ВЕРТОСТАТ Российский патент 1996 года по МПК B64B1/34 

Изобретение относится к воздухоплавательной технике типа дирижабль и может быть использовано для проведения монтажных работ, при лесоразработках и для перевозки грузов.

Известна также конструкция вертостата, состоящая из дискообразного корпуса, имеющего в центре отверстие (проем), в которое установлен подъемный вентовентилятор и в статор вентовентилятора встроена грузовая кабина, в задней части корпуса сбоку встроены два крыла, сзади в корпус встроен киль хвостового оперения с двумя турбовинтовыми двигателями с тянущими винтами, спереди в корпус встроена пилотская кабина, а на выходе из проема смонтированы воздушные рули управления (см. журнал "Гражданская авиация" N 7 и N 8 за 1991 г. стр. 5-7, статья "Альтернативный воздушный транспорт", стр. 6 рис. 1). Прототип.

Основными недостатками конструкции такого вертостата являются:
1. Плохая управляемость положением в пространстве и маневренность при взлетно-посадочных режимах и в полете, особенно при сильном боковом косом ветре, из-за выступающих за корпус пилотской кабины, консольно расположенных крыльев и киля хвостового оперения с двигателями тянущих винтов.

2. Воздушные рули, расположенные на выходе из центрального проема, где установлен вентовентилятор с подъемными винтами, малоэффективны, особенно при ветровых нагрузках, от близкого расположения от центра проема, из-за чего мало плечо для создания необходимого противодействующего крутящего момента.

3. Сложность конструкции каркаса корпуса и его большой вес из-за того, что в него встроены пилотская кабина, крылья и киль хвостового оперения.

4. Неудобство загрузки и выгрузки грузов из грузовой кабины из-за расположения ее в статоре подъемного винтовентилятора.

Задачей изобретения является:
1. Повышение надежности эксплуатации вертостатов летательных аппаратов типа дирижабль, что обеспечивается путем повышения устойчивости и эффективности управления в пространстве, особенно при ветровых нагрузках.

2. Повышение несущей способности, дальности полета, надежности и экономичности эксплуатации вертолетов, что обеспечивается путем установки вертолетов в центральное отверстие кольцеобразного корпуса в виде тора, заполненного несущим газом.

Отличительные признаки предложенного технического решения от прототипа:
1. На кольцеобразно выполненном корпусе отсутствуют выступающие части - пилотская кабина, крылья, двигатели с тянущими винтами.

2. Подъемные винты, крылья, двигатели с тянущими винтами, пилотская и грузовая кабина установлены под корпусом на силовой раме, соединенной через подкосы и силовое кольцо с корпусом.

3. Рулевые винты установлены на концах крыльев и на конце продольной балке.

4. В центральное отверстие корпуса вместо подъемных винтов и грузовой кабины установлен вертолет.

Изобретение поясняется чертежами (фиг. 1-4), где:
На фиг. 1 показан продольный разрез вертостата с установкой двух винтовентиляторов;
На фиг. 2 показан поперечный разрез А-А фиг. 1 вертостата с установкой двух винтовентиляторов.

На фиг. 3 показан вид снизу по стрелке Б фиг. 1 на вертостат с установкой двух винтовентиляторов.

На фиг. 4 показан продольный разрез вертостата с установкой вертолета.

Вертостат с установкой двух винтовентиляторов (фиг. 1-3) содержит корпус 1 кольцеобразной формы в виде тора с центральным отверстием 2, пилотскую и грузовую кабину 3, два винтовентилятора 4, установленные сбоку пилотской и грузовой кабины 3 и состоящие из корпуса 5 и двух подъемных винтов 6 и 7, вращающиеся во время работы в разные стороны, два крыла 8 и 9, соединенные с корпусом 5 винтовентиляторов 4, два двигателя 10 с тянущими винтами 11 и встроенные в крылья 8 и 9, соединенные с корпусом 5 винтовентиляторов 4, два двигателя 10 с тянущими винтами 11 и встроенные в крылья 8 и 9, силовую раму 12, соединенной с пилотской и грузовой кабиной 3 через подкосы 13, силовое кольцо 14, соединенное через подкосы 15 с силовой рамой 12 и с корпусом 1, продольную балку 16, соединенную с пилотской и грузовой кабиной 3 и с силовой рамой 12 подкосами, два рулевых винта 17 и 18 для управления горизонтальным положением в поперечном направлении и установленные на концах крыльев 8 и 9, один рулевой винт 19 для управления горизонтальным положением в продольном направлении и один рулевой винт 20 для поворота, установленные на конце продольной балки 16.

