RU2194653C1

RU2194653C1 - Орбитальный самолет

Info

Publication number: RU2194653C1
Application number: RU2001123075A
Authority: RU
Inventors: Г.Е. Лозино-Лозинский; А.Т. Тарасов; А.Г. Милованов
Original assignee: Российская инженерная академия
Priority date: 2001-08-17
Filing date: 2001-08-17
Publication date: 2002-12-20

Abstract

Изобретение относится к многоразовым космическим транспортным средствам для доставки полезных грузов и пассажиров на орбиту и с орбиты. Предлагаемый орбитальный самолет содержит двигательную установку, крылья, хвостовое оперение, а также отсек полезного груза, шасси и средства управления. При этом самолет имеет два цилиндрических кислородных бака, скрепленных друг с другом боковыми поверхностями. Баки расположены в одной горизонтальной плоскости. Водородный бак пристыкован к торцам кислородных баков по своему диаметру, большему, чем диаметры последних, и со смещением вверх. При этом в месте стыка образуется выступ, за которым сверху на боковых поверхностях кислородных баков расположен отсек полезного груза. Крылья смонтированы на боковой поверхности баков, на задних торцах которых, в хвостовом отсеке, размещена двигательная установка. Хвостовое оперение имеет два киля, каждый из которых размещен на хвостовом отсеке. Изобретение направлено на обеспечение высоких аэродинамических и массово-центровочных характеристик орбитального самолета, повышение эксплуатационной надежности и минимизацию количества конструктивных элементов. 4 ил.

Description

Изобретение относится к многоразовым космическим средствам для доставки на орбиту и с орбиты полезного груза, а также для перевозки пассажиров.

Известен воздушно-космический самолет, содержащий корпус с крыльями и хвостовым оперением, размещенные в корпусе топливные баки, соединенные магистралями с реактивной тяговой камерой. Через разъемные соединения баки и камера соединены с установкой сжижения атмосферного воздуха, размещенной на самолете-носителе. Перед полетом воздушно-космический самолет стыкуют с самолетом-носителем, состыковывают разъемные магистрали, а старт самолета-носителя с воздушно-космическим самолетом осуществляют включением двигательной установки воздушно-космического самолета и двигателя самолета-носителя (см. патент РФ 2000258, кл. В64 G 1/14, 1992 г.).

В результате анализа известного воздушно-космического самолета необходимо отметить, что использование корпусного варианта конструкции, в корпусе которой устанавливаются баки для топлива, двигательная установка, размещается отсек для полезного груза, чрезмерно утяжеляет конструкцию, что, естественно, снижает массу транспортируемого полезного груза, а изменение массы топлива в процессе работы двигательной установки изменяет центр масс самолета, усложняя управление последним; наличие многочисленных разъемов магистралей самолета-носителя и воздушно-космического самолета снижает надежность работы системы.

Известен летательный аппарат, содержащий корпус, в котором размещены баки для окислителя и горючего, отсек для полезного груза, крылья и хвостовое оперение, двигательную установку, средства управления полетом (см. патент РФ 2033947, кл. B 64 G 1/14, 1992 г.) - наиболее близкий аналог.

В результате анализа конструкции известного летательного аппарата необходимо отметить, что он, как и аналог, содержит несущий корпус, в котором расположены баки для топлива, отсек для полезного груза, двигательная установка, кабина, если летательный аппарат используют в пилотном режиме. Все агрегаты аппарата расположены в корпусе последовательно, один за другим. Такая компоновка не может обеспечить оптимальное расположение центра тяжести и сохранить его неизменным в полете при выработке топлива и изменении массы полезного груза.

Задачей настоящего изобретения является разработка конструкции орбитального самолета, надежной в эксплуатации, с высокими аэродинамическими характеристиками, которая обеспечивает многократное применение всех узлов и агрегатов, характеризуется небольшими габаритами и массой, сохраняет практически неизменное положение центра масс в процессе работы, а также содержит минимальное количество конструктивных элементов.

Поставленная задача достигается тем, что в орбитальном самолете, содержащем кислородный и водородный топливные баки, двигательную установку, крылья, хвостовое оперение, а также отсек для полезного груза, шасси и средства управления, новым является то, что орбитальный самолет имеет два кислородных бака, баки имеют цилиндрическую форму, расположены боковыми поверхностями друг к другу и скреплены друг с другом, крылья смонтированы на боковой поверхности баков, водородный бак пристыкован к передним торцам кислородных баков, причем пристыковочный диаметр водородного бака больше, чем диаметры кислородных баков, а пристыкован он к торцам последних со смещением вверх для образования выступа, за которым сверху на боковых поверхностях кислородных баков, установленных в одной горизонтали, расположен отсек для полезного груза, двигательная установка размещена в хвостовом отсеке, смонтированном на задних торцах кислородных баков, хвостовое оперение имеет два киля, каждый из которых размещен на хвостовом отсеке, закрепленном на задних торцах кислородных баков.

Необходимо отметить, и это весьма важно, что в конструкции орбитального самолета за основу приняты баки для кислорода, на которых монтируются остальные элементы конструкции самолета: бак для водорода, отсек для полезного груза, двигательная установка, крылья, хвостовое оперение и кабина (если орбитальный самолет используют в пилотируемом режиме).

