Летательный аппарат
Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям комбинированных вертолетов. Летательный аппарат, выполненный в виде комбинированного вертолета, имеет фюзеляж (1) летательного аппарата, расположенный на фюзеляже (1) летательного аппарата несущий винт (2) и расположенные сбоку от фюзеляжа (1) летательного аппарата циклоидные тянущие винты (3, 3') с внешней торцевой поверхностью. Циклоидные тянущие винты (3, 3') соединены с фюзеляжем (1) летательного аппарата с помощью подвесного устройства (4, 4'), которое удерживает циклоидные тянущие винты (3, 3') за их внешнюю оконечность. Каждый циклоидный тянущий винт (3, 3') выполнен с возможностью отдельного и независимого от других управления. Посредством циклоидных тянущих винтов (3, 3') обеспечивается уравновешивание крутящего момента несущего винта (2) и уменьшение его размеров. 12 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к летательному аппарату, выполненному в виде комбинированного вертолета, с фюзеляжем летательного аппарата, с расположенным на фюзеляже летательного аппарата несущим винтом и расположенными сбоку от фюзеляжа летательного аппарата циклоидными тянущими винтами с внешней торцевой поверхностью.
Циклоидными тянущими винтами, в общем, обозначают цилиндрические тела, которые смонтированы на опоре с возможностью вращения вокруг своей оси и по окружности которых расположены поворачивающиеся лопасти несущего винта, которые при эксплуатации циклично переставляются с помощью механизма установки шага воздушного винта. В результате, в зависимости от перестановки лопастей несущего винта может создаваться сила тяги в каждом направлении перпендикулярно оси.
Из соответствующего уровня техники известны комбинированные (гибридные) вертолеты, состоящие из фюзеляжа летательного аппарата, отдельного несущего винта или несущего тандем-винта противоположного вращения, одного или нескольких пропеллерных агрегатов для уравновешивания крутящего момента и для создания силы тяги в прямолинейном горизонтальном полете, а также дополнительных модулей несущих плоскостей для создания вертикальной подъемной силы в прямолинейном горизонтальном полете. Кроме того, известны конфигурации вертолетов с одним или двумя циклоидными тянущими винтами.
При известной из уровня техники боковой схеме расположения двух несущих винтов ниже несущего винта, соответственно слева и справа от фюзеляжа вертолета, циклоидные тянущие винты соединены с фюзеляжем вертолета исключительно через ось винта. В результате этого на опорном блоке на фюзеляже летательного аппарата и в оси несущего винта возникают большие усилия и моменты сил. Кроме того, цикличная перестановка лопастей несущего винта через механизм установки шага воздушного винта, расположенный с одной стороны, оказывается проблематичной, поскольку при необходимо высоких частотах вращения несущего винта генерируются чрезмерныецентробежные силы, а дополнительные крутящие моменты, создаваемые при одностороннем цикличном шарнирном креплении лопастей несущего винта, непропорционально сильно нагружают лопасть(-и) несущего винта.
Далее по тексту приведено обсуждение других известных решений, связанных с уравновешиванием крутящего момента в отношении вертолетов.
Из ЕР 2690011 А (автор: Axel Fink) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного с фюзеляжем летательного аппарата, на котором приблизительно по центру тяжести предусмотрен несущий винт, и с двумя несущими плоскостями, на каждой из которых сзади, в направлении полета жестко смонтирован пропеллер, генерирующий силу тяги. Несущие плоскости жестко соединены с фюзеляжем летательного аппарата с помощью стяжек. На месте хвостового винта находится механизм руля высоты и руля направления. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом оба дополнительных пропеллера обеспечивают уравновешивание крутящего момента и генерируют силу тяги в прямолинейном горизонтальном полете. Аналогичная конфигурация летательного аппарата известна из US 3,385,537 А.
Из ЕР 2690010 А (автор: Axel Fink) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного с фюзеляжем летательного аппарата, на котором приблизительно по центру тяжести предусмотрен несущий винт, и с двумя несущими плоскостями, которые через спаренный фюзеляж соединены в заднем направлении с механизмом руля высоты и руля направления, причем соответственно на каждом заднем конце спаренного фюзеляжа жестко смонтирован пропеллер, генерирующий силу тяги. Несущие плоскости жестко соединены с фюзеляжем летательного аппарата. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом оба дополнительных пропеллера обеспечивают уравновешивание крутящего момента и генерируют силу тяги в прямолинейном горизонтальном полете.
