ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2003 года по МПК B64D27/02 B64C9/08 

Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано в летательных аппаратах с укороченными взлетом и посадкой как в пилотируемом, так и в беспилотном вариантах.

Основная проблема при создании летательных аппаратов с укороченными взлетом и посадкой заключается в получении повышенной подъемной силы при малых скоростях перемещения летательного аппарата относительно воздуха.

Известны несколько подходов к решению данной проблемы с преимущественным использованием аэродинамической подъемной силы.

Известен, в частности, летательный аппарат, содержащий фюзеляж с тандемно установленными поворотными несущими аэродинамическими поверхностями (крыльями), на передней кромке которых вдоль всего размаха установлены вентиляторы. При взлете и посадке несущие аэродинамические поверхности вместе с вентиляторами поворачивают в вертикальное положение, и подъемная сила на взлете и посадке в основном создается вентиляторами. В режиме горизонтального полета подъемная сила создается несущими аэродинамическими поверхностями за счет обдува их набегающим потоком воздуха. Набегающий поток воздуха дополнительно ускоряется вентиляторами, что существенно увеличивает диапазон изменения скоростей горизонтального полета летательного аппарата (см. заявку ЕПВ 0356541 A1, B 64 C 29/00, В 64 С 27/28, B 64 D 35/00, 07.03.1990). Основная проблема в летательных аппаратах с поворотными несущими аэродинамическими поверхностями заключается в повышенной опасности переходных режимов на взлете и посадке, так как любой отказ привода поворота хотя бы одной несущей аэродинамической поверхности приводит к катастрофической ситуации.

Известен также летательный аппарат, содержащий, по крайней мере, два фюзеляжа, соединенные между собой горизонтальными несущими аэродинамическими поверхностями, размещенными в передней, средней и кормовой частях фюзеляжа. Летательный аппарат оснащен двумя тягово-подъемными комплексами, каждый из которых включает в себя ряд газотурбинных двигателей и размещенные за ними решетки поворотных крыльев, омываемые выхлопной струей двигателей. Двигатели закреплены на горизонтальных несущих аэродинамических поверхностях (см. патент Российской Федерации 2111897 C1, B 64 C 39/00, 27.05.1998). Изобретение представляет собой вариант летательного аппарата вертикального взлета и посадки с отклонением струи двигателей дефлекторами вертикально вниз. В качестве дефлекторов используются решетки поворотных крыльев, что дает возможность увеличить подъемную силу при горизонтальном полете летательного аппарата, но аэродинамические характеристики решетки крыльев будут ниже монокрыла из-за интерференции. В данном летательном аппарате на режиме взлета и посадки в создании подъемной силы не участвуют передняя, средняя и задняя несущие аэродинамические поверхности, что ухудшает его характеристики на взлете и посадке.

Наиболее близким к предложенному изобретению по совокупности существенных признаков является летательный аппарат, содержащий фюзеляж, несущие аэродинамические поверхности, закрепленные на передней части фюзеляжа, установленные за указанными несущими аэродинамическим поверхностями вентиляторные установки с входным диаметром, равным размаху передних несущих аэродинамических поверхностей, отклоняемые дефлекторы на выходе вентиляторных установок, привод вентиляторных установок и шасси. Для создания подъемной силы используется большое количество параллельных друг другу поверхностей, практически полностью охватывающих носовую и среднюю части фюзеляжа, а вентиляторные установки размещены непосредственно за срезом передних несущих аэродинамических поверхностей (см. патент США 5433400, 244/12.1, В 64 С 3/00, 18.07.1995). Практически предложена конструкция, в которой весь аэродинамический комплекс летательного аппарата представляет собой единое крыло, в котором вентиляторная установка размещена в корневой части крыла перед закрылками (дефлекторами). Изобретение позволяет увеличить скорость обтекания всех несущих аэродинамических поверхностей на всех режимах полета и сделать ее больше скорости воздушного потока, обтекающего фюзеляж. По мнению изобретателей, это даст возможность увеличить подъемную силу несущих аэродинамических поверхностей и, тем самым, сократить длину разбега, создать летательный аппарат с ускоренным взлетом и повышенной скороподъемностью. Недостатком данного аппарата является неэффективное использование аэродинамических поверхностей, так как в полную меру работает только одна аэродинамическая поверхность. Подъемная сила остальных аэродинамических поверхностей значительно снижена из-за интерференции между ними. Данный аппарат имеет ограниченные возможности по балансировке, так как точка приложения управляющего усилия не может быть изменена.

