fig1.)

b) «Глиссирования корпуса судна»; от скорости полного подъема носовой части корпуса до скорости подъема всего корпуса судна из воды. (Кривая 18). Подводные крылья поднимают носовую часть корпуса судна над водой до заданного угла атаки, а задняя кормовая только приподнята до заданной глубины для режима «Глиссирования корпуса судна». (Fig.1) Корпус судна создает подъемные; аэродинамическую с «экранным эффектом земли» и гидродинамическую силы. Крылья создают гидродинамическую подводную подъемную силу.

c) «Подводных крыльев»; от скорости подъема всего корпуса судна из воды до скорости перехода крыльев в «режим глиссирования». (Кривая 19). Подъемная сила аэродинамическая от корпуса судна с «экранным эффектом земли», гидродинамическая от Подводного режима крыльев,(Fig.1 Поз 2, Fig.2 Поз. 3 и 4), уравновешивают силу тяжести судна на заданных глубинах погружения, осадки судна.

d) «Глиссирование на крыльях»; от скорости начала Глиссирования всех крыльев до скорости отрыва от воды. (Кривая 20). (Fig. 1, Fig. 2 Поз 4). Подъемная аэродинамическая сила корпуса судна с «экранным эффектом земли» и гидродинамическая глиссирующая от крыльев уравновешивают вес судна на этом уровне осадки.

e) «Экраноплан»; от скорости взлета до скорости полета в самолетной модификации использования, где после взлета корпус судна и крылья используются в «воздушном режиме» использования, создают аэродинамическую подъемную силу с «экранным эффектом земли», либо крылья могут убираться в корпус судна. (Кривая 21).

f) Режим «Самолет», когда летательный аппарат созданный по концепции «ВВТС» летит за пределами «экранного эффекта земли». (Кривая 22).

Фиг. 4

Графики потребных и располагаемых тяг при изменении режимов с ростом скорости. Оси Х.Р. торможения и тяги двигателей. Ось V скорость.

a, b, c, d, e - Точки перехода на более скоростной режим.

Pa, Pb, Pc, Pd, Pe - минимальные потребные тяги двигателей для перехода на очередной режим при разгоне скорости.

Vгк, Vпк, Vгкр, Vэ, Vс-скорости начала режимов ; «Глиссирования корпуса судна», «Подводных крыльев», «Глиссирование на крыльях», «Экраноплан», «Самолет».

Х_18, Х_19, Х_20, Х_21, Х₂₂ -минимальные потребные тяги, сопротивления для поддержания режимов. Определяют крейсерские параметры скорости и тяги для этих режимов.

Кривые (18-22) имеют чуть большее сопротивление в точках перехода, но потом снижаются до минимального значения сопротивления Х с ростом скорости, за счет снижения потребных углов атак, в дальнейшем с ростом скорости растет за счет лобовых сопротивлений воды и воздуха до следующей точки смены режима.

17 - Кривая роста волнового, водного сопротивления (Фиг. 1 п. 1, таблица Фиг. 3 п.а), при плавании в режиме «Водоизмещения». Самое большое водное сопротивление и малый запас располагаемых тяг при плавании в «Водоизмещеном режиме», парабола (17). Плавание на поплавках, лыжах - это тот же «Водоизмещеный режим», только с более пологой кривой, но на других режимах это создаст дополнительное сопротивление, требующее дополнительных двигателей. Использование механизации подводных крыльев закрылков, предкрылков, элевонов улучшит разгонные характеристики и управляемость судном.

18 - Кривая роста водно-воздушного сопротивления при плавании в режиме «Глиссирования корпуса судна» (Фиг. 1 п. 1, таблица Фиг. 3 п.b).

19 - Кривая водно-воздушного сопротивления в режиме «Подводных крыльев» при полном подъеме всего корпуса судна из воды. (Фиг. 1 п. 1, таблица Фиг. 3 п.с)

20 - Кривая водно-воздушного сопротивления на режиме «Глиссирования на крыльях», когда корпус судна создаст достаточно подъемной силы для этого режима. (Фиг. 1 п. 1, таблица Фиг. 3 п.d).

21 - Кривая воздушного сопротивления при полете в режиме «Экраноплан». (Фиг. 1 п. 1, таблица Фиг. 3 п.e), Это обычная кривая Жуковского, только за счет «Экранного эффекта» в экранопланой конфигурации больше рост лобового сопротивление с ростом скорости, по сравнению с «самолетным» режимом (22).

