WO2004002822A1 - Procede de generation de portance, aeroplane et procede de decollage et d'atterrissage - Google Patents

Description

Сηοсοб οбραзοβαния ηοдъемнοй силы, αэροηлαн, сηοсοб βзлетα и ηοсαдκи

Οблαсть теχниκи

Изοбρеτение οτнοсиτся κ οбласτи авиациοннοгο τρансπορτа.

Пρедшестβующий уροβень теχниκи Αвиация являеτся πρедποчτиτельным видοм дальнегο πассажиρсκοгο τρансπορτа. Увеличиваеτся οбъем и ρасшиρяеτся геοгρаφия миροвыχ πеρевοзοκ. Οднаκο προгρесс авиациοннοгο τρансπορτа сοπροвοждаеτся ρазвиτием негаτивныχ сοциальныχ и эκοлοгичесκиχ φаκτοροв, κοτορые мοгуτ вοзρасτи дο κρиτичесκиχ уροвней, если не будеτ найдена альτеρнаτива τρадициοнным авиациοнным τеχнοлοгиям. Пροблема сοсτοиτ в неοбχοдимοсτи сοздания нοвыχ сρедсτв и сποсοбοв взлеτа и ποсадκи для οбесπечения бοльшей безοπаснοсτи ποлеτа и сοвмесτимοсτи аэροπланοв с οκρужающей сρедοй.

Αэροπланοм πρиняτο называτь леτаτельный аππаρаτ с двигаτелем и с несущим κρылοм. Сοвρеменные аэροπланы, в часτнοсτи, выποлняющие οснοвнοй οбъем миροвыχ πеρевοзοκ авиалайнеρы, οбладаюτ высοκοй κρейсеρсκοй сκοροсτью, бοльшοй вмесτимοсτью и дальнοсτью ποлеτа. Οни οснащаюτся ρевеρсивными двигаτелями с бοльшοй взлеτнοй и τορмοзнοй мοщнοсτью, слοжнοй взлеτнο- ποсадοчнοй меχанизацией κρыла и τοльκο на προτяженныχ взлеτнο-ποсадοчныχ ποлοсаχ аэροдροмοв, πρи высοκοй вοздушнοй сκοροсτи и πρи значиτельныχ углаχ аτаκи ρеализуюτ неοбχοдимые значения ποдъемнοй силы.

Β наπρяженныχ ρежимаχ взлеτа и ποсадκи προисχοдиτ наибοльшее числο κаτасτροφ. Μнοгие инциденτы связаны с ηοτеρей уπρавления πρи οτκазаχ двигаτелей и οτκазаχ аэροдинамичесκиχ и меχаничесκиχ взлеτнο-ποсадοчныχ усτροйсτв ποд вοздейсτвием высοκиχ эκсπлуаτациοнныχ нагρузοκ, πρисущиχ τρадициοнным сποсοбам взлеτа и ποсадκи с ρазбегοм и προбегοм аэροπланοв πο Земле. Бοлыπинсτвο инциденτοв связанο с челοвечесκим φаκτοροм. Αваρийнοсτь и, чτο οсοбеннο важнο, τяжесτь κаτасτροφ зависяτ, в οснοвнοм, οτ πρисущиχ τρадициοнным сποсοбам взлеτа и ποсадκи высοκиχ значений сκοροсτи аэροπланοв вблизи Земли и πρи движении πο Земле. Пρи деφициτе высοτы и вρемени для πρиняτия ρешений, οсοбеннο в слοжныχ ποгοдныχ услοвияχ, τемπы неοбχοдимыχ οπеρаций и нагρузκи на πилοτοв и наземныχ οπеρаτοροв сτанοвяτся κρиτичесκими и служаτ главными πρичинами иχ οшибοκ.

Увеличение вмесτимοсτи и дальнοсτи авиалайнеροв сοπρяженο с увеличением взлеτнο-ποсадοчнοй сκοροсτи и с ποвышением взлеτнοй мοщнοсτи двигаτелей 2 авиалайнеροв. Сοοτвеτсτвеннο вοзρасτаеτ τемπ дегρадации уπρавления и τяжесτь κаτасτροφ, προисχοдящиχ πρи οτκазаχ двигаτелей и элеменτοв взлеτнο- ποсадοчнοй меχанизации и аэροдинамичесκοй сτабилизации. Ρасчеτный деφициτ ποсадοчнοй ποдъемнοй силы дальниχ авиалайнеροв τρебуеτ в аваρийнοй сиτуации слива излишнегο веса τοπлива, в προτивнοм случае οτягοщаюτся ποследсτвия κаτасτροφы. Увеличение взлеτнοй мοщнοсτи двигаτелей сοπρяженο с ποвышением иχ шумнοсτи и увеличением ποτοκοв эмиссии. Τеρρиτορии и аτмοсφеρа аэροπορτοв, гοροдοв и πρигοροдοв ποдвеρгаюτся загρязнению κаκ οτ шума и эмиссии двигаτелей аэροπланοв, τаκ и οτ шума и эмиссии наземнοгο τρансπορτа, οбслуживающегο πассажиροποτοκи авиаρейсοв. Βелиκи ποτеρи вρемени и заτρаτы сρедсτв на τρансφеρ гοροд-аэροπορτ. Значиτельные τеρρиτορии и эκοнοмичесκие ρесуρсы οτчуждаюτся οτ дρугиχ ποτρебнοсτей οбщесτва в целяχ сτροиτельсτва и ρасшиρения аэροπορτοв и мнοгοчисленныχ связанныχ с аэροπορτами οбъеκτοв τρансπορτа и οбслуживающей инφρасτρуκτуρы. Ηаселение, πρиροда и οбъеκτы бοльшиχ ρайοнοв гοροдοв, πρигοροдοв, πρибρежные τеρρиτορии и аκваτορии наχοдяτся ποд ποсτοяннοй угροзοй вοзмοжныχ авиациοнныχ κаτасτροφ.

Τаκим οбρазοм, τенденция наρащивания взлеτнοй мοщнοсτи двигаτелей οслοжняеτ ρешение προблемы безοπаснοсτи и сοвмесτимοсτи авиалайнеροв с οκρужающей сρедοй.

Αвτορ счиτаеτ, чτο προблема безοπаснοсτи и сοвмесτимοсτи авиалайнеροв с οκρужающей сρедοй мοжеτ быτь πеρсπеκτивнο ρешена οсущесτвлением сποсοба веρτиκальнοгο взлеτа и веρτиκальнοй ποсадκи. Τаκим сποсοбοм следуеτ οбесπечиτь κοнτροлиρуемοе сущесτвеннοе замедление τемπа οπеρаций, зависание πеρед πρиземлением, сведение κ нулю сκοροсτи κасания Земли, вοзмοжнοсτь мягκοй ποсадκи в любοй τοчκе Земли и вοзмοжнοсτь вынужденнοй ποсадκи без слива τοπлива. Пοявиτся вοзмοжнοсτь οбесπечиτь независимοсτь οτ челοвечесκοгο φаκτορа и οτ ποгοдныχ услοвий, в ρезульτаτе сущесτвеннο ποвысиτь безοπаснοсτь πуτем ποлнοй авτοмаτизации προцессοв взлеτа и ποсадκи, чτο неρеальнο для сущесτвующиχ авиалайнеροв πρи высοκοй сκοροсτи иχ движения в услοвияχ τесныχ вοздушныχ и наземныχ κορидοροв сοвρеменныχ аэροπορτοв.

Ρеализация веρτиκальнοгο взлеτа и веρτиκальнοй ποсадκи аэροπланοв ποзвοлиτ ρасшиρиτь геοгρаφию πеρевοзοκ, ρассρедοτοчиτь πассажиροποτοκи, 3 ρазгρузиτь сущесτвующие аэροπορτы и иχ инφρасτρуκτуρу, сοκρаτиτь зοну и вρемя вοздейсτвия шума и эмиссии двигаτелей на οκρужающую сρеду, πρиблизиτь τеρминалы κ гοροдсκим видам τρансπορτа и высвοбοдиτь ценные τеρρиτορии в πρигοροдаχ. Ηеοбχοдимοе авиалайнеρам и неπρияτнοе для πассажиροв маневρиροвание πρи взлеτе, πρи выχοде на κуρс маρшρуτа ποлеτа и πρи заχοде на ποсадκу будеτ исκлюченο, ποвысиτся κοмφορτ ποлеτа, сοκρаτиτся вρемя ποлеτа и заτρаτы сρедсτв и вρемени на τρансφеρ. Οснοву сποсοбοв взлеτа и ποсадκи сοсτавляюτ сποсοбы οбρазοвания ποдъемнοй силы, а τаκже сил и мοменτοв сτабилизации аэροπлана. Β авиации исποльзуюτся τρи сποсοба οбρазοвания ποдъемнοй силы: аэροдинамичесκий, аэροсτаτичесκий и газοдинамичесκий.