Задачей, на решение которой направлено предложенное изобретение, является создание летательного аппарата, имеющего повышенную эффективность на режимах взлета и посадки, в том числе обладающего высокой скороподъемностью, сопоставимой с летательными аппаратами вертикального взлета и посадки традиционных схем. Другой задачей изобретения является создание летательного аппарата, обеспечивающего высокую маневренность и широкий диапазон изменения скоростей горизонтального полета, вплоть до зависания летательного аппарата в воздухе.

Поставленные технические задачи достигаются тем, что в летательном аппарате, содержащем фюзеляж, несущие аэродинамические поверхности, закрепленные на передней части фюзеляжа, установленные за указанными несущими аэродинамическими поверхностями вентиляторные установки с входным диаметром, равным размаху передних несущих аэродинамических поверхностей, отклоняемые дефлекторы на выходе вентиляторных установок, привод вентиляторных установок и шасси, согласно изобретению вентиляторные установки размещены в средней части фюзеляжа, фюзеляж выполнен в виде несущего крыла, боковые стенки которого образованы вогнутыми поверхностями, частично охватывающими вентиляторные установки, а в кормовой части фюзеляжа дополнительно установлена омываемая истекающим из вентиляторных установок потоком воздуха цельноповоротная несущая аэродинамическая поверхность, на внешних кромках которой закреплены вертикальные рули направления.

При этом передние несущие аэродинамические поверхности установлены по схеме "низкоплан" и закреплены на нижних сегментах цилиндрической боковой поверхности фюзеляжа по схеме "прямое V".

Кроме того, кормовая несущая аэродинамическая поверхность закреплена на фюзеляже по схеме "низкоплан".

При этом передние и кормовая аэродинамические поверхности оснащены отклоняемыми закрылками.

Кроме того, привод вентиляторных установок размещен в центральной части фюзеляжа и соединен с вентиляторными установками механической трансмиссией.

При этом выхлопное устройство размещено на верхней поверхности фюзеляжа и ориентировано вдоль нее.

Кроме того, летательный аппарат оснащен неубирающимся шасси, при этом стойки шасси закреплены на нижних поверхностях вентиляторных установок.

Сущность изобретения заключается в том, чтобы на всех режимах полета в полной мере использовать преимущества классической схемы обтекания несущих аэродинамических поверхностей "бесконечным" воздушным потоком, для чего вентиляторные установки размещаются в средней части фюзеляжа и генерируемый ими воздушный поток обдувает с увеличенной скоростью переднюю и кормовую несущие аэродинамические поверхности, а дефлекторы на выходе вентиляторных установок являются средней несущей аэродинамической поверхностью, формируя аэродинамическую схему "триплан", являющуюся наиболее эффективной с точки зрения распределения подъемной силы по длине летательного аппарата и управления полетом. Наличие в кормовой части цельноповоротной несущей аэродинамической поверхности обеспечивает эффективную ее работу на режимах взлета и посадки, когда указанная аэродинамическая поверхность обдувается истекающим из вентиляторных установок воздушным потоком, имеющим значительное отклонение вниз из-за воздействия на него отклоняемых дефлекторов, так как позволяет развернуть ее на оптимальный угол атаки относительно воздушного потока и сохранить оптимальный угол атаки при горизонтальном полете, повернув ее в горизонтальное положение, что исключает появление на задней несущей поверхности отрицательной подъемной силы. Боковые стенки фюзеляжа образованы вогнутыми поверхностями, частично охватывающими вентиляторные установки, что обеспечивает одинаковые условия обдува несущих аэродинамических поверхностей, в том числе их корневых участков. Закрепление вертикальных рулей направления на внешних кромках задней несущей аэродинамической поверхности улучшает управляемость летательного аппарата на режимах взлета и посадки и на режимах полета с малыми скоростями.

