RU2813394C1 - Supersonic passenger aircraft - Google Patents
Supersonic passenger aircraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2813394C1 RU2813394C1 RU2023106981A RU2023106981A RU2813394C1 RU 2813394 C1 RU2813394 C1 RU 2813394C1 RU 2023106981 A RU2023106981 A RU 2023106981A RU 2023106981 A RU2023106981 A RU 2023106981A RU 2813394 C1 RU2813394 C1 RU 2813394C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuselage
- nozzle
- aircraft
- cockpit
- perforations
- Prior art date
Links
- 230000035939 shock Effects 0.000 claims abstract description 38
- 239000002828 fuel tank Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 6
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 230000000116 mitigating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000003351 stiffener Substances 0.000 description 1
- 230000029305 taxis Effects 0.000 description 1
- 230000008719 thickening Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Область техникиField of technology
Изобретение относится к области авиации и может найти применение при создании сверхзвуковых пассажирских самолетов.The invention relates to the field of aviation and can find application in the creation of supersonic passenger aircraft.
Уровень техникиState of the art
Известен единственный в СССР сверхзвуковой пассажирский самолет ТУ-144 (ТУ-144 - Википедия), принимаемый за аналог, который совершил свой первый полет 31 января 1968 года. Самолет построен по аэродинамической схеме «бесхвостка» и представляет собой низкоплан с одним килем и с отклоняемой вниз носовой частью. Оживальное крыло с отклоненным вниз носком имеет угол стреловидности передней кромки 78° в околофюзеляжных частях и 55° на всей остальной части. Самолет имел длину 65,6 м, размах его крыльев равнялся 28,0 м, высота 12, 5 м, диаметр фюзеляжа 3,3 м. Масса пустого самолета составляла 85 т. Максимальная взлетная масса самолета составляла 180 т при максимальной массе полезного груза 15 т и максимальной массе заправляемого топлива 80 т. Четыре турбореактивных двигателя с коробчатыми воздухозаборниками устанавливались под крыльями ближе к фюзеляжу и развивали тягу на взлете до 20 тс каждый. Скорость на крейсерском режиме полета составляла 2300 км/ч, практический потолок равнялся 20 км, практическая дальность полета с 120 пассажирами составляла 3100 км. Самолет имеет трех опорное шасси, каждая основная опора состоит из амортизированной трехосной стойки с четырьмя колесами на каждой оси. Передняя амортизированная опора имеет одну ось с парой колес. Основными недостатками самолета Ту-144 были 0809 повышенный шум при полете над населенной сушей за счет возникающих при полете на сверхзвуковой скорости звуковых ударных волн и не экономичность, поскольку он потреблял большое количество топлива.The only known supersonic passenger aircraft in the USSR is the TU-144 (TU-144 - Wikipedia), taken as an analogue, which made its first flight on January 31, 1968. The aircraft is built using a “tailless” aerodynamic design and is a low-wing aircraft with a single keel and a downward-sloping nose section. The ogival wing with its tip deflected downward has a leading edge sweep angle of 78° in the fuselage parts and 55° throughout the rest. The aircraft had a length of 65.6 m, its wingspan was 28.0 m, height 12.5 m, fuselage diameter 3.3 m. The empty weight of the aircraft was 85 tons. The maximum take-off weight of the aircraft was 180 tons with a maximum payload weight of 15 tons and a maximum fuel weight of 80 tons. Four turbojet engines with box-shaped air intakes were installed under the wings closer to the fuselage and developed a take-off thrust of up to 20 tf each. The speed at cruising flight mode was 2300 km/h, the service ceiling was 20 km, the practical flight range with 120 passengers was 3100 km. The aircraft has a three-leg landing gear, each main leg consisting of a shock-absorbed three-axle strut with four wheels on each axis. The front shock-absorbing support has one axle with a pair of wheels. The main disadvantages of the Tu-144 aircraft were increased noise when flying over populated land due to the sound shock waves generated when flying at supersonic speeds and lack of efficiency, since it consumed a large amount of fuel.
Известен проект экспериментального сверхзвукового самолета США (Lockheed Martin Х-59 - Википедия), принимаемого за прототип, имеющего новую форму крыла, удлиненную носовую часть и другие особенности конструкции, предназначенные для уменьшения звуковой ударной волны. Длина самолета с низкорасположенным стреловидным крылом 29 м, размах крыла 9,0 м, максимальная взлетная масса 14 700 кг, двигатель развивает тягу 10 тс. Самолет развивает крейсерскую скорость 1510 км/ч на высоте 17 км. Экспериментальный самолет предназначен для подтверждения правильности заложенных в него технических решений для обеспечения возможности существенного снижения ударной звуковой волны при полете над населенной сушей. Недостаток проекта состоит в том, что заложенные в него технические решения не гарантируют их достаточность при масштабировании конструкции от одноместного до многоместного пассажирского самолета, который предстоит разработать.There is a known project of an experimental US supersonic aircraft (Lockheed Martin X-59 - Wikipedia), taken as a prototype, having a new wing shape, an elongated nose section and other design features designed to reduce the sound shock wave. The length of the aircraft with a low swept wing is 29 m, the wingspan is 9.0 m, the maximum take-off weight is 14,700 kg, the engine develops a thrust of 10 tf. The aircraft develops a cruising speed of 1510 km/h at an altitude of 17 km. The experimental aircraft is designed to confirm the correctness of the technical solutions incorporated into it to ensure the possibility of significantly reducing the shock wave when flying over populated land. The disadvantage of the project is that the technical solutions included in it do not guarantee their sufficiency when scaling the design from a single to a multi-seat passenger aircraft to be developed.
