КОМБИНИРОВАННЫЙ САМОЛЕТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ ВИНТОКРЫЛОЙ СХЕМЫ И СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВИНТОКРЫЛОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА В САМОЛЕТНУЮ КОНФИГУРАЦИЮ Российский патент 1996 года по МПК B64C27/00 

Изобретение относится к области авиационной техники. Известен проект комбинированного самолета вертикального взлета и посадки (СВВП) винтокрылой схемы фирмы БЕЛЛ и способ его преобразования в самолетную конфигурацию (Ф.П. Курочкин. Основы проектирования самолетов с вертикальным взлетом и посадкой. Издательство "машиностроение". Москва 1970, стр. 27,26). В этом проекте СВВП снабжен двумя турбореактивными двигателями, установленными в мотогондолах под крылом, и двумя убирающимися, складывающимися в полете по потоку несущими винтами, размещенными в обтекателях на концах крыла. Однако выбранная схема СВВП и способ его преобразования в самолетную конфигурацию не решают вопроса полного исключения лобового сопротивления несущих винтов, так как сохраняется сопротивление их обтекателей, соизмеримых по своим размерам с мотогондолами двигателей и значительной части лопастей несущих винтов, остающихся в потоке.

Задачей изобретения является повышение аэродинамического качества комбинированного СВВП винтокрылой схемы на самолетных режимах полета за счет полного исключения лобового сопротивления несущего винта.

Решение этой задачи достигается путем применения убирающегося двухлопастного несущего винта, лопасти которого, смыкаясь в процессе переходных режимов полета с крылом, образуют с ним единую аэродинамическую несущую поверхность с общим крыльевым профилем, либо образуют с ним механизированную несущую поверхность типа крыло с предкрылком.

Изобретение содержит два варианта комбинированного СВВП и способ преобразования винтокрылого летательного аппарата в самолетную конфигурацию.

Вариант 1
На фиг.1 изображен комбинированный СВВП одновинтовой схемы, вид сбоку, в самолетной конфигурации, определяемой убранным положением несущего винта. На фиг. 2 вид в плане, штрихпунктирными линиями показан несущий винт в его рабочем положении. На фиг.3 вид спереди при рабочем положении несущего винта. На фиг. 4, 5, 6 схематическое изображение последовательности уборки несущего винта и смыкания его лопастей с крылом. На фиг.7 форма профиля лопасти несущего винта в увеличенном масштабе. На фиг. 8 форма профиля крыла в увеличенном масштабе после смыкания с ним лопасти несущего винта. На фиг.9 - альтернативный вариант профиля механизированной несущей поверхности типа крыло с предкрылком в увеличенном масштабе после смыкания с ним лопасти несущего винта. На фиг. 10 схематическое изображение сомкнутой с крылом лопасти несущего винта в варианте образования механизированнной несущей поверхности типа крыло с предкрылком.

СВВП содержит фюзеляж 1, высокорасположенное крыло 2 с центропланом 3, убирающийся двухлопастной несущий винт 4, горизонтальное оперение 5, вертикальное оперение 6, трехстоечное шасси 7, двигатель 6 с тянущим винтом 9, рулевой винт 10 и трансмиссию.

Крыло снабжено элеронами 11 и закрылками 12. Горизонтальное оперение состоит из управляемого стабилизатора и руля высоты 13. Вертикальное оперение имеет руль направления 14 и нижний киль 15.

Несущий винт закреплен на валу 16 телескопической колонки 17, обеспечивающей его осевое перемещение. Лопасти имеют общий горизонтальный шарнир 16 и осевые шарниры 19. Несущий винт имеет автомат-перекоса и механизм подтяга лопастей в предельно нижнее положение. В концевых зонах лопастей размещены клиновидные пилоны-ловители 20. Профиль лопасти образован дугами окружностей с радиусами верха и низа R_в и R_н (фиг. 7) с незначительной кривизной нижнего контура, определяемой технологическими соображениями.

Механизмы управления несущим винтом смонтированы в общем корпусе 21, верхняя поверхность которого при убранном положении несущего винта вписывается в аэродинамические обводы центроплана 3. В проводку управления автоматом-перекоса включены раздвижные тяги 22, изменяющие свою длину при уборке и выпуске несущего винта, схематично изображенные на фиг.3.