22 - Кривая воздушного сопротивления при полете в режиме «Самолетной конфигурации».

23 - Кривая условной тяги турбореактивного двигателя, или иного другого двигателя в зависимости от модификации использования.

24 - Ломаная кривая по точкам перехода, поэтапного разгона «ВВТС» от режима «Водоизмещения корпуса судна»,где точки перехода режимов и части кривых между ними определяют программу разгона скорости, (взлета).

Если поэтапно использовать разные режимы водно-воздушных; крыльев и корпуса «ВВТС», то можно обойтись малым избытком тяги двигателя на взлете, а отказ от использования воздушной подушки, лыж, поплавков, редана прототипов, уменьшит сопротивление, а значит и расходы топлива в воздушных режимах по сравнению с прототипами, имеющие такие несовершенства аэродинамического обтекания.

Фиг. 5.

Поз. 12 Вид сбоку модификации «ВВТС» в «Парусную яхту» эллиптического типа с увеличенным размахом крыла, по сравнению с (Поз. 14, 15). Водные крылья (1, 7, 16) подняты на шарнирах над палубой, водометный двигатель (3) поднят в верх, прижат к корпусу, для перемещения без паруса по мелководью в режиме «Водоизмещения» и прибрежной стоянки.

Поз. 13 Вид сверху модификации «ВВТС» в «Парусную яхту» (Поз. 12).

Поз. 14 Вид сбоку модификации «ВВТС» в «Парусную яхту» эллиптического типа с увеличенной Средней Аэродинамической Хордой по сравнению с (Поз. 12, 13). Управляемые водные крылья, пилоны-кили (1,7,16) опущены в воду, обеспечивают управляемость и устойчивость судна от влияния ветра. Водометный двигатель, либо его водозаборник (3) опущен в воду на глубину. Уровни воды (8, 10, 11) указывают на использование режимов; «Водоизмещения», «Подводных крыльев», «Глиссирования на крыльях»,

Фиг. 6.

Фото современной парусной яхты на 2 поплавках с подводными крыльями.

5. Общие описание «ВВТС»:

a) Использование (сверх) толстого, несимметричного профиля крыла в плане обусловлено получением:

a) максимальных удельных объемов корпуса судна. Отношения полезного объема к площади крыла.

b) достижение максимальных значений коэффициента подъемной силы (Су)для получения максимально-возможной подъемной силы от корпуса корабля.

c) «ВВТС» не может использовать большой диапазон углов атак из-за интерференции носовых подводных крыльев, придется увеличивать вертикальное расстояние от носовых подводных крыльев до корпуса судна, либо смещать их ближе к центру тяжести, что плохо скажется на характеристиках динамической продольной устойчивости судна.

Поэтому использование в «ВВТС» (сверх) толстого, несимметричного профиля крыла в плане с небольшим запасом углов атак будет целесообразно.

d) Известна формула подъемной, гидродинамической силы Y=C_y

S, которая будет действовать в водной и воздушной поверхности. Подъемная сила судна (Y) состоит из подъемных и гидродинамических сил подводных крыльев переднего (носового) и заднего (кормового)и корпуса судна Yс=Yк+Yпп+Yзп=G

e) Явление кавитации ограничивает использование подводных крыльев и подводных винтов в среднем на скоростях выше 100 км/ч. Поэтому на больших скоростях следует использовать; режим глиссирования на подводных крыльях, водометные, турбовинтовые, турбовентиляторные, и прочие реактивные двигатели.

f) Тяга двигательной установки должна быть больше сопротивления. Рдв>Хк+Хпп+Хзп, Рдв>Р потребных тяг режима использования.

g) Располагаемая тяга будет ровна Если Ррасп=Рдв-Хк-Хпп-Хзп, то ускорение разгона ар=Ррасп/G/g, где g-ускорение свободного падения.

Тогда при разгоне, с ростом скорости V растут подъемные силы подводных крыльев, позволяющие поэтапно поднимать корпус корабля над водой, тем самым поэтапно значительно уменьшать сопротивление воды и улучшать разгонные характеристики судна, (ар).

2) Устойчивость судна в режиме водного «Взлета».

a) Устойчивость судна при простом плавании на подводных крыльях достигнута ранее в прототипах.

(Фиг. 1 и 2) Тогда если уравновесить крутящие моменты от действующих на судно относительно центра масс подъемных сил подводных крыльев с заданными углами атаки, при одинаковой плотности водной среды, (p), то после взлета, при изменения плотности среды, (p) баланс крутящих моментов от них не изменится, если угол атаки останется заданным, неуравновешенного крутящего момента от них не возникнет. Остается рассмотреть переходный режим и влияние волн.

b) Переходный режим.