Из ЕР 2690012 А (автор: Axel Fink) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного с фюзеляжем летательного аппарата, на котором приблизительно по центру тяжести предусмотрен несущий винт, и с четырьмя несущими плоскостями, на которых соответственно на каждом из двух передних концов расположен пропеллер в кольцевом обтекателе, выполненный с возможностью поворачивания. Несущие плоскости жестко соединены с фюзеляжем летательного аппарата. Вертикальная подъемная сила создается несущим винтом при взлете и посадке, а также в режиме парения и поддерживается обоими пропеллерами в кольцевом обтекателе, которые также обеспечивают уравновешивание крутящего момента и генерируют силу тяги в прямолинейном горизонтальном полете. Задние несущие плоскости выполнены с рулем высоты и рулем направления, передние несущие плоскости - с рулем крена.
Из ЕР 2666718 А (автор: Paul Eglin) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного с фюзеляжем летательного аппарата, на котором приблизительно по центру тяжести предусмотрен несущий винт, и с двумя несущими плоскостями и механизмом руля высоты, причем на передних концах несущих плоскостей жестко смонтированы пропеллеры в направлении полета. Несущие плоскости жестко соединены с фюзеляжем летательного аппарата. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом оба дополнительных пропеллера обеспечивают уравновешивание крутящего момента и генерируют силу тяги в прямолинейном горизонтальном полете.
Из ЕР 2146895 А (автор: Philippe Roesch) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного с фюзеляжем летательного аппарата, на котором приблизительно по центру тяжести предусмотрен несущий винт, с двумя несущими плоскостями и с механизмом руля высоты и руля направления, причем на передних концах несущих плоскостей жестко смонтированы пропеллеры в направлении полета. Несущие плоскости жестко соединены с фюзеляжем летательного аппарата. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом оба дополнительных пропеллера обеспечивают уравновешивание крутящего момента и генерируют силу тяги в прямолинейном горизонтальном полете.
Из ЕР 2105378 А (автор: Jean-Jaques Ferner) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного с фюзеляжем летательного аппарата, на котором приблизительно по центру тяжести предусмотрен несущий винт, и с четырьмя несущими плоскостями, причем на каждой из задних несущих плоскостей большего размера сзади, в направлении полета жестко смонтирован пропеллер, генерирующий силу тяги. Несущие плоскости жестко соединены с фюзеляжем летательного аппарата. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом оба дополнительных пропеллера обеспечивают уравновешивание крутящего момента и генерируют силу тяги в прямолинейном горизонтальном полете. Несущие плоскости выполнены с дополнительной установкой руля высоты.
Из DE 102012002 256 А (автор: Felix Fechner) известен летательный аппарат, выполненный в виде вертолета с дополнительными несущими плоскостями, причем эти несущие плоскости выполнены с возможностью поворачивания или сегментированы, благодаря чему они в режиме парения или в полете на малой скорости обеспечивают уменьшение препятствования движению потока от несущего винта и способствуют более высокой скорости полета. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом.
Из RU 2500578 А (автор: Павлов, Сергей Николаевич) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного с фюзеляжем летательного аппарата, на котором приблизительно по центру тяжести предусмотрен несущий винт; с двумя пропеллерными агрегатами в передней части, расположенными по бокам фюзеляжа летательного аппарата, параллельно направлению полета для создания силы тяги в прямолинейном горизонтальном полете; с двумя поворачивающимися несущими плоскостями в качестве руля высоты и рулем направления в задней части. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом оба дополнительных пропеллера обеспечивают уравновешивание крутящего момента и генерируют силу тяги в прямолинейном горизонтальном полете.
Из US 20130327879 А (автор: Mark W. Scott) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного в виде вертолета с несущим винтом и хвостовым винтом, который может поворачиваться вокруг оси вращения приблизительно параллельно оси вращения несущего винта. Поворачивающийся хвостовой винт стабилизирует летательный аппарат в режиме парения и может дополнительно создавать горизонтальную силу тяги в направлении полета, при этом вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом.
Из US 20060169834 А (автор: Allen A. Arata) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного в виде вертолета с несущим винтом, хвостовым винтом и двумя дополнительными несущими плоскостями. Несущие плоскости жестко смонтированы на фюзеляже летательного аппарата, ниже несущего винта и в точке, приходящейся примерно на середину их длины, могут откидываться вниз на 900 параллельно оси летательного аппарата и использоваться в этом положении как опорное посадочное устройство или шасси. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом в прямолинейном горизонтальном полете обеими распростертыми несущими плоскостями создается дополнительная подъемная сила.