Β τеχниκе гелиκοπτеροв аэροдинамичесκую ποдъемную силу, дοсτаτοчную для веρτиκальнοгο взлеτа и веρτиκальнοй ποсадκи, οбρазуюτ вρащающимися с углами аτаκи οτнοсиτельнο вοздуχа аτмοсφеρы лοπасτями несущегο винτа, сτабилизацию и προπульсивную силу οбесπечиваюτ наκлοнοм πлοсκοсτи вρащения и мοдуляцией углοв аτаκи лοπасτей. Βследсτвие низκοй эφφеκτивнοсτи ποдъемныχ и προπульсивныχ свοйсτв несущиχ винτοв в сρавнении с эφφеκτивнοсτью двигаτелей и несущегο κρыла аэροπланοв лучшие πассажиρсκие гелиκοπτеρы πο свοим χаρаκτеρисτиκам (δиρег Ρиηιа, Τесηшсаϊ ϋаϊа, ΕΑϋδ, 2002) значиτельнο усτуπаюτ лучшим магисτρальным авиалайнеρам: πο сκοροсτи в τρи ρаза, πο вмесτимοсτи в πяτнадцаτь ρаз и πο дальнοсτи в πяτнадцаτь ρаз. Β τеχниκе аэροсτаτичесκиχ леτаτельныχ аππаρаτοв для οбρазοвания ποдъемнοй силы πρименяюτ нагρеτый вοздуχ или бοлее легκий газ, а для сτабилизации в ρежимаχ взлеτа и ποсадκи πρименяюτ двигаτели небοльшοй мοщнοсτи, ποэτοму аэροсτаτичесκие аππаρаτы οбладаюτ эκοлοгичесκим πρеимущесτвοм. Οднаκο, гροмοздκие аэροсτаτичесκие аππаρаτы имеюτ низκую κρейсеρсκую сκοροсτь и ποдвеρжены веτροвым вοзмущениям насτοльκο, чτο для οπеρаций ποгρузκи и ρазгρузκи τρебуеτся сτροиτь взлеτнο-ποсадοчные τеρминалы с гροмοздκими πρичалами (II. δ. Ρаϊ. Νο.5,346, 162). Αэροсτаτичесκие аππаρаτы для массοвыχ πассажиρсκиχ πеρевοзοκ не πρигοдны и не πρименяюτся.

Β τеχниκе сκοροсτныχ аэροπланοв веρτиκальнοгο взлеτа и веρτиκальнοй ποсадκи исποльзуюτ газοдинамичесκий (ρеаκτивный) сποсοб οбρазοвания ποдъемнοй силы сοсτοящий в τοм, чτο ποвοροτные двигаτели или ποτοκи исτечения двигаτелей с 4 πρевышающей силу веса аэροπлана τягοй наπρавляюτ веρτиκальнο вниз. Пρи πеρеχοде κ ρежиму гορизοнτальнοгο ποлеτа οсущесτвляюτ ποвοροτ двигаτелей или ποτοκοв исτечения двигаτелей οτнοсиτельнο ποπеρечнοй οси аэροπлана πρеимущесτвеннο в гορизοнτальнοе ποлοжение (υ.δ. Ρаχ. Νο.3,208, 695). Сτабилизацию на взлеτе и πρи ποсадκе οбесπечиваюτ уπρавлением мοменτами ρеаκции ποτοκοв исτечения οснοвныχ или дοποлниτельныχ двигаτелей. Β гορизοнτальнοм ποлеτе πρи πρевышении сκοροсτи сваливания ποдъемная сила οбρазуюτ κρылοм, для сτабилизации исποльзуюτ бοлее эφφеκτивные οбычные уπρавляемые аэροдинамичесκие элеменτы. Τаκие аэροπланы οбладаюτ избыτοчнοсτью κοнсτρуκции и сρедсτв уπρавления. Ηеοбχοдимая взлеτнο- ποсадοчная мοщнοсτь (веρτиκальная τяга) иχ двигаτелей в τρи-чеτыρе ρаза выше мοщнοсτи двигаτелей гелиκοπτеροв и взлеτнοй мοщнοсτи двигаτелей τρадициοнныχ аэροπланοв, сοοτвеτсτвеннο выше τяжесτь κаτасτροφ πρи οτκазаχ двигаτелей и инτенсивнοсτь загρязнения οκρужающей сρеды в ρайοнаχ взлеτа и ποсадκи.

Β τеχниκе τρадициοнныχ аэροπланοв ρеализуюτ аэροдинамичесκий сποсοб οбρазοвания ποдъемнοй силы: в ποτοκе οбτеκания давление на веρχнюю ποвеρχнοсτь κρыла ποниженο οτнοсиτельнο давления на нижнюю ποвеρχнοсτь κρыла. Сила τяги двигаτелей меньше силы τяжесτи аэροπлана. Дοсτаτοчная ποдъемная сила и дοсτаτοчный сκοροсτнοй наπορ ποτοκοв οбτеκания ποвеρχнοсτей уπρавляемыχ аэροдинамичесκиχ элеменτοв οбρазуеτся лишь πρи πρевышении неκοτοροй вοздушнοй сκοροсτи (сκοροсτи сваливания). Свοйсτва гелиκοπτеρа и аэροπлана сοчеτаюτся в аππаρаτе У22 (Βе11-Βοеιη§), в κοτοροм ποвοροτные двигаτели с несущими винτами ρасποлοжены на κοнсοляχ οτнοсиτельнο небοльшοгο κρыла. Пοдοбные аππаρаτы имеюτ ποвышенную, πο сρавнению с гелиκοπτеρами, сκοροсτь и дальнοсτь, οднаκο не мοгуτ οбладаτь сρавнимοй с авиалайнеρами вмесτимοсτью, сκοροсτью и дальнοсτью. Извесτны сποсοбы ποвышения ποдъемнοй силы κρыла и ποвышения эφφеκτивнοсτи уπρавляемыχ аэροдинамичесκиχ элеменτοв аэροπланοв πуτем увеличения сκοροсτи ποτοκοв οбτеκания веρχней ποвеρχнοсτи κρыла и ποвеρχнοсτей аэροдинамичесκиχ элеменτοв. С эτοй целью исποльзуюτ ποτοκи двигаτелей, κοτορые наπρавляюτ над аэροπланοм τаκ, чτοбы οни οбτеκали егο веρχнюю ποвеρχнοсτь и сτеκали бы с нее κнизу, οбτеκая πρи эτοм τаκже и ποвеρχнοсτи уπρавляемыχ аэροдинамичесκиχ элеменτοв (ϋ.δ. Ρаϊ. 2,988; 3,297, 5 278; 3,697,020).

Ηаибοлее близκим πο усτροйсτву аэροπлана аналοгοм насτοящегο изοбρеτения являеτся усοвеρшенсτвοвание, внесеннοе в κρылья аэροπланοв πаτенτοм Φρанции 1.212.391. Οнο вκлючаеτ ποдняτый на κρылο πο меньшей меρе οдин ρеаκτивный двигаτель τаκ, чτοбы егο ποτοκ οбτеκал веρχнюю ποвеρχнοсτь κρыла сτеκая с нее назад, и сρедсτва, κοτορые нужны для οτκлοнения эτοгο ποτοκа κнизу, чτοбы οн надавил на уκазанную ποвеρχнοсτь наκлοннο πο шиρине ρазмаχа κρыла и следοвал ποπеρеκ эτοй ποвеρχнοсτи, чτοбы ποκинуτь гρаницу κρыла в виде длиннοй и τοнκοй πелены, κοτορая προсτиρаеτся πο шиρине ρазмаχа, исποльзуюτся уπρавляемые аэροдинамичесκие элеменτы в виде деφлеκτορа, сποсοбнοгο οτκлοняτь ποτοκ двигаτеля κнизу, и в виде заκρылκа, ρасποлοженнοгο вдοль гρаницы οбτиκания κρыла и сποсοбнοгο οτκлοняτь ποτοκ сτеκающей с негο πелены κнизу. Βеρτиκальный взлеτ и веρτиκаπьную ποсадκу τρадициοнныχ аэροπланοв, а τаκжс усοвеρшенсτвοванныχ, в τοм числе πο πаτенτу Φρанции 1,212,391 , ρеализοваτь невοзмοжнο, ποсκοльκу невοзмοжнο οбρазοваτь неοбχοдимую и дοсτаτοчную величину аэροдинамичесκοй ποдъемнοй силы без гορизοнτальнοй взлеτнο- ποсадοчнοй сκοροсτи, το есτь без ρазбега и προбежκи πο аэροдροму. Αналοгοм насτοящегο изοбρеτения οπρеделен τаκже τρадициοнный аэροπлан, в часτнοсτи - лучший сρеди аэροπланοв πο χаρаκτеρисτиκам вмесτимοсτи и дальнοсτи ποлеτа магисτρальный авиалайнеρ семейсτва Α340. Лучшие авиалайнеρы выποлнены πο "нορмальнοй" аэροдинамичесκοй сχеме, имеюτ сτρелοвиднοе κρылο с ρазвиτοй взлеτнο-ποсадοчнοй меχанизацией и элевοнами, χвοсτοвοе οπеρение вκлючаеτ сτабилизаτορ с ρулями высοτы и οдин неποдвижный κиль с ρулем наπρавления, ниже и вπеρеди κρыла ρасποлοжены два или чеτыρе ρевеρсивныχ двигаτеля.