Между режимом использования крыльев в режимах подводный и воздушный должен быть переходной режим. Известен режим глиссирования обычных водных судов, который и должен стать переходным режимом. Там гидродинамическое давление воды создает подъемную силу обычно на нижней плоской поверхности судна, которая зависит от многих факторов, в том числе и от силы давления на плоские нижние омываемые поверхности, и не зависит от кривизны профиля крыла, верхней части профиля крыла. Если на этапе роста скорости до взлетной, когда подъемная сила корпуса судна будет приближаться к равновесию с центром тяжести, Тогда будут уменьшаться, нагрузка, давление на подводные крылья, что создаст условия для работы этих крыльев в режиме глиссирования.

c) Условия устойчивости.

I. При глиссировании на крыльях при скоростях и углах атаки меньше взлетных. (Фиг 1 Поз 4).

Статическую устойчивость по углу атаки обеспечивают; глиссирующие крылья, нахождением центра тяжести между опорами на воду этих двух крыльев, и аэродинамическая статическая и динамическая устойчивость корпуса судна, находящегося в воздушном режиме и в условиях «Экранного эффекта».

II. При отрыве от водной поверхности.

В момент по достижению скорости равной весу судна и увеличения угла атаки с наивыгоднейшего до взлетного, будет сбалансирован корпус судна на новый режим, переднее крыло отрывается от воды, заднее глиссирует с нагрузкой, опорой на воду, но по величине стремящейся к нулю. ( Фиг 1 Поз 4). В моменты скачков, отрыва и перехода заднего крыла из режима «Глиссирования» в «Воздушный» баланс крутящих моментов от водно-воздушных крыльев сильно не изменится, потому что сила реакции от водной поверхности на заднее крыло будет уже минимальной, стремящейся к нулю, изменение крутящих моментов незначительное, а динамическая и статическая устойчивость по углу атаки крыла корпуса судна будет еще уменьшать их, поэтому сильного неуравновешенного крутящего момента от волны не возникнет. Такая ситуация Аналогична взлету самолета с грунта, где после создания взлетного угла атаки самолет продолжает разгоняться до взлетной скорости, подпрыгивая на «кочках». Поскольку вода более мягкая среда нежели земля, то скачки по гребням волн будут заметно слабее и безопаснее наземных. Таким образом, статическая и динамическая устойчивость по углу атаки все же сохранится на переходном режиме до самого взлета летательного аппарата концепции «ВВТС» даже при волнении моря.

d) Влияние значительного волнения моря.

В зависимости от соотношения подъемной сил аэродинамической от корпуса и гидродинамических от носового и кормового крыла, судно в условиях волнения моря будет двигаться скачками по дугам окружностей по синусоиде и строго по гребням волн. С ростом скорости и углов атак до взлетных, амплитуды скачков по высоте уменьшаются, а длины скачков судна по гребням волн будут увеличиваются, нагрузка, давление на глиссирующие крылья, крутящие моменты от взаимодействия с водой будут стремиться к нулю. Тогда для достижения максимальной скорости глиссирования равной взлетной, при угле атаки меньше взлетного, (почти горизонтальный полет), можно «скакать» по волнам любой высоты, при условии примерно одинаковой их высоты и с малой перегрузкой от реакции с водной поверхностью, не вызывающей дискомфорта от плавания в шторм.

e) Рекомендации при плавании, взлете и посадки в условиях большого волнения моря.

Взлет и посадка в условиях значительных волн будет напоминать взлет с грунтовой неровной поверхности земли грунтовых аэродромов, где надо сохранять заданный угол (атаки), тангажа, с которыми натренированные пилоты или автопилот справятся. Чем больше волнение на море, тем больше будет расстояние между гребнями волн, длинна и высота волны.

I. Известны рекомендации пилотам экранопланов, чтобы в случае наличия большой длинны волны на море, (большого волнения моря), следует разгоняться и взлетать вдоль распространения волны с учетом скорости судна, боком к ветру, что значительно снижает динамические нагрузки на конструкцию от встречных волн, что улучшит взлетно-посадочные характеристики.

