МАХОЛЕТ Российский патент 1996 года по МПК B64C33/02 

Изобретение относится к авиации, в частности к летательным аппаратам с машущими крыльями.

Известна конструкция махолета /см. патент США N 3498574, кл. 244-22, 1970 г./, содержащая механически жесткий каркас, место для пилота, два машущих крыла, шарнирно прикрепленных к боковым сторонам каркаса, энергетическую установку, механизм привода машущих крыльев и хвостовое оперение.

Основной недостаток известной конструкции махолета заключается в том, что его сложный гидравлический привод с гидроцилиндром и с поршнем на одностороннем штоке, сообщает угловые возвратно-поворотные машущие движения двум крыльям, шарнирно прикрепленным корневыми концами к каркасу махолета, а хвостовое оперение выполняет лишь единственную функцию руля направления.

Известный механизм привода крыльев, прикрепленных корневыми концами к каркасу, сообщает им возвратно-поворотные машущие движения, создающие низкую аэродинамическую эффективность; во-первых потому, что при выходе из крайнего верхнего или нижнего положений крылья с расположением их под значительным /до 45^o/ углом к горизонтали изменяют направление своего движения и обладают в крайних точках взмаха нулевой скоростью, не создавая аэродинамических сил; во-вторых потому, что крылья, при прохождении с максимальной угловой скоростью через биссектрису угла взмаха, развивают неравномерное распределение аэродинамических сил вдоль размаха крыла с убыванием величины вектора сил до нуля в направлении от свободных ее концов к корню, причем биссектриса угла взмаха не совпадает с горизонталью; и в-третьих потому, что кинематика механизма привода крыльев с возвратно-поворотными колебаниями на одноопорном креплении и с остановками в крайних точках взмаха не рациональна для повышения их частоты взмахов.

Другой существенный недостаток известного махолета заключается в том, что для безопасности полета он не обеспечен необходимыми функциями управления по тангажу и крену, а его хвостовое оперение способно осуществлять лишь единственную функцию руля направления при воздействии ногами пилота на двуплечий рычаг управления хвостовым оперением.

К тому же, известный махолет способен совершать вместо планирующего полета парашютирование, т. к. его крылья в немашущем режиме не могут находиться в горизонтально распростертом положении, а способны занять устойчивое равновесие лишь располагаясь в крайних верхних точках взмаха, под значительным углом к горизонтали.

Целью настоящего изобретения является повышение аэродинамической эффективности, упрощение механизма привода и крепления машущих крыльев махолета с обеспечениям за период взмаха автоматического изменения угла их установки и надежное управление им при различных режимах полета.

Указанная цель достигается тем, что на каркасе махолета вращательно установлены, два передних и два задних коленчатых вала, кинематически связанных, например, коническими шестернями с энергетической установкой, синхронно обеспечивающие им противоположное направление вращения, причем на кривошипных пальцах коленчатых валов с помощью, например, шаровых подшипников и дуговых пазов D-образного сечения, шарнирно укреплены переднее и заднее машущие крылья вогнутого профиля, а кривошипные пальцы валов отогнуты оптимально на угол в 32^o, в перпендикулярном направлении, в сторону вращения переднего крыла, от плоскости, проходящей через ось коленчатого вала и центр шарового подшипника.

Шаровые подшипники переднего крыла и дуговые пазы заднего крыла установлены от их передних кромок на расстоянии одной трети длины их вогнутого профиля. Концы крыльев от их краев, на длине, равной значению хорды профиля, выполнены отогнутыми поперек продольной оси крыла вверх под углом в 16^o.

На шасси, по обеим сторонам расположения места пилота, поворотно установлены трубы с отогнутым вверх задним концом, к каждому из которых шарнирно прикреплены одноплоскостные оперения, а к переднему концу каждой трубы шарнирно прикреплены рычаги управления, соединенные с оперением проложенной внутри труб тросовой проводкой.

Конструктивная схема предложенного махолета представлена на чертежах.