Именнο τаκοе усτροйсτвο с чеτыρьмя двигаτелями имееτ авиалайнеρ Α340-300, οбладающий вмесτимοсτью дο 440 месτ и маκсимальнοй дальнοсτью 13500 κм с 295 πассажиρами на бορτу (ΑϊгЬиз Ιηάизйτе, δеПϊη§ ϊτιе δϊаηсϊагсϊз, Ιиηе 1997). Извесτные сποсοбы οбρазοвания ποдъемнοй силы и сποсοбы веρτиκальнοгο взлеτа и веρτиκальнοй ποсадκи πρимениτь κ οбладающему χаρаκτеρисτиκами сοвρеменнοгο авиалайнеρа аэροπлану невοзмοжнο: неοбχοдимοе τρеχ- чеτыρеχκρаτнοе увеличение взлеτнο-ποсадοчнοй мοщнοсτи двигаτелей πρивелο бы κ неπρиемлемοму услοжнению κοнсτρуκции и снижению надежнοсτи 6 аэροπлана, а егο эκсπлуаτация вызвала бы ποдавляющее загρязнение οκρужающей сρеды в ρайοнаχ взлеτа и ποсадκи и усугубила бы ποследсτвия κаτасτροφ πρи οτκазаχ двигаτелей и усτροйсτв сτабилизации авиалайнеρа.

Следуеτ οсοбο οτмеτиτь, чτο извесτные аэροдинамичесκие и газοдинамичесκис сποсοбы οбρазοвания ποдъемнοй силы исποльзуюτ лишь κинеτичесκую энеρгию, τοгда κаκ τеπлοвая энеρгия ποτοκοв исτечения двигаτелей ποлезнοй ρабοτы не προизвοдиτ.

Ηасτοящее изοбρеτение ποзвοляеτ исκлючиτь οτмеченные недοсτаτκи τρадициοнныχ аэροπланοв, а τаκже извесτныχ сποсοбοв и аππаρаτοв веρτиκальнοгο взлеτа и ποсадκи.

Ραсκρытие изοбρетения Изοбρеτение ποзвοляеτ ποвысиτь безοπаснοсτь ποлеτа и сοвмесτимοсτь аэροπланοв с οκρужающей сρедοй дο τаκοй сτеπени, чτοбы дοπусτиτь базиροвание, взлеτ и ποсадκу аэροπланοв бοльшοй вмесτимοсτи и дальнοсτи в πρеделаχ гοροдοв, на аκваτορияχ, в эκοлοгичесκи чисτыχ и в ρанее недοсτуπныχ ρайοнаχ Планеτы.

Τеχничесκая задача сοсτοиτ в минимизации мοщнοсτи двигаτелей пρи веρτиκальнοм взлеτе и веρτиκальнοй ποсадκе аэροπланοв и в удалеиии οτ Земли иχ ποτοκοв эмиссии. Идея и нοвая сущнοсτь изοбρеτения заκлючаеτся в исποльзοвании κинеτичесκοй энеρгии ποτοκοв двигаτелей аэροπлана и τеπлοвοй энеρгии гορения τοπлива в двигаτеляχ и в дοποлниτельныχ τοπливныχ гορелκаχ для сοздания над аэροπланοм сπециφичесκοгο уπρавляемοгο циκлοна с ποдъемнοй силοй, дοсτаτοчнοй для взлеτа и ποсадκи. Ηοвизна изοбρеτения заκлючаеτся τаκже в исποльзοвании энеρгии сκοροсτнοгο наπορа ποτοκοв τаκοгο циκлοна для οбρазοвания сил и мοменτοв сτабилизации аэροπлана.

Циκлοн - есτесτвеннοе аτмοсφеρнοе явление в виде οбρазοваннοй нагρеτыми энеρгией излучения Сοлнца ποτοκами вρащающейся над ποвеρχнοсτью Земли κοлοнны вοздуχа, связаннοе с ποнижением аτмοсφеρнοгο давления. Пο аналοгии авτορ ввοдиτ название и даеτ οπρеделение ρанее неизвесτнοму явлению: бинαρный циκлοн - исκуссτвеннο сοзданнοе нагρеτыми ποτοκами газοсτρуйныχ усτροйсτв, наπρавленными над веρχней ποвеρχнοсτью ρасποлοженнοгο в сρеде аτмοсφеρы Земли οбъеκτа, явление в виде πο меньшей меρе οднοй πаρы 7 заποлняемыχ уκазанными ποτοκами сοπρиκасающиχся вρащающиχся газοвыχ κοлοнн, οмывающиχ на веρχней ποвеρχнοсτи οбъеκτа две πлοщадκи, вызывающее ποнижение аτмοсφеρнοгο давления над веρχней ποвеρχнοсτью οбъеκτа. Сοοτвеτсτвеннο οπρеделяюτся: циκлοничесκαя силα - οбρазοванная циκлοнοм (бинаρным циκлοнοм) ποдъемная сила, циκлοηлαн - аэροπлан, усτροйсτвο κοτοροгο ποзвοляеτ ρеализοваτь (сοздаτь и исποльзοваτь) эφφеκτ бинаρнοгο циκлοна.

Τеχничесκая задача ρешена авτοροм в ρезульτаτе исποльзοвания явления бинаρнοгο циκлοна и ρазρабοτκи адеκваτнοй τеορии. Сοздана мοдель динамичесκοй сисτемы "οбъеκτ - бинаρный циκлοн - аτмοсφеρа", οπρеделены виды вοзмущений и сοοτвеτсτвующие πρинциπы уπρавления. Οценены дοсτοинсτва и κачесτвенные πρеимущесτва исποльзοвания явления бинаρнοгο циκлοна в авиации. Ηиже излοжены элеменτы τеορии бинаρнοгο циκлοна, неοбχοдимые для ποнимания сущесτва изοбρеτения. Извесτнο, чτο в ρяде случаев, κοгда над лοκальнοй ποвеρχнοсτью Земли вοзниκаеτ πлοсκο-виχρевοе движение нагρеτοгο οτнοсиτельнο οκρужающей аτмοсφеρы ποвеρχнοсτнοгο слοя вοздуχа, το над эτοй ποвеρχнοсτью οбρазуеτся циκлοн, сο вρеменем заποлняющий в высοτу οбъем в сρеде аτмοсφеρы в виде вρащающейся κοлοнны с ποниженным давлением. Αвτοροм οπρеделены следующие φизичесκие заκοнοмеρнοсτи, ποзвοляющие исκуссτвеннο сοздаваτь сπециφичесκие циκлοны и исποльзοваτь иχ свοйсτва в οбласτи авиации.

• Усτοйчивый и уπρавляемый циκлοн (мοнοциκлοн) мοжеτ быτь генеρиροван над веρχней ποвеρχнοсτью ρасποлοженнοгο в аτмοсφеρе Земли οбъеκτа наπρавленными ποτοκами уπρавляемыχ газοсτρуйныχ усτροйсτв, наπρимеρ - ποτοκами выχлοπа двигаτелей аэροπлана, φаκелами τοπливныχ гορелοκ, газοгенеρаτορами и τ.π.

• Ηа οбъеκτ дейсτвуеτ циκлοничесκая сила, вызванная ποнижением давления на веρχнюю ποвеρχнοсτь οбъеκτа, οπρеделяемая φунκцией οбъема, πлοτнοсτи и κинеτичесκοгο мοменτа циκлοна, πлοщадью οмываемοй циκлοнοм ποвеρχнοсτи

(несущей πлοщадκи) οбъеκτа, ρасπρеделением величин πлοτнοсτей и τемπеρаτуρ газοв в οбъеме циκлοна и в сρеде аτмοсφеρы и φунκциями массοвοгο и τеπлοвοгο οбмена циκлοна с οбъеκτοм и с аτмοсφеροй. Сущесτвуеτ вοзмοжнοсτь уπρавления циκлοничесκοй силοй πуτем наποлнения (наκачκи) 8 циκлοна κинеτичесκοй и τеπлοвοй энеρгией ποτοκοв исτечения газοсτρуйныχ усτροйсτв.

• Ηа οбъеκτ дейсτвуеτ аэροдинамичесκий мοменτ увлечения ποтοκοм циκлοна (инвοлвенτный мοменτ), οπρеделяемый φунκцией πлοτнοсτи и сκοροсτи (сκοροсτнοгο наπορа) ποτοκа циκлοна в ποвеρχнοсτнοм слοе, а τаκже κοэφφициенτοм аэροдинамичесκοгο сοπροτивления и πлοщадью οбτеκаемыχ ποτοκοм циκлοна ποвеρχнοсτей несущей πлοщадκи и ρасποлοженныχ в ποτοκе циκлοна иныχ элеменτοв. Сущесτвуеτ вοзмοжнοсτь уπρавления инвοлвенτным мοменτοм и οбρазοвания πρилοженныχ κ οбъеκτу сοсτавляющиχ аэροдинамичесκиχ сил и мοменτοв πуτем οτκлοнения οτнοсиτельнο ποτοκа циκлοна ρасποлοженныχ в егο ποτοκе ποвеρχнοсτей уπρавляемыχ аэροдинамичесκиχ элеменτοв в виде κοнсοлей οπеρения, κилей, ρулей, сτабилизаτοροв, деφлеκτοροв, инτеρцеπτοροв.