Вертостат с установкой вертолета (фиг. 4) содержит вертолет 21, установленный вместо пилотской и грузовой кабины 3 и двух винтовентиляторов 4 и состоящий из пилотской и грузовой кабины 22 и несущего винта 23 и силовое кольцо 24, выполненный в виде кольцевой форменной конструкции.

Конструктивные особенности предложенных вертостатов: крылья 8 и 9, винтовентиляторы 4 и рулевые винты 17 и 18 на концах крыльев установлены так, что оси 25 и 26 подъемных винтов 6 и 7 винтовентиляторов, точки 27 и 28 приложения равнодействующих аэродинамических сил на крыльях, определенные при угле атаки, равном нулю, и оси 29 и 30 рулевых винтов 17 и 18 лежат в одной плоскости 31, проходящей через геометрическую ось 32 кольцеобразного корпуса 1 и через центр тяжести 33 конструкции.

Вертолет 21 установлен так, что ось несущего винта 23 совпадает с геометрической осью 32 корпуса.

При выполнении корпуса 1 мягкой оболочкой силовое кольцо 14 соединено с оболочкой лентами через равные промежутки, а при выполнении корпуса жесткой конструкцией силовое кольцо 14 соединено с каркасом корпуса крепежом или другим способом.

Вместо рулевых винтов 17, 18, 19 и 20 могут быть установлены воздушные рули.

Подъемные винты 6 и 7 винтовентиляторов 4 могут развивать во время работы как прямую, так и обратную тягу.

В предложенных вертостатах винтовентиляторы 4 и вертолет 21 установлены с прямой тягой винтов, направленной вверх. При этом вертостаты являются дирижаблями гибридного комбинированного типа: вес конструкции уравновешивается аэростатической подъемной силой заключенного в корпус 1 несущего газа, а вес груза уравновешивается тягой подъемных винтов 6 и 7 винтовентиляторов 4 или несущих винтов 23 вертолета 21.

Предложенное решение можно применять и в аэростатах, которые являются типичными дирижаблями, так как вес конструкции аэростата и вес груза уравновешивается в полете аэростатической подъемной силой несущего газа. При этом винтовентиляторы 4 и вертолет 21 устанавливаются с прямой тягой винтов, направленной вниз и винты 6, 7 и 23 становятся посадочными винтами и служат для обеспечения снижения и посадки аэростата.

Вертолет работает следующим образом:
1. Подъем вертостата от земли производится за счет аэростатической подъемной силы несущего газа и аэродинамической подъемной силы винтов 6 и 7 винтовентиляторов 4 или несущих винтов 23 вертолета 21.

2. Горизонтальный полет вертостата обеспечивается тягой тянущих винтов 11 от двигателей 10. При этом подъем вертостата в полете на необходимую высоту производится прямой тягой винтов винтовентиляторов 4 или вертолета 21 или аэродинамической подъемной силой крыльев 8 и 9. При полете за счет подъемной силы крыльев винты винтовентиляторов и вертолета могут быть остановлены, так как полет при этом более экономичен из-за меньшего расхода топлива.

3. Снижение и посадка вертостата производится за счет уменьшения аэродинамической подъемной силы крыльев и подъемной силы винтов винтовентиляторов или вертолета.

Управление горизонтальным положением вертостата в поперечном направлении при подъеме, в полете и при снижении производится тягой рулевых винтов 17 и 18, установленных на концах крыльев 8 и 9 в поперечной плоскости 31, а в продольном направлении тягой рулевого винта 19, установленного на конце продольной балки 16.

Маневрирование (повороты) вертостата обеспечивается тягой рулевого винта 20, установленного на конце продольной балки 16.

Повышение надежности эксплуатации вертостатов обеспечивается:
1. Выполнением корпуса кольцеобразным в виде тора, что облегчает поворот вертостата независимо от направления ветровых нагрузок.

2. Отсутствием выступающих частей корпуса, особенно на периферии, чем облегчается управление положением в пространстве как в полете, так и при взлетно-посадочных режимах, особенно при боковом косом ветре.