Из WO 2005/005250 А (автор: Arthur W. Loper) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного в виде вертолета с несущим винтом, хвостовым винтом, пропеллером в лобовой части вертолета, двумя дополнительными несущими плоскостями и механизмом руля высоты и руля направления. Несущие плоскости жестко смонтированы на фюзеляже летательного аппарата, ниже несущего винта. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом в прямолинейном горизонтальном полете обеими несущими плоскостями создается дополнительная подъемная сила. Пропеллер в лобовой части создает силу тяги для прямолинейного горизонтального полета.
Из US 20060157614 А (автор: John S. Pratt) известен летательный аппарат, выполненный в виде вертолета с несколькими дополнительными несущими плоскостями ниже несущего винта, причем эти несущие плоскости сегментированы и выполнены с возможностью поворачивания, благодаря чему они в режиме парения или в полете на малой скорости обеспечивают уменьшение препятствования движению потока от несущего винта и способствуют более высокой скорости полета. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, а в быстром прямолинейном горизонтальном полете дополнительные несущие плоскости поддерживают вертикальную подъемную силу. Уравновешивание крутящего момента осуществляется посредством индивидуального выставления угла сегментированных несущих плоскостей под нисходящий воздушный поток от несущего винта. Хвостовой винт отсутствует.
Из FR 9803946 А (автор: Paul Julien Alphonse) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного в виде вертолета с несущим винтом, хвостовым винтом, пропеллером в хвостовой части вертолета, двумя дополнительными несущими плоскостями и с механизмом руля высоты и руля направления. Несущие плоскости жестко смонтированы на фюзеляже летательного аппарата, за пределами несущего винта. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом в прямолинейном горизонтальном полете обеими несущими плоскостями создается дополнительная подъемная сила. Пропеллер в хвостовой части создает силу тяги для прямолинейного горизонтального полета.
Из US 5,738,301 А (автор: Daniel Claude Francois) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного в виде вертолета с несущим винтом, хвостовым винтом, пропеллером в хвостовой части вертолета, двумя дополнительными несущими плоскостями, механизмом руля высоты и руля направления. Несущие плоскости жестко смонтированы на фюзеляже летательного аппарата, ниже несущего винта. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом в прямолинейном горизонтальном полете обеими несущими плоскостями создается дополнительная подъемная сила. Пропеллер в хвостовой части создает силу тяги для прямолинейного горизонтального полета.
Из US 5,174,523 А (автор: David Е. Н. Balmford) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного в виде вертолета с несущим винтом, пропеллером в хвостовой части вертолета с направляющим устройством воздушного потока и двумя дополнительными несущими плоскостями. Несущие плоскости жестко смонтированы на фюзеляже летательного аппарата, ниже несущего винта. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом в прямолинейном горизонтальном полете обеими несущими плоскостями создается дополнительная подъемная сила. Пропеллер в хвостовой части создает силу тяги для прямолинейного горизонтального полета и через направляющее устройство воздушного потока обеспечивает уравновешивание крутящего момента.
Из RU 2089456 А (автор: Михаил Ильич Фефер) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного в виде вертолетах двумя несущими плоскостями, расположенными в средней части фюзеляжа, на концах которых, соответственно, жестко смонтирован несущий винт. Несущие плоскости жестко смонтированы на фюзеляже летательного аппарата, ниже соответствующего несущего винта. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом в прямолинейном горизонтальном полете обеими несущими плоскостями создается дополнительная подъемная сила.
Из US 5,067,668 А (автор: Daniel R. Zuck) известен летательный аппарат, выполненный в виде вертолета с дополнительными несущими плоскостями ниже несущего винта, причем эти несущие плоскости выполнены с возможностью поворачивания и благодаря этому в режиме парения или в полете на малой скорости обеспечивают уравновешивание крутящего момента, в результате чего отпадает необходимость в хвостовом винте как устройстве для уравновешивания крутящего момента. Пропеллер, расположенный в хвостовой части, используется исключительно как генератор тяги для прямолинейного горизонтального полета. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом.