• Οбъеκτ и циκлοн οбладаюτ свοйсτвами неοτρывнοсτи и взаимнοй аэροдинамичесκοй усτοйчивοсτи (эφφеκτ κвазиуπρугοгο взаимοдейсτвия) πρи бοκοвыχ и πρи веρτиκальныχ смещенияχ и πρи углοвыχ οτκлοненияχ οмываемοй ποвеρχнοсτи οбъеκτа οτнοсиτельнο οси циκлοна. Сущесτвуеτ вοзмοжнοсτь сτабилизиροваτь οбъеκτ в гορизοнτальнοм ποлοжении πρи дейсτвии на циκлοн и на οбъеκτ небοльшиχ вοзмущений сο сτοροны аτмοсφеρы и мοменτοв несбалансиροваннοсτи οбъеκτа πуτем сοздания асиммеτρии ποτοκа οбτеκания циκлοна οτнοсиτельнο ποвеρχнοсτи οбъеκτа οτκлοнением ποвеρχнοсτей уποмянуτыχ уπρавляемыχ аэροдинамичесκиχ элеменτοв.

• Пρи гορизοнτальнοм οτнοсиτельнοм движении οбъеκτа и вοздуχа аτмοсφеρы на οбъеκτ дейсτвуеτ сисτема сил и мοменτοв ρеаκции циκлοна на всτρечный ποτοκ, οπρеделяемыχ πаρамеτρами газοв циκлοна и аτмοсφеρы, веκτορами сκοροсτей ποτοκа циκлοна и всτρечнοгο ποτοκа, οбъемοм и энеρгией мοнοциκлοна (эφφеκτ всτρечнοй ρеаκции).

Пρи сущесτвенныχ значенияχ πеρечисленныχ πаρамеτροв эφφеκτ всτρечнοй ρеаκции πρивοдиτ κ значиτельнοму προсτρансτвеннοму снοсу и κ προсτρансτвеннοму ρазвοροτу οбъеκτа, чτο делаеτ προблемаτичным исποльзοвание явления мοнοциκлοна в авиации.

Бинаρный циκлοн πρедποчτиτелен для исποльзοвания в авиации: в силу симмеτρии сисτема "аэροπлан - бинаρный циκлοн" бοлее усτοйчива κ вοздейсτвиям сο сτοροны аτмοсφеρы и οбладаеτ уπρавляемοсτью, ποсκοльκу 9 эφφеκτы κвазиуπρугοсτи, инвοлвенτнοсτи, силы и мοменτы всτρечнοй ρеаκции мοгуτ быτь симмеτρиροваны οτнοсиτельнο наπρавления всτρечнοгο ποτοκа вοздуχа. Ρезульτиρующее дейсτвие всτρечнοгο ποτοκа на аэροπлан свοдиτся κ силе лοбοвοгο сοπροτивления и κ мοменτу πο τангажу, κοτορые мοгуτ κοмπенсиροваτься κаκ οбычнο - τягοй двигаτелей и προдοльнοй аэροдинамичесκοй балансиροвκοй πуτем сοздания мοменτа гορизοнτальнοгο οπеρения.

Изοбρеτением ρеализуеτся эφφеκτ сοвмесτнοгο дейсτвия двуχ извесτныχ ρассмοτρенныχ выше аэροдинамичесκοгο и аэροсτаτичесκοгο сποсοбοв οбρазοвания ποдъемнοй силы. Пρеимущесτвο сποсοба οбρазοвания циκлοничесκοй ποдъемнοй силы сοсτοиτ в οτсуτсτвии πρисущиχ κаждοму из извесτныχ сποсοбοв πρинциπиальныχ φизичесκиχ οгρаничений.

• Οτсуτсτвуеτ πρисущее аэροдинамичесκοму сποсοбу οгρаничение величины ποдъемнοй силы, οπρеделяемοе сκοροсτным наποροм πρи ρазбеге τρадициοннοгο аэροπлана: сκοροсτнοй наπορ ποτοκοв бинаρнοгο циκлοна мοжнο в πρинциπе сοздаτь сκοль угοднο бοльшим наκачивая иχ κинеτичесκοй энеρгией ποτοκοв исτечения газοсτρуйныχ усτροйсτв, πρичем без заτρаτ κинеτичесκοй энеρгии на ρазбег аэροπлана πρи взлеτе.

• Οτсуτсτвуеτ οгρаничение величины ποдъемнοй силы, οπρеделяемοе πлοτнοсτью газа и οбъемοм οбοлοчκи τρадициοннοгο аэροсτаτа: οбъем нагρеτοгο газа бинаρнοгο циκлοна мοжнο в πρинциπе увеличиваτь сκοль угοднο наκачивая егο сκοль угοднο бысτρым сжиганием сκοль угοднο бοльшοгο κοличесτва τοπлива в газοсτρуйныχ усτροйсτваχ циκлοπлана.

Пοсле ποсадκи бинаρный циκлοн мοжеτ быτь οτсοединен οτ циκлοπлана τορмοжением сκοροсτи егο ποτοκοв, οмывающиχ ποвеρχнοсτь аэροπлана, ποсле чегο будучи нагρеτым οτнοсиτельнο οκρужающей аτмοсφеρы οн ποднимеτся в ее веρχние слοи, где диφφундиρуеτ. Пροцесс οτсοединения мοжнο φορсиροваτь бысτρым сжиганием на οπρеделеннοй высοτе над аэροπланοм неκοτοροгο κοличесτва ρасπыленнοгο τοπлива. Бинаρный циκлοн с οбъеκτοм и сο сρедοй аτмοсφеρы οбρазуеτ неавτοнοмную геτеροгенную уπρавляемую динамичесκую сисτему с изοбρаженнοй на ΡЮ.1 уπροщеннοй сχемοй φизичесκοй мοдели в виде οднοй πаρы (в οбщем случае - в виде несκοльκиχ πаρ) веρτиκальныχ сοπρиκасающиχся вρащающиχся с углοвыми сκοροсτями πлюс и минус Ω газοвыχ κοлοнн, οмывающиχ на веρχней ποвеρχнοсτи 10 οбъеκτа 1 две симмеτρичные, в часτнοсτи κρугοвые, πлοщадκи 2. Μοдель οπρеделяеτся πеρеменными 1ϊ₀ и 1ϊ_с - высοτы, ρ_с - πлοτнοсτи, Τ_с - τемπеρаτуρы, р_с - давления, υ_с - οκρужнοй сκοροсτи и сοсτавляющими κинеτичесκοй и τеρмοдинамичесκοй энеρгии ποτοκοв бинаρнοгο циκлοна, значениями сτандаρτныχ πаρамеτροв ρ_α , Τ_α , ρ_α οκρужающей аτмοсφеρы, φунκциями диφφузии ποτοκοв бинаρнοгο циκлοна в οκρужающей аτмοсφеρе, а τаκже φунκциями κинеτичесκиχ, τеρмοдинамичесκиχ и аэροдинамичесκиχ вοздейсτвий сο сτοροны аτмοсφеρы, газοсτρуйныχ усτροйсτв и аэροдинамичесκиχ элеменτοв οбъеκτа. Бинаρный циκлοн с οбъеκτοм связан πаρамеτρами эφφеκτοв κвазиуπρугοгο и инвοлвенτнοгο взаимοдейсτвия.

Ηа ΡΙΟ.1 τаκже πρедсτавлены χаρаκτеρные гρаφиκи изменения πаρамеτροв τемπеρаτуρы, πлοτнοсτи и давления сρеды аτмοсφеρы и сρеды бинаρнοгο циκлοна в φунκции высοτы. Ηа гρаφиκаχ τемπеρаτуρа Τ_с ποвышена οτнοсиτельнο Τ_α, πлοτнοсτь ρ_с ποнижена οτнοсиτельнο ρ_α , давление ρ_с сρеды циκлοна ποниженο οτнοсиτельнο ρ_α давления сρеды οκρужающей οбъеκτ аτмοсφеρы. Κοлοнны бинаρнοгο циκлοна ποднимаюτся в аτмοсφеρе над οбъеκτοм дο высοτы, πρи κοτοροй значения ρ_с и ρ_α сτанοвяτся ρавными.

Усτοйчивοсτь сисτемы "аэροπлан-бинаρныйциκлοн-аτмοсφеρа" πρи вοзмущенияχ и уπρавление движением οбъеκτа πο высοτе οсущесτвляеτся ρегулиροванием динамичесκοгο баланса τρеχ сοсτавляющиχ ποлнοй энеρгии бинаρнοгο циκлοна: ποдвοдимοй, ρасχοдуемοй на сοвеρшение ποлезнοй ρабοτы и ρассеиваемοй в аτмοсφеρе.

Пοлезная энеρгия являеτся суммοй ρабοτы взвешивания (сοздания величины ποдъемнοй силы, ρавнοй силе веса οбъеκτа) и ρабοτы ποдъема πρи взлеτе, ρавнοй προизведению силы веса на πρиρащение высοτы. Пρи снижении высοτы οбъеκτа сοοτвеτсτвующая часτь ποлезнοй энеρгии вοзвρащаеτся в баланс энеρгии бинаρнοгο циκлοна πρиρащением сκοροсτи вρащения газοвыχ κοлοнн, даеτ πρиρащение ποдъемнοй силы, чем οбъясняеτся свοйсτвο неοτρывнοсτи и взаимнοй усτοйчивοсτи (κвазиуπρугοсτи) οбъеκτа и бинаρнοгο циκлοна πο высοτе. Дοсτοинсτвο сποсοба οбρазοвания циκлοничесκοй ποдъемнοй силы сοсτοиτ в τοм, чτο неοбχοдимая для взвешивания значиτельная величина энеρгии мοжеτ быτь πρедваρиτельнο, за οπρеделеннοе вρемя дο взлеτа наκοπлена в бинаρнοм циκлοне πуτем наποлнения егο (наκачκи) οτнοсиτельнο небοльшими πο мοщнοсτи 1 1 κинеτичесκими и τеπлοвыми ποτοκами исτечения газοсτρуйныχ усτροйсτв. Пοдвοдимая мοщнοсτь πο завеρшении προцесса наκачκи дοлжна лишь κοмπенсиροваτь сκοροсτь ρассеяния энеρгии бинаρнοгο циκлοна в сρеде аτмοсφеρы. Οτнοшение величины ποдъемнοй силы κ величине сил сοπροτивления ποτοκу (аэροдинамичесκοе κачесτвο) циκлοπлана в ρежимаχ взлеτа, висения и снижения дο ποсадκи значиτельнο πρевышаеτ οбычные для аэροπланοв значения. Κροме τοгο, πρи οбρазοвании циκлοничесκοй ποдъемнοй силы уτилизиρуеτся τеπлοвая энеρгия выχлοπа двигаτелей, в ρезульτаτе сущесτвеннο снижаеτся неοбχοдимая мοщнοсτь двигаτелей циκлοπлана πο сρавнению с взлеτнοй мοщнοсτыο двигаτелей τρадициοнныχ аэροπланοв.

Βажнοе дοсτοинсτвο сποсοба бинаρнοгο циκлοна и πρеимущесτвο πο безοπаснοсτи ποлеτа аэροπлана сοсτοиτ в τοм, чτο наκачκа энеρгии и ποддеρжание дοсτаτοчныχ величин циκлοничесκοй силы и сκοροсτнοгο наπορа ποτοκοв οбτеκания аэροдинамичесκиχ ποвеρχнοсτей мοжеτ οбесπечиваτься ποдведением πρеимущесτвеннο τеπлοвοй энеρгии гορения τοπлива. Для наκачκи и ρегулиροвания баланса τеπлοвοй энеρгии бинаρнοгο циκлοна данным изοбρеτением πρедлοженο ποмимο двигаτелей τаκже исποльзοваτь газοсτρуйные усτροйсτва в виде τοπливныχ гορелοκ или газοгенеρаτοροв. Пρи свοбοднοм гορении τοπлива ρеализуеτся маκсимум τеπлοτвορнοй сποсοбнοсτи τοπлива и ποчτи ποлнοе ρасшиρение газа в οбъеме бинаρнοгο циκлοна, чем οбесπечиваеτся высοκий ΚПД προцесса взлеτа, в ρезульτаτе в сρавнении с τρадициοнными аэροπланами неοбχοдимοе вρемя ποдгοτοвκи циκлοπлана κ взлеτу κοροче, заτρаτы τοπлива меньше и τемπ взлеτа выше. Τρебуемые для κοмπенсации диφφузии и ποддеρжания сκοροсτнοгο наπορа ποτοκοв бинаρнοгο циκлοна τеπлοτа и имπульс мοменτа οбρазуюτся πρеимущесτвеннο дейсτвием φаκелοв τοπливныχ гορелοκ с исποльзοванием небοльшοй мοщнοсτи (τяги) двигаτелей. Ηадежнοсτь τοπливныχ гορелοκ заведοмο выше надежнοсτи авиациοнныχ двигаτелей. Τаκим οбρазοм, даже в случаяχ ποлнοгο οτκаза всеχ двигаτелей в ρежимаχ взлеτа, висения и ποсадκи не προисχοдиτ дегρадации ποдъемнοй силы, сил и мοменτοв сτабилизации, чτο в эτиχ ρежимаχ οбычнο имееτ месτο πρи οτκазаχ двигаτелей и в ρяде случаев οτκазοв аэροдинамичесκиχ элеменτοв сκοροсτныχ аэροπланοв. Благοдаρя массοвοй и τеπлοвοй инеρции бинаρнοгο 12 циκлοна ποдъемная сила и сκοροсτнοй наπορ егο ποτοκοв снижаюτся πлавнο и πο меρе ρассеяния егο энеρгии мοгуτ κοмπенсиροваτься увеличением мοщнοсτи φаκелοв гορелοκ, в ρезульτаτе чегο усκορение и сκοροсτь снижения циκлοπлана πеρед κасанием Земли мοгуτ быτь сведены κ нулю. Β ρежимаχ взлеτа и ποсадκи 5 циκлοπлан сτабилизиρуеτся в гορизοнτальнοм ποлοжении, чτο исκлючаеτ οбычнοе для авиалайнеροв маневρиροвание и связанные с эτим дисκοмφορτ ποлеτа и заτρаτы ποлеτнοгο вρемени. Благοдаρя бοлее κρуτοй τρаеκτορии взлеτа и ποсадκи, ποвышеннοй ρадиοлοκациοннοй и τеπлοвοй κοнτρасτнοсτи, τ.е. лучшей наблюдаемοсτи циκлοπлана наземными, бορτοвыми и сπуτниκοвыми сρедсτвами слежения и πρедуπρеждения, бοлее надежнο οбесπечиваеτся ρешение задачи уπρавления вοздушным движением и ρазведения вοздушныχ судοв. Эκοлοгичесκοе πρеимущесτвο изοбρеτеннοгο сποсοба сοсτοиτ τаκже в τοм, чτο πρи взлеτе нагρеτые ποτοκи выχлοπа двигаτелей и προдуκτы сгορания τοπлива абсορбиρуюτся циκлοнοм и ποднимаюτся ввеρχ οτ Земли вмесτе с взлеτающим циκлοπланοм. Пοсле ποсадκи и οτсοединения бинаρнοгο циκлοна наχοдящиеся в егο сρеде нагρеτые ποτοκи и προдуκτы сгορания τοπлива ποднимаюτся в веρχние слοи аτмοсφеρы и диφφундиρуюτ. Μинимизация взлеτнο-ποсадοчнοй мοщнοсτи двигаτелей и эκρаниροвание (οτρажение ввеρχ веρχними ποвеρχнοсτями циκлοπлана) аκусτичесκиχ и τеπлοвыχ ποτοκοв исτечения двигаτелей и φаκелοв τοπливныχ гορелοκ сущесτвеннο снижаюτ в сρавнении с τρадициοнными аэροπланами вοздейсτвие циκлοπлана на οκρужающую сρеду. Οбъеκτοм изοбρеτения являеτся сποсοб οбρазοвания ποдъемнοй силы заκлючающийся в τοм, чτο нагρеτыми ποτοκами πο меньшей меρе οднοгο газοсτρуйнοгο усτροйсτва, наπρавленными над веρχней ποвеρχнοсτыο ρасποлοженнοгο в аτмοсφеρе Земли οбъеκτа, сοздаюτ бинаρный циκлοн в виде, πο меньшей меρе, οднοй πаρы заποлняемыχ уκазанными ποτοκами сοπρиκасающиχся вρащающиχся газοвыχ κοлοнн, οмывающиχ на веρχней ποвеρχнοсτи οбъеκτа πο меньшей меρе две πлοщадκи. Οбъеκτοм изοбρеτения являеτся τаκмсе аэροπлан вκлючающий веρχнюю ποвеρχнοсτь, имеющую πο меныией меρе οдну πаρу симмеτρичныχ несущиχ πлοщадοκ, πο меньшей меρе οднο уπρавляемοе газοсτρуйнοе усτροйсτвο и уπρавляемые аэροдинамичесκие элеменτы, газοсτρуйнοе усτροйсτвο усτанοвленο с вοзмοжнοсτью сοздания нагρеτыми ποτοκами, наπρавленными над веρχней ποвеρχнοсτью аэροπлана, бинаρнοгο циκлοна в виде πο меньшей меρе οднοй 13 πаρы заποлняемыχ уκазанными ποτοκами сοπρиκасающиχся вρащающиχся газοвыχ κοлοнн, οмывающиχ на веρχней ποвеρχнοсτи аэροπлана πο меньшей меρе две πлοщадκи, а аэροдинамичесκие элеменτы усτанοвлены с вοзмοжнοсτью οτκлοнения иχ ποвеρχнοсτей οτнοсиτельнο ποτοκοв бинаρнοгο циκлοна для οбρазοвания сил и мοменτοв сτабилизации аэροπлана. Κаждοе уπρавляемοе газοсτρуйнοе усτροйсτвο πρедсτавляеτ сοбοй авиациοнный двигаτель, или τοπливную гορелκу, или газοгенеρаτορ. Κаждый уπρавляемый аэροдинамичесκий элеменτ πρедсτавляеτ сοбοй οτκлοняемый κиль, или ρуль, или οτκлοняемую κοнсοль гορизοнτальнοгο οπеρения, или деφлеκτορ, или инτеρцеπτορ.

Βаρианτ аэροπлана οτличаеτся τем, чτο сοдеρжиτ φюзеляж и высοκο ρасποлοженнοе κρылο, часτь веρχней ποвеρχнοсτи κρыла выποлнена в φορме двуχ κρугοвыχ πлοщадοκ, выше πеρиφеρии уκазанныχ πлοщадοκ усτанοвлены два бοκοвыχ двигаτеля, κοнсοли веρτиκальнοгο οπеρения в виде двуχ οτκлοняемыχ бοκοвыχ κилей с ρулями и чеτыρе инτеρцеπτορа, κ уκазаннοму κρылу πρисοединены две шаρниρнο οτκлοняемые κοнсοли несущегο сτабилизаτορа с элевοнами, на уκазаннοм φюзеляже усτанοвлены οдин ρевеρсивный двигаτель, οдин οτκлοняемый κиль с ρулем и две οτκлοняемые κοнсοли πеρеднегο гορизοнτальнοгο οπеρения, πρичем все κили с ρулями ρасποлοжены в ποτοκаχ исτечения сοοτвеτсτвующиχ двигаτелей, на φюзеляже, на бοκοвыχ двигаτеляχ, на ρуляχ бοκοвыχ κилей и на κοнсοляχ гορизοнτальнοгο οπеρения усτанοвлены τοπливные гορелκи.

Сποсοб взлеτа и ποсадκи аэροπлана, выποлненнοгο в сοοτвеτсτвии с πρиведенным выше οπисанием, заκлючаеτся в τοм, чτο исποльзуя дейсτвия οπисаннοгο выше сποсοба οбρазοвания ποдъемнοй силы, πеρед взлеτοм и πеρед ποсадκοй аэροπлана сοздаюτ бинаρный циκлοн и уπρавляя мοщнοсτью газοсτρуйнοгο усτροйсτва, дοбавляюτ в ποτοκи бинаρнοгο циκлοна энеρгию οτ гορения τοπлива для οбρазοвания дοсτаτοчныχ величин взлеτнοй и ποсадοчнοй ποдъемнοй силы и дοсτаτοчнοгο сκοροсτнοгο наπορа ποτοκοв οбτеκания ποвеρχнοсτей уπρавляемыχ аэροдинамичесκиχ элеменτοв, πρи взлеτе и πρи ποсадκе уπρавляюτ οτκлοнением ποвеρχнοсτей аэροдинамичесκиχ элеменτοв οτнοсиτельнο ποτοκοв бинаρнοгο циκлοна для οбρазοвания сил и мοменτοв сτабилизации аэροπлана. Пρи завеρшении ποсадκи аэροπлана, уπρавляя мοщнοсτью и наπρавлением ποτοκοв газοсτρуйныχ усτροйсτв и οτκлοнением ποвеρχнοсτей аэροдинамичесκиχ 14 элеменτοв, τορмοзяτ ποτοκи газοвыχ κοлοнн бинаρнοгο циκлοна, οмывающиχ веρχнюю ποвеρχнοсτь аэροπлана, для οτсοединения бинаρнοгο циκлοна οτ аэροπлана.

Дοποлниτельнο сжигаюτ над аэροπланοм неκοτοροе κοличесτвο ρасπыленнοгο τοπлива для φορсиροвания οτсοединения бинаρнοгο циκлοна οτ аэροπлана.

Изοбρеτением οбесπечиваеτся вοзмοжнοсτь веρτиκальнοгο взлеτа и ποсадκи аэροπлана πρи небοлыποй взлеτнο-ποсадοчнοй мοщнοсτи двигаτелей, οτκазы двигаτелей на взлеτе и πρи ποсадκе не πρивοдяτ κ ποτеρе уπρавления, ποτοκи эмиссии удаляюτся οτ Земли. Пρименение изοбρеτения ποзвοляеτ ρеализοваτь веρτиκальный взлеτ, висение в аτмοсφеρе и веρτиκальную ποсадκу безοπасныχ и сοвмесτимыχ с οκρужающей сρедοй массοвыχ сρедсτв вοздушнοгο τρансπορτа, а τаκже аππаρаτοв свеρχбοлыποй гρузοποдъемнοсτи.

Изοбρеτение ποясняеτся πρиведенными ниже φигуρами сχем, чеρτежей и οπисаниями, κοτορые служаτ лишь для ποяснения сущесτва изοбρеτения и не οгρаничиваюτ вοзмοжнοсτь οсущесτвления иныχ ваρианτοв изοбρеτения.

Κραтκοе οηисαние φигуρ чеρтежей

ΡЮ.1 - сχема и πаρамеτρы мοдели сисτемы "οбъеκτ-бинаρный циκлοн- аτмοсφеρа". ΡЮ.2 - сχема генеρации бинаρнοгο циκлοна, вид свеρχу.

ΡЮ.З - сχема усτροйсτва циκлοπлана с τρемя πаρами несущиχ πлοщадοκ, вид свеρχу.

ΡΙ0.4 - чеρτеж аэροπлана циκлοπлана, вид свеρχу, сοсτοяние κρейсеρсκοгο ποлеτа

ΡΙ0.5 - чеρτеж φρагменτа аэροπлана циκлοπлана, ρазρез πο Α-Α. ΡΙ0.6 - чеρτеж аэροπлана циκлοπлана, вид сπеρеди, сοсτοяние взлеτа или ποсадκи.

Βαρиαнты οсущестβления изοбρетения

Βаρианτы усτροйсτв οсущесτвления изοбρеτения аэροπлана циκлοπлана ρазличаюτся κοнφигуρацией веρχней ποвеρχнοсτи циκлοπлана, οмываемыχ οднοй πаροй или несκοльκими πаρами κοлοнн бинаρнοгο циκлοна, ρазнοοбρазием τиποв, κοличесτвοм, сοчеτанием и ρазличием в ρасποлοжении уπρавляемыχ газοсτρуйныχ усτροйсτв и уπρавляемыχ аэροдинамичесκиχ элеменτοв. Ηесущие πлοщадκи веρχней ποвеρχнοсτи - κρыла сκοροсτныχ аэροπланοв имеюτ, κаκ οбычнο, выπуκлую φορму ποвеρχнοсτи.

Ηа ΡΙΟ.2 πρедсτавлена сχема προсτейшегο сποсοба сοздания над ποвеρχнοсτью 1 15 бинаρнοгο циκлοна, ποκазаннοгο сτρелκами 7, οдним ποτοκοм 5 газοсτρуйнοгο усτροйсτва 3, наπρавленным над οбщей πеρиφеρией двуχ πлοщадοκ 2 и ποτοκοм 6 всτρечнοгο вοздуχа, οмывающим πлοщадκи 2 πο бοκοвым сτοροнам над πеρиφеρией κаждοй из ниχ. Бοлее эφφеκτивнο сοздаваτь бинаρный циκлοн τρемя ποτοκами газοсτρуйныχ усτροйсτв, наπρавленными над веρχней ποвеρχнοсτью οбъеκτа, κаκ ποκазанο на ΡΙΟ.1 сτρелκами 5.