3. Установкой пилотской и грузовой кабины, крыльев, двигателей с тянущими винтами, подъемных и рулевых винтов и продольной балки под корпусом, что повышает устойчивость вертостата от опрокидывания, особенно при боковых косых ветровых нагрузках, так как центр тяжести вертостата находится с нижней стороны корпуса.

4. Установкой пилотской и грузовой кабины, крыльев, двигателей с тянущими винтами на специальной силовой раме, соединенной подкосами через силовое кольцо с корпусом, что обеспечивает их надежное крепление за счет равномерной передачи усилий от силового кольца к кольцеобразному корпусу.

5. Установкой рулевых винтов на значительном расстоянии от центра тяжести вертостата на концах крыльев и на конце продольной балки, что позволяет создавать значительные крутящие моменты по преодолению крутящих моментов от ветровых нагрузок, действующих на корпус и на отдельные части вертостата - пилотскую и грузовую кабину, крылья, двигатели с тянущими винтами и др. которые установлены на прототипе в непосредственной близости от центра тяжести.

Повышение грузоподъемности, дальности полета, надежности и экономичности эксплуатации вертолетов обеспечивается:
1. Установкой вертолетов в центральное отверстие кольцеобразного корпуса, из-за чего повышается грузоподъемность вертолетов, так как аэростатические силы несущего газа уравновешивают вес конструкции вертостата, в том числе и вертолета, а вся аэродинамическая подъемная сила несущих винтов вертолета используется для подъема груза.

2. Дальность полета вертолетов повышается за счет возможности транспортировки значительного количества топлива из-за повышения грузоподъемности вертолетов.

3. Надежность эксплуатации повышается за счет большой парусности кольцеобразного корпуса вертостата. В случае отказа двигателей снижение вертостата происходит без аварии.

4. Экономичность вертолетов повышается за счет повышения грузоподъемности при том же расходе топлива и за счет полета с использованием аэродинамической подъемной силы неподвижных крыльев по сравнению с использованием аэродинамической подъемной силы вращающихся лопастей винтов вертолета в косом воздушном потоке.

На основе перечисленных отличительных признаков предложенное техническое решение позволяет создавать надежные и экономичные в эксплуатации новые грузоподъемные летательные аппараты типа дирижабль различного назначения: для транспортировки различных, в том числе и негабаритных грузов на внешней подвеске, для проведения монтажных работ и для лесоразработок.

Кроме того, открывается возможность повышения грузоподъемности, дальности полета, надежности и экономичности эксплуатации существующих вертолетов, устанавливая их на вертостат.

Использование: в воздухоплавании при проектировании комбинированных летательных аппаратов. Сущность изобретения: вертостат содержит полый корпус кольцеобразной формы, заполненный несущим газом, рули управления, при этом подъемные винты, крылья, двигатели с тянущими винтами, пилотская и грузовая кабины, установлены под корпусом на силовой раме, соединенной через подкосы и силовое кольцо с корпусом. Оси подъемных винтов и точки приложения равнодействующих аэродинамических сил на крыльях при угле атаки, равном нулю, могут лежать в одной плоскости, проходящей через геометрическую ось корпуса и через центр тяжести конструкции. На концах крыльев могут быть установлены рулевые винты. На конце продольной балки, соединенной с пилотской и грузовой кабиной и с силовым кольцом, могут быть установлены рулевые винты. 4 ил.

1. Вертостат, содержащий полый корпус кольцеобразной формы, заполненный несущим газом, подъемные винты, установленные в центральное отверстие корпуса, крылья, двигатели с тянущими винтами, пилотскую и грузовую кабины и рули управления, отличающийся тем, что крылья, двигатели с тянущими винтами, подъемные винты, пилотская и грузовая кабина установлены под корпусом на силовой раме, соединенной через подкосы и силовое кольцо с корпусом. 2. Вертостат по п. 1, отличающийся тем, что оси установленных подъемных винтов и точки приложения равнодействующих аэродинамических сил на крыльях при угле атаки, равном 0, лежат в одной плоскости, проходящей через геометрическую ось кольцеобразного корпуса и через центр тяжести конструкции. 3. Вертостат по п. 1, отличающийся тем, что два рулевых винта для управления горизонтальным положением в поперечном направлении установлены на концах крыльев, один рулевой винт для управления горизонтальным положением в продольном направлении и один рулевой винт для поворота установлены на конце продольной балки, соединенной с пилотской и грузовой кабиной и с силовым кольцом.