Таким образом, известные в настоящее время технические средства не могут обеспечить ускоренную доставку пассажиров на межконтинентальные расстояния, не создавая при этом ударную звуковую волну большой мощности при полете над населенной сушей.Thus, currently known technical means cannot provide accelerated delivery of passengers over intercontinental distances without creating a high-power shock wave when flying over populated land.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention
Основным способом борьбы со звуковыми ударными волнами, представляющими собой движущиеся вместе с самолетом скачки уплотнения воздуха, является выбор аэродинамической формы самолета, которая обеспечивает уменьшение количества скачков уплотнения, снижение их интенсивности за счет применения в том числе специальных устройств или дробление больших скачков уплотнения на более мелкие скачки.The main way to deal with sound shock waves, which are air shock waves moving with the aircraft, is to choose an aerodynamic shape of the aircraft, which reduces the number of shock waves, reduces their intensity through the use of special devices, or splitting large shock waves into smaller ones horse racing
a. Предлагается сверхзвуковой пассажирский самолет, фюзеляж которого имеет не осесимметричную форму, коническую в плане, сплюснутую по вертикали, а также имеет плоские верхнюю и нижнюю поверхности и скошенную в хвостовой части нижнюю поверхность. Самолет имеет удлиненную тонкую и скругленную в самом начале носовую часть клиновидной в вертикальной плоскости формы до кабины пилотов. По длине носовой части расположено несколько равноотстоящих поясов со ступенчатым локальным увеличением размера в каждом из них в форме насадка. Пояса обеспечивают формирование дополнительных слабых скачков уплотнения, ослабляющих самый мощный носовой скачок уплотнения, за счет проникновению через перфорации в них заторможенных воздушных струй.a. A supersonic passenger aircraft is proposed, the fuselage of which has a non-axisymmetric shape, conical in plan, flattened vertically, and also has flat upper and lower surfaces and a lower surface beveled at the tail. The aircraft has an elongated, thin, and rounded at the very beginning nose section, wedge-shaped in the vertical plane up to the pilot's cabin. Along the length of the bow there are several equally spaced belts with a stepped local increase in size in each of them in the form of a nozzle. The belts ensure the formation of additional weak shock waves, weakening the most powerful nasal shock wave, due to the penetration of inhibited air jets through the perforations into them.
b. Для улучшения обзора экипажа при влетах и посадках самолет имеет кабину экипажа с фонарем кабины, расположенную ниже носовой части фюзеляжа в месте стыка ее с центральной частью фюзеляжа. Для ослабления скачка уплотнения, возникающего в месте стыка, плоское днище фюзеляжа под кабиной экипажа снабжено устройством в форме насадка, обеспечивающим ослабления возникающего здесь скачка уплотнения за счет пропуска заторможенных воздушных струй через перфорации в стенке насадка.b. To improve the visibility of the crew during take-offs and landings, the aircraft has a cockpit with a canopy located below the forward part of the fuselage at its junction with the central part of the fuselage. To weaken the shock wave that occurs at the joint, the flat bottom of the fuselage under the cockpit is equipped with a device in the form of a nozzle, which weakens the shock wave that occurs here by passing retarded air jets through perforations in the wall of the nozzle.
c. Самолет имеет два пассажирских салона, расположенных по бокам конического в плане фюзеляжа, что обеспечивает пассажирам не только боковой, но частично и передний обзор. Салоны имеют общий вход в них, который начинается позади кабины экипажа.c. The aircraft has two passenger cabins located on the sides of the conical fuselage, which provides passengers with not only lateral, but partially frontal visibility. The salons have a common entrance to them, which begins behind the cockpit.