Из US 4,928,907 (автор: Daniel R. Zuck) известен летательный аппарат, выполненный в виде вертолета с дополнительными несущими плоскостями ниже несущего винта, причем эти несущие плоскости выполнены с возможностью поворачивания и благодаря этому в режиме парения или в полете на малой скорости обеспечивают уравновешивание крутящего момента, в результате чего отпадает необходимость в хвостовом винте как устройстве для уравновешивания крутящего момента. Пропеллер, расположенный в хвостовой части, используется исключительно как генератор тяги для прямолинейного горизонтального полета. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом.
Из US 4,691,877 А (автор: Ralph М. Denning) или GB 2143483 (автор: John Denman Sibley) известен летательный аппарат, выполненный в виде вертолета с дополнительными несущими плоскостями ниже несущего винта, причем на несущих плоскостях расположены поворачивающиеся закрылки, обтекаемые под действием основного двигателя отходящими газами из форсажной камеры сгорания. Несущие плоскости жестко соединены с фюзеляжем летательного аппарата. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается несущим винтом, а реактивная газовая струя - обеими форсажными камерами сгорания, которые также могут обеспечивать уравновешивание крутящего момента и создавать дополнительную силу тяги в прямолинейном горизонтальном полете.
Из US 3,977,812 А (автор: Wayne A. Hudgins) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного в виде вертолета с несущим винтом, хвостовым винтом, пропеллером в хвостовой части вертолета и двумя дополнительными несущими плоскостями. Несущие плоскости жестко смонтированы на фюзеляже летательного аппарата, ниже несущего винта. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом в прямолинейном горизонтальном полете обеими несущими плоскостями создается дополнительная подъемная сила. Пропеллер в хвостовой части создает силу тяги для прямолинейного горизонтального полета.
Из СА 825030 А (автор: Nagatsu Teisuke) или US 3,448,946 А (автор: Nagatsu Teisuke) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного в виде вертолета с несущим винтом, хвостовым винтом, пропеллером в хвостовой части вертолета, механизмом руля высоты и руля направления и, факультативно, двумя дополнительными несущими плоскостями. Несущие плоскости жестко смонтированы на фюзеляже летательного аппарата, ниже несущего винта. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом в прямолинейном горизонтальном полете обеими несущими плоскостями создается дополнительная подъемная сила. Пропеллер в хвостовой части создает силу тяги для прямолинейного горизонтального полета.
Из публикации авторов С. Silva и Н. Yeo (управление по аэродинамике, сухопутные войска США, командование научно-исследовательскими разработками) и W. Johnson (научно-исследовательский центр им. Эймса, НАСА, США): «Конструкция комбинированного вертолета с малооборотным несущим винтом для последующих совместных служебных полетов», подготовленной для конференции по аэромеханике в Сан-Франциско, Калифорния в январе 2010 г., известна конфигурация летательного аппарата, выполненного в виде вертолета с несущим винтом, хвостовым винтом, пропеллером в хвостовой части вертолета, механизмом руля высоты и руля направления и двумя дополнительными несущими плоскостями. Несущие плоскости жестко смонтированы на фюзеляже летательного аппарата, ниже несущего винта. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом в прямолинейном горизонтальном полете обеими несущими плоскостями создается дополнительная подъемная сила. Пропеллер в хвостовой части создает силу тяги для прямолинейного горизонтального полета.
Из US 3,563,496 А (автор: Daniel R. Zuck) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного в виде вертолета с несущим винтом, хвостовым винтом, пропеллером в хвостовой части вертолета, механизмом руля высоты и руля направления и двумя дополнительными поворачивающимися несущими плоскостями. Несущие плоскости смонтированы на фюзеляже летательного аппарата с возможностью поворачивания, ниже несущего винта. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом в прямолинейном горизонтальном полете обеими несущими плоскостями создается дополнительная подъемная сила. Пропеллер в хвостовой части создает силу тяги для прямолинейного горизонтального полета, а хвостовой винт обеспечивает уравновешивание крутящего момента.
Из US 3,241,791 А (автор: F. N. Piasecki) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного в виде вертолета с несущим винтом, пропеллером в кольцевом обтекателе в хвостовой части вертолета, двумя дополнительными несущими плоскостями, смонтированными на фюзеляже летательного аппарата, ниже несущего винта и направляющим устройством воздушного потока на выходе пропеллера в кольцевом обтекателе. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом в прямолинейном горизонтальном полете обеими несущими плоскостями создается дополнительная подъемная сила. Расположенный в хвостовой части пропеллер в кольцевом обтекателе совместно с направляющим устройством воздушного потока создает силу тяги для прямолинейного горизонтального полета и обеспечивает уравновешивание крутящего момента.
