Летательный аппарат
С комбинированным способом создания подъемной силы
Предлагаемый летательный аппарат является результатом поисковой исследовательской и конструкторской работы по созданию летательного аппарата (ЛА) с комбинированным способом создания подъемной силы, включая аэростатическую разгрузку, вертикального взлета и посадки. К конструкции и технологиям изготовления данного ЛА предъявляются следующие требования:
- применение доступных материалов;
- применение технологий, не требующих специального и высокоточного оборудования;
- все комплектующие должны быть широкого применения.
Предполагается, что ЛА будет использован для пригородного, междугороднего и регионального сообщения в основном в местах со слабой городской или поселковой инфраструктурой. Он решает проблемы с транспортной доступностью в отдаленных населенных пунктах. Это открывает возможности для быстрого получения медицинской помощи и не только. Однако чем большие расстояния нужно будет преодолевать, тем острее встает вопрос дозаправки ЛА. Поэтому в предлагаемом решении упор сделан на большую дальность полета и большой радиус действия с максимально доступным сервисом обслуживания. Обслуживание будет возможно только в месте постоянного базирования, на промежуточных площадках возможна только дозаправка и то только при наличии топлива.
Отсюда основные требования к ЛТХ:
- 1 пилот + 4 пассажира (согласно техническому заданию);
- дальность не менее 1500 км;
- крейсерская скорость не менее 140 км/ч;
- максимальная скорость не менее 150 км/ч.
Эти требования определили облик ЛА: летающее крыло малого удлинения с очень низким коэффициентом лобового сопротивления, внутренний объем которого используется как баллон для легкого газа (в данном случае гелия) для создания аэростатической разгрузки. Кроме этого, некоторое избыточное давление газа позволяет держать форму аэродинамического профиля без использования большого продольного и поперечного набора. Это также определило выбор силовой установки – доступные автомобильные дизели, так как к ним в авиационном варианте не предъявляются требования о двух независимых системах зажигания. Кроме того, расход топлива современных автомобильных дизелей такого класса в пределах 170 г/л.с.*ч. Таким образом, силовая установка – автомобильные дизели 2×180…240 л.с. Трудности с запуском в холодное время года решаются предварительным прогревом двигателя на земле и разогревом топлива в расходном баке на земле и подогревом основных топливных баков в полете тем или иным способом. Общий вид ЛА представлен на рис. 1 и 2, габаритные размеры – на рис. 3–5. Более подробно конструкции отдельных агрегатов и систем ЛА рассмотрены ниже.
Баллон дирижабля
В крейсерском полете предлагаемый ЛА представляет собой летающее крыло малого удлинения с малыми крыльями по бокам – для обеспечения лучшей управляемости по крену и тангажу. Во всем остальном – это чистый аэродинамический профиль. Выбран профиль GA(W) 1, так как его рабочие числа Рейнольдса как нельзя лучше подходят для данного ЛА. Портит его слегка только небольшая пассажирская гондола снизу. Такая форма имеет наименьшее сопротивление и создает необходимую подъемную силу в крейсерском полете на высотах 4500–8000 м. Создание аэродинамической подъемной силы в крейсерском полете позволило снизить объем газовых баллонов в 4–5 раз, пропорционально снизить сопротивление и вдвое увеличить крейсерскую скорость при той же мощности и расходе топлива.
Для осуществления вертикального взлета и висения в дополнение к уменьшенной сплавной силе в центре крыла в колодце расположен соосный вентилятор с большим втулочным отношением. Сплавная сила предлагаемого аппарата должна компенсировать с дефицитом массу пустого снаряженного незаправленного ЛА. Это сделано для того, чтобы посадка могла осуществляться в любом неподготовленном месте на обычное шасси и не требовать причальной мачты. Колодец с вентилятором сверху и снизу закрывается вгладь поворотными жалюзи, которые образуют достаточно гладкий аэродинамический контур. 3D-модель для расчета сплавной подъемной силы (аэростатической силы, создаваемой гелием) представлена на рис. 6.
Если рассматривать данный ЛА с точки зрения дирижабля, то это дирижабль с жесткой обшивкой. Поскольку ЛА скоростной, то на лобовую часть приходится значительный скоростной напор. На дирижаблях с мягкой обшивкой или полужестких дирижаблях это приводит к диффузии наружного воздуха внутрь оболочки и со временем вызывает изменение центровки дирижабля. Кроме того, жесткая обшивка совместно с продольным и поперечным набором позволяет с допустимыми деформациями выдерживать заданный аэродинамический профиль как при воздействии скоростного напора и внутреннего давления, так и от сосредоточенных сил от винтов, оперения и крыльев. Обшивка трехслойная, внешние слои выполнены по технологии майлара с наклейкой стеклонитей ВМП на основу из бумаги, армированной кварцевыми волокнами. Стеклонити выкладываются по направлениям действующих напряжений в количестве, обеспечивающем прочность и жесткость. Средний слой изготавливается из препрега-углеродной нити методом объемного ткачества и представляет собой объемную пространственную ферму с мелким шагом, воздухопроницаемую во всех направлениях. Удельная масса такой фермы – 0,12–0,15г/см³. Средний слой служит для подачи горячего воздуха противообледенительной системы.