ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ: авиация.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ: сверхзвуковой воздухозаборник.

На сегодня имеются различные типы сверхзвуковых воздухозаборников (ВЗ), рассчитанные на различные режимы/скорости полета летательных аппаратов {ЛА).

Аналоги:

1. МИГ-19 (СССР):

- https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D0%93-19

- http://avia.pro/biog/mig-19

Носовой ВЗ внутреннего горизонтального сжатия (с вертикальной перегородкой) на два двигателя. Площадь ВЗ почти равна площади миделя {сечения) корпуса. Рассчитан на низкие сверхзвуковые скорости.

Не соответствие ВЗ получению требуемого технического результата:

- не рассчитан на высокие сверхзвуковые/гиперзвуковые скорости;

- не выполняет функцию переднего горизонтального оперения {увеличение подъемной силы носовой части корпуса);

- не влияет на стабилизацию полета.

2. МИГ-21 (СССР):

- https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D0%93-21 wo 2020/091629 ro/biog/mig-21-mnogoceievoy-istrebitei PCT/RU2019/000763

Носовой ВЗ с регулируемым (выдвигаемым) конусом внешнего сжатия. Площадь 83 почти равна площади миделя корпуса. Рассчитан на низкую сверхзвуковую скорость.

Не соответствие ВЗ получению требуемого технического результата:

- не рассчитан на высокие сверхзвуковые/гиперзвуковые скорости;

- не выполняет функцию переднего горизонтального оперения (увеличение

подъемной силы носовой части корпуса);

- не влияет на стабилизацию полета.

3. ТУ-160 (СССР):

- https://ru.wikipedta.org/wiki/%D0%A2%D1%83-160

- http://oruzhie.info/voennye-samoiety/108-tu-160

Под фюзеляжные ВЗ (спаренные попарно на два двигателя) прямоугольного сечения с вертикально расположенным регулируемым клином Максимальная скорость - 2,2 М.

Не соответствие 83 получению требуемого технического результата:

- не рассчитан на высокие сверхзвуковые/гиперзвуковые скорости;

- не использует воздушный поток, набегающий на корпус;

- не предназначен для дополнительного создания/увеличения подъемной силы;

- не влияет на стабилизацию полета.

4. Eurofighter Typhoon (EF2000) (Европа):

- http://oruzhie.info/voennye-samolety/52-eurofighter-typhoon- ef2000

- http://army-news.ru/2013/04/istrebitei-eurofighter-typhoon-f gr4-on-zhe-ef2000/

Под фюзеляжные спаренные два ВЗ прямоугольного сечения вертикального сжатия с верхней горизонтальной плоскостью предварительного внешнего сжатия. Максимальная скорость - 2 М.

Не соответствие ВЗ получению требуемого технического результата:

- не рассчитан на высокие сверхзвуковые/гиперзвуковые скорости;

- не использует воздушный поток, набегающий на корпус; - не предназначен для создания/увеличения подъемной силы;

- не влияет на стабилизацию полета.

5. NASA Х-43 (Hyper-X) Hypersonic Aircraft (США):

- https://en.wikipedia.org/wiki/NASA_X-43

https://web.archive. _O rg/web/20110724231440/http://www.aiaa.org/Participate/ Uploads/A lAA_DL_McCUnton.pdf

- https://www.youtube.com/watch 7v=MfcoBWkyQoE

Беспилотный гиперзвуковой ЛА воздушного старта с под фюзеляжным плоским ВЗ, верхняя часть которого является плоскостью предварительного внешнего сжатия набегающего потока воздуха и, одновременно, носовой частью ЛА. Площадь ВЗ равна площади миделя корпуса.

Верхняя часть ВЗ {плоскость предварительного внешнего сжатия) предназначена также для создания подъемной силы.

Не соответствие ВЗ получению требуемого технического результата:

- не рассчитан на низкие сверхзвуковые и дозвуковые скорости;

- не предназначен для ЛА самостоятельного взлета «по самолетному»;

- не влияет на стабилизацию полета.

6. Продувочная модель ЛА с конвергентной поверхностью внешнего сжатия носовой части и интегрированным с нею конвергентным воздухозаборником ковшового типа (ИТЛМ - Россия):

- https://scfh.ru/fiies/ibiock/461/4618a3cd66bde94a3dlcc6fffcl 99b7b.pdf

Модель ЛА и воздухозаборника для сверхзвуковых скоростей с носовой поверхностью внешнего сжатия, создающей дополнительную подъемную силу.

Площадь поверхности сжатия равна площади миделя корпуса.