II. Для водных и воздушных модификаций «ВВТС» в случае значительного волнения моря следует также использовать разгон вдоль больших волн до взлета, а для водной модификации до скорости близкой к взлетной, но без взлетного угла атаки. И только потом разворачиваться против волн для скачков по гребням волн, если есть такая необходимость.

III. От «волн убийц», которые высотой более 18 метров следует отвернуть. В крайнем случае «ВВТС» больших геометрических размеров, сравнимых с высотой волн, за счет высокой остойчивости может безопасно дрейфовать в любой шторм, в дрейфующем и в «водоизмещенном» режиме переживет даже «волны убийцы».

1) В виду напряженности режимов и длительности полетов, с целью исключения ошибок пилота, снижению аварийности на режимах «Глиссирование на крыльях», «Экраноплан», «Подводных крыльев» для парусных яхт, необходимо преимущественно использовать автопилот.

2) Посадка на подводные крылья будет аналогична посадке на неровную грунтовую полосу с учетом рекомендация по взлету для условий значительного волнения моря.

3) Вывод:

Таким образом, добавление глиссирующего режима корпусу судна и классическим подводным крыльям прототипов, делает разгон скорости и взлет возможным, безопасным даже при значительном волнении моря, уменьшает водное и воздушное сопротивление, и облегчает по потребной тяге водный разгон и старт летательного аппарата, созданного и эксплуатируемого в соответствии с настоящей концепцией.(Фиг. 4)

6. Модернизация других прототипов соответствии концепцией «ВВТС».

1) С точки зрения получения максимального аэродинамического качества в воздушных режимах будут вредны в данной концепции; воздушной подушки, лыжи, поплавки, и в большинстве случаев реданы, прототипов. Этим они «ВВТС» отличается от прототипов.

2) В связи с тем, что режим «Глиссирования» зависит от удельного давления на плоские омываемые поверхности, то за счет роста подъемных сил корпуса судна от роста скорости, могут использоваться режимы; «Глиссирования корпуса судна», «Подводных крыльев», «Глиссирование на крыльях» даже крупнотоннажные суда,(пассажирские, сухогрузы и танкеры) с большой грузоподъемностью, построенные по концепции «ВВТС».

3) Исходя из концепции «ВВТС», можно модернизировать:

a) Летательный аппарат «Экип» Щукина (RU 2033945), который не может взлетать в условиях волнения моря, потому что воздушная подушка имеет большое лобовое сопротивление. «Экип» спроектирован для углов атаки до 40 градусов для улучшения взлетно-посадочных характеристик. На таких углах атаки воздушная подушка вообще бесполезна. Следует убрать воздушную подушку, лишнюю механизацию крыла и установить передние и задние водно-воздушные крылья, что уменьшит лобовое сопротивление, повысит аэродинамическое качество, даст возможность взлета в условиях волнения моря. А небольшая осадка судна позволит устанавливать шасси, которые будут убираться в ниши выше ватерлинии, как у самолета БЕ-12. Тогда получится хороший самолет-амфибия с подводными крыльями.

b) Корабль на подводных крыльев «Комета 120М». Форма продольного сечения профиля судна, дает основание предполагать наличие отрицательной подъемной силы от корпуса судна, увеличивающей нагрузку на подводные крылья с ростом скорости, увеличивая волновое, водное сопротивление. Изменить форму судна на корпус типа "летающее крыло", малого удлинения и большей Средней аэродинамической хордой, «САХ» по сравнению с «Классической самолетной аэродинамической схемой» для усиление «экранного эффекта земли». Плоское днище корпуса создаст условия для глиссировании на нижней части корпуса в режиме разгона, что существенно уменьшит; сопротивление, вес подводных крыльев. Тогда корпус судна будет создавать большую положительную подъемную силу, уменьшая нагрузку на подводные крылья, создает условия для использования режимов до «Глиссирование на крыльях»,(Фиг. 1, 2), что резко уменьшит необходимую потребную тягу двигателя(Фиг. 4) на крейсерских режимах, повысит скорости плавания и способность плавать в условиях волнения моря.

c) Экраноплан ВВА-14. Заменить поплавки на водно-воздушные крылья, можно также изменить корпус судна по типу «Летающего крыла» с плоской нижней поверхностью, редуцированным, несущим фюзеляжем, (создающих аэродинамическую подъемную силу), что позволит уменьшить водное и воздушное сопротивление, а значит и отказаться от стартовых дополнительных двигателей прототипа.