Вал несущего винта с телескопической колонкой наклонены вперед от вертикали на угол δ, что позволяет реализовать смыкание лопастей несущего винта с крылом без дополнительного поворота лопастей, зафиксированных в положении близком к нулевому шагу, при котором их хорды параллельны и составляют прямой угол с направлением оси вала несущего винта (фиг.6). Альтернативный вариант образования механизированной несущей поверхности типа крыло с предкрылком осуществляется аналогично и отличается тем, что лопасти несущего винта смыкаются с крылом через диафрагмы 23, установленные на верхней поверхности крыла с целью организации протока воздуха по принципу щелевого предкрылка (фиг.9.10).

Для передачи мощности от двигателя к несущему и рулевому винтам используется трансмиссия, включающая главный редуктор 24 с муфтами сцепления и свободного хода, дополнительный редуктор 25 с тормозом-стопором несущего винта, телескопическую колонку 17, редуктор рулевого винта 26 и приводные валы с карданными шарнирами 27.

Тормоз-стопор несущего винта является комбинацией тормоза колодочного или дискового типа с механизмом стопорения, работающим, например, по принципу шарикового или штырьевого замка с автоматическим управлением процессами торможения и фиксации вала несущего винта, позволяющим обеспечить минимальные динамические нагрузки в момент остановки и фиксации несущего винта в заданном положении.

Вертикальный взлет СВВП осуществляют на вертолетном режиме, при котором несущий винт 4 находится в рабочем положении и создаст необходимую подъемную силу, используя, практически, всю мощность двигателя 6, за исключением небольшой ее части, потребляемой тянущим винтом 9, работающим с нулевым шагом, и рулевым винтом 10, компенсирующим реактивный момент, возникающий при работе несущего винта.

Переходные режимы от вертолетного к самолетному осуществляют в горизонтальном полете после вертикального подъема. На начальном этапе перехода к горизонтальному полету ось вращения несущего винта с помощью автомата-перекоса наклоняют вперед, обеспечивая начало разгона. Затем отклонением ее назад постепенно переводят несущий винт на режим авторотации, и СВВП начинает полет в режиме автожира. Освобождаемая при переходе к горизонтальному полету мощность двигателя используется тянущим винтом, который после перехода СВВП на автожирный режим полета уже полностью обеспечивает потребности в тяге, необходимой для продолжения горизонтального пол та. На этих режимах необходимая подъемная сила созда тся несущим винтом совместно с крылом 2. Управление на вертолетных режимах обеспечивается несущим и рулевым винтами, а начиная со стадии полета в режиме автожира элеронами 11, рулями высоты 13 и рулем направления 14.

В процессе полета в режиме автожира, постепенно изменяя при помаши автомата-перекоса общий и циклический шаг несущего винта и одновременно увеличивая скорость полета, осуществляет перераспределение суммарной подъемной силы в сторону увеличения подъемной силы крыла. Достигнув скорости, при которой вся подъемная сила создается крылом, а несущий винт созда т только сопротивление, СВВП переходит на самолетный режим полета, оставаясь в конфигурации винтокрыла. На этом режиме полета осуществляют процесс преобразования СВВП в самолетную конфигурацию, которая достигается путем уборки несущего винта со смыканием его лопастей с крылом. На начальном этапе этого процесса переводят лопасти несущего винта в положение, близкое к нулевому шагу, при котором их хорды параллельны, и при помощи тормоза-стопора несущего винта производят остановку и фиксацию его лопастей в положении, перпендикулярном направлению полета, после чего при помощи механизма подтяга лопастей обеспечивают их отклонение и фиксацию в предельно нижнем положении, определяемом углом свеса g (фиг.4). Уборку несущего винта осуществляют при помощи телескопической колонки 17, обеспечивающей его осевое перемещение к крылу, в процессе которого клиновидные пилоны-ловители 20 входят в контакт с ответными узлами 26 крыла, обеспечивая необходимую точность совмещения лопастей несущего винта с крылом в плане. Одновременно с этим перемещение несущего винта обеспечивает контакт законцовок его лопастей с крылом, что является начальной стадией их смыкания (фиг.5). В процессе дальнейшего перемещения несущего винта после расфиксации его лопастей, находящихся в предельно нижнем положении, осуществляется уборка корпуса механизмов управления 21 со стержнями осевых шарниров 19 в центроплан, а лопасти несущего винта, находящиеся своими законцовками в контакте с крылом, под действием возникающей боковой силы вынуждены, постепенно уменьшая угол g полностью сомкнуться с крылом с некоторым смещением вдоль его размаха (фиг.6). Принятая схема и последовательность уборки несущего винта обеспечивают синхронизацию процесса смыкания его лопастей с крылом без применения специальных синхронизирующих устройств. Фиксацию лопастей в убранном положении в связке с крылом осуществляют с помощью известных конструктивных решений. После смыкания с крылом лопасти образуют с ним единую аэродинамическую несущую поверхность с общим крыльевым профилем, либо образуют с ним механизированную несущую поверхность типа крыло с предкрылком.

