Летательный аппарат вертикального взлета и посадки и способ управления его полетом

Авторы патента:

B64C29/00 - Летательные аппараты с вертикальным взлетом или посадкой (управление положением летательных аппаратов в воздухе, управление высотой и направлением полета с помощью реактивной силы B64C 15/00; винтокрылые летательные аппараты B64C 27/00; транспортные средства на воздушной подушке B60V; элементы реактивных двигателей, например реактивные сопла или выхлопные трубы F02K)

B64C27/22 - комбинированные вертолеты, т.е. летательные аппараты со свойствами самолета и вертолета, например винтокрыл

Владельцы патента RU 2638221:

Открытое акционерное общество "Рикор Электроникс" (RU)

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к летательным аппаратам (ЛА) вертикального и укороченного взлета и посадки. Аппарат вертикального взлета и посадки содержит маршевую силовую установку для горизонтального полета в самолетном режиме, как минимум от трех отдельных подъемных силовых установок для создания тяги в вертикальной плоскости. Воздушные винты подъемных силовых установок установлены таким образом, что плоскость их вращения расположена под углом от 2 до 35 градусов к несущим плоскостям крыла или крыльев. Способ управления полетом летательного аппарата характеризуется тем, что в момент взлета летательный аппарат в режиме висения располагается с положительным углом тангажа от 2-х до 35-ти градусов, для набора достаточной скорости на подъемных двигателях осуществляют наклон всего летательного аппарата вперед до угла тангажа, обеспечивающего горизонтальный полет в самолетном режиме, после достижения необходимой скорости (1,1-1,5 скорости сваливания) подъемные двигатели отключают. Обеспечивается снижение времени перехода из режима висения в режим горизонтального полета и обратно, снижение расхода топлива. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к летательным аппаратам (ЛА) вертикального и укороченного взлета и посадки.

Известен патент RU 69839 «БЛА с двумя поворотными двигателями» (МПК В64С 39/02, опубл. 10.01.2008. Известный БЛА содержит свободнонесущее крыло и два поворотных двигателя (вентилятора), расположенных симметрично относительно оси БЛА и вне его. При этом каждый поворотный двигатель состоит из винта в кольце, который через вал, установленный в цилиндрическую втулку, жестко закрепленную к свободнонесущему крылу аппарата, соединяется с приводом двигателя, при этом каждый двигатель имеет независимый управляемый привод.

Основным недостатком прототипа является то, что из-за расположения поворотных двигателей на силовых элементах, длиной более размаха крыла, невозможно достигнуть высокого аэродинамического качества, без значительного роста массы конструкции ЛА. Известен летательный аппарат вертикального взлета и посадки (патент RU 141669 U, опубл. 10.06.2014), который содержит фюзеляж, киль, шасси, сочлененное крыло, два подъемно-маршевых вентилятора, каждый из которых состоит из винта в профилированном кольце с независимо управляемым приводом поворота, силовую установку с одним или более двигателями, узлом передачи вращающего момента от двигателя на приводные валы подъемно-маршевых вентиляторов и устройством управления тангажом. При этом подъемно-маршевые вентиляторы закреплены вблизи центра масс, симметрично относительно оси летательного аппарата на силовой балке, жестко соединенной с фюзеляжем.

В этом аппарате переход из вертикального режима взлета в горизонтальный полет осуществляется через «Висение» и «Переходный режим», а посадка - в обратном порядке, при этом для режима висения и самолетного режима полета используются одни и те же воздушные винты, что затрудняет и замедляет эти процессы, а также повышает траты на топливо.

Наиболее близким аналогом является система вертикального взлета и посадки Arcturus Introduces JUMP System

[http://www.unmannedsystemstechnology.com/2014/04/arcturus-introduces-jump-system-adds-vtol-capability-to-fixed-wing-uavs/, опубл.: 2015]. Эта система устанавливается на обычный самолет, делая из него аппарат вертикального взлета и посадки, который содержит маршевую силовую установку для горизонтального полета, две пары подъемных силовых установок для создания тяги в вертикальной оси в режиме висения, где одна пара подъемных винтов размещена в задней части крыла, а другая пара подъемных винтов - в передней части крыла.