d) Глиссера рекордсмены обычно нет передних, да и задних крыльев, что плохо сказывается на статической устойчивости по углу атаки, поэтому у них высокая аварийность. Разгон на передних и задних крыльях в глиссирующем режиме с корпусом судна в виде «несущего фюзеляжа» с аэродинамическими органами управления с хорошей динамической и статической устойчивостью, и в соответствии с концепцией «ВВТС», особенно п. 5 формулы, позволил бы спортивным глиссерам еще повысить эти рекорды и безопасность глиссирования.

e) Парусные яхты на подводных крыльев (Фиг. 6), с обычными поплавками прототипа. Добавление 4 подводных крыльев к корпусу судна в виде Эллипсоида, (летающего крыла), (Фиг. 5), позволит увеличить грузоподъемность, за счет создания подъемной силы корпусом судна от набегающего ветрового скоростного напора, и управлять гиками и парусами по направляющим окружности корпуса судна автопилотом. Возникающие неуравновешенные крутящие моменты от парусной системы должны парироваться отклонениями водно-воздушных; корпуса судна, крыльев и килей-пилонов. Целесообразно использовать автопилот для управления парусами, их площадями и углами атаки, подводными крыльями, корпусом судна. Максимальная площадь и высота парусов ограничивается устойчивостью судна. Крылья и кили могут поворотом вокруг шарнирного соединения, оказаться над палубой корпуса для плавания и стоянки на мелководье. Например в устьях мелководных рек, впадающих в море, может быть стоянка, подобных яхт. Двигатель, преимущественно водометный позволит плавать в отсутствии ветра. Использование подводных крыльев яхты в глиссирующем режиме при незначительном волнении моря, уменьшит сопротивление и увеличит скорости плавания, возможно тогда для обеспечения большей устойчивости, будет целесообразно вынести подводные крылья за периметр корпуса судна.

7. Недостатки «ВВТС»:

1) Низкие; высота судна и осадка требуют низко расположенных пристаней. При большом волнении на воде волны будут перекатываться через весь корпус судна. Поэтому нужно строить герметические; корпус судна, иллюминаторы, окна, двери, вентиляцию помещений с кондиционером, водонепроницаемые переборки, воздухозаборники двигателя, с запас прочности от штормовых волн. Аэродинамические наплывы на корпусе судна должны повышать подъемную силу, служить траппом для пассажиров, транспорта, и предохранительным ограничителем от повреждения подводных крыльев от пристани при стоянке.

2) Для надводных модификаций имеющих большие площади корпусов судна не все водные каналы, шлюзы, протоки пригодны для эксплуатации «ВВТС». Не все имеющиеся сейчас порты смогут принять под разгрузку груза и пассажиров, зато малые глубины у пристаней для кораблей в мелководных лиманах с убранными подводными крыльями не будут критичны.

3) Водное базирование потребует более частую очистку и покраску нижней поверхности судна и подводных крыльев для снижения лобового сопротивления.

4) Вес подводных крыльев будет уменьшать полезную нагрузку. Но рост подъемной силы от несущего корпуса судна уменьшит нагрузку на подводно-воздушные крылья, что позволит снижать их вес.

5) По сравнению с другими типами судов вопросы центровки, устойчивости и управляемости, потребные углы атаки подводно-воздушных крыльев и корпуса судна для разных скоростей плавания и полезной загрузки, будут более важны. Технологии; обеспечения центровок самолетов, изменения фокуса в полете за счет крыльев изменяемой геометрии, будут востребованы. Само управление судном будет более сложным и напряженным для пилота, требовать наличия специальных навыков, чем у других надводных и воздушных кораблей. А ручной полет на предельно малых высотах быстро вызовет утомление и ошибки летчика.

Меры борьбы:

a. Чтобы исключить ошибки пилотов, и для обеспечения нормальных условий устойчивости и управляемости кораблем в длительных плаваниях и полетах, особенно в экранопланном режиме, использовать автоматический, полуавтоматические режимы автопилота в управлении судном от старта до посадки. Использовать п. 4 и 5 Формулы изобретения.

6) У аэродинамической схемы Летающее крыло обычно посредственные характеристики статической устойчивости, особенно для эллипсоидной схемы.

Меры борьбы:

Использовать эллипсоидные схемы корпуса корабля в основном в надводных и экранопланных модификациях, там где подводные крылья, «Экранный эффект земли» обеспечивают необходимый уровень устойчивости и управляемости пока не будут разработаны технологии по устранению этих недостатков.

8. Литература, источники информации.