Установка передних несущих аэродинамических поверхностей по схеме "низкоплан" обеспечивает большую эффективность их, так как отклоняемый ими поток частично будет проходить под вентиляторной установкой, что приближает их обдув к условиям "бесконечного" воздушного потока. Закрепление передних несущих аэродинамических поверхностей на нижних сегментах цилиндрической боковой поверхности фюзеляжа по схеме "прямое V" повышает эффективность их корневых частей и способствует более устойчивому полету летательного аппарата.

Закрепление кормовой несущей аэродинамической поверхности на фюзеляже по схеме "низкоплан" гарантирует обдув ее потоком воздуха, истекающим из вентиляторных установок, на всех режимах полета.

Оснащение передних и кормовой аэродинамических поверхностей отклоняемыми закрылками улучшает управляемость летательного аппарата и обеспечивает его высокую маневренность на всех режимах полета.

Размещение привода вентиляторных установок в центральной части фюзеляжа с передачей мощности механической трансмиссией обеспечивает более рациональную компоновку летательного аппарата, особенно для малоразмерных непилотируемых летательных аппаратов.

Предложенная схема размещения выхлопного устройства привода обеспечивает более высокие аэродинамические характеристики фюзеляжа, в том числе при полете летательного аппарата при больших углах атаки.

Оснащение летательного аппарата неубирающимся шасси упрощает его конструкцию.

Изобретение поясняется чертежами на примере беспилотного летательного аппарата. На фиг.1 изображен предложенный летательный аппарат в режиме горизонтального полета, вид сбоку; на фиг.2 - вид сверху, совмещенный с продольным разрезом; на фиг. 3 - вид спереди; на фиг.4 - летательный аппарат в режиме взлета.

Предлагаемый летательный аппарат содержит фюзеляж 1, выполненный в виде несущего крыла, имеющего верхнюю поверхность 2, нижнюю поверхность 3 и боковые стенки 4, образованные вогнутыми цилиндрическими или коническими поверхностями, частично охватывающими вентиляторные установки 5. Вентиляторные установки размещены в средней части фюзеляжа и каждая из них представляет собой винт 6 в кольце 7. Вентиляторная установка имеет спрямляющее устройство 8, размещенное в кольце 7 за винтом 6.

На нижних сегментах цилиндрической боковой поверхности фюзеляжа в его передней части по схеме "низкоплан" закреплены две передние несущие аэродинамические поверхности 9, оснащенные отклоняемыми закрылками 10. Несущие аэродинамические поверхности 9 установлены под углом к горизонту, образуя "прямое V".

Вентиляторные установки 5 выполнены с входным диаметром, равным размаху передних несущих аэродинамических поверхностей 9. На выходе вентиляторных установок размещены отклоняемые дефлекторы 11. Привод 12 (поршневой двигатель) вентиляторных установок размещен в центральной части фюзеляжа 1 и соединен с винтами 6 механической трансмиссией 13. Привод 12 имеет воздухозаборник 14 и выхлопное устройство 15, размещенное на верхней поверхности фюзеляжа. Выхлопная струя 16 от двигателя направлена вдоль верхней поверхности 2 фюзеляжа 1.

Летательный аппарат имеет неубирающееся двухстоечное колесное шасси 17. Стойки 18 шасси закреплены на нижних поверхностях вентиляторных установок 5.

В кормовой части фюзеляжа по схеме "низкоплан" установлена омываемая истекающим из вентиляторных установок потоком воздуха цельноповоротная кормовая несущая аэродинамическая поверхность 19, оснащенная отклоняемыми закрылками 20. На внешних кромках кормовой несущей поверхности закреплены вертикальные рули 21 направления.

Летательный аппарат оснащен также стояночными опорами 22, закрепленными на нижней кромке рулей направления.