d. Самолет имеет трапециевидные в плане тонкие крылья с большим углом стреловидности. Нижняя поверхность крыльев является продолжением нижней плоскости фюзеляжа. Крылья начинаются за кабиной экипажа и заканчиваются на линии скоса фюзеляжа. Крылья снабжены элевонами. Для ослабления крыльевых скачков уплотнения путем дробления на большое число слабых скачков передняя кромка каждого крыла имеет ступенчатую форму. На каждой из ступеней передняя кромка перпендикулярна продольной оси фюзеляжа. Начало каждой из последующих ступеней является источником возникновения слабого скачка уплотнения. Для ослабления этого скачка применяется локальное устройство в форме насадка, которое обеспечивает пропуск заторможенных воздушных струй через перфорации в стенке насадка.d. The aircraft has trapezoidal, thin wings with a large sweep angle. The lower surface of the wings is a continuation of the lower plane of the fuselage. The wings start behind the cockpit and end at the fuselage bevel line. The wings are equipped with elevons. To weaken wing shock waves by crushing them into a large number of weak shocks, the leading edge of each wing has a stepped shape. At each stage the leading edge is perpendicular to the longitudinal axis of the fuselage. The beginning of each of the subsequent stages is the source of a weak shock wave. To weaken this shock, a local device in the form of a nozzle is used, which ensures the passage of inhibited air jets through perforations in the wall of the nozzle.
e. Самолет имеет два киля с рулями направления, закрепленные на концах крыльев. На килях установлены Т- образные треугольные в плане цельно поворотные рули высоты. Кили способны раскладываться в плоскости крыльев для обеспечения устойчивости самолета при полете на дозвуковой скорости, так что после раскладывания килей их рули направления выполняют роль закрылков, а рули высоты выполняют роль рулей направления. Рули высоты снабжены устройством в форме насадка, обеспечивающим формирование слабого скачка уплотнения за счет пропуска заторможенных воздушных струй через перфорации в стенке насадка.e. The aircraft has two fins with rudders attached to the ends of the wings. T-shaped, triangular in plan, solidly rotating elevators are installed on the keels. The fins are capable of unfolding in the plane of the wings to ensure the stability of the aircraft when flying at subsonic speeds, so that after the fins are unfolded, their rudders act as flaps, and the elevators act as rudders. The elevators are equipped with a device in the form of a nozzle, which ensures the formation of a weak shock wave by passing retarded air jets through perforations in the wall of the nozzle.
f. Самолет снабжен турбовентиляторными двигателями, установленными на верхней плоскости фюзеляжа в хвостовой его части. Двигатели имеют скошенные назад коробчатые воздухозаборники. Воздухозаборники являются источником слабых скачков уплотнения, для ослабления которых применяется устройство, обеспечивающее пропуск заторможенных воздушных струй через перфорации в стенках устройства.f. The aircraft is equipped with turbofan engines installed on the upper plane of the fuselage in its rear section. The engines have rearward sloping box-shaped air intakes. Air intakes are a source of weak shock waves, to weaken which a device is used that allows the retarded air jets to pass through perforations in the walls of the device.
g. Одним из существенных источников шума самолета является сопло двигателя, из которого при полете истекает сверхзвуковая струя газов. Для уменьшения этого шума каждый из его двигателей снабжен устройством шумоглушения, представляющим собой перфорированную вставку в расширяющуюся часть сопла. Крепится эта вставка к внутренней части сопла с помощью ребер жесткости, параллельных продольной оси сопла. Пропуск заторможенных воздушных струй в атмосферу после их прохождения через перфорации во вставке осуществляется через зазоры между вставкой и внутренней поверхностью сопла на срезе сопла.g. One of the significant sources of aircraft noise is the engine nozzle, from which a supersonic jet of gases flows during flight. To reduce this noise, each of its engines is equipped with a noise suppression device, which is a perforated insert into the expanding part of the nozzle. This insert is attached to the inside of the nozzle using stiffeners parallel to the longitudinal axis of the nozzle. The passage of inhibited air jets into the atmosphere after they pass through the perforations in the insert is carried out through the gaps between the insert and the inner surface of the nozzle at the nozzle exit.
h. Самолет снабжен топливными баками, установленными между пассажирскими салонами и за ними. В целях повышения экономичности и экологичности самолета в качестве топлива используется жидкий водород.h. The aircraft is equipped with fuel tanks installed between and behind the passenger compartments. In order to improve the efficiency and environmental friendliness of the aircraft, liquid hydrogen is used as fuel.
i. Самолет снабжен трех опорным выпускающимся шасси, все три стойки которого закреплены под фюзеляжем и убираются в фюзеляж.i. The aircraft is equipped with a three-leg retractable landing gear, all three struts of which are fixed under the fuselage and retracted into the fuselage.
Задачей этого изобретения является разработка сверхзвукового пассажирского самолета, способного создавать существенно меньше шума при полете на сверхзвуковой скорости над населенной сушей и потребляющего меньше топлива по сравнению с аналогами.The objective of this invention is to develop a supersonic passenger aircraft capable of creating significantly less noise when flying at supersonic speed over populated land and consuming less fuel compared to analogues.