После завершения этого процесса СВВП приобретает самолетную конфигурацию, осуществляя дальнейший полет на самолетных режимах. Преобразование СВВП из самолетной в винтокрылую конфигурацию осуществляется в обратной последовательности.

Вариант 2
Предлагаемый вариант СВВП отличается от варианта 1 схемой рабочего положения несущего винта, схемой его уборки и компоновкой трансмиссии.

На фиг. 11 изображен СВВП в самолетной конфигурации, штрихпунктирными линиями показан несущий винт в его рабочем положении. На фиг.12 вид спереди при рабочем положении несущего винта. На фиг.13 вид спереди при убранном положении несущего винта. Вид СВВП в плане соответствует варианту I (фиг.2).

Форма профиля лопасти несущего винта, форма общего крыльевого профиля после смыкания с ним лопасти, форма профиля и сомкнутое положение лопасти с крылом в альтернативном варианте типа крыло с предкрылком аналогичны варианту 1 (фиг. 7,6,9,10).

СВВП содержит фюзеляж, высокорасположенное крыло с центропланом, горизонтальное и вертикальное оперение, шасси, двигатель с тянущим винтом и рулевой винт, не отличающиеся от варианта I (фиг.1.2.3). Несущий винт и трансмиссия, имеющие технические решения, отличные от варианта 1, показаны на фиг. 11,12.

Несущий винт 27 имеет схему, при которой его лопасти в рабочем положении имеют большой угол конусности v, что позволяет совместно с отрицательным углом поперечного V крыла j обеспечить необходимое удаление от крыла наиболее эффективно работающих концевых зон лопастей. В отличие от варианта 1 несущий винт не имеет осевого перемещения вала и крепится непосредственно к фюзеляжу в районе центроплана, лопасти, как и в варианте 1, имеют общий горизонтальный 28 и осевые шарниры 29. Механизмы управления несущим винтом смонтированы в общем блоке 30 с дополнительным редуктором и тормозом-стопором несущего винта. Взамен механизма подтяга лопастей в систему управления несущим винтом включен механизм уборки-выпуска лопастей, например гидравлического типа. Вал несущего винта, как и в варианте 1, наклонен вперед от вертикали на угол d с целью реализации наиболее простой схемы смыкания лопастей с крылом (фиг. 6,9).