На фиг. 1 изображен махолет, вид сбоку; на фиг. 2 вид на махолет сверху; на фиг. 3 положение профиля крыла в различные моменты времени в период опускания крыла из верхнего крайнего положения в нижнее; на фиг. 4 - положение профиля крыла в различные моменты времени в период подъема крыла из нижнего крайнего положения в верхнее.

Махолет содержит механически жесткий и легкий каркас 1 с трехколесным шасси 2, место 3 для пилота и энергетическую установку 4, скрепленные с каркасом. На каркасе вращательно установлены два передних коленчатых вала 5 и два задних коленчатых вала 6, кинематически связанных, например, коническими шестернями 7, синхронно обеспечивающие им относительно друг друга противоположное направление вращения. Каждый передний коленчатый вал 5 имеет кривошип 8 с кривошипным пальцем 9, взаимно параллельно расположенные между собой, а задние коленчатые валы 6 имеют кривошип 10 с кривошипным пальцем 11, взаимно-параллельные между собой. На кривошипных пальцах 9 укреплено переднее крыло 12, а на кривошипных пальцах 11 укреплено заднее крыло 13 с помощью, например, шаровых подшипников 14 и дуговых пазов 15 П-образного сечения, внутрь которых помещены концы кривошипных пальцев, возвратно-поворотно скользящие внутри пазов. Шаровые подшипники 14 переднего крыла 12 и дуговые пазы 15 заднего крыла 13 установлены от их передних кромок на расстоянии одной трети длины их вогнутого профиля. Концы крыльев 12 и 13 от их торцов на длине, равной значению хорды профиля, выполнены отогнутыми /не показано/ поперек продольной оси крыла, вверх под углом в 16^o. Кривошипные пальцы 9 и 11 коленчатых валов 5 и 6 выполнены отогнутыми в перпендикулярном направлении от плоскости, проходящей через оси коленчатых валов и центры шаровых подшипников 14, на одинаковые по величине углы β, оптимально в 32^o, при этом кривошипные пальцы 9 и 11 отклонены в сторону вращения переднего крыла.

На шасси 2, слева и справа от места 3 для пилота, поворотно установлены с изогнутыми вверх задними концами трубы 16, к переднему концу каждой из которых шарнирно прикреплен рычаг управления 17, а на заднем, отогнутым вверх конце каждой трубы, шарнирно установлено хвостовое одноплоскостное оперение 18. Рычаг управления 17 с хвостовым оперением 18, как на левой так и на правой трубе 16 в отдельности соединены между собой, проложенной внутри трубы тросовой проводкой 19 и 20.

Предложенная конструкция махолета осуществляет машущий и планирующий режимы полета следующим образом.

В режиме машущего полета от энергетической установки 4 вращение передается через конические шестерни 7 на коленчатые валы 5 и 6, в результате чего два передних коленчатых вала 5 одновременно совершают вращение в одном направлении, а два задних коленчатых вала 6 синхронно относительно передних валов совершают вращение в противоположном им направлении. Совместно с вращающимися коленчатыми валами 5 и 6 приходят в круговое вращение вокруг осей валов их кривошипы 8 и 10 с кривошипными пальцами 9 и 11 и крыльями 12 и 13, шарнирно укрепленными на кривошипных пальцах с помощью шаровых подшипников 14 и дуговых пазов 15. Переднее крыло 12, шарнирно укрепленное на двух кривошипных пальцах 9, и заднее крыло 13 на двух кривошипных пальцах 11, в процессе кругового движения вокруг осей коленчатых валов по радиусу, равному длине кривошипов 8, 10, сохраняют постоянство ориентации продольного размаха крыльев в горизонтальном направлении, совершая взмахи, равные по величине удвоенному радиусу кривошипа, сверху вниз или наоборот, с окружной скоростью вращения, без остановок в крайних верхних и нижних точках взмаха.