Не соответствие ВЗ получению требуемого технического результата:

- не рассчитан на дозвуковые скорости;

- не предназначен для ЛА самостоятельного взлета «по самолетному»; - не влияет на стабилизацию полета.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

ТЕХНИЧЕСКИЙ РЕЗУЛЬТАТ (цель изобретения) - создание авиационного

сверхзвукового воздухозаборника (ВЗ) смешанного сжатия, эффективно работающего от дозвуковых и до гиперзвуковых скоростей, с максимальным захватом набегающего потока воздуха, с минимальным сопротивлением, создающим дополнительную подъемную силу носовой части LA и дополнительную стабилизацию полета ЛА по крену.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ:

Двойной сверхзвуковой конвергентный воздухозаборник (ДСКВ) образуется путем объединения в единый носовой воздухозаборник скрепленных между собой в горизонтальной плоскости двух зеркально идентичных параллельных заостренных спереди круглых ковшовых конвергентных без центрального тела воздухозаборников (ВЗ) смешанного сжатия, с двумя каналами для двух двигателей, образующие в месте скрепления их поверхностей внешнего сжатия в плоскости симметрии ЛА внутреннее центральное продольное вертикальное ребро, с общим заостренным носом в верхней центральной части ДСКВ, создающим дополнительную подъемную силу, максимально закрывающий торец корпуса ЛА площадью поперечного сечения входной части ДСКВ.

Допускается наличие центрального тела за пределом ВЗ - у двигателя ЛА.

Существенные признаки.

Для минимизации лобового сопротивления ЛА и максимального захвата набегающего воздушного потока ДСКВ должен находиться в носовой части ЛА и площадь

поперечного сечения входа ДСКВ должна быть близка площади миделевого сечения корпуса ЛА, а внутренний полезный объем ЛА должен находиться/скрываться между параллельными каналами двигателей за ДСКВ. Для эффективной работы с минимальными потерями каждый из двух ВЗ должен быть конвергентным изоэнтропическим круглого поперечного сечения с круглым переходом (без центрального тела) к вентилятору/компрессору двигателя ЛА и заостренный по передней кромке.

- htp://otvaga2004.ru/kaleydoskop/kaleydoskop-air/5-6-pokoleni ye-7/ - Военно- патриотический сайт «Отвага», 30.05.2013 otvaga2 - «На пути к пятому и шестому поколению. Часть VII. Г иперзвук - будущее уже сегодня», Рис. 29, Рис. 30.

Для создания дополнительной подъемной силы носовой части ЛА верхняя часть ДСКВ должна образовывать положительный угол атаки по направлению движения, быть больше нижней и выступать над ней, а также иметь форму (заострение), оптимальную для сверхзвуковых/гиперзвуковых скоростей.

- «Влияние формы несущего тела на его подъемную силу при сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях полета.» Келдыш В.В. УДК 533.6011.55. Ученые записки ЦАГИ, том 5, 1974, N2 2, стр. 19 - 26.

Для создания дополнительной стабилизации полета ЛА по крену у ДСКВ должно быть вдоль главной плоскости симметрии корпуса ЛА выступающее центральное

продольное вертикальное ребро с положительным V. При этом высота внутреннего центрального продольного ребра должна опускаться ниже высоты боковых

дугообразных «крыльев» ДСКВ.

Поперечное сечение средней части поверхности внешнего сжатия ДСКВ образуется двумя объединенными идентично-зеркальными дугами двух конвергентных воздухозаборников в форме «чайка» с положительным V внутреннего центрального продольного вертикального ребра в виде вертикального направленного вниз «клина».

- Кюхеман Д. «Аэродинамическое проектирование самолетов». Пер. с англ. Н.А. Благовещенского и Г.И. Майкапара; под ред. Г.И. Майкапара. - М.: Машиностроение, 1983, 656 с. - стр. 433 (Рис. 6.39) - снижение волнового сопротивления;

- стр. 452 (Рис. 6.55) -453 - увеличение устойчивости по крену. - Отчет о НИР «Развитие методов моделирования и диагностики гиперзвуковых течений (заключительный)». УДК 533.6, N° госрегистрации 01201351878, Инв. N° 7/17. Утвержден 29.12.2016. Номер проекта в ИСГЗ ФАНО 0323-2014-0004. Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН. Протокол Ученого совета ИТПМ СО РАН N° 12 от 01.12.2016. Руководитель проекта Шиплюк А.Н. Стр. 9 - 10, Рис. 3, Таблица 1.

