ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ Российский патент 1997 года по МПК B64C29/00 

Изобретение относится к области авиации, в частности к аппаратам с вертикальным взлетом и посадкой.

Известны летательные аппараты (ЛА) вертикального взлета и посадки, включающие фюзеляж с одним или двумя двигателями и воздушными винтами, крыльями, горизонтальным и вертикальным хвостовым оперением, рулевые плоскости которого расположены в струе воздушного винта, а также выдвижные боковые опоры шасси и заднюю опору [1]
Недостатком конструкции данных летательных аппаратов является то, что применение одного или двух двигателей, установленных вдоль средней линии фюзеляжа, для вертикального взлета требуют применения винтов большого диаметра, что увеличивает длину боковых опор шасси для горизонтальной посадки. В случае применения одного тянущего винта, расположенного впереди крыльев, эффективность управления его воздушным потоком рулевыми плоскостями хвостового оперения весьма низкая из-за большого удаления, что особенно важно при вертикальной посадке. Применение короткого фюзеляжа делает данный летательный аппарат неустойчивым в горизонтальном полете, а перевод его после вертикального взлета в горизонтальный полет возможен лишь при большой скорости вертикального подъема, когда начнет работать крыло, так как одного усилия рулей высоты недостаточно для того, чтобы повернуть летательный аппарат на 90^o вокруг точки тяги винта. Для этого необходимо применение очень мощной двигательной установки, что создаст ощутимый вращающий момент вокруг средней линии фюзеляжа на вертикальном взлете и посадке.

Известна конструкция ЛА вертикального взлета, содержащего фюзеляж с крылом, горизонтальным оперением, двигатели с воздушными винтами, рулевые плоскости, расположенные в струе воздушного винта, а также выдвижные боковые опоры шасси и заднюю опору [2]
Недостатком данной конструкции является то, что воздушные винты расположены соосно вдоль средней линии фюзеляжа, из-за чего КПД толкающего винта ниже КПД тянущего, так как он работает в возмущенном потоке последнего. Перед горизонтальной посадкой необходима остановка толкающего винта и установка его в положение, параллельное плоскости крыльев, так как при касании земли задней опорой расстояние от центра вращения толкающего винта до земли меньше его радиуса. Необходимость расположения толкающего винта вблизи хвостового оперения приводит к увеличению общей длины фюзеляжа, а также общей массы летательного аппарата. Центр масс данного летательного аппарата расположен позади фокуса, из-за чего горизонтальный полет будет весьма неустойчив.

Задачей изобретения является создание такой аэродинамической схемы ЛА вертикального взлета и посадки, в которой были бы исключены вышеперечисленные недостатки и достигался технический результат, выраженный в виде повышения устойчивости и управляемости ЛА.

Сущность изобретения заключается в том, что в конструкции летательного аппарата вертикального взлета и посадки, содержащего фюзеляж с крылом, горизонтальным и двухкилевым хвостовым оперением, двигатели с воздушными винтами, рулевые плоскости, расположенные в струе воздушного винта, а также выдвижные боковые опоры шасси и заднюю опору, крыло выполнено по бипланной схеме, а между верхними и нижними консолями крыльев жестко установлены на пилонах двигатели с винтами, при этом крыло выполнено с возможностью перемещения вдоль фюзеляжа.

При вертикальном взлете рулевые плоскости хвостового оперения находятся в непосредственной близости с воздушными винтами, а центр масс лежит в плоскости вращения винтов, что делает летательный аппарат максимально чувствительным к углу поворота рулевых плоскостей. При этом усилия от руля высоты достаточны для перевода летательного аппарата после вертикального взлета в горизонтальный полет. После этого с помощью специального устройства крыло с двигателями и воздушными винтами перемещается вдоль фюзеляжа до положения, при котором центр масс находится рядом с фокусом летательного аппарата, а хвостовое оперение удалено от воздушных винтов. Это создает устойчивость в горизонтальном полете.

На фиг. 1 изображен условный фронтальный разрез; на фиг. 2 изображен вид сбоку ЛА; на фиг. 3 схема вертикального взлета и посадки ЛА; на фиг. 4 - схема горизонтального взлета и посадки.