Это специальная система, делающая из обычного самолета летательный аппарат гибридной схемы вертикального взлета и посадки, но при этом плоскости круга подъемных винтов имеют тот же угол, что и несущие площади (в данном случае крыло). В результате полученный гибридный самолет не стабилен и неэффективен в переходных режимах. Он не может разгоняться за счет подъемных винтов без выхода на отрицательные углы атаки. Разгон до нужный скорости за счет только одного маршевого мотора в данной схеме является затруднительным, так работающие подъемные винты будут создавать сопротивление по мере разгона и вносить дестабилизацию в канале тангажа за счет значительного смещения центра давления вперед относительно центра масс летательного аппарата.

Самолет с системой Arcturus Introduces JUMP System не стабилен и неэффективен в переходных режимах. Его система не может разгоняться за счет подъемных винтов без выхода на отрицательные углы атаки. Разгон до нужного скорости за счет только одного маршевого мотора в данной схеме является затруднительным, так как работающие подъемные винты будут создавать сопротивление по мере разгона и вносить дестабилизацию в канале тангажа за счет значительного смещения центра давления вперед относительно центра масс летательного аппарата.

Задачей изобретения является решение проблемы несовершенства компоновок имеющихся на рынке летательных аппаратов вертикального взлета и посадки, в результате чего они не могут совершать качественные переходы из режима висение в режим горизонтального полета по самолетному и обратно, что резко понижает энергоэффективность и надежность.

Технический результат: повышение эффективности и снижение времени перехода из режима висения в режим горизонтального полета и обратно, снижение расхода топлива на переход из состояния вертикального полета в горизонтальный.

Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий маршевую силовую установку для горизонтального полета в самолетном режиме, как минимум от трех отдельных подъемных силовых установок для создания тяги в вертикальной оси в режиме висения, отличающийся тем, что подъемные винты закреплены таким образом, что плоскость их вращения находится под углом от 2 до 35 градусов к несущим плоскостям крыла или крыльев.

Способ управления полетом заявленного летательного аппарата, характеризующийся тем, что в момент взлета летательного аппарата в режиме висения с положительным углом тангажа от 2-х до 35-ти градусов для набора достаточной скорости на подъемных двигателях с целью осуществления перехода в самолетный режим полета осуществляют наклон всего летательного аппарата вперед до угла тангажа, обеспечивающего горизонтальный полет в самолетном режиме, после достижения необходимой скорости (1,1-1,5 скорости сваливания) подъемные двигатели отключают. После перехода в самолетный режим полета используют дополнительную силовую установку.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 показано устройство летательного аппарата, вид сбоку, где:

1 - Плоскость круга подъемных винтов;

2 – Плоскость, в которой лежит основная несущая поверхность (крыло, крылья, несущий фюзеляж);

3 - Диапазон жесткого закрепления плоскости круга подъемных винтов от плоскости основных несущих поверхностей (2-35 градусов);

4 - Маршевая силовая установка.

На Фиг. 2 показано устройство летательного аппарата, вид сверху.

На Фиг. 3 показан пример выполнения аппарата с использованием минимального числа подъемных силовых установок - трех.

На Фиг. 4 показан пример выполнения аппарата с использованием большего, чем три, числа подъемных силовых установок на примере двух пар силовых установок.

На Фиг. 5 показан пример выполнения аппарата с использованием трех пар силовых установок.

Осуществление изобретения

Изобретение реализуется на базе аппарата вертикального взлета и посадки, в котором размещены маршевая силовая установка 4 (см. Фиг. 1, Фиг. 2) для горизонтального полета, две пары подъемных винтов 1 с отдельными силовыми установками для создания тяги в вертикальной оси в режиме висения.

В этом случае одна пара подъемных винтов 1 размещена на силовых балках за крылом 5, а другая пара подъемных винтов 1 - на силовых балках перед крылом 5 (см. пример на Фиг. 4).

Возможно выполнение аппарата таким образом, что одна пара подъемных винтов 1 размещена перед крылом 5 и один подъемный винт в задней части (см. Фиг. 3). Возможно и иное выполнение аппарата так, что он имеет три пары силовых установок - одну пару в передней части, одну пару в середине и одну пару в задней части (см. Фиг. 5). Плоскость вращения подъемных винтов 2 расположена под углом 3 к несущим плоскостям крыла 5 или крыльев, где возможный рабочий диапазон фиксации описанных углов составляет от 2 до 35 градусов.

Для большей эффективности вертикальной направленной тяги (см. Фиг. 1, Фиг. 2) задние винты 1 силовой установки для создания тяги в горизонтальной оси в переходном режиме могут быть установлены под основной несущей плоскостью 2 крыла 5 или крыльев, а передние винты 1 силовой установки для создания тяги в горизонтальной оси в переходном режиме установлены над основной несущей плоскостью 2 крыла 5 или крыльев.

Данная компоновка летательного аппарата вертикального взлета и посадки (см. Фиг. 1, Фиг. 2) включает в себя две пары подъемных силовых установок для создания тяги в вертикальной оси в режиме висения. Подъемные винты 1 (плоскость вращения винтов) при этом расположены под углами 3 к несущим плоскостям 2 (к крылу 5 или крыльям) таким образом, чтобы образовывалась положительная (направленная вперед) путевая составляющая в создаваемой ими вертикальной тяги. Рабочий диапазон описанных углов от 2-х до 35-ти градусов. В указанном диапазоне углов создается возможность набора необходимой горизонтальной скорости для самолета на подъемных винтах в горизонтальном положении без создания отрицательных углов атаки и с минимальными сопротивлениями. Также такое компоновочное решение дает возможность для создания аппаратов вертикального взлета и посадки гибридной схемы (с раздельными подъемными и маршевыми винтомоторными группами) с более высокими показателями энергоэффективности по сравнению с аналогами без наличия таких установочных углов подъемных винтов и другими схемами (конвертопланы).

Благодаря наличию угла (от 2 до 35 градусов) наклона плоскостей круга подъемных воздушных винтов по отношению к несущим плоскостям (к крылу или крыльям) образуется положительная (направленная вперед) путевая составляющая в создаваемой ими вертикальной тяги. Это создает возможность набора необходимой горизонтальной скорости на подъемных винтах в горизонтальном положении без создания отрицательных углов атаки и с минимальными сопротивлениями.

Предлагаемая компоновка позволяет набирать достаточную скорость на подъемных двигателях для осуществления полета в самолетном режиме за счет незначительного наклона всего летательного аппарата вперед. При этом летательный аппарат изначально находится в режиме висения с положительным углом тангажа, а после наклона для разгона занимает горизонтальное положение, в котором он находится в самолетном режиме. После достижения необходимой скорости (1,1-1,5 скорости сваливания) подъемные двигатели полностью или частично отключаются без потери управления и без просадок и каких-либо значительных неконтролируемых эволюций летательного аппарата. Благодаря этому снижается расход топлива на переход из состояния вертикального полета в горизонтальный и осуществляется плавный переход из режима висения в самолетный режим с возможностью переключения на дополнительную (маршевую) силовую установку.

1. Аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий маршевую силовую установку для горизонтального полета в самолетном режиме, как минимум от трех отдельных подъемных силовых установок для создания тяги в вертикальной оси в режиме висения, отличающийся тем, что подъемные винты закреплены таким образом, что плоскость их вращения находится под углом от 2 до 35 градусов к несущим плоскостям крыла или крыльев.

2. Способ управления полетом заявленного летательного аппарата, характеризующийся тем, что в момент взлета летательного аппарата в режиме висения с положительным углом тангажа от 2-х до 35-ти градусов для набора достаточной скорости на подъемных двигателях с целью осуществления перехода в самолетный режим полета осуществляют наклон всего летательного аппарата вперед до угла тангажа, обеспечивающего горизонтальный полет в самолетном режиме, после достижения необходимой скорости, равной 1,1-1,5 скорости сваливания, подъемные двигатели отключают.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что после перехода в самолетный режим полета используют дополнительную силовую установку.