Главные продольные плоскости (ГПП) каждого из двух 83, образующих ДСК8, наклоненные в верней части друг к другу, образуются центральной осью канала конкретного ВЗ и общим для двух ВЗ «носом» СКВ - точкой переднего окончания участков внешнего сжатия.

Форма поверхности внешнего сжатия (одновременно зеркально для обоих ВЗ) относительно ГПП может быть, как симметричной, так и несимметричной - верхняя, создающая дополнительную подъемную силу, почти «горизонтальная» часть поверхности внешнего сжатия может совпадать или не совпадать по форме/площади с внутренней, образующей внутреннее центральное продольное вертикальное клинообразное ребро (почти «вертикальной» частью).

Набегающий воздушный поток разделяется центральным продольным вертикальным клинообразным ребром ДСКВ на правый и левый потоки/ВЗ, создавая при этом компенсирующий момент крена ЛА, а верхние почти «горизонтальные» части поверхностей внешнего сжатия создают дополнительную подъемную силу носовой части ЛА. При этом правый и левый потоки сжимаются изоэнтропическим образом конвергентными поверхностями внешнего и внутреннего сжатая.

Если у ЛА будут использоваться два симметрично-зеркальных противоположно вращающихся двигателя, создающих на низких дозвуковых скоростях перед ДСКВ два параллельных горизонтальных противоположно вращающихся касающихся между собой вихря, с направлением вращения обоих вихрей в месте касания (вдоль внутреннего центрального продольного вертикального клинообразного ребра) вверх, то при старте дополнительная подъемная сила носовой части ЛА увеличится за счет центробежных сил вихрей, воздействующих на поверхности внешнего сжатия ДСК8,

б суммарно направленных вверх, и сил трения, оказываемых воздухом вихрей на поверхности внешнего сжатия, также суммарно направленных вверх.

Дополнительная подъемная сила носовой част даст возможность взлета/посадки ДА при меньших скоростях/меньшей длине взлетно-посадочной полосы (ВПП), чем без этой дополнительной силы.

У существующих сверхзвуковых самолетов с большой неизменяемой стреловидностью несущего крыла при ста рте/взлете функцию создания дополнительной подъемной силы выполняет переднее горизонтальное оперение (ПГО).

ПГО увеличивает лобовое сопротивление ЛА. При больших дозвуковых/сверхзвуковых скоростях необходимость в этой дополнительной подъемной силе ПГО отпадает.

Построение ВЗ.

Круглые незаостренные конвергентные изоэнтропические поверхности внешнего сжатия ВЗ, при продлении/ экстраполяции входной части навстречу потоку в бесконечность (от двух минимальных радиусов канала и более) представляют собой фигуру, близкую к параболоиду вращения. Линия пересечения двух одинаковых параллельных близко расположенных параболоидов вращения близка к параболе.

Представление вида проекций спереди (фронтальной) - две расположенные рядом частично наложенные друг на друга окружности, радиус каждой из которых равен расстоянию от «носа» ДСКВ (как наиболее удаленной от оси центра канала точки) до оси центра канала.

Отрезок, соединяющий две точки пересечения окружностей - это торцевая проекция линии/кривой пересечения двух параболоидов вращения (без заострения).

Верхняя точка пересечения окружностей и будет «носом» ДСКВ (его проекцией на фронтальную/ торцевую плоскость), а также - «носом» ЛА.

Часть этого прямого отрезка фронтальной проекции от «носа» вниз до разделяющихся линий проекций двух ВЗ (максимум - до линии/проекции плоскости, объединяющей оси двух каналов) будет фронтальной проекцией линии/кривой пересечения двух почти «вертикальных» частей поверхностей внешнего сжатия ВЗ с заострением - фронтальной проекцией центра центрального продольного вертикального клинообразного ребра ДСКВ.

Угол, образующийся продольной вертикальной плоскостью ДА и ГПП ВЗ (или их фронтальными проекциями), будет углом наклона ГПП ВЗ.

В случае симметричного ВЗ верхняя (почти «горизонтальная») часть поверхности внешнего сжатия ВЗ образует с ГПП ВЗ такой же угол наклона, что и «вертикальная», такую же длину и форму фронтальной проекции - симметрично плоскости ГПП ВЗ.

Представление вида проекций на плоскость ГПП ВЗ - кромка поверхности «носа» большой стреловидности (порядка 80°) с малым углом атаки (начало поверхности внешнего сжатия) при приближении к поверхности внутреннего сжатия плавно увеличивая угол атаки пересекает ось/проекцию оси канала (угол атаки остается при этом меньше 90°).