Из публикаций СА 700587 А и US 3,105,659 А (автор: Richard G. Stutz) известна конфигурация летательного аппарата, выполненного в виде вертолета с несущим винтом, хвостовым винтом, механизмом руля высоты, двумя дополнительными жестко закрепленными несущими плоскостями со щитками, работающими в режиме элерона и пропеллерами. Несущие плоскости смонтированы на фюзеляже летательного аппарата, ниже несущего винта. Вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно несущим винтом, при этом в прямолинейном горизонтальном полете обеими несущими плоскостями создается дополнительная подъемная сила. Хвостовой винт обеспечивает уравновешивание крутящего момента, а оба пропеллера генерируют силу тяги в прямолинейном горизонтальном полете.
Недостаток всех этих конфигураций летательных аппаратов, известных как комбинированные вертолеты и выполненных с классическими генераторами тяги, такими как пропеллеры, заключается в том, что вертикальная подъемная сила при взлете и посадке, а также в режиме парения создается исключительно или преимущественно несущим винтом и что, соответственно, требуется большой диаметр несущего винта. В прямолинейном горизонтальном полете несущий винт больших размеров создает наибольшее аэродинамическое сопротивление и оказывается причиной наибольших потерь энергии. Дополнительные приводные агрегаты, например пропеллеры или пропеллеры в кольцевом обтекателе, хотя и обеспечивают более высокие скорости полета и улучшенные маневренные характеристики, однако при возрастании скорости полета их к.п.д. уменьшается, а расход энергии увеличивается в непропорционально сильной степени.
Недостаток конфигураций летательных аппаратов, известных как комбинированные вертолеты с циклоидными тянущими винтами, заключается в том, что: при известной боковой схеме расположения циклоидных тянущих винтов отсутствуют роторные диски и несущие элементы, влияющие на аэродинамические характеристики, а циклическая перестановка угла наклона лопастей несущего винта должна производиться с помощью вращающейся оси несущего винта или может осуществляться только соответственно со стороны, обращенной к фюзеляжу летательного аппарата; при известной горизонтальной схеме расположения хвостовой винт не может способствовать генерированию движущей силы в направлении полета, а обтекаемое потоком поперечное сечение несущего винта существенно уменьшается в сравнении с конструкцией вертолета; и при вертикальной схеме расположения хвостовой винт не может способствовать генерированию вертикальной подъемной силы.
Из US 5,100,080 A, US 5,265,827 А и US 2007/0200029 А1 известны летательные аппараты с циклоидными тянущими винтами, выполненными с переставными лопастями. Комбинации с несущими винтами в публикациях не указаны. Поэтому реализация преимуществ вертолета не представляется возможной.
Задача настоящего изобретения заключается в определении летательного аппарата нового типа на основе вертолета, в котором исключены вышеописанные недостатки при сохранении дополнительных преимуществ.
Согласно изобретению эта задача решена за счет того, что циклоидные тянущие винты соединены с фюзеляжем летательного аппарата с помощью устройства подвески, которое удерживает циклоидные тянущие винты за их внешнюю оконечность, что каждый циклоидный тянущий винт может управляться по отдельности и независимо от других винтов, и что посредством циклоидных тянущих винтов можно осуществлять уравновешивание крутящего момента несущего винта.
При этом речь идет о вертолете, который оборудован двумя дополнительными циклоидными тянущими винтами с боковой схемой расположения, которые в плоскости, проходящей, по существу, параллельно оси вращения несущего винта и продольной оси вертолета, независимо друг от друга задают вектор тяги, регулируемый в каждом направлении и, следовательно, могут выполнять уравновешивание крутящего момента несущего винта во всех полетных ситуациях, дополнять вертикальную подъемную силу несущего винта при вертикальном взлете, посадке и в режиме парения, поддерживать надежный переход из режима парения в прямолинейный горизонтальный полет и создавать необходимую силу тяги в прямолинейном горизонтальном полете. Благодаря поддержке вертикальной подъемной силы несущего винта несущий винт может быть выполнен с меньшим диаметром по сравнению с классическим вертолетом и всеми известными комбинированными (гибридными) вертолетами, так что в прямолинейном горизонтальном полете могут быть обеспечены более высокий к.п.д. или более высокая скорость при сопоставимой приводной мощности. Необходимость в хвостовом винте в его классическом понимании отпадает.