Причем вектор вертикальной слагающей окружной скорости, постоянно направленный перпендикулярно размаху крыла, синусоидально находящийся в функции от угла поворота кривошипа, изменяется от нуля, в верхних и нижних точках взмаха, до своего максимума, равного по значению величине окружной скорости в средних точках своего взмаха, а вектор горизонтальной слагаемой окружной скорости, постоянно направленный вдоль размаха крыла, изменяется от нуля в средних точках взмаха крыла до своего максимума, равного по значению величине окружной скорости крыла при прохождении ею верхних и нижних точек взмаха. Такое свойство безостановочного прохождения крыльями верхних и нижних точек взмаха со значительной скоростью вектора горизонтальной составляющей, направленного вдоль размаха крыльев, способствует набегающему со стороны торца крыльев встречному потоку воздуха направляться под нижнюю ее плоскость, благодаря отогнутым вверх на угол в 16 концов крыльев, создавая под крылом воздушную "подушку", эффективно обеспечивая увеличение аэродинамической подъемной силы, когда вертикальная слагающая вектора окружной скорости крыльев в этот момент взмаха минимальна.

В машущем режиме полета изменение угла установки крыльев, вызывающее изменение аэродинамических сил /силы тяги и подъемной силы/, автоматически в процессе кругового вращения крыльев обеспечивается путем поворота и возвратно-продольного скольжения концов кривошипных пальцев 9 и 11, отогнутых на угол "b" внутри П-образного сечения дуговых пазов 15. Угол установки крыльев периодически в процессе взмаха изменяется от нуля, в моменты прохождения крыльями верхних и нижних точек взмаха, до своего максимума, в моменты прохождения крыльями средних точек своего взмаха /см. фиг. 3, 4/ в функциональной зависимости от угла поворота кривошипа коленчатого вала, определяемого по уравнению:
tgΦ=tgβ•sinω,
где v искомая величина угла установки крыла,
b значение известного угла отгиба кривошипных пальцев 9 и 11 оптимально в 32^o,
w величина угла поворота кривошипов 8 и 10 коленчатых валов из вертикального положения в горизонтальное.

Поворот кривошипа на угол 90^o из вертикального его положения определяет максимальное наклонение угла остановки крыла равного по величине углу сгиба кривошипного пальца в 32^o, т. е. v_max 32^o =β.

Режим немашущего планирующего полета махолет совершает в периоды отказа в работе или включения энергетической установки 4, при этом машущие крылья 12 и 13 займут положение устойчивого равновесия и будут находиться в крайнем верхнем положении с направленными вертикально вверх кривошипами 8 и 10, причем размах крыльев всегда будет ориентирован в горизонтальном направлении, обеспечивая махолету наилучшие аэродинамические условия для режима планирования, а отогнутые вверх концы крыльев под углом в 16^o способствуют уменьшению индуктивного сопротивления и увеличению их эффективности.

Управление махолетом в различных условиях режима полета надежно обеспечивается ручным перемещением двух рычагов управления 17, воздействующих на два хвостовых одноплоскостных оперения 18, которые обеспечивают выполнение трех необходимых для полета функций управления махолетом.

Продольное управление с изменением угла тангажа производится наклонением обеих рычагов 17 назад "на себя" или вперед "от себя", при котором изменяется угол атаки оперения 18, приводящее к необходимому изменению угла тангажа махолета, влияющего на угол атаки машущих крыльев, а следовательно, и на их аэродинамические силы / силу тяги и подъемную силу /, которые могут изменяться по желанию пилота.

Поперечная управляемость махолетом производится одновременным наклонением левого и правого рычагов 17, например, левого "от себя", а правого "на себя" или наоборот, в зависимости от направления возникшего бокового крена.

Управление путевым направлением полета производится путем раздельного наклонения рычагов управления 17. При отклонении правого рычага 17 вперед "от себя" с одновременным поворотом его вправо, совместно с трубой 16 достигается изменение направления полета в правую сторону, а при отклонении левого рычага 17 вперед "от себя" с одновременным поворотом его влево совместно с трубой 16, достигается изменение направления полета в левую сторону.