Л. 1. Виктор Мишецкий. «Летающие монстры Бортини и Алексеева.» - Журнал «совершенно секретно» № 06/407 июнь 2018 , с. 38.

Л. 2 «В России ведется строительство пассажирского судна на подводных крыльях «Комета 120М» Журнал «Военное обозрение» 46 от 21.05.2015 года.

Л. 3 Петров, Г. Ф. Гидросамолеты и экранопланы России: 1910-1999. - М. : Русавиа, 2000. - 248 с. - 3 000 экз.

Л. 4 Экраноплан / М. Ю. Куприков // Большая российская энциклопедия : [в 35 т.] / гл. ред. Ю. С. Осипов. - М. : Большая российская энциклопедия, 2004-2017.

Л. 5 Качур П. Экранопланы: прошлое, настоящее, будущее (рус.) // Техника и вооружение вчера, сегодня, завтра : журнал. - 2007. - Ноябрь (№ 11). - С. 2-09. - ISSN 1682-7597.

Л. 6 «Экип» в Докладах Академии наук, Том 377, Страница 198

Л. 7 «АНАЛИЗ СТРОИТЕЛЬСТВА МОРСКИХ ПАССАЖИРСКИХ СУДОВ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ» авторы БАРЫШНИКОВ СЕРГЕЙ ОЛЕГОВИЧ, СУХОТЕРИН МИХАИЛ ВАСИЛЬЕВИЧ. Журнал «МОРСКИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ» Издательство: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский центр "Морские интеллектуальные технологии" (Санкт-Петербург) ISSN: 2073-7173eISSN: 2588-0233 Номер: 3-3 (45) Год: 2019 Страницы: 28-36 УДК: 629.12

Л. 8 Патенты на изобретения: Д1 - RU 2081014 C1 (КЕСЛЕР АНАТОЛИЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ), 10.06.1997, 6c.

Д2 - US 6325011 B1 (KLEM FLYING BOATS), 04.12.2001, 26c.

Д3 - WO 2011/081635 A1 (FUNCK STEPHEN H.), 07.07.2011, 29c.

Д4 - RU 2033945 C1 (НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ КООПЕРАТИВНАЯ ФИРМА «ЭКИП»), 30.04.1995, 17с.

Л. 9 «К ВОПРОСУ О ПРОЕКТИРОВАНИИ СВЕРХСКОРОСТНЫХ ПАРУСНЫХ КАТАМАРАНОВ НА ПОДВОДНЫХ КРЫЛЬЯХ .» БОБКОВ Л.М., БЛИНОВ В.И. 2000 год, УДК: 629.525.4.01 № 1 (728) Журнала «Судостроение» стр. 20-23.

Л. 10 Кирилюк Е.В., Латухин М.О., Антоненко С.В. Научная статья “ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗЛЕТНОГО РЕЖИМА ЭКРАНОПЛАНА» опубликованная на сайте https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-vzletnogo-rezhima-ekranoplana/viewer

Claims (4)

1. Способ обеспечения движения водно-воздушного транспортного средства, где корпус водно-воздушного транспортного средства типа «летающее крыло», имеющий механизацию крыла с системой управления, создает еще и воздушную подъемную силу, а подвижные управляемые водно-воздушные кили обеспечивают устойчивость и управляемость водно-воздушного транспортного средства, отличающийся тем, что разгон водно-воздушного транспортного средства двигателями осуществляется поэтапно с поэтапным подъемом из воды корпуса водно-воздушного транспортного средства, носового, кормового подводно-воздушных крыльев, которые могут глиссировать по воде и создавать подъемную силу в полете.

2. Способ обеспечения движения по п. 1, отличающийся тем, что водно-воздушное транспортное средство может использовать убирающиеся шасси и носовое, кормовое подводно-воздушные крылья, которые имеют механизацию крыла и могут быть управляемыми по углу атаки, быть поворотными, выдвигаться и убираться в корпус.

3. Способ обеспечения движения по п. 1, отличающийся тем, что разгон водно-воздушного транспортного средства осуществляют двигатели либо парус, используя заданный порядок смены режимов разгона: полностью водоизмещения, глиссирования корпуса, на подводных крыльях, глиссирования на крыльях, воздушного либо только части упомянутых режимов.

4. Способ обеспечения движения по п. 1, отличающийся тем, что система управления, автопилот устанавливают единую дифференциальную зависимость угловых скоростей судна вокруг всех аэродинамических осей только от потребных усилий и величины отклонений рулей управления на всех эксплуатационных режимах.

Images