При этом два циклоидных тянущих винта с помощью несущего устройства или несущих элементов соединены с боков с фюзеляжем летательного аппарата таким образом, что порожденные циклоидным тянущим винтом движущие силы могут передаваться на фюзеляж летательного аппарата, так что может быть получена существенно более легкая конструкция. Кроме того, благодаря независимой друг от друга возможности управления циклоидными тянущими винтами выполняется уравновешивание крутящего момента, так что хвостовой винт не требуется, что обеспечивает дополнительное уменьшение веса.
Соединение устройства подвески с фюзеляжем летательного аппарата может быть выполнено также опосредованно, через другие компоненты.
Существенным аспектом является двухсторонняя опорная подвеска циклоидных тянущих винтов в устройстве подвески, которая не только обеспечивает более легкую и более прочную конструкцию, но и позволяет также двухстороннюю перестановку лопастей несущих винтов.
В отдельном варианте конструктивного выполнения согласно изобретению механизмы установки шагов воздушных винтов, необходимые для цикличного выставления углов лопастей несущих винтов, расположены с обеих сторон циклоидных тянущих винтов, в результате чего получена легкая и прочная конструкция с наименьшей нагрузкой на критические компоненты несущих винтов. Подача крутящего момента на циклоидный тянущий винт осуществляется на обращенной к фюзеляжу летательного аппарата стороне циклоидного тянущего винта.
Благодаря предпочтительному расположению циклоидных тянущих винтов ниже несущего винта размеры последнего могут быть существенно уменьшены, поскольку генерирование вертикальной тяги для вертикального взлета, посадки и в режиме парения поддерживается двумя циклоидными тянущими винтами, расположенными на фюзеляже летательного аппарата по бокам, ниже несущего винта. Циклоидный тянущий винт задает вектор тяги, который может регулироваться в любом направлении в плоскости, перпендикулярной оси вращения несущего винта, и плавно задаваться в диапазоне от 0 до максимальной величины посредством изменения циклично выставляемого угла установки вращающихся лопастей несущего винта в функциональной зависимости от перемещения точки сдвига в пределах вращающегося циклоидного тянущего винта. Благодаря боковому расположению подобных несущих винтов на соответствующей стороне фюзеляжа летательного аппарата и неограниченному изменению направления векторов тяги эти несущие винты обеспечивают, кроме того, уравновешивание крутящего момента несущего винта, вследствие чего хвостовой винт в этой конфигурации не требуется. Конфигурация согласно изобретению позволяет создать вертолет с вертикальным взлетом, который: при равной (с другими вертолетами) допустимой мощности характеризуется меньшим расходом энергии; характеризуется меньшим диаметром несущего винта и, следовательно, может взлетать или садиться в меньшем пространстве; не нуждается в хвостовом винте и обеспечивает более высокую скорость полета при сравнительно небольшом расходе энергии. В комбинированный вертолет согласно изобретению заложен также потенциал увеличения дальности полета при одинаковой (с другими вертолетами) заправке топливом. Другое преимущество заключается в более высокой маневренности почти на всех этапах полета.
Предпочтительным является решение, когда устройство подвески выполнено в виде несущей плоскости для создания подъемной силы в прямолинейном горизонтальном полете. Благодаря этому можно, с одной стороны, уменьшить нагрузку на несущий винт и, с другой стороны, увеличить максимальную скорость, поскольку несущий винт может работать на пониженной частоте вращения.
При этом наиболее предпочтительным является решение, когда устройство подвески расположено над циклоидными тянущими винтами. За счет этого в прямолинейном горизонтальном полете достигается улучшение набегания потока на циклоидные тянущие винты. Для оптимизации воздействия несущего винта на циклоидные тянущие винты можно предусмотреть, прежде всего, чтобы устройство подвески было выполнено с выемкой непосредственно над циклоидными тянущими винтами.
Предпочтительно, для стабилизации предусмотрен механизм руля высоты и руля направления. Это означает, прежде всего, что не предусмотрен какой-либо отдельный воздушный винт для обеспечения уравновешивания крутящего момента, которое также не требуется благодаря конструктивному выполнению согласно изобретению.
В отдельном варианте конструктивного выполнения согласно изобретению предусмотрено, что циклоидные тянущие винты через передаточный механизм соединены с приводом несущего винта. Это означает, что всегда выдерживается постоянное соотношение значений частоты вращения несущего винта и циклоидных тянущих винтов. Соответствующая необходимая сила тяги задается посредством перестановки лопастей несущих винтов. Благодаря этому привод оказывается очень простым.