Предложенная новая конструктивная схема махолета с двухопорным креплением машущих крыльев на кривошипах коленчатых валов простого механизма их привода при постоянной горизонтальной ориентации их продольного размаха и безостановочного движения их в моменты прохождения нижней и верхней крайних точек взмаха, повышает его аэродинамическую эффективность.

Двухопорное крепление машущих крыльев на кривошипах двух коленчатых валов, позволяет выполнять их легкими, механически более прочными с тонким профилем, что способствует уменьшению их массы и увеличению частоты взмахов. Постоянная горизонтальная ориентация продольного размаха крыльев, обеспечивает равномерность распределения аэродинамических сил вдоль размаха, увеличивая в два раза подъемную силу и тягу машущих крыльев, по сравнению с известным махолетом при равенстве с ним несущей поверхности крыльев, а безостановочное кинематическое движение их в моменты прохождения крайних точек взмаха обеспечивает отогнутым вверх концам крыльев создавать аэродинамическую воздушную "подушку" под их нижней плоскостью, увеличивая им в этот момент подъемную силу.

Продольная управляемость углом тангажа махолета, с помощью хвостового оперения, влияющая на изменение угла атаки машущих крыльев, обеспечивает изменение подъемной силы и тяги, что способствует облегчению условию пилотирования махолетом.

Возможность отдыха пилота в периоды свободного планирования с горизонтально-распростертым размахом немашущих крыльев, позволяет использовать предложенную конструкцию с большей аэродинамической эффективностью в качестве мускулолета. ЫЫЫ2

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к летательным аппаратам с машущим крылом. Махолет содержит каркас 1, шасси 2, место 3 для пилота, энергетическую установку 4. На каркасе 1 установлены два передних 5 и два задних 6 коленчатых вала. Каждый передний коленчатый вал 5 имеет кривошип 8 с кривошипным пальцем 9, а задние коленчатые валы 6 имеют кривошип 10 с кривошипным пальцем 11. На кривошипных пальцах 9 укреплено переднее крыло 12, а на кривошипных пальцах 11 укреплено заднее крыло 13 с помощью шаровых подшипников 14 и дуговых пазов 15 П-образного сечения. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Махолет, содержащий механически жесткий каркас, место для пилота, два машущих крыла, энергетическую установку, механизм привода машущих крыльев и хвостовое оперение, отличающийся тем, что, с целью повышения аэродинамической эффективности, упрощения механизма привода и крепления машущих крыльев с обеспечением за период взмаха автоматического изменения угла их установки и надежного управления махолетом при различных режимах, на каркасе вращательно установлены два передних и два задних коленчатых вала, кинематически связанных, например, коническими шестернями с энергетической установкой, синхронно обеспечивающие им противоположное направление вращения, причем на кривошипных пальцах коленчатых валов с помощью, например, шаровых подшипников и дуговых пазов П-образного сечения шарнирно укреплены переднее и заднее машущие крылья вогнутого профиля, а кривошипные пальцы валов отогнуты оптимально на угол в 32^o, в перпендикулярном направлении в сторону вращения переднего крыла от плоскости, проходящей через ось коленчатого вала и центр шарового подшипника. 2. Махолет по п.1, отличающийся тем, что концы крыльев от их краев на длине, равной значению хорды профиля, выполнены отогнутыми поперек продольной оси крыла, вверх под углом в 16^o. 3. Махолет по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что шаровые подшипники переднего крыла и дуговые пазы заднего крыла установлены от их передних кромок на расстоянии одной трети длины их вогнутого профиля. 4. Махолет по пп. 1 3, отличающийся тем, что на шасси по обеим сторонам расположения места пилота поворотно установлены трубы с отогнутым вверх задним концом, к каждому из которых шарнирно прикреплены одноплоскостные оперения, а к переднему концу каждой трубы шарнирно прикреплены рычаги управления, связанные с оперением, проложенной внутри труб, тросовой проводкой.