Изобретение относится к летательным аппаратам легче воздуха, а именно к транспортно-грузовым дирижаблям полужесткой конструкции. Многофункциональный летательный аппарат вертикального взлета и посадки содержит корпус диско/торообразной формы, имеющий полости, заполненные несущим газом, и грузовые отсеки, систему энергоблоков, систему управления и органы приземления.

Летательный аппарат вертикального взлёта и посадки // 2634469

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки состоит из корпуса (1) в виде полого цилиндра, расположенного вертикально, и двух горизонтальных платформ (2, 3) круглой формы.

Летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой // 2630876

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов с вертикальным взлетом и посадкой. Летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой содержит корпус с верхней и нижней аэродинамическими поверхностями, электрореактивный двигатель с устройством генерации и ускорения отрицательно заряженных ионов, средства взлета/посадки, электропитания, коммуникации и управления.

Самолет вертикального взлета и посадки // 2630270

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям самолетов вертикального взлета и посадки (СВВП). СВВП содержит фюзеляж, высокорасположенное крыло.

Скоростной турбовентиляторный винтокрыл // 2629475

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям скоростных винтокрылых летательных аппаратов. Скоростной турбовентиляторный винтокрыл выполнен по концепции разнесенной винтовой и реактивной тяги и оснащен комбинированными тяговой и подъемной системами, имеющими реактивную тягу с тягой разновеликих винтов, направленную вдоль оси симметрии или перпендикулярно последней при выполнении ВВП и зависания от ТРДД с управляемым вектором тяги совместно с тягой двух меньших винтов, установленных на консолях V-образного стабилизатора, или от ТРДД совместно с тягой двух больших несущих винтов.

Летательный аппарат вертикального взлета // 2627261

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям комбинированных летательных аппаратов. Летательный аппарат (1) вертикального взлета с крылом (3) содержит первый блок (4) двигателя и второй блок (5) двигателя, установленные на этом крыле (3) с возможностью поворота.

Летательный аппарат вертикального взлета и посадки // 2627220

Изобретение относится к области авиастроения, а именно к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат включает базовую несущую раму пространственной конструкции, сиденье, кабину, органы управления, мотоустановки, систему управления, систему дистанционного управления.

Самолет вертикального взлета и посадки, выполненный по схеме "утка" // 2623370

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям самолетов вертикального взлета и посадки (СВВП). СВВП выполнен по схеме "утка", снабжен дополнительным хвостовым рулем высоты, состоящим из закрепленных с возможностью поворота на оси вращения носовой части и хвостовой части с нижней и верхней поверхностями.

Устройство для создания подъемной силы // 2621825

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям движителей летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат содержит четное количество парно расположенных элементов.

Летательный аппарат, создающий подъемную силу // 2621780

Изобретение относится к летательным транспортным средствам многоцелевого назначения. Летательный аппарат, создающий подъемную силу, содержит несколько аэродинамических модулей, расположенных последовательно друг за другом так, что входящий поток одного собирает выходящий поток предыдущего.

Скоростной вертолет с перекрещивающимися винтами // 2636826

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к конструкциям скоростных вертолетов. Скоростной вертолет с перекрещивающимися винтами (СВПВ) имеет двухвинтовую поперечную схему, силовую установку (СУ) с двигателем, передающим крутящий момент через главный редуктор и валы на несущие винты, вертикальное оперение со стабилизатором и трехопорное убирающееся колесное шасси.

Конвертоплан // 2635431

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Конвертоплан содержит фюзеляж, переднее и заднее крылья, силовые установки, содержащие двигатели и воздушные винты, шасси, пилоны, выполненные с возможностью вращения.