Поставленная задача решается тем, что сверхзвуковой пассажирский самолет, содержащий фюзеляж с кабиной экипажа с фонарем кабины, крылья и хвостовое оперение с органами аэродинамического управления, турбовентиляторные двигатели, трех опорное выпускающееся шасси, баки с топливом, системы связи и управления, согласно изобретению его фюзеляж имеет не осесимметричную форму, коническую в плане, сплюснутую по вертикали, а также имеет плоские верхнюю и нижнюю поверхности и скошенную в хвостовой части нижнюю поверхность, при этом самолет имеет удлиненную тонкую и скругленную в самом начале носовую часть клиновидной в вертикальной плоскости формы до кабины пилотов и расположенные по ее длине несколько равноотстоящих поясов со ступенчатым локальным увеличением размера в каждом из них в форме насадка, предназначенных для формирования дополнительных слабых скачков уплотнения за счет пропуска заторможенных воздушных струй через перфорации в стенках насадка.The problem is solved by the fact that a supersonic passenger aircraft containing a fuselage with a cockpit with a cockpit canopy, wings and tail with aerodynamic controls, turbofan engines, a three-support retractable landing gear, fuel tanks, communication and control systems, according to the invention, its fuselage has non-axisymmetric shape, conical in plan, flattened vertically, and also has flat upper and lower surfaces and a lower surface beveled in the tail, while the aircraft has an elongated thin and rounded at the very beginning nose part of a wedge-shaped shape in the vertical plane up to the cockpit and several equally spaced belts located along its length with a stepwise local increase in size in each of them in the form of a nozzle, designed to form additional weak shock waves by passing retarded air jets through perforations in the walls of the nozzle.
Самолет имеет кабину экипажа с фонарем кабины, расположенную ниже носовой части фюзеляжа в месте стыка ее с центральной частью фюзеляжа, при этом плоское днище фюзеляжа под кабиной экипажа снабжено устройством в форме насадка, обеспечивающем ослабления возникающего здесь скачка уплотнения за счет пропуска заторможенных воздушных струй через перфорации в стенках насадка.The aircraft has a cockpit with a canopy located below the nose of the fuselage at its junction with the central part of the fuselage, while the flat bottom of the fuselage under the cockpit is equipped with a device in the form of a nozzle, which weakens the shock wave that occurs here by passing retarded air jets through the perforations nozzle in the walls.
Самолет имеет два пассажирских салона, расположенных по бокам конического в плане фюзеляжа в его центральной части и имеющих общий вход в них, начинающийся позади кабины экипажа.The aircraft has two passenger cabins, located on the sides of the conical fuselage in its central part and having a common entrance to them, starting behind the cockpit.
Самолет имеет трапециевидные в плане тонкие снабженные элевонами крылья с большим углом стреловидности, нижняя поверхность которых является продолжением нижней плоскости фюзеляжа, начинающиеся за кабиной экипажа и заканчивающиеся на линии скоса фюзеляжа, передняя кромка каждого из которых имеет ступенчатую форму, при этом на каждой из ступеней передняя кромка перпендикулярна продольной оси фюзеляжа, а начало каждой из последующих ступеней, являющееся источником возникновения слабого скачка уплотнения, содержит локальное устройство в форме насадка, которое обеспечивает пропуск заторможенных воздушных струй через перфорации в стенке насадка.The aircraft has trapezoidal in plan, thin wings equipped with elevons with a large sweep angle, the lower surface of which is a continuation of the lower plane of the fuselage, starting behind the cockpit and ending on the bevel line of the fuselage, the leading edge of each of which has a stepped shape, with the front the edge is perpendicular to the longitudinal axis of the fuselage, and the beginning of each of the subsequent stages, which is the source of the occurrence of a weak shock wave, contains a local device in the form of a nozzle, which ensures the passage of retarded air jets through perforations in the wall of the nozzle.
Самолет имеет два киля с рулями направления, закрепленные на концах крыльев с установленными на них Т- образными треугольными в плане цельно поворотными рулями высоты, способные раскладываться в плоскости крыльев для обеспечения устойчивости самолета при полете на дозвуковой скорости, так что после раскладывания килей их рули направления выполняют роль закрылков, а рули высоты выполняют роль рулей направления, при этом рули высоты снабжены устройством в форме насадка, обеспечивающим формирование слабого скачка уплотнения за счет пропуска заторможенных воздушных струй через перфорации в стенке насадка.The aircraft has two fins with rudders, mounted on the ends of the wings with T-shaped, triangular in plan, solidly rotating elevators installed on them, capable of unfolding in the plane of the wings to ensure the stability of the aircraft when flying at subsonic speed, so that after unfolding the keels, their rudders act as flaps, and the elevators act as rudders, while the elevators are equipped with a device in the form of a nozzle, which ensures the formation of a weak shock wave by passing retarded air jets through perforations in the wall of the nozzle.