Крепление ДСКВ к корпусу ЛА производится, в том числе, внизу - с помощью нижнего сопряжения каналов/83, а в верху - с помощью сопряжения носа ЛА с началом фонаря кабины (при наличии) плавно изогнутыми или плоскими панелями, или с помощью верхнего сопряжения каналов/ВЗ (при отсутствии фонаря кабины). Низ кабины может возвышаться или не возвышаться над носом ЛА.

ПЕРЕЧЕНЬ ФИГУР (без масштаба и пропорций) - схематичные эскизы варианта.

Fig. 1 - аксонометрическое изображение ДСКВ (вид снизу спереди сбоку):

1 - поверхность внешнего сжатия;

2 - поверхность внутреннего шатия.

Fig. 2 - пересечения двух одинаковых параллельных близко расположенных параболоидов вращения (аксонометрическое изображение ):

3 - параболоиды вращения;

4 - линия пересечения двух параболоидов.

Fig. 3 - аксонометрическое изображение передних кромок двух ВЗ на поверхностях параболоидов вращения:

5 - передние кромки ВЗ. Fig. 4 - фронтальная/торцевая проекция построения ДСК8:

6 - проекция передних кромок параболоидов вращения без «заострения»;

7 - проекция передних кромок ВЗ;

8 - проекция каналов ДСКВ;

9 - проекция кромки центрального продольного вертикального клинообразного ребра ДСКВ;

10 - проекция вертикальной плоскости симметрии Л А;

11 - проекция плоскости ГПП 83.

Fig. 5 - проекция участка внешнего сжатия ВЗ на продольную вертикальную плоскость симметрии ЛА;

12 - проекция кромки центрального продольного вертикального

клинообразного ребра ДСКВ (почти «вертикальная» часть);

13 - проекция верхней (почти «горизонтальной») части поверхности внешнего сжатия ВЗ;

14 - проекция поверхности внутреннего сжатия.

Fig. 6 - проекция участка внешнего сжатия ВЗ на плоскость ГПП ВЗ:

15 - проекция передних кромок в случае симметричного ВЗ.

Fig. 7 - горизонтальная проекция построения ДСКВ - вид снизу:

16 - проекция кромки центрального продольного вертикального

клинообразного ребра ДСКВ;

17 - проекция «верхней» передней кромки ВЗ;

18 - проекция «нижней» передней кромки ВЗ;

19 - проекция поверхности внутреннего сжатия.

Fig. 8 - воздействие на поверхности внешнего сжатия ДСКВ при низкой скорости центробежных сил, образующихся противоположно вращающимися вихрями (вид в фронтальной плоскости):

ai - центробежное давление вихря по радиусам на элементы поверхности по левому ВЗ;

а ₂ - центробежное давление вихря по радиусам на элементы поверхности по правому ВЗ;

Ai - суммарное центробежное давление вихря на элементы поверхности по левому ВЗ; А ₂ - суммарное центробежное давление вихря на элементы поверхности по правому ВЗ;

А - суммарное центробежное давление вихрей на элементы двух поверхностей

ДСКВ;

wi, w ₂ - направления и скорости вращения левого и правого вихрей.

Fig. 9 - воздействие на поверхности внешнего сжатия ДСКВ при низкой скорости сил трения, образующихся противоположно вращающимися вихрями (вид в фронтальной плоскости):

bi - силы трения вихря по касательным на элементы поверхности по левому ВЗ; Ь ₂ - силы трения вихря по касательным на элементы поверхности по правому ВЗ; Bi - суммарная сила трения вихря на элементы поверхности по левому ВЗ;

В ₂ - суммарная сила трения вихря на элементы поверхности по правому ВЗ;

В - суммарная сила трения вихрей на элементы двух поверхностей ДСКВ.

ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Последовательность построения и определение размеров необходимого ДСИВ (Fig. 1) начинается с указания/определения минимальных диаметров поверхностей

внутреннего сжатия, которые зависят от диаметров каналов 8 (Fig. 4) и расположенных в них двигателей.

Следующий шаг - построение гипотетических конвергентных изоэнтропических параболоидов вращения 3 (Fig. 2) как основы построения передних кромок ВЗ 5 (Fig. 3); 7 (Fig. 4) поверхности внешнего сжатия 1 (Fig. 1), сопряженного с поверхностью внутреннего сжатия 2 (Fig. 1); 14 (Fig. 5); 19 (Fig. 7).

Кривизна и длина внутренней поверхности ВЗ (гипотетического конвергентного изоэнтропического параболоида вращения с сопряженной поверхностью внутреннего сжатия) определяется из величины расчетной/крейсерской сверхзвуковой скорости ЛА (например, 3 - 6 М). При этом площадь фронтальной проекции ДСКВ (двух ВЗ) должна максимально закрывать фронтальную проекцию торца корпуса ЛА. Радиусы передних кромок гипотетических параболоидов вращения (без заострения) равны расстояниям от носа ВЗ/ЛА до осей каналов. величина перекрытия двух проекций передних кромок гипотетических параболоидов вращения 6 (Fig, 4) определяется, в том числе, из учета ширины ЛА.

Часть верхней половины кривой/линии пересечения двух параболоидов вращения 4 (Fig. 2) будет кромкой центрального продольного вертикального клинообразного ребра ДСКВ 9 (Fig. 4); 12 (Fig. 5); 16 (Fig. 7).

Кромки правого ВЗ и левого ВЗ строятся симметрично относительно вертикальной плоскости симметрии ЛА 10 (Fig. 4).

«верхняя» кромка 83, относительно плоскости ГПП 83 11 (Fig.4), строятся симметрично или несимметрично «нижней» кромки ВЗ. Возможный несимметричный вариант - верхняя часть поверхности внешнего сжатия имеет большую площадь - для

увеличения подъемной силы носовой части ЛА.

Кромки поверхности внешнего сжатия 5 (Fig. 3); 15 (Fig. 6) плавно сопрягаются с кромками поверхности внутреннего сжатия так, что угол наклона проекции кромок к направлению канала в плоскости ГПП ВЗ плавно увеличиваясь вдоль потока/канала в конечной нижней точке не превысил 90° (желательно - не более 60°}.

Нижняя поверхность ЛА в фронтальной проекции может не выступать за «нижнюю» часть поверхность ВЗ, повторяя форму проекций ее «нижней» части кромок 7 (Fig. 4). Если нижняя поверхность ЛА будет плоской, то ее фронтальная проекция должна совпадать с нижним плоским сопряжением (объединением в общий корпус) каналов/ВЗ 7 (Fig. 4).

В случае отсутствия фонаря кабины верхняя поверхность ЛА совпадает в фронтальной проекции с «верхней» частью проекции кромок ВЗ 7 (Fig. 4).

В случае наличия фонаря кабины, фронтальная проекция нижней части фонаря кабины может не возвышаться и четко совпадать с верхней частью проекции кромок или иметь некоторое возвышение над носом ЛА путем плавного сопряжения с помощью изогнутых или плоских панелей корпуса.

Если у ЛА будут использоваться два симметрично-зеркальных противоположно вращающихся двигателя, создающих на низких дозвуковых скоростях перед ДСКВ два параллельных горизонтальных противоположно вращающихся касающихся между собой вихря, с направлением вращения обоих вихрей в месте касания (вдоль центрального продольного вертикального клинообразного ребра) вверх, то при низкой скорости (взлет-посадка) дополнительная подъемная сила носовой части ЛА

увеличится за счет воздействия вихрей на поверхности внешнего сжатия:

- суммарная центробежная сила давления на отдельно взятый (вдоль длины ВЗ) поперечный участок внешнего сжатая каждого 83, образующаяся при сложении сил центробежного давления вихря по радиусам вдоль поверхности перпендикулярно длине ВЗ - ai, а ₂ (Fig. 8), направлена по наклонной вверх и к центральной плоскости симметрии ЛА (левый ВЗ - Ai (Fig. 8) и правый ВЗ - А ₂ (Fig. 8)). Боковые составляющие этих сил будут взаимно компенсироваться, а вертикальные составляющие - складываться вверх -A (Fig. 8);

- суммарная сила трения на отдельно взятый (вдоль длины ВЗ) поперечный участок внешнего сжатия каждого ВЗ, образующаяся при сложении сил трения вихря по касательной вдоль поверхности перпендикулярно длине ВЗ - bi, b ₂ (Fig. 9), направлена по наклонной вверх и от центральной плоскости симметрии ЛА (левый ВЗ - Bi (Fig. 9) и правый ВЗ - В (Fig. 9)). Боковые составляющие этих сил будут взаимно

компенсироваться, а вертикальные составляющие - складываться вверх - В (Fig. 9).

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ.

ДСКВ предназначен для сверхзвуковых/гиперзвуковых ЛА с обеспечением:

минимизации лобового сопротивления корпуса, образования дополнительной подъемной силы носовой части ЛА для уменьшения скорости при взлете/посадке (уменьшения длины взлетно-посадочной полосы) и дополнительной стабилизации носовой части ЛА по крену.