Альтернативно этому можно предусмотреть, чтобы циклоидные тянущие винты имели независимый от несущего винта привод, который выполнен в виде электрического или гидравлического привода или в виде собственного приводного агрегата. За счет этого силу тяги можно варьировать в особо широком диапазоне.
В наиболее предпочтительном конструктивном выполнении летательный аппарат выполнен без хвостового винта. Благодаря этому можно сэкономить на весе конструкции и уменьшить производственные затраты.
Детальное описание изобретения приведено на основе фиг. 1-8. На фигурах показаны:
Фиг. 1 комбинированный вертолет согласно изобретению, в виде сверху под углом,
Фиг. 2 вертолет согласно фиг.1 в виде спереди,
Фиг. 3 вертолет согласно фиг.1 в виде сбоку,
Фиг. 4 вертолет согласно фиг.1 в виде сверху,
Фиг. 5 циклоидный тянущий винт в виде под углом,
Фиг. 6 циклоидный тянущий винт в виде сбоку,
Фиг. 7 циклоидный тянущий винт в виде спереди,
Фиг. 8 механизм установки шага воздушного винта, в укрупненном виде.
На фиг. 1 показан летательный аппарат согласно изобретению, а именно комбинированный вертолет в виде под углом сверху, состоящий из фюзеляжа 1 летательного аппарата, несущего винта 2, расположенных по бокам циклоидных тянущих винтов 3 и 3', подвесок 4 и 4' циклоидных тянущих винтов, внешней опорной подвески 5', внешнего механизма 11' установки шага воздушного винта, механизма руля высоты и руля направления 6, 6', 7, 7' и выемки 20 в подвесках 4 и 4'.
На фиг. 2 показан комбинированный вертолет согласно изобретению, в виде спереди, с двумя расположенными по бокам циклоидными тянущими винтами 3 и 3' и их подвесками 4 и 4', причем подвески 4 и 4' выполнены также как несущая плоскость или как конструктивный элемент, выполняющий функцию несущей плоскости. На среднем участке подвески предусмотрена выемка 20, облегчающая прохождение воздуха вниз. Каждая подвеска 4, 4' закреплена с одной стороны на фюзеляже 1 летательного аппарата, а с другой стороны прикреплена снаружи к циклоидному тянущему винту 3, 3' и удерживает его.
Механизм 11 и 11' установки шага воздушного винта, предназначенный для перестановки лопастей 9 несущих винтов, расположен снаружи на циклоидных тянущих винтах 3, 3', причем стороны двух механизмов установки шага воздушного винта, обращенные к фюзеляжу 1 летательного аппарата (вертолета), здесь не визуализированы. За счет этого обеспечена возможность осуществления цикличной перестановки лопастей 9 несущих винтов с двух сторон, а привод несущих винтов 3, 3' предусмотрен с обращенной к фюзеляжу 1 летательного аппарата (вертолета) стороны. Предусмотрено, что длина циклоидных тянущих винтов 3, 3' в осевом направлении (то есть, расстояние от фюзеляжа 1 летательного аппарата до внешней оконечности винта) составляет величину, соответствующую приблизительно диаметру циклоидных тянущих винтов 3, 3' и, предпочтительно, равную 80% - 120% диаметра.
На фиг. 3 показан комбинированный вертолет согласно изобретению, в виде сбоку, с расположенным сбоку циклоидным тянущим винтом 3', его подвеской 4', причем подвеска может быть выполнена также как несущая плоскость или как конструктивный элемент, выполняющий функцию несущей плоскости, с внешней опорной подвеской 5' несущего винта, внешним механизмом 11' установки шага воздушного винта и рулем направления 6'.
На фиг. 4 особенно хорошо просматривается механизм руля высоты и руля направления 6, 6', 7, 7'.
На фиг. 5 показан правый циклоидный тянущий винт 3 согласно фиг.2, в виде под углом, состоящий, по существу, из оси 10 несущего винта, лопастей 9 несущего винта (предпочтительно, от трех до шести), двух роторных дисков 8 и 8' со встроенными опорными элементами для лопастей несущего винта, бокового механизма 11 установки шага воздушного винта на стороне, удаленной от фюзеляжа летательного аппарата (вертолета), для цикличного выставления угла установки лопастей несущего винта и задачи направления вектора тяги 12, который может регулироваться в любом направлении и на любую величину в плоскости 15, перпендикулярной оси вращения 10 несущего винта, когда циклоидный тянущий винт 3 находится в режиме вращения на соответствующей частоте вращения в направлении вращения 14.