Самолет снабжен турбовентиляторными двигателями, установленными на верхней плоскости фюзеляжа в хвостовой его части, имеющими скошенные назад коробчатые воздухозаборники, являющиеся источником слабых скачков уплотнения и снабженные устройством, обеспечивающим пропуск заторможенных воздушных струй через перфорации в стенках устройства.The aircraft is equipped with turbofan engines installed on the upper plane of the fuselage in the rear section, having box-shaped air intakes slanted back, which are a source of weak shock waves and equipped with a device that ensures the passage of retarded air jets through perforations in the walls of the device.
Каждый из двигателей самолета снабжен устройством шумоглушения, представляющим собой перфорированную вставку в сужающуюся часть сопла с ребрами жесткости, параллельными продольной оси сопла и используемыми для крепления вставки к внутренней поверхности сопла, при этом пропуск заторможенных воздушных струй в атмосферу после их прохождения через перфорации осуществляется через зазоры между вставкой и внутренней поверхностью сопла на срезе сопла.Each of the aircraft engines is equipped with a noise suppression device, which is a perforated insert into the tapering part of the nozzle with stiffening ribs parallel to the longitudinal axis of the nozzle and used to attach the insert to the inner surface of the nozzle, while the retarded air jets are passed into the atmosphere after they pass through the perforations through the gaps between the insert and the inner surface of the nozzle at the nozzle exit.
Самолет снабжен топливными баками, установленными между пассажирскими салонами и за ними, для хранения и питания двигателей жидким водородом.The aircraft is equipped with fuel tanks installed between and behind the passenger compartments to store and power the engines with liquid hydrogen.
Самолет снабжен трех опорным выпускающимся шасси, все три стойки которого закреплены под фюзеляжем.The aircraft is equipped with a three-leg retractable landing gear, all three struts of which are secured under the fuselage.
Сущность изобретения поясняется чертежом.The essence of the invention is illustrated by the drawing.
На чертеже (фиг. 1) приведена проекция среднемагистрального самолета на вертикальную, горизонтальную и нормальную плоскости.The drawing (Fig. 1) shows the projection of a medium-range aircraft onto the vertical, horizontal and normal planes.
На этом чертеже:In this drawing:
1 - носовая часть фюзеляжа;1 - forward part of the fuselage;
2 - фюзеляж;2 - fuselage;
3 - верхняя поверхность фюзеляжа;3 - upper surface of the fuselage;
4 - нижняя поверхность фюзеляжа;4 - lower surface of the fuselage;
5 - скошенная часть нижней поверхности фюзеляжа;5 - beveled part of the lower surface of the fuselage;
6 - фонарь кабины экипажа;6 - cockpit canopy;
7 - пассажирские салоны;7 - passenger salons;
8 - турбовентиляторные двигатели;8 - turbofan engines;
9 - крылья;9 - wings;
10 - элевоны;10 - elevons;
11 - кили;11 - keels;
12 - рули направления;12 - rudders;
13 - рули высоты;13 - elevators;
14 - топливные баки;14 - fuel tanks;
15 - шасси;15 - chassis;
16 - насадок;16 - nozzles;
17 - перфорированная стенка;17 - perforated wall;
18 - насадок;18 - nozzles;
19 - перфорированная стенка;19 - perforated wall;
20 - насадок;20 - nozzles;
21 - перфорированная стенка;21 - perforated wall;
22 - насадок;22 - nozzles;
23 - перфорированная стенка;23 - perforated wall;
24 - перфорированная вставка;24 - perforated insert;
25 - сужающаяся часть сопла.25 - tapering part of the nozzle.
Осуществление изобретенияCarrying out the invention
Пример возможной реализации предложенного технического решения.An example of a possible implementation of the proposed technical solution.