Для поворота отклоняемых закрылков 10 и 20, дефлекторов 11 и кормовой несущей аэродинамической поверхности 19 используются дистанционно управляемые приводы любого типа, например электромеханические или электрогидравлические. Внутри фюзеляжа может быть установлено любое технологическое оборудование, в частности оборудование для аэрофотосъемок, мониторинга окружающей среды и т.д. В пилотируемом варианте в фюзеляже может располагаться пассажирский салон или отсек для перевозки грузов.

При полете летательного аппарата с номинальной скоростью фюзеляж 1, несущие аэродинамические поверхности 9, 19 и отклоняемые дефлекторы 11 располагаются горизонтально или под небольшим оптимальным углом атаки. Набегающий поток воздуха обтекает фюзеляж 1 и несущие аэродинамические поверхности 9, 19. Вентиляторные установки 5 дополнительно разгоняют набегающий поток воздуха перед входом в кольцо 7, а затем выбрасывают поток воздуха с повышенной скоростью вдоль фюзеляжа. Передние несущие аэродинамические поверхности 9 располагаются в ускоренном потоке воздуха на входах в вентиляторные установки, а кормовая несущая аэродинамическая поверхность 19 - в истекающем из вентиляторных установок потоке воздуха. При выбранном диаметре вентиляторных установок передние и кормовая несущие аэродинамические поверхности обтекаются потоком воздуха, имеющим скорость, в 1,2-1,3 раза превышающую скорость воздуха, обтекающего фюзеляж. Это приводит к увеличению подъемной силы несущих аэродинамических поверхностей в 1,5-1,7 раза, что дает возможность полета летательного аппарата с малыми номинальными скоростями полета. Управление полетом осуществляется отклонением закрылков 10 и 20, а при необходимости - отклонением дефлекторов 11 на выходе из вентиляторных установок 5.

На режиме взлета фюзеляж 1 летательного аппарата устанавливается под углом атаки, например под углом 15^o. Закрылки 10 передних несущих поверхностей, дефлекторы 11 и закрылки 20 кормовой несущей поверхности отклоняются в крайнее нижнее положение. Вентиляторные установки 5 разгоняют поток воздуха перед входом в кольцо 7, а затем выбрасывают поток воздуха с повышенной скоростью вдоль фюзеляжа. Благодаря подсасывающему эффекту разгоняемая масса воздуха больше массы воздуха, протекающего через вентиляторные установки, что обеспечивает эффективную работу передних несущих аэродинамических поверхностей 9. Хотя фюзеляж летательного аппарата неподвижен, передние несущие аэродинамические поверхности 9 обдуваются захватываемым вентиляторными установками потоком воздуха, что приводит к образованию на них подъемной силы, величина которой определяется скоростью потока воздуха и углом отклонения закрылков 10. Стекающий с передних аэродинамических несущих поверхностей воздух имеет повышенный угол скоса и при дальнейшем движении в основном проходит ниже колец 7. Истекающий из вентиляторных установок воздух отклоняется вниз дефлекторами 11. Угол отклонения потока воздуха дефлекторами 11 превышает угол отклонения закрылками 10, что обеспечивает создание на вентиляторных установках 5 подъемной силы даже при взаимодействии с воздухом, отклоненным несущей поверхностью 9. Отклоненный дефлекторами 11 поток воздуха движется вдоль фюзеляжа и вниз, подсасывая дополнительный воздух из окружающей атмосферы, и набегает на кормовую несущую аэродинамическую поверхность 19, которая повернута относительно фюзеляжа, чтобы обеспечить оптимальный угол атаки набегающего потока воздуха для создания на ней подъемной силы.

Для беспилотного летательного аппарата взлетным весом 110 кг, длиной 1,7 м и размахом передних аэродинамических поверхностей 1,4 м подъемная сила при вертикальном взлете распределяется следующим образом: на передних несущих аэродинамических поверхностях - 30-35 кг, на вентиляторных установках - 45-55 кг и на задней несущей аэродинамической поверхности - 25-30 кг.

После взлета постепенно разгоняют летательный аппарат и переводят его в горизонтальный полет с номинальной скоростью.

Помимо вертикального взлета летательный аппарат обеспечивает взлет под углом к горизонту или взлет с малым пробегом. