PL228442B1 - Ekranoplan klasy A i jego układ aerodynamiczny - Google Patents

Abstract

Ekranoplan (1) klasy A jest statkiem powietrznym, wykonującym lot w obecności granicy rozdziału ośrodków ekranu, w układzie posobnym płatów (2, 3), wykorzystującym efekt przypowierzchniowy, tak zwany wpływ ekranu lub ziemi, w celu zwiększenia siły nośnej i redukcji siły oporu aerodynamicznego. Ekranoplan (1) posiada co najmniej trzy płaty (2, 3) nośne, gdzie dwa płaty tylne (3) położone są za jego płatem przednim (2), przy czym płaty tylne (3) są umieszczone po obu stronach płata przedniego (2) w całości na zewnątrz jego rozpiętości. Przedmiotem wynalazku jest również układ aerodynamiczny ekranoplanu klasy A, gdzie całkowita powierzchnia nośna ekranoplanu (1) jest podzielona na przednią i dwie boczne powierzchnie nośne, tworząc układ trójpłatowy, przy czym boczne powierzchnie nośne są umieszczone za przednią powierzchnią nośną, na zewnątrz jej boków, w wytwarzanym przez nią polu prędkości indukowanych, w obszarze, w którym składowa pionowa tych prędkości indukowanych jest skierowana do góry. Wynalazek znajduje zastosowanie do projektowania oraz wytwarzania środków transportu powietrznego do operacji nad morzami, jeziorami i dużymi rzekami, a także do zastosowania w postaci szybkich statków wypornościowych, wspomaganych płatem nośnym w celu redukcji oporów ruchu, ponadto jako alternatywa dla poduszkowców-bocznościanów w układzie SES.

Description

Przedmiotem wynalazku jest ekranoplan klasy A i jego układ aerodynamiczny, przy czym ekranoplan klasy A jest statkiem powietrznym lub amfibijnym wykorzystującym efekt przypowierzchniowy, tak zwany „wpływ ekranu lub ziemi” w celu zwiększenia siły nośnej i redukcji siły oporu aerodynamicznego (głównie jego składowej indukowanej).

Znane jest rozwiązanie konstrukcyjne ekranoplanów, na przykład z publikacji patentowej nr EP 1286873 B1, wykorzystujące układ aerodynamiczny RAM-Wing charakteryzujący się płatem o małym wydłużeniu, zakończonym płytami brzegowymi lub pływakami pomocniczymi - sponsonami oraz charakteryzujący się dużym usterzeniem poziomym umieszczonym poza wpływem ziemi (ekranu). W tym znanym układzie może być zastosowany nadmuch pod płat, skracający start lub zastosowane przedłużenia płata na zewnątrz sponsonów lub płyt brzegowych.

Drugim znanym układem aerodynamicznym ekranoplanu, na przykład z publikacji patentowej nr US 3190582 A, jest odwrotna delta Lippischa. W tym znanym rozwiązaniu zastosowany jest płat z o ujemnym wzniosie (z odchylonymi do dołu końcówkami boków) i ujemnym skosie oraz prosta krawędź natarcia i silnie skośna krawędź spływu. Cechą charakterystyczną tego układu aerodynamicznego jest duże usterzenie wytwarzające dodatnią siłę nośną (inaczej jak w samolocie).

Poprzez duże usterzenia w układzie aerodynamicznym Lippischa i RAM-Wing, niezależnie od kierunku siły nośnej, generowany jest opór indukowany i profilowy w istotnym stopniu zmniejszając doskonałość aerodynamiczną statku powietrznego oraz zwiększając masę konstrukcji.

Trzecim rozwiązaniem jest układ aerodynamiczny tandem zaproponowany przez G. Jorga, znany na przykład z publikacji patentowej nr US 3908783 A, składający się z dwóch płatów nośnych umieszczonych posobnie, to jest jeden za drugim, połączonych na zewnątrz pływakami pełniącymi funkcję płyt brzegowych. Jest to rozwiązanie nie wymagające stosowania usterzenia poziomego i odznaczające się dobrą statecznością podłużną. W zastosowaniu do transportu lądowego układ aerodynamiczny tandem (aero-train) został zaproponowany jako rozwiązanie alternatywne dla pociągów na poduszce magnetycznej. Odmianą tego układu jest ekranoplan w układzie „kaczka”, znany na przykład z publikacji patentowych nr US 6732672 B2 i US 8196537 B2. Wadą układu aerodynamicznego tandem jest tłumienie siły nośnej na płacie tylnym, który znajduje się w śladzie aerodynamicznym płata przedniego, na skutek występowania prędkości indukowanych skierowanych w dół za płatem przednim. Skutkuje to koniecznością stosowania większych kątów natarcia na płacie tylnym niż przednim w celu skompensowania utraty siły nośnej.

Dla uniknięcia niedogodności znanych rozwiązań zostały opracowane rozwiązania według wynalazku, dotyczące konstrukcji ekranoplanu klasy A i jego układu aerodynamicznego.

Ekranoplan klasy A, będący statkiem powietrznym wykonującym lot w obecności granicy rozdziału ośrodków ekranu, w układzie posobnym płatów, wykorzystującym efekt przypowierzchniowy, tak zwany wpływ ekranu lub ziemi, w celu zwiększenia siły nośnej i redukcji siły oporu aerodynamicznego, a ekranoplan posiada co najmniej trzy płaty nośne, według wynalazku charakteryzuje się tym, że posiada dwa płaty tylne, położone za płatem przednim ekranoplanu, przy czym płaty tylne są umieszczone po obu stronach płata przedniego w całości na zewnątrz jego rozpiętości.

Korzystnie ekranoplan zawiera dwa kadłuby boczne, pomiędzy którymi jest umieszczony jego płat przedni, zaś płaty tylne ekranoplanu są umieszczone na zewnętrznych powierzchniach tych kadłubów bocznych, przy czym kadłuby boczne, ekranoplanu są pływakami.

Dodatkowe korzyści w postaci poprawy stateczności ekranoplan i wprowadzenia pomocniczych pływaków są uzyskiwane jeśli każdy z płatów tylnych ekranoplanu jest zakończony na swym zewnętrznym boku płytą brzegową.

Dalsze korzyści funkcjonalne uzyskuje się, jeżeli ekranoplan zawiera kadłub środkowy, na którym jest zamocowany płat przedni, a ponadto kadłub środkowy ekranoplanu jest elementem wypornościowym.

Kolejne korzyści w postaci zastosowania wspomagania startu są uzyskiwane, jeżeli ekranoplan posiada co najmniej jedno śmigło umieszczone przed swym płatem przednim, przy czym jego płat przedni jest wyposażony w co najmniej jedną, przednią klapę skrzydłową, a ponadto każdy z jego płatów tylnych jest wyposażony w co najmniej jedną, tylną klapę skrzydłową.

Następne korzyści w postaci poprawy sterowności uzyskuje się, jeśli ekranoplan zawiera usterzenie pionowe, a na jego usterzeniu pionowym jest zamocowane usterzenie poziome.

PL 228 442 B1

Układ aerodynamiczny ekranoplanu klasy A, będącego statkiem powietrznym wykonującym lot w obecności granicy rozdziału ośrodków ekranu, w układzie posobnym płatów, wykorzystującym efekt przypowierzchniowy, tak zwany wpływ ekranu lub ziemi, w celu zwiększenia siły nośnej i redukcji siły oporu aerodynamicznego, według wynalazku charakteryzuje się tym, że całkowita powierzchnia nośna ekranoplanu jest podzielona na przednią i dwie boczne powierzchnie nośne tworząc układ trójpłatowy, przy czym boczne powierzchnie nośne są umieszczone za przednią powierzchnią nośną, na zewnątrz jej boków, w wytwarzanym przez nią polu prędkości indukowanych, w obszarze, w którym składowa pionowa tych prędkości indukowanych jest skierowana do góry.

Dzięki wynalazkowi uzyskuje się konfigurację aerodynamiczną ekranoplanu klasy A (to jest wykonującego lot tylko w obecności granicy rozdziału ośrodków ekranu) w układzie posobnym, w którym jest wykorzystana dodatkowa interferencja między płatem przednim a płatami tylnymi w celu zwiększenia siły nośnej przy zadanym kącie natarcia z jednoczesną redukcją oporu indukowanego, a konsekwencji do redukcji mocy niezbędnej do napędu ekranoplanu. Istotą rozwiązań według wynalazku jest zastosowanie konfiguracji ekranoplanu o trzech płatach, to jest płacie przednim i dwóch płatów tylnych umieszczonych na zewnętrznej stronie kadłubów bocznych pełniących także funkcję pływaków. Zewnętrzne płaty tylne są wyposażone w płyty brzegowe. Konfiguracja ekranoplanu przewidziana jest do poruszania się w pobliżu powierzchni rozdziału ośrodków, na przykład powietrze-woda, z wykorzystaniem dynamicznie generowanej poduszki powietrznej, tak zwanego efektu przypowierzchniowego. Płat przedni wytwarza pole prędkości indukowanych, których składowa pionowa w obrębie rozpiętości tego płata przedniego jest skierowana w dół, natomiast na zewnątrz jego końcówek jest skierowana do góry. Umieszczenie płatów tylnych na zewnątrz rozpiętości płata przedniego powoduje, że efektywny kąt natarcia tylnego płata ulega zwiększeniu, zwiększając tym samym wartość siły nośnej na powierzchniach tylnych. Pozwala to na redukcję powierzchni nośnej, a w konsekwencji masy własnej konstrukcji, przy zadanej wartości siły nośnej, co oznacza wzrost masy użytecznej (ładunku).

Zaletą rozwiązań według wynalazku jest redukcja oporów ruchu ekranoplanu kategorii A, zwiększenie stateczności podłużnej w porównaniu ze znanym układem tandem, uzyskanie większej siły nośnej przy tej samej powierzchni nośnej co w przypadku układów RAM-Wing albo tandem. Następstwem tego jest zwiększenie masy ładunku lub zasięgu ekranoplanu przy utrzymanej masie startowej. Konfiguracja pozwala na wspomaganie startu przy użyciu śmigieł z nadmuchem pod płat przedni stanowiący płat główny. W porównaniu z konfiguracją typu odwrotna delta i układem RAM-Wing nie istnieje potrzeba stosowania usterzenia poziomego.

Rozwiązania według wynalazku są bliżej wyjaśnione w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1:4 przedstawiają ekranoplan odpowiednio w widoku z góry, boku, przodu oraz w pozycji spoczynkowej na wodzie w widoku z boku i przekroju pionowym przez płat przedni, zaś fig. 5 przedstawia pole prędkości indukowanych, wytwarzane przez płat przedni ekranoplanu z wykresem składowej pionowej tych prędkości w płaszczyźnie prostopadłej do kierunku lotu dla strug powietrza w obszarze za tym płatem przednim.

Ekranoplan 1 klasy A, według wynalazku w przykładzie wykonania, jest statkiem powietrznym wykonującym lot w obecności granicy rozdziału ośrodków ekranu, w układzie posobnym płatów 2, 3, wykorzystującym efekt przypowierzchniowy, tak zwany wpływ ekranu lub ziemi, w celu zwiększenia siły nośnej i redukcji siły oporu aerodynamicznego.

Ekranoplan 1 posiada trzy płaty 2, 3 nośne, a mianowicie dwa płaty tylne 3, położone za jego płatem przednim 2, a płaty tylne 3 są umieszczone po obu stronach płata przedniego 2 w całości na zewnątrz jego rozpiętości. Ekranoplan 1 zawiera dwa kadłuby boczne 4, pomiędzy którymi jest umieszczony jego płat przedni 2, zaś płaty tylne 3 ekranoplanu 1 są umieszczone na zewnętrznych powierzchniach tych kadłubów bocznych 4, które są pływakami. Każdy z płatów tylnych 3 ekranoplanu 1 jest zakończony na swym zewnętrznym boku płytą brzegową 5. Ekranoplan 1 zawiera kadłub środkowy 6, na którym jest zamocowany płat przedni 2 ekranoplanu 1, a kadłub środkowy 6 jest elementem wypornościowym. Ponadto ekranoplan 1 posiada dwa śmigła 7 umieszczone przed swym płatem przednim 2, który jest wyposażony w przednią klapę skrzydłową 8, zaś każdy z płatów tylnych 3 ekranoplanu 1 jest wyposażony w tylną klapę skrzydłową 9. Ekranoplan 1 zawiera także usterzenie pionowe 10, a na tym usterzeniu pionowym 10 jest zamocowane usterzenie poziome 11.

Układ aerodynamiczny ekranoplanu 1 klasy A, według wynalazku w przykładzie wykonania, dotyczy ekranoplanu 1, który jest statkiem powietrznym wykonującym lot w obecności granicy rozdziału ośrodków ekranu, w układzie posobnym płatów 2, 3, wykorzystującym efekt przypowierzchniowy, tak zwany wpływ ekranu lub ziemi, w celu zwiększenia siły nośnej i redukcji siły oporu aerodynamicznego.

PL 228 442 B1

Całkowita powierzchnia nośna ekranoplanu 1 jest podzielona na przednią i dwie boczne powierzchnie nośne 12, 13, tworząc układ trójpłatowy 2, 3, przy czym boczne powierzchnie nośne 13 są umieszczone za przednią powierzchnią nośną 12, na zewnątrz jej boków, w wytwarzanym przez nią polu prędkości indukowanych, w obszarze, w którym składowa pionowa wi tych prędkości indukowanych jest skierowana do góry.

W konfiguracji aerodynamicznej ekranoplanu dokonano podziału powierzchni nośnej na przednią 12 i dwie boczne 13, tworząc układ trójpłatowy 2, 3. Płaty tylne 3 będące płatami bocznymi są umieszczone na zewnątrz płata przedniego 2, pełniącego funkcję płata głównego, przy czym są one zamocowane na zewnętrznej powierzchni kadłubów bocznych 4. Płat przedni 2 i płaty tylne 3 są wyposażone, odpowiednio w przednią i tylne w klapy skrzydłowe 8 i 9, wspomagające start z powierzchni wody 14. Usterzenie pionowe 10 jest połączone mechanicznie za pomocą usterzenia poziomego 11. Pomiędzy kadłubami bocznymi 4 jest umieszczony kadłub środkowy 6 stanowiący element wypornościowy.

Na fig. 5 pokazano pole prędkości indukowanych, wytwarzane przez płat przedni 2 ekranoplanu 1 w układzie współrzędnych x, y, z, przy czym wykres wi(y) przedstawia zmiany wielkości i kierunku składowej pionowej wi tych prędkości indukowanych w płaszczyźnie równoległej do osi współrzędnych y i z, a prostopadłej do prędkości v lotu ekranoplanu 1, położonej na osi współrzędnej x, dla strug powietrza w obszarze za tym płatem przednim 2. Jak wynika z wykresu wi strugi powietrza 15 pomiędzy płatami tylnymi 3 są odchylone w dół, zaś na zewnątrz płata przedniego 2 są odchylone do góry, zwiększając tym samym wartość siły nośnej na płatach tylnych 3.

Wynalazek znajduje zastosowanie do projektowania oraz wytwarzania środków transportu powietrznego do operacji nad morzami, jeziorami i dużymi rzekami, a także do zastosowania w postaci szybkich statków wypornościowych wspomaganych płatem nośnym w celu redukcji oporów ruchu, a ponadto jako alternatywa dla poduszkowców-bocznościanów w układzie SES.

Claims (12)

1. Ekranoplan klasy A, będący statkiem powietrznym wykonującym lot w obecności granicy rozdziału ośrodków ekranu, w układzie posobnym płatów, wykorzystującym efekt przypowierzchniowy, tak zwany wpływ ekranu lub ziemi, w celu zwiększenia siły nośnej i redukcji siły oporu aerodynamicznego, a ekranoplan posiada co najmniej trzy płaty nośne, znamienny tym, że posiada dwa płaty tylne (3), położone za płatem przednim (2) ekranoplanu (1), przy czym płaty tylne (3) są umieszczone po obu stronach płata przedniego (2) w całości na zewnątrz jego rozpiętości.

2. Ekranoplan według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera dwa kadłuby boczne (4), pomiędzy którymi jest umieszczony jego płat przedni (2), zaś płaty tylne (3) ekranoplanu (1) są umieszczone na zewnętrznych powierzchniach tych kadłubów bocznych (4).

3. Ekranoplan według zastrz. 2, znamienny tym, że kadłuby boczne (4), ekranoplanu (1) są pływakami.

4. Ekranoplan według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że każdy z płatów tylnych (3) ekranoplanu (1) jest zakończony na swym zewnętrznym boku płytą brzegową (5).

5. Ekranoplan według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, znamienny tym, że zawiera kadłub środkowy (6), na którym jest zamocowany płat przedni (2) ekranoplanu (1).

6. Ekranoplan według zastrz. 5, znamienny tym, że jego kadłub środkowy (6) jest elementem wypornościowym.

7. Ekranoplan według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, znamienny tym, że posiada co najmniej jedno śmigło (7) umieszczone przed swym płatem przednim (2).

8. Ekranoplan według zastrz. 1 albo 2, albo, 3 albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, znamienny tym, że jego płat przedni (2) jest wyposażony w co najmniej jedną, przednią klapę skrzydłową (8).

9. Ekranoplan według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, znamienny tym, że każdy z jego płatów tylnych (3) jest wyposażony w co najmniej jedną, tylną klapę skrzydłową (9).

10. Ekranoplan według zastrz. 1 albo 2, albo 3, albo 4, albo 5, albo 6, albo 7, albo 8, albo 9, znamienny tym, że zawiera usterzenie pionowe (10).

11. Ekranoplan według zastrz. 10, znamienny tym, że na jego usterzeniu pionowym (10) jest zamocowane usterzenie poziome (11).

PL 228 442 Β1

12. Układ aerodynamiczny ekranoplanu klasy A, będącego statkiem powietrznym wykonującym lot w obecności granicy rozdziału ośrodków ekranu, w układzie posobnym płatów, wykorzystującym efekt przypowierzchniowy, tak zwany wpływ ekranu lub ziemi, w celu zwiększenia siły nośnej i redukcji siły oporu aerodynamicznego, znamienny tym, że całkowita powierzchnia nośna ekranoplanu (1) jest podzielona na przednią i dwie boczne powierzchnie nośne (12, 13), tworząc układ trójpłatowy, przy czym boczne powierzchnie nośne (13) są umieszczone za przednią powierzchnią nośną (12), na zewnątrz jej boków, w wytwarzanym przez nią polu prędkości indukowanych, w obszarze, w którym składowa pionowa (w,) tych prędkości indukowanych jest skierowana do góry.