Трансмиссия СВВП в отличие от варианта 1, размещена в верхней зоне фюзеляжа, имеет меньшую протяженность за счет исключения телескопической колонки несущего винта и включает главный редуктор 31 с муфтами сцепления и свободного хода, дополнительный редуктор с тормозом-стопором несущего винта, выполненные в общем блоке 30 с механизмами управления несущим винтом, редуктор рулевого винта 32 и систему приводных валов с карданными шарнирами. взлет, подъем, переходные режимы и начало процесса преобразования СВВП в самолетную конфигурацию, при котором лопасти несущего винта 27 останавливают в положении, перпендикулярном направлению полета, аналогичны варианту 1. Уборку лопастей несущего винта осуществляют при помощи механизма уборки-выпуска путем поворота лопастей вокруг оси горизонтального шарнира 26 до смыкания их с крылом, в процессе которого стержни убирающихся в центроплан осевых шарниров 29 входят в контакт с коническими боковыми поверхностями размещенных в центроплане ложементов, что обеспечивает необходимую точность совмещения лопастей с крылом в плане. Для предотвращения возможного отсоса концевых зон лопастей при их смыкании с крылом на лопастях могут быть установлены пилоны, размещенные аналогично пилонам-ловителям 20 варианта 1, при помощи которых может быть обеспечен дополнительный подтяг концевых частей лопастей к крылу. После смыкания с крылом лопасти несущего винта, как и в варианте 1, образуют с ним единую аэродинамическую несущую поверхность с общим крыльевым профилем, либо образуют с ним механизированную несущую поверхность типа крыло с предкрылком. После завершения процесса смыкания лопастей с крылом СВВП приобретает самолетную конфигурацию, аналогичную варианту 1, и осуществляет дальнейший полет на самолетных режимах. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6 ЫЫЫ8 ЫЫЫ10 ЫЫЫ12

Использование: в области авиационной техники. Сущность изобретения: два варианта комбинированного самол та вертикального взл та и посадки содержат все основные элементы самолета и вертолета, выполненные по одновинтовой схеме с рулевым, тянущим и двухлопастным несущим винтами, последний из которых убираются в полете, и отличаются схемой рабочего положения несущего винта, схемой его уборки и компоновкой трансмиссии. Преобразование самолета вертикального взлета и посадки из винтокрылой конфигурации в самолетную осуществляется в горизонтальном полете путем остановки несущего винта в положении, перпендикулярном направлению полета, и сближения его лопастей с крылом, в процессе которого лопасти смыкаются с крылом и образуют единую аэродинамическую несущую поверхность с общим крыльевым профилем, или образуют с ним механизированную несущую поверхность типа крыло с предкрылком. 3 с.п. ф-лы, 13 ил.

1. Комбинированный самолет вертикального взлета и посадки винтокрылой схемы, содержащий фюзеляж, убирающийся в полете несущий винт с колонкой, двигатель, высокорасположенное крыло, горизонтальное и вертикальное оперения и шасси, отличающийся тем, что он выполнен по одновинтовой схеме с рулевым, тянущим и двухлопастным несущим винтами, содержит трансмиссию с тормозом-стопором, обеспечивающим остановку и фиксацию несущего винта в положении, перпендикулярном направлению полета, и телескопическую колонку, обеспечивающую осевое перемещение вала несущего винта, при этом его лопасти, смыкаясь с крылом, образуют единую аэродинамическую несущую поверхность с общим крыльевым профилем или образуют с ним механизированную несущую поверхность типа крыло с предкрылком. 2. Комбинированный самолет вертикального взлета и посадки винтокрылой схемы, содержащий фюзеляж, убирающийся в полете несущий винт, двигатель, высокорасположенное крыло, горизонтальное и вертикальное оперение и шасси, отличающийся тем, что он выполнен по одновинтовой схеме с рулевым и тянущим винтами и двухлопастным несущим винтом с большим углом конусности лопастей, обеспечивающим их необходимое удаление от крыла, содержит трансмиссию с тормозом-стопором, обеспечивающим остановку и фиксацию несущего винта в положении, перпендикулярном направлению полета, а система управления несущим винтом содержит механизм уборки-выпуска лопастей, обеспечивающий их поворот вокруг оси горизонтального шарнира, при этом лопасти, смыкаясь с крылом, образуют единую аэродинамическую несущую поверхность с общим крыльевым профилем или образуют с ним механизированную несущую поверхность типа крыло с предкрылком. 3. Способ преобразования винтокрылого летательного аппарата в самолетную конфигурацию, включающий остановку и уборку несущего винта, отличающийся тем, что остановку несущего винта осуществляют в положении, перпендикулярном направлению полета после достижения горизонтальной скорости, при которой вся подъемная сила создается крылом, а несущий винт создает только сопротивление, уборку несущего винта производят путем сближения его лопастей с крылом, при этом лопасти, смыкаясь с крылом, образуют единую аэродинамическую несущую поверхность с общим крыльевым профилем или образуют с ним механизированную несущую поверхность типа крыло с предкрылком.