Летательный аппарат вертикального взлета содержит балочный фюзеляж 1, в нижней части которого расположено двухкилевое хвостовое оперение, состоящее из руля высоты 2, руля направления 3, стабилизатора 4 и килей 5. В верхней части фюзеляжа расположена кабина пилота 6. Фюзеляж посредством специального устройства (тросового привода или пары рейка-шестерня) может перемещаться в сквозном канале 7 по шарнирным направляющим опорам 8. В крыле 9, которое выполнено по бипланной схеме, между верхними и нижними консолями жестко установлены на пилонах 10 двигатели с винтами 11. В нижней части крыла расположены элероны 12 и стойки шасси 13. Стойка шасси 14 имеет возможность при помощи механизма 15 отводиться с сторону для осуществления горизонтальной посадки. Колеса задней опоры 16 расположены в килях хвостового оперения.

Вертикальный взлет предлагаемого летательного аппарата осуществляется за счет силы тяги винтов двигательных установок 11. Часть воздушного потока управляется рулем высоты 2 и направления 3, расположенных в струях воздушных винтов. Воздушный поток, отраженный от рулевых плоскостей, будет создавать боковое усилие, вызывающее наклон фюзеляжа в противоположную сторону, с центром вращения, расположенном в плоскости вращения воздушных винтов и средней линии фюзеляжа. Центр масс летательного аппарата при вертикальном взлете лежит в той же точке, что обеспечивает максимальную чувствительность к положению рулевых плоскостей хвостового оперения и позволяет переводить летательный аппарат в горизонтальный полет даже при самой малой скорости вертикального подъема. Одновременно с этим с помощью специального устройства фюзеляж перемещается вдоль своей оси по отношению к крыльям до конечного положения, при котором хвостовое оперение максимально удалено от воздушных винтов и центр масс находится вблизи фокуса летательного аппарата. Горизонтальный полет данного летательного аппарата ничем не отличается от полета обычного двухмоторного биплана.

Перед вертикальной посадкой фюзеляж летательного аппарата необходимо перевести в вертикальное положение, для чего необходимо снизить скорость и рулем высоты опустить хвост до вертикального положения фюзеляжа, что аналогично выполнению фигуры "кобра Кузнецова". После этого необходимо максимально приблизить хвостовое оперение к воздушным винтам, переводя летательный аппарат в режим зависания, а затем, уменьшая тягу винтов, произвести вертикальную посадку.

В случае необходимости можно произвести горизонтальную посадку, для чего при помощи механизма 15 стойка шасси 14 устанавливается в положение, перпендикулярное плоскости крыла. Положение фюзеляжа по отношению к крыльям остается таким же, как в горизонтальном полете. Посадка производится на боковые шасси 14 и заднюю опору 16. Горизонтальная посадка ничем не отличается от посадки обычного биплана.

Возможность летательного аппарата производить вертикальный или горизонтальный взлет, а также вертикальную или горизонтальную посадку, делает этот аппарат универсальным видом воздушного транспорта. Конструкция летательного аппарата содержит узлы и детали, широко распространенные в современном самолетостроении. Это делает данный аппарат весьма технологичным. Управление аппаратом при вертикальном взлете и посадке, а также в горизонтальном полете производится одними и теми же привычными для пилотов командными рычагами.

Использование изобретения: в области авиации, в частности в аппаратах с вертикальным взлетом и посадкой. Сущность изобретения: крыло 9 выполнено по бипланной схеме, между верхними и нижними консолями которого жестко установлены на пилонах 10 двигатели с винтами 11, при этом крыло выполнено с возможностью перемещения вдоль фюзеляжа. 4 ил.

Летательный аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий фюзеляж с крылом, горизонтальным и двухкилевым хвостовым оперением, двигатели с воздушными винтами, рулевые плоскости, расположенные в струе воздушного винта, а также выдвижные боковые опоры шасси и заднюю опору, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости и управляемости летательного аппарата путем изменения аэродинамической схемы, крыло выполнено по бипланной схеме, между верхними и нижними консолями которого жестко установлены на пилонах двигатели с винтами, при этом крыло выполнено с возможностью перемещения вдоль фюзеляжа.