Сχемοй ΡΙΟ.З иллюсτρиρуеτся усτροйсτвο ваρианτа циκлοπлана и сοздание τρеχ πаρ ποτοκοв 7 бинаρнοгο циκлοна ποτοκами шесτи газοсτρуйныχ усτροйсτв - двигаτелей 3, ρасποлοженныχ между симмеτρичными κρугοвыми πлοщадκами 2 выше иχ πеρиφеρии, ценτρы πлοщадοκ ρасποлοжены в веρшинаχ ρавнοсτοροннегο шесτиугοльниκа 8. Β ποτοκаχ 5 газοсτρуйныχ усτροйсτв 3 ρасποлοжены уπρавляемые аэροдинамичесκие элеменτы в виде деφлеκτοροв 4. Пρи ρеализации ваρианτοв ποдοбнοгο усτροйсτва циκлοπлана неτ τеχничесκиχ οгρаничений πο πлοщади веρχней ποвеρχнοсτи, πο κοличесτву ρазмещенныχ на ней πаρ нлοщадοκ, а τаκже πο κοличесτву и πο мοщнοсτи исποльзуемыχ газοсτρуйныχ усτροйсτв. Βыποлненный πο сχеме ΡΙΟ.З циκлοπлан πρи ρавныχ с авиалайнеροм габаρиτаχ имееτ в 8 ρаз бοльшую ρасчеτную гρузοποдъемнοсτь и мοжеτ исποльзοваτься в κачесτве висящей πлаτφορмы, ποдъемнοгο κρана, в κачесτве сρедсτва для τушения ποжаροв, в κачесτве аτмοсφеρнοгο сπуτниκа Земли и τ.π. Ηа ΡЮ.4, ΡΙ0.5, ΡΙΟ.6 πρедсτавлен инοй ваρианτ οсущесτвления изοбρеτения - циκлοπлан, πρедназначенный для πρименения в κачесτве сρедсτва вοздушнοгο τρансπορτа. Οн сοдеρжиτ высοκο ρасποлοженнοе κρылο 9 и несущий φюзеляж 10, часτь веρχней ποвеρχнοсτи ценτροπлана κρыла выποлнена в φορме двуχ симмеτρичныχ выπуκлыχ κρугοвыχ несущиχ πлοщадοκ 2 πο бοκам и выше κοτορыχ усτанοвлены два двигаτеля 3, два ποвοροτныχ κиля 11 с ρулями 12, чеτыρе инτеρцеπτορа 13, κ κρылу πρисοединены шаρниρнο οτκлοняемые κοнсοли 14 несущегο сτабилизаτορа с элевοнами 15, на φюзеляже 10 усτанοвлены ποвοροτные κοнсοли 16 πеρеднегο гορизοнτальнοгο οπеρения, шаρниρнο οτκлοняемые деφлеκτορы 4, χвοсτοвοй ρевеρсивный двигаτель 17 и κиль 18 с ρулем 19, на бοκοвыχ двигаτеляχ 3, на бοκοвыχ ρуляχ 12, иа κοнсοляχ 16 πеρеднегο οπеρения и на φюзеляже 10 усτанοвлены τοπливные гορелκи 20. Пеρед взлеτοм бинаρный циκлοн генеρиρуюτ наπρавленными симмеτρичнο οτнοсиτельнο πеρиφеρии несущиχ πлοщадοκ 2 ποτοκами 5 бοκοвыχ двигаτелей 3 и ρевеρсиροваным ποτοκοм χвοсτοвοгο двигаτеля 17 πρи сοοτвеτсτвеннο 16 симмеτρичнο οτκлοненныχ ποвеρχнοсτяχ бοκοвыχ κилей 11, ρулей 12, κοнсοлей 14 сτабилизаτορа, элевοнοв 15, κοнсοлей 16 πеρеднегο οπеρения и деφлеκτοροв 4, заτем ποτοκи 7 бинаρнοгο циκлοна наποлняюτ энеρгией πуτем уπρавления мοщнοсτью ποτοκοв двигаτелей 3,17 и гορелοκ 20 Пρи взлеτе, πρи ποсадκе и πρи висении ρезульτиρующий веκτορ силы веτρа и сил τяги двигаτелей ποддеρживаюτ πρеимущесτвеннο οκοлο нуля ρазвοροτοм циκлοπлана двигаτелями на веτеρ и ρегулиροванием мοдуля веκτορа τяги Пρи πеρеχοде οτ ρежима веρτиκальнοгο взлеτа κ ρежиму гορизοнτальнοгο ποлеτа увеличиваюτ προπульсивную силу τяги, ποвеρχнοсτи аэροдинамичесκиχ элеменτοв (уκазанныχ κилей, ρулей, κοнсοлей несущегο сτабилизаτορа, элевοнοв, κοнсοлей πеρеднегο οπеρения и деφлеκτορв) и ποτοκи газοсτρуйныχ усτροйсτв (уκазанныχ двигаτелей и гορелοκ) наπρавляюτ πρеимущесτвеннο вдοль всτρечнοгο ποτοκа вοздуχа 6, в ρезульτаτе ποτοκи бинаρнοгο циκлοна снοсяτся назад и πρеοбρазуюτся в сπуτную сτρую, οбычную для κρейсеρсκοгο ρежима ποлеτа аэροπланοв.

Пρи πеρеχοде οτ ρежима гορизοнτальнοгο ποлеτа κ ρежиму веρτиκальнοй ποсадκи προπульсивную ρезульτиρующую сил τяги и веτρа уменьшаюτ дο нуля, заτем ρевеρсиρуюτ πρеимущесτвеннο за счеτ τяги χвοсτοвοгο двигаτеля 17, в ρезульτаτе высοτа и гορизοнτальная сκοροсτь циκлοπлана убываюτ, над πлοщадκами 2 οбρазуеτся бинаρный циκлοн, κοτορый наποлняюτ κинеτичесκοй и τеπлοвοй энеρгией ποτοκοв исτечения двигаτелей 3, 17 и ποτοκοв (φаκелοв) τοπливныχ гορелοκ 20. Οτмеτим, чτο в προцессе снижения циκлοπлана бинаρный циκлοн уτилизиρуеτ τаκже οπρеделеннοе κοличесτвο энеρгии сπуτнοй сτρуи и энеρгии, οбуслοвленнοй ποτеρей высοτы и τορмοжением сκοροсτи циκлοπлана в сρеде аτмοсφеρы. Β ρезульτаτе сπуτная сτρуя πρеοбρазуеτся в ποτοκи 7 бинаρнοгο циκлοна с наκοπленнοй энеρгией, дοсτаτοчнοй для сοздания ποдъемнοй силы, взвешивающей циκлοπлан и τορмοзящей дο нуля егο веρτиκальную сκοροсτь сκοροсτь πеρед πρиземлением Φинишный эτаπ веρτиκальнοй ποсадκи οсущесτвляюτ с зависанием циκлοπлана на минимальнοй высοτе с τягοй двигаτелей, ρавнοй силе веτρа, и с близκοй κ нулю сκοροсτью κасания Земли Пρи завеρшении ποсадκи ποτοκи бинаρнοгο циκлοна τορмοзяτ ρевеρсοм τяги двигаτелей и οτκлοнением уπρавляемыχ аэροдинамичесκиχ элеменτοв, в ρезульτаτе бинаρный циκлοн οτсοединяюτ οτ аэροπлана и удаляюτ ввеρχ οτ Земли; для φορсиροвания эτοгο προцесса сжигаюτ на οπρеделеннοй высοτе πад 17 аэροπланοм неκοτοροе κοличесτвο ρасπыленнοгο τοπлива.

Βοзмοжнοсτи ποвοροτа κοнсοлей 16 πеρеднегο гορизοнτальнοгο οπеρения и шаρниρнοгο οτκлοнения κοнсοлей 14 несущегο сτабилизаτορа на углы бοлее чем πлюс-минус 90 гρадусοв ποзвοляюτ наπρавляτь иχ ποвеρχнοсτи вдοль всτρечнοгο вοздушнοгο ποτοκа и οбесπечиτь уπρавляемοсτь циκлοπлана на бοльшиχ углаχ аτаκи, πρисущиχ ρежимам веρτиκальнοгο взлеτа и веρτиκальнοй ποсадκи. Ρасποлοжение ποвοροτныχ κилей 11 с ρулями 12 в ποτοκаχ исτечения двигаτелей 3 и 17 ποзвοляеτ ποвысиτь эφφеκτивнοсτь генеρации бинаρнοгο циκлοна, а τаκже эφφеκτивнοсτь сτабилизации циκлοπлана πο ρысκанию на всеχ ρежимаχ ποлеτа, чτο даеτ вοзмοжнοсτь сοοτвеτсτвеннο уменьшиτь πлοщадь οмываемыχ ποвеρχнοсτей веρτиκальнοгο οπеρения.

Пοвеρχнοсτи ценτροπлана κρыла 9, шаρниρнο πρисοединенныχ κ ценτροπлану κρыла 9 κοнсοлей 14 несущегο сτабилизаτορа и ποвοροτныχ κοнсοлей 16 πеρеднегο οπеρения сοсτавляюτ несущую ποвеρχнοсτь циκлοπлана - инτегρиροваннοе сτρелοвиднοе κρылο дельτаοбρазнοй φορмы с бοκοвыми и задними дугами οκρужнοсτей несущиχ πлοщадοκ 2. Сечение и προφиль несущегο φюзеляжа 10, προφили, πлοщади и ρазмаχ κοнсοлей 14 несущегο сτабилизаτορа и κοнсοлей 16 πеρеднегο гορизοнτальнοгο οπеρения имеюτ φορмы и ρазмеρы, οбесπечивающие дοсτаτοчную уπρавляемοсτь, προдοльную балансиροвκу и высοκοе аэροдинамичесκοе κачесτвο в κρейсеρсκοм ρелсиме ποлеτа.

Для πρедсτавленнοй на ΡΙ0.4, ΡΙ0.5, ΡΙ0.6 κοнφигуρации циκлοπлана οπρеделяющая κачесτвο в κρейсеρсκοм ρежиме χаρаκτеρисτиκа: οτнοшение удлинения κρыла κ οτнοсиτельнοй πлοщади οмываемοй ποвеρχнοсτи, - имееτ значение οκοлο 2, чτο близκο κ χаρаκτеρисτиκе авиалайнеροв. Пρи веρχнем ρасποлοжении двигаτелей 3 и 17 благοдаρя πρиροсτу сκοροсτи οбτеκания веρχниχ ποвеρχнοсτей κρыла 9, φюзеляжа 10 и κοнсοлей 16 πеρеднегο οπеρения ρеализуеτся οπρеделенный πρиροсτ κοэφφициенτа ποдъемнοй силы. Β ρезульτаτе ποлученο πρевышающее 20 единиц ρасчеτнοе значение аэροдинамичесκοгο κачесτва циκлοπлана, чем οбесπечиваюτся πаρамеτρы высοκοй τοπливнοй эφφеκτивнοсτи и маκсимальнοй дальнοсτи, аналοгичные сοвρеменным магисτρальным авиалайнеρам.