Сверхзвуковой пассажирский самолет содержит удлиненную тонкую и скругленную в самом начале носовую часть 1 фюзеляжа 2, имеющего не осесимметричную форму, коническую в плане, сплюснутую по вертикали с плоскими верхней 3 и нижней 4 поверхностями, а также скошенную в хвостовой части нижнюю поверхность 5. Кабина экипажа с фонарем кабины 6 расположена ниже носовой части фюзеляжа 1 в месте стыка ее с центральной частью фюзеляжа 2. За кабиной экипажа по бокам фюзеляжа расположены два пассажирских салона 7 с общим входом в них, начинающимся позади кабины экипажа. На верхней плоскости фюзеляжа 2 в хвостовой его части расположены четыре турбовентиляторных двигателя 8, имеющие скошенные назад коробчатые воздухозаборники. Самолет имеет трапецевидные в плане тонкие крылья 9 с большим углом стреловидности, снабженные элевонами 10. На концах крыльев установлены кили 11 с рулями направления 12 и с Т-образными треугольными в плане цельно поворотными рулями высоты 13. Кили способны раскладываться в плоскости крыльев для обеспечения устойчивости самолета при полете на дозвуковой скорости, так что после раскладывания килей их рули направления выполняют роль закрылков, а рули высоты выполняют роль рулей направления. Топливные баки 14 с жидким водородом расположены между пассажирскими салонами и за ними. Самолет снабжен трех опорным выпускающимся шасси 15, установленным под фюзеляжем 2 и убирающимся в фюзеляж. Для ослабления мощности скачков уплотнения при полете самолета на сверхзвуковой скорости в его конструкции предусмотрены следующие мероприятия:A supersonic passenger aircraft contains an elongated, thin and rounded at the very beginning nose part 1 of the fuselage 2, which has a non-axisymmetric shape, conical in plan, flattened vertically with flat upper 3 and lower 4 surfaces, as well as a lower surface 5 beveled in the tail part. Cockpit with a cockpit canopy 6 is located below the forward part of the fuselage 1 at its junction with the central part of the fuselage 2. Behind the cockpit, on the sides of the fuselage, there are two passenger cabins 7 with a common entrance to them, starting behind the cockpit. On the upper plane of the fuselage 2 in its rear part there are four turbofan engines 8, which have box-shaped air intakes slanted back. The aircraft has thin wings 9, trapezoidal in plan, with a large sweep angle, equipped with elevons 10. At the ends of the wings there are fins 11 with rudders 12 and T-shaped triangular in plan, solidly rotating elevators 13. The fins are capable of folding out in the plane of the wings to ensure stability aircraft when flying at subsonic speed, so that after the fins are unfolded, their rudders act as flaps, and the elevators act as rudders. Fuel tanks 14 with liquid hydrogen are located between the passenger compartments and behind them. The aircraft is equipped with a three-support extendable landing gear 15, installed under the fuselage 2 and retractable into the fuselage. To reduce the power of shock waves when an aircraft flies at supersonic speed, its design provides for the following measures:
- по длине носовой части 1 фюзеляжа расположены два пояса со ступенчатым локальным увеличением размера в каждом из них в форме насадка 16 с перфорированными стенками 17 в них, предназначенных для формирования дополнительных слабых скачков уплотнения;- along the length of the nose part 1 of the fuselage there are two belts with a stepwise local increase in size in each of them in the form of a nozzle 16 with perforated walls 17 in them, designed to form additional weak shock waves;
- плоское днище фюзеляжа 2 под кабиной экипажа снабжено устройством в форме насадка18 с перфорированной стенкой 19 для пропуска заторможенных воздушных струй;- the flat bottom of the fuselage 2 under the cockpit is equipped with a device in the form of a nozzle 18 with a perforated wall 19 for the passage of inhibited air jets;
- передняя кромка крыльев имеет ступенчатую форму, при этом передняя кромка перпендикулярна продольной оси фюзеляжа 2, а в начале каждой из последующих ступеней установлено устройство в форме насадка 20 с перфорированными стенками 21 для пропуска заторможенных воздушных струй;- the leading edge of the wings has a stepped shape, with the leading edge being perpendicular to the longitudinal axis of the fuselage 2, and at the beginning of each of the subsequent stages there is a device in the form of a nozzle 20 with perforated walls 21 for passing retarded air jets;
- рули высоты снабжены устройством в форме насадка 22 с перфорированными стенками 23 для пропуска заторможенных воздушных струй;- the elevators are equipped with a device in the form of a nozzle 22 with perforated walls 23 for the passage of inhibited air jets;
- коробчатые воздухозаборники двигателей снабжены устройством (не показано на фиг. 1) с перфорированной стенкой, обеспечивающей пропуск заторможенных воздушных струй для ослабления скачка уплотнения;- box-shaped engine air intakes are equipped with a device (not shown in Fig. 1) with a perforated wall that allows the passage of retarded air jets to weaken the shock wave;
- каждый двигатель самолета снабжен устройством шумоглушения звука истекающей из двигателя струи газов, представляющим собой перфорированную вставку 24 в сужающуюся часть сопла 25 для пропуска заторможенных воздушных струй в атмосферу на срезе сопла.- each aircraft engine is equipped with a noise suppression device for the sound of a jet of gases emanating from the engine, which is a perforated insert 24 into the tapering part of the nozzle 25 for passing inhibited air jets into the atmosphere at the nozzle exit.
Сверхзвуковой пассажирский самолет имеет следующие характеристики. Длина самолета равна 50 м, высота фюзеляжа 3 м, максимальная высота 10,5 м, размах крыльев равен 18 м, после раскладывания килей 28,5 м, масса сухого самолета 60 т, масса полезного груза, включая 100 пассажиров, 15 т, масса заправляемого топлива 50 т, взлетная масса самолета 125 т. Крейсерская скорость самолета 2300 км, дальность полета 6000 км, практический потолок 20 км, взлетная тяга каждого из двигателей 20 тс.A supersonic passenger aircraft has the following characteristics. The length of the aircraft is 50 m, the height of the fuselage is 3 m, the maximum height is 10.5 m, the wingspan is 18 m, after unfolding the fins 28.5 m, the dry weight of the aircraft is 60 tons, the payload weight, including 100 passengers, is 15 tons, weight fuel capacity is 50 tons, take-off weight of the aircraft is 125 tons. The cruising speed of the aircraft is 2300 km, flight range is 6000 km, service ceiling is 20 km, take-off thrust of each engine is 20 tf.
