Док. № 3. Листов 4
КЕССОН ПРУДНИКОВА
Принципиальный смысл изобретения – трансформация напряжений растяжения суперволокон в разгружающие от сжатия напряжения в полках балок, подвергающихся сжатию.
КОММЕНТАРИЙ. Уже существует ряд высокопрочных суперволокон, в недалёком будущем ожидается суперволокно из углеродных нанотрубок. Но их прочность велика на растяжение, и представляется невозможным добиться, чтобы волокна работали на сжатие. Предлагаемое изобретение разрешает эту проблему.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Обычный кессон крыла самолёта - металлическая коробчатая конструкция из верхней и нижней силовых панелей, связанных вертикальными стенками, при этом внутренний объём кессона используется для хранения углеводородного жидкого топлива. В полёте с положительной перегрузкой верхняя панель воспринимает сжимающие нагрузки, а нижняя – растягивающие. В предлагаемом изобретении в общем случае верхняя панель заменяется рядом труб (титановых, дюралюминиевых или стальных), армированных по наружной поверхности путём обмотки суперволокнами с фиксацией полимерными смолами, что делает трубы сосудами высокого давления с тонкими стенками, радикально понижая их вес. Внутрь труб закачивается водород (или иной горючий газ) под высоким давлением, при этом эти газы являются топливом для двигателей (с условием восстановления давления в трубах воздухом по израсходовании горючего газа). При этом давление газа в меридиональном направлении на торцы труб разгружает верхнюю панель кессона от сжатия аэродинамической подъёмной силой. Нижняя панель выполняется из суперволокна, наклеенного на листовой дюралюминий вдоль крыла для сопротивления напряжению растяжения (см. Рис. 8, лист 6; Рис. 20, лист 11).
Возможны варианты исполнения кессона:
1. С дополнительной разгрузкой нижней панели при помощи пневмоцилиндров (с поршнями), питаемыми подачей газа с верхней панели с применением тросов из суперволокон (см. Рис.22, лист 12);
2. С дополнительной разгрузкой нижней панели инерциальными силами от двигателей или боевой нагрузки с передачей тянущих усилий системой рычагов через тросы из суперволокна (см. Рис. 23, лист 13). Это позволяет автоматически соразмерять разгружающие усилия, а значит, и натяжение тросов, пропорционально текущей маневренной перегрузке, то есть не накапливать зря усталость тросов;
3. С дополнительной разгрузкой нижней панели натяжением тросов из суперволокна с применением натяжных механизмов с электро- или гидроприводами под управлением бортовой САУ самолёта. При этом натяжение включается перед полётом.
4. Разными сочетаниями трёх предыдущих способов.
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. В разных типах атмосферных и воздушно-космических самолётов (ВКС). По ВКС см. Рис. 24, лист 12 – упрочнение включается после израсходования горючего и окислителя из двух нижних рядов труб перед входом в плотные слои атмосферы, что адекватно ситуации.
2. В наземных конструкциях (в том числе и в конструкциях крыш сооружений), требующих минимизации веса. В данных случаях для закачки в трубы применим воздух.
3. В качестве баллонов сверхвысокого давления, содержащих повышенное количество газа
КОММЕНТАРИИ
Комментарий 1. Водород – перспективное топливо для гиперзвуковых прямоточных воздушно-реактивных двигателей, так как для их работы нужна сверхзвуковая волна горения, а при использовании для этого углеводородных топлив необходимы крайне высокотоксичные химические добавки, что очень затрудняет их применение в боевых условиях. Были успешные попытки применения жидкого водорода («Канберра» США, Ту-155 СССР), однако для него нужны большие баки, то есть невозможно его размещать в крыле, и усложняется эксплуатация из-за применения криогенной техники, при этом существенно возрастает масса. Предлагаемое изобретение позволяет размещать водород в крыле без криогенной техники.
Комментарий 2. Учитывая: 1) идею К. Э. Циолковского о помещении пилота в воду для повышения переносимости перегрузок и тот факт, что в США в 1958 г. был испытан на центрифуге гидрокомбинезон, при этом испытатель биофизик Грей переносил 30 g в течение 30 секунд без потери работоспособности (а время боевых маневров истребителей не выше 6-7 секунд); 2) наличие пенометаллов с великолепными весовыми, прочностными и термоизолирующими свойствами (показатели которых прогрессируют) и 3) наличие ряда суперволокон и перспективу создания суперволокна из углеродных нанотрубок – есть возможность реализации проекта истребителя завоевания превосходства в воздухе с максимальной эксплуатационной перегрузкой в 30 g (а в перспективе и выше), что и означает истинную сверхманевренность, а не акробатику на закритических углах атаки, ведущих к быстрой потере скорости, недопустимой в воздушном бою.
Комментарий 3. Истребители – это пик прогресса авиации. Однако сверхзвуковые маневренные истребители обладают крылом с тонким профилем, то есть упрочняющий эффект от применения «кессона Прудникова» будет мал, а наличие воды в кабине ухудшает весовые характеристики истребителя.
а) Заметим, что у перехватчиков невысока максимальная эксплуатационная перегрузка (у МиГ-31 5g), то есть вода в кабине не требуется, в то время как применение «кессона Прудникова» улучшает массовые и прочностные характеристики.
б) Сверхзвуковым ракетоносцам не требуется кабина с водой, но можно проектировать их на перегрузки до 5-8 g с применением противоперегрузочных костюмов для экипажа.
в) У дозвуковых штурмовиков толстый профиль крыла, что повышает упрочняющий эффект применения «кессона Прудникова»; это, сочетаясь с ограниченной до 8-9 g перегрузкой, то есть отсутствием воды в кабине, позволяет применять бронирование крыла снизу в зоне кессона.
г) У тяжёлых дозвуковых самолётов: военно-транспортных, транспортных, пассажирских, - эффект от применения «кессона Прудникова» максимален из-за толстого профиля и в связи с максимальной эксплуатационной перегрузкой в 2,5 g.
9.04.2014 Прудников В.