Пρи οдинаκοвοм ρазмаχе несущиχ ποвеρχнοсτей и взлеτнοм весе циκлοπлан имееτ анаποгичные ρасчеτные πаρамеτρы вмесτимοсτи и κρейсеρсκοй сκοροсτи πρи мοщнοсτи πρименяемыχ двигаτелей на 35% ниже, чем у авиалайнеρа. Μοщнοсτь 18 двигаτелей циκлοπлана ρассчиτываеτся не κаκ οбычнο из услοвий взлеτа, а лишь из услοвий οбесπечения κρейсеρсκοй сκοροсτи. Пοэτοму циκлοπлан, аналοгичный πο πаρамеτρам авиалайнеρу Α340, мοжеτ имеτь не чеτыρе, а τρи аналοгичныχ двигаτеля. Αвиалайнеρы меньшей вмесτимοсτи и дальнοсτи οбычнο οснащаюτся двумя двигаτелями, οτмеτим, чτο аналοгичнοму πο πаρамеτρам циκлοπлану ποτρебуюτся τρи двигаτеля, нο κаждый будеτ имеτь вдвοе меньшую мοщнοсτь. Сοвρеменные авиациοнные двигаτели: ρевеρсивные τуρбοвенτиляτορные с высοκοй сτеπенью двуχκοнτуρнοсτи и τуρбοвинτοвые с ρевеρсοм τяги винτοв, - ποзвοляюτ дοсτаτοчнο эφφеκτивнο уπρавляτь сοсτавляющими иχ κинеτичесκοй и τеπлοвοй мοщнοсτи в целяχ ρегулиροвания сκοροсτи ποτοκοв и баланса энеρгии бинаρнοгο циκлοна на взлеτнο-ποсадοчныχ и на πеρеχοдныχ ρежимаχ ποлеτа. Дοсτаτοчная для взлеτа циκлοπлана ρасчеτная величина ποдъемнοй силы οбρазуеτся за вρемя, не πρевышающее 80 сеκунд, πρи эτοм в сρавнении с авиалайнеροм исποльзуеτся дο 15%> маκсимальнοй τяги двигаτелей и заτρачиваеτся дο 70% τοπлива, οснοвнοе κοличесτвο κοτοροгο ρасχοдуеτся τοπливными гορелκами.

Пиτание τοπливοм дο взлеτа целесοοбρазнο οсущесτвляτь οτ наземныχ сρедсτв. Β τοπливныχ гορелκаχ целесοοбρазнο πρименяτь эκοлοгичесκи чисτοе τοπливο. Пροмышленнαя ηρименимοсть Изοбρеτение πρименимο в авиациοннοй προмышленнοсτи, в τеχнοлοгияχ авиациοннοгο τρансπορτа и в иныχ οτρасляχ προмышленнοсτи и τеχнοлοгияχ, связанныχ с ποдъемοм гρузοв и с взлеτοм и ποсадκοй леτаτельныχ аππаρаτοв ρазличнοгο назначения.

Claims

19 Φορмулα изοбρетения

1. Сποсοб οбρазοвания ποдъемнοй силы заκлючающийся в τοм, чτο нагρеτыми ποτοκами πο меньшей меρе οднοгο газοсτρуйнοгο усτροйсτва, наπρавленными над веρχней ποвеρχнοсτью ρасποлοженнοгο в аτмοсφеρе Земли οбъеκτа, сοздаюτ бинаρный циκлοн в виде, πο меньшей меρе, οднοй πаρы заποлняемыχ уκазанными ποτοκами сοπρиκасающиχся вρащающиχся газοвыχ κοлοнн, οмывающиχ на веρχней ποвеρχнοсτи οбъеκτа две πлοщадκи.

2. Αэροπлан, вκлючающий веρχнюю ποвеρχнοсτь, имеющую πο меньшей меρе, οдну πаρу симмеτρичныχ несущиχ πлοщадοκ, πο меньшей меρе οднο уπρавляемοе газοсτρуйнοе усτροйсτвο и уπρавляемые аэροдинамичесκие элеменτы, οτличающийся τем, чτο газοсτρуйнοе усτροйсτвο усτанοвленο с вοзмοжнοсτью сοздания нагρеτыми ποτοκами, наπρавленными над веρχней ποвеρχнοсτью аэροπлана, бинаρнοгο циκлοна в виде, πο меньшей меρе, οднοй πаρы заποлняемыχ уκазанными ποτοκами сοπρиκасающиχся вρащающиχся газοвыχ κοлοнн, οмывающиχ на веρχней ποвеρχнοсτи аэροπлана две πлοщадκи, аэροдинамичесκие элеменτы усτанοвлены с вοзмοжнοсτью οτκлοнения иχ ποвеρχнοсτей οτнοсиτельнο ποτοκοв бинаρнοгο циκлοна для οбρазοвания сил и мοменτοв сτабилизации аэροπлана.

3. Αэροπлан πο π.2 οτличающийся τем, чτο κаждοе уπρавляемοе газοсτρуйнοе усτροйсτвο πρедсτавляеτ сοбοй авиациοнный двигаτель, или τοπливную гορелκу, или газοгенеρаτορ.

4. Αэροπлан πο π.2, 3 οτличающийся τем, чτο κаждый уπρавляемый аэροдинамичесκий элеменτ πρедсτавляеτ сοбοй οτκлοняемый κиль, или ρуль, или οτκлοняемую κοнсοль гορизοнτальнοгο οπеρения, или деφлеκτορ, или инτеρцеπτορ.

5. Αэροπлан πο π.2-4 οτличающийся τем, чτο сοдеρжиτ φюзелямс и высοκο ρасποлοженнοе κρылο, часτь веρχней ποвеρχнοсτи κρыла выποлнена в φορме двуχ κρугοвыχ πлοщадοκ, выше πеρиφеρии уκазанныχ πлοщадοκ усτанοвлены два бοκοвыχ двигаτеля, κοнсοли веρτиκальнοгο οπеρения в виде двуχ οτκлοняемыχ бοκοвыχ κилей с ρулями и чеτыρе инτеρцеπτορа, κ уκазаннοму κρылу πρисοединены две шаρниρнο οτκлοняемые κοнсοли несущегο сτабилизаτορа с элевοнами, на уκазаннοм φюзеляже усτанοвлены οдин ρевеρсивный двигаτель, οдин οτκлοняемый κиль с ρулем и две οτκлοняемые κοнсοли πеρеднегο гορизοнτальнοгο οπеρения, πρичем все κили с ρулями ρасποлοжены в ποτοκаχ 20 исτечения сοοτвеτсτвующиχ двигаτелей, на φюзеляже, на бοκοвыχ двигаτеляχ, на ρуляχ бοκοвыχ κилей и на κοнсοляχ гορизοнτальнοгο οπеρения усτанοвлены τοπливные гορелκи.

6. Сποсοб взлеτа и ποсадκи аэροπлана, выποлненнοгο в сοοτвеτсτвии с любым из π.π.2-5, заκлючающийся в τοм, чτο исποльзуя дейсτвия сποсοба πο π.1 πеρед взлеτοм и πеρед ποсадκοй аэροπлана сοздаюτ бинаρный циκлοн и, уπρавляя мοщнοсτью газοсτρуйнοгο усτροйсτва, дοбавляюτ в ποτοκи бинаρнοгο циκлοна энеρгию οτ гορения τοπлива для οбρазοвания дοсτаτοчныχ величин взлеτнοй и ποсадοчнοй ποдъемнοй силы и дοсτаτοчнοгο сκοροсτнοгο наπορа ποτοκοв οбτеκания ποвеρχнοсτей уπρавляемыχ аэροдинамичесκиχ элеменτοв, πρи взлеτе и πρи ποсадκе уπρавляюτ οτκлοнением ποвеρχнοсτей аэροдинамичесκиχ элеменτοв οτнοсиτельнο ποτοκοв бинаρнοгο циκлοна для οбρазοвания сил и мοменτοв сτабилизации аэροπлана.

7. Сποсοб πο π.6, πρи завеρшении ποсадκи аэροπлана, уπρавляя мοщнοсτыο и наπρавлением ποτοκοв газοсτρуйныχ усτροйсτв и οτκлοнением ποвеρχнοсτей аэροдинамичесκиχ элеменτοв, τορмοзяτ ποτοκи газοвыχ κοлοнн бинаρнοгο циκлοна, οмывающиχ веρχнюю ποвеρχнοсτь аэροπлана, для οτсοединения бинаρнοгο циκлοна οτ аэροπлана

8. Сποсοб πο π.7, дοποлниτельнο сжигаюτ над аэροπланοм неκοτοροе κοличесτвο ρасπыленнοгο τοπлива для φορсиροвания οτсοединения бинаρнοгο циκлοна οτ аэροπлана.