Сверхзвуковой пассажирский самолет работает следующим образом. После заправки самолета и посадки пассажиров производится запуск и прогрев двигателей, после чего самолет выруливает на взлетно-посадочную полосу, раскладываются кили, выпускаются на взлетные углы закрылки, элевоны выставляется в положение «взлет», включаются тормоза шасси, двигатели переводятся на взлетный режим работы, после чего снимаются тормоза. Далее самолет разгоняется до скорости отрыва, причем вначале отрывается от взлетно-посадочной полосы передняя опора шасси, затем основные опоры. В таком состоянии самолет продолжает набор высоты и скорости. Производится уборка шасси, затем уборка закрылков. Для выхода на заданный азимут полета осуществляется маневр путем отклонения разложенных рулей высоты и элевонов. После выхода на заданный азимут полета продолжается набор высоты и скорости. Производится плавное складывание килей. При этом двигатели переводятся из взлетного режима работы на номинальный режим. После достижения параметров крейсерского полета по высоте и скорости самолет переводится в режим горизонтального полета, двигатели переводятся в крейсерский режим тяги. По достижению заданных координат полета начинается режим снижения, для чего двигатели переводятся на номинальный режим работы. Производится плавное раскладывание килей. Перед посадкой осуществляются выпуск закрылков на максимальные углы и необходимые маневры по выходу на посадочную полосу аэропорта прибытия, выпуск шасси и посадка самолета. При всех этих маневрах управление осуществляется аэродинамическими рулями управления, включая элевоны, рули высоты и направления, а также тягой двигателей. Касание взлетно-посадочной полосы осуществляется вначале колесами основных опор шасси, а затем колесами передней опоры. Посадка завершается заруливанием на стоянку, торможением движения и выключением двигателей.A supersonic passenger aircraft operates as follows. After the aircraft is refueled and passengers are boarded, the engines are started and warmed up, after which the aircraft taxis to the runway, the fins are unfolded, the flaps are extended to the takeoff angles, the elevons are set to the “takeoff” position, the landing gear brakes are applied, the engines are switched to takeoff mode, after which the brakes are released. Next, the aircraft accelerates to lift-off speed, with the front landing gear lifting off the runway first, then the main landing gear. In this state, the aircraft continues to gain altitude and speed. The landing gear is retracted, then the flaps are retracted. To reach a given flight azimuth, a maneuver is carried out by deflecting the unfolded elevators and elevons. After reaching the specified flight azimuth, the climb to altitude and speed continues. The keels fold smoothly. In this case, the engines are transferred from takeoff operating mode to nominal mode. After reaching the cruising flight parameters in altitude and speed, the aircraft is transferred to horizontal flight mode, the engines are switched to cruising thrust mode. Upon reaching the specified flight coordinates, the descent mode begins, for which the engines are switched to the nominal operating mode. The keels unfold smoothly. Before landing, the flaps are extended to maximum angles and the necessary maneuvers to enter the landing strip of the arrival airport are carried out, the landing gear is extended and the aircraft lands. During all these maneuvers, control is carried out by aerodynamic control surfaces, including elevons, elevators and rudder, as well as engine thrust. Touching the runway is carried out first by the wheels of the main landing gear, and then by the wheels of the nose gear. Landing is completed by taxiing to the parking lot, braking the movement and turning off the engines.