Комбинированный летательный аппарат, оснащенный устройством парирования момента и способ образования дополнительного вращающего момента для указанного летательного аппарата // 2631728

Настоящее изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям комбинированных винтокрылых летательных аппаратов. Комбинированный летательный аппарат (1) содержит фюзеляж (2), несущий винт (3), основное устройство парирования момента (4) и два крыла (11, 11'), расположенных с одной и другой стороны упомянутого фюзеляжа (2).

Движительная система высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата (варианты) // 2629635

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к конструкциям движительных систем летательных аппаратов. Движительная система высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата содержит винт поступательной тяги и несущие винты противовращения, двигатель и основной редуктор для их движения, а также обгонную муфту, избирательно вводимую в зацепление с упомянутым основным редуктором таким образом, что крутящий момент, развиваемый системой несущих винтов в результате авторотации, поглощается винтом поступательной тяги в ходе высокоскоростного полета.

Многоцелевой многовинтовой скоростной вертолет // 2629483

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к конструкциям скоростных вертолетов. Многоцелевой многовинтовой скоростной вертолет (ММСВ) имеет продольно-поперечную схему с близко расположенными перекрещивающимися винтами и силовую установку (СУ) с двигателем, передающим крутящий момент через главный редуктор и удлиненные валы на несущие винты.

Беспилотный комбинированный винтокрыл // 2629482

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к конструкциям винтокрылых летательных аппаратов. Беспилотный комбинированный винтокрыл имеет два винта в поворотных кольцевых каналах, смонтированных по бокам несущего центроплана-отсека, в котором размещаются двигатели и главный редуктор с валами, проложенными внутри крыла.

Скоростной вертолет с движительно-рулевой системой // 2629478

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к конструкциям скоростных вертолетов. Скоростной вертолет с движительно-рулевой системой (СВДРС) содержит на пилоне несущий винт и под ним с ярусным расположением винты в кольцевых каналах, установленные на поворотных консолях крыла, имеет два двигателя, передающих крутящий момент на несущий винт, смонтированный отклоненным вперед по полету, и тянущие винты, создающие при висении подъемную силу и управление по крену, газовые струйные рули.

Скоростной турбовентиляторный винтокрыл // 2629475

Беспилотный скоростной вертолет, десантируемый с самолета-носителя // 2627975

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям беспилотных скоростных вертолетов. Беспилотный скоростной вертолет, десантируемый с самолета-носителя, имеет несущий винт, двигатель, тяговые и рулевые винты, трехопорное шасси.

Скоростной винтокрыл-амфибия // 2627965

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям скоростных винтокрылов-амфибий. Скоростной винтокрыл-амфибия (СВКА) имеет двухвинтовую соосную схему с несущими винтами, силовую установку с двигателями, передающими крутящий момент через главный редуктор и валы трансмиссии на несущие винты и на пропульсивные винты в кольцевых каналах, крылья равновеликого размаха высокорасположенной схемы «тандем» и убирающееся колесное шасси.

Летательный аппарат "сампо 2" // 2647294

Изобретение относится к авиации. Летательный аппарат содержит фюзеляж, крыло, горизонтальное и вертикальное хвостовое оперение, силовую установку из двух двигателей, трансмиссию, обтекаемые горизонтальные балки, шасси, воздушный винт горизонтальной тяги, вращающиеся в противоположных направлениях левое и правое круглые крылья, каждое из которых выполнено с возможностью торможения вращения и имеет радиально расположенные по периметру качающиеся лопасти. Каждая лопасть выполнена с возможностью достигать максимально нижней точки ее колебания в тот момент, когда проекция оси лопасти при вращении крыла пересекается с линией, проходящей через ось данного крыла и параллельной с осью фюзеляжа. При этом свободный конец лопасти направлен к носу летательного аппарата и предусмотрена возможность вращения крыльев таким образом, что одна и та же пара лопастей левого и правого крыла достигает максимально нижней точки колебания в один и тот же момент времени. Изобретение направлено на повышение эксплуатационных качеств. 3 ил.