На фиг. 6 показан циклоидный тянущий винт 3, в виде сбоку, с указанием угла, задающего направление 13 вектора тяги 12, и угла направления вращения 14 циклоидного тянущего винта.
На фиг. 7 показан правый циклоидный тянущий винт 3 согласно фиг. 2, в виде сбоку, состоящий, по существу, из двух роторных дисков 8 и 8', оси 10 несущего винта, лопастей 9 несущего винта (предпочтительно, от трех до шести), бокового механизма 11 установки шага воздушного винта на стороне, удаленной от фюзеляжа 1 летательного аппарата (вертолета) и механизма 19 углового сдвига на стороне, ближней к фюзеляжу 1 летательного аппарата (вертолета) для цикличного выставления угла установки лопастей несущего винта и задачи направления вектора тяги.
На фиг. 8 показаны устройства 16 для цикличного выставления угла установки лопастей несущего винта, соединенные в роторном диске 8 с механизмом 11 установки шага воздушного винта. Посредством смещения центральной точки сдвига 17 в пределах площади круга 18, в соответствии с расстоянием и направлением точки сдвига 17 от оси вращения 10 несущего винта определяются величина вектора тяги и направление вектора тяги.
1. Летательный аппарат, выполненный в виде комбинированного вертолета, имеющий фюзеляж (1) летательного аппарата, расположенный на фюзеляже (1) летательного аппарата несущий винт (2) и расположенные сбоку от фюзеляжа (1) летательного аппарата циклоидные тянущие винты (3, 3') с внешней торцевой поверхностью, отличающийся тем, что циклоидные тянущие винты (3, 3') соединены с фюзеляжем (1) летательного аппарата с помощью подвесного устройства (4, 4'), которое удерживает циклоидные тянущие винты (3, 3') за их внешнюю оконечность, и что каждый циклоидный тянущий винт (3, 3') выполнен с возможностью отдельного и независимого от других управления, и что посредством циклоидных тянущих винтов (3, 3') обеспечивается уравновешивание крутящего момента несущего винта (2).
2. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что подвесное устройство (4, 4') выполнено в виде несущей плоскости для создания подъемной силы в прямолинейном горизонтальном полете.
3. Летательный аппарат по пп. 1, 2, отличающийся тем, что подвесное устройство (4, 4') расположено над циклоидными тянущими винтами (3, 3').
4. Летательный аппарат по пп. 1-3, отличающийся тем, что подвесное устройство (4, 4') непосредственно над циклоидными тянущими винтами (3, 3') имеет выемку (20).
5. Летательный аппарат по пп. 1-4, отличающийся тем, что циклоидные тянущие винты (3, 3') имеют соответственно механизм (11, 11') установки шага воздушного винта, который расположен в области их внешней оконечности.
6. Летательный аппарат по пп. 1-5, отличающийся тем, что циклоидные тянущие винты (3, 3') выполнены с плавным переходом в фюзеляж (1) летательного аппарата.
7. Летательный аппарат по пп. 1-6, отличающийся тем, что циклоидные тянущие винты (3, 3') через передаточный механизм соединены с приводом несущего винта (2).
8. Летательный аппарат по пп. 1-7, отличающийся тем, что циклоидные тянущие винты (3, 3') имеют независимый от несущего винта (2) привод, который выполнен в виде электрического или гидравлического привода или в виде собственного приводного агрегата.
9. Летательный аппарат по пп. 1-8, отличающийся тем, что для стабилизации предусмотрен механизм руля высоты и руля направления (6, 6', 7, 7').
10. Летательный аппарат по пп. 1-9, отличающийся тем, что циклоидные тянущие винты (3, 3') расположены ниже несущего винта (2).
11. Летательный аппарат по пп. 1-10, отличающийся тем, что циклоидные тянущие винты (3, 3') выполнены с возможностью перестановки из положения, в котором создается сила тяги вниз, в положение, в котором создается сила тяги назад.
12. Летательный аппарат по пп. 1-11, отличающийся тем, что циклоидные тянущие винты (3, 3') имеют в осевом направлении длину, которая соответствует приблизительно их диаметру и предпочтительно составляет 80-120% диаметра.
13. Летательный аппарат по пп. 1-12, отличающийся тем, что на летательном аппарате хвостовой винт отсутствует.