В результате применения настоящего изобретения техническое решение, направленное на разработку сверхзвукового пассажирского самолета, обеспечивающего существенное снижение шума при полете над населенной сушей, повышение экономичности и улучшение экологичности самолета, реализуется за счет того, что:As a result of the application of the present invention, a technical solution aimed at developing a supersonic passenger aircraft, providing a significant reduction in noise when flying over populated land, increasing efficiency and improving the environmental friendliness of the aircraft, is implemented due to the fact that:
- самолет имеет удлиненную и заостренную носовую часть фюзеляжа с несколькими утолщениями по длине, что обеспечивает ослабление самого мощного носового скачка уплотнения, а возникающие при этом по длине носовой части слабые дополнительные скачки уплотнения уменьшают мощность крыльевых скачков уплотнения;- the aircraft has an elongated and pointed nose part of the fuselage with several thickenings along the length, which ensures the weakening of the most powerful nose shock wave, and the weak additional shock waves that arise along the length of the nose reduce the power of the wing shock waves;
- самолет имеет коническую в плане, сплюснутую по вертикали форму фюзеляжа с плоскими верхней и нижней поверхностями и скошенную в хвостовой части нижнюю поверхность;- the aircraft has a conical in plan, vertically flattened fuselage shape with flat upper and lower surfaces and a lower surface beveled at the tail;
- самолет имеет трапецевидные в плане тонкие крылья с большим углом стреловидности, нижняя поверхность которых является продолжением нижней плоскости фюзеляжа, а для уменьшения крыльевых скачков уплотнения передняя кромка крыла имеет ступенчатую форму с локальными устройствами ослабления скачков уплотнения в форме насадок;- the aircraft has trapezoidal thin wings with a large sweep angle, the lower surface of which is a continuation of the lower plane of the fuselage, and to reduce wing shock waves, the leading edge of the wing has a stepped shape with local shock mitigation devices in the form of nozzles;
- самолет имеет два киля, установленные на концах крыльев с установленными на них Т-образными треугольными в плане цельно поворотными рулями высоты, способные раскладываться в плоскости крыльев для обеспечения устойчивости самолета при полете на дозвуковой скорости, при этом рули высоты снабжены устройством в форме насадка, обеспечивающим формирование слабого скачка уплотнения;- the aircraft has two fins installed at the ends of the wings with T-shaped, triangular in plan, solidly rotating elevators installed on them, capable of unfolding in the plane of the wings to ensure stability of the aircraft when flying at subsonic speed, while the elevators are equipped with a device in the form of a nozzle, ensuring the formation of a weak shock wave;
- для повышения экономичности и улучшения экологичности самолета на нем установлены турбовентиляторные двигатели, работающие на жидком водороде, при этом для уменьшения шума от истекающей струи газов каждый из двигателей снабжен устройством шумоглушения.- to increase the efficiency and improve the environmental friendliness of the aircraft, it is equipped with turbofan engines running on liquid hydrogen, and to reduce the noise from the flowing stream of gases, each of the engines is equipped with a noise suppression device.
Claims (9)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2813394C1 true RU2813394C1 (en) | 2024-02-12 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8398022B2 (en) * | 2007-04-25 | 2013-03-19 | Airbus Operations Sas | Wide body aircraft architecture |
| CN207045731U (en) * | 2017-07-31 | 2018-02-27 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | A kind of Concord |
| CN110525679A (en) * | 2019-08-28 | 2019-12-03 | 北京航空航天大学 | Hypersonic embedded Waverider design method |
| RU196130U1 (en) * | 2019-11-25 | 2020-02-18 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Supersonic Passenger Aircraft |
| CN211519837U (en) * | 2019-10-18 | 2020-09-18 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | Low-noise supersonic speed official business machine |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8398022B2 (en) * | 2007-04-25 | 2013-03-19 | Airbus Operations Sas | Wide body aircraft architecture |
| CN207045731U (en) * | 2017-07-31 | 2018-02-27 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | A kind of Concord |
| CN110525679A (en) * | 2019-08-28 | 2019-12-03 | 北京航空航天大学 | Hypersonic embedded Waverider design method |
| CN211519837U (en) * | 2019-10-18 | 2020-09-18 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | Low-noise supersonic speed official business machine |
| RU196130U1 (en) * | 2019-11-25 | 2020-02-18 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Supersonic Passenger Aircraft |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6575406B2 (en) | Integrated and/or modular high-speed aircraft | |
| US7900865B2 (en) | Airplane configuration | |
| RU2516923C2 (en) | Spacecraft afterbody arrangement | |
| US4691879A (en) | Jet airplane | |
| US6926229B2 (en) | Aircraft with thrust vectoring for switchably providing upper surface blowing | |
| US6745979B1 (en) | Spacecraft and aerospace plane having scissors wings | |
| US8672259B2 (en) | Compression-lift aircraft | |
| US20200331591A1 (en) | Drag recovery scheme for nacelles | |
| US3776491A (en) | Aircraft with compound wing | |
| RU2442727C1 (en) | Reusable missile and aircraft unit and way to return it to spaceport | |
| RU2813394C1 (en) | Supersonic passenger aircraft | |
| CN114945509A (en) | Electrically propelled aircraft comprising a central wing and two rotatable lateral wings | |
| RU64176U1 (en) | HEAVY TRANSPORT PLANE | |
| Khurana | Aviation management: global perspectives | |
| WO2019133581A1 (en) | High altitude air launched rocket | |
| RU2731518C1 (en) | Device for accelerated delivery of passengers to intercontinental distances | |
| RU2321526C1 (en) | Launch vehicle recoverable booster | |
| RU196109U1 (en) | Supersonic Civil Aircraft | |
| RU2715816C1 (en) | Accelerating carrier aircraft (versions) | |
| RU2529121C2 (en) | Two-stage aerospace system (versions) | |
| RU2776193C1 (en) | Supersonic aircraft | |
| RU2335430C1 (en) | High-capacity aircraft | |
| RU2259308C1 (en) | Recoverable spacecraft | |
| van der Velden et al. | Design of a small supersonic oblique-wing transport aircraft | |
| RU2780253C9 (en) | Medium-haul aircraft |