Такая конструкция позволяет снизить количество эксплуатационных разъемов, исключить разовые детали из конструкции, улучшить конфигурацию орбитального самолета, что снижает аэродинамические потери и увеличивает выводимую массу. Кроме того, благодаря положению центра тяжести орбитального самолета в пределах кислородных баков удалось получить постоянство центровки орбитального самолета на всех режимах полета. Конфигурация орбитального самолета в плане и наличие стреловидных крыльев позволяет обеспечить расположение точки приложения всех аэродинамических сил оптимальным образом, что обеспечивает хорошую управляемость и балансировку и обеспечивает отделение от самолета-носителя без запуска двигательной установки, а это позволяет исключить вероятность повреждения самолета-носителя, а также позволяет выполнять масштабирование конструкции для самолетов-носителей различной грузоподъемности.

Важным компоновочным решением является выполнение баков для кислорода меньшего диаметра по сравнению с пристыковочным диаметром водородного бака и смещение последнего вверх. Меньший диаметр кислородных баков и смещение относительно них водородного бака позволяет в уступе, образованном торцами баков, разместить отсек для полезного груза или пассажирский салон, уменьшив тем самым аэродинамическое сопротивление самолета. Кроме того, наличие двух кислородных баков повышает надежность работы орбитального самолета в случае неисправности одного из них.

При проведении патентных исследований не обнаружены решения, идентичные заявленному изобретению, а следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "новизна".

По мнению заявителя, сущность заявленного изобретения не следует явным образом из известных решений, а следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практического осуществления изобретения.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где
на фиг.1 - орбитальный самолет, вид сбоку;
на фиг.2 - орбитальный самолет, вид сверху;
на фиг.3 - орбитальный самолет, вид сзади;
на фиг.4 - компоновка орбитального самолета.

Орбитальный самолет содержит два бака 1 для жидкого кислорода, выполненных цилиндрической формы, расположенных относительно друг друга боковыми поверхностями и скрепленных друг с другом. К одному из торцов баков (переднему) прикреплен бак 2 для водорода (причем кислородные баки расположены при этом в одной горизонтали). К задним торцам кислородных баков на хвостовом отсеке (не показан) смонтирована двигательная установка 3. На боковой поверхности баков 1 сверху смонтированы отсек 4 для полезного груза и кабина 5 (если орбитальный самолет пилотируемый), кроме того, на боковой поверхности баков смонтированы крылья 6 и хвостовое оперение 7, выполненное в виде двух килей, расположенных на баках в задней их части. Самолет имеет шасси 8. Баки 1 и 2 (топливные баки) магистралями (не показаны) соединены с двигательной установкой. Орбитальный самолет также содержит необходимые средства управления.

Двигательная установка размещена в хвостовом отсеке, смонтированном на задних торцах кислородных баков, каждый из килей хвостового оперения размещен также на хвостовом отсеке, закрепленном на задних торцах кислородных баков.

На баке 2, который может иметь цилиндрическую форму, размещают обтекатель, имеющий соответствующую аэродинамическую форму для уменьшения сопротивления при полете. Кроме того, бак 2 может быть выполнен аэродинамической формы (заострен к периферии от места соединения его с баком 1). В данном случае необходимость в обтекателе отпадает.

На поверхности орбитального самолета наносят защитные покрытия.

Пристыковочный диаметр водородного бака больше, чем диаметры кислородных баков, а пристыкован он к торцам кислородных баков со смещением вверх, для образования выступа.

За выступом водородного бака монтируют отсек полезного груза или пассажирский салон. Это позволяет повысить аэродинамические характеристики самолета и уменьшить габаритные размеры.

Все узлы и агрегаты орбитального самолета являются известными, они не составляют предмета патентной охраны и поэтому в материалах заявки не раскрыты.

Для обеспечения запуска орбитального самолета его устанавливают на дозвуковом самолете, например, АН-225. При выходе самолета-носителя на расчетную орбиту осуществляют расстыковку орбитального самолета и самолета-носителя, включают двигательную установку 3, и орбитальный самолет совершает полет по расчетной траектории. Для стыковки, например, с космической станцией орбитальный самолет имеет стыковочный модуль (не показан). После окончания операции разгрузки - загрузки отсека 4 орбитальный самолет отстыковывают от космической станции, включают двигательную установку 3, и он самостоятельно возвращается на землю в расчетную точку. Управление самолетом осуществляется из кабины 5 или автоматически (в беспилотном режиме). Приземление осуществляется на шасси 8.

Возможно использование орбитального самолета и для перевозки пассажиров. Для этого отсек для полезного груза переоборудуют в пассажирский салон. Запуск самолета осуществляют с самолета-носителя, с последующими полетом по заданной расчетной траектории и посадкой.

Claims

Орбитальный самолет, содержащий кислородный и водородный топливные баки, двигательную установку, крылья, хвостовое оперение, а также отсек для полезного груза, шасси и средства управления, отличающийся тем, что орбитальный самолет имеет два кислородных бака, баки имеют цилиндрическую форму, расположены боковыми поверхностями друг к другу и скреплены друг с другом, крылья смонтированы на боковой поверхности баков, причем водородный бак пристыкован к торцам кислородных баков по своему диаметру, большему, чем диаметры кислородных баков, и со смещением вверх до образования выступа, за которым сверху на боковых поверхностях кислородных баков, установленных в одной горизонтальной плоскости, расположен отсек для полезного груза, при этом двигательная установка размещена в хвостовом отсеке, смонтированном на задних торцах кислородных баков, а хвостовое оперение имеет два киля, каждый из которых размещен на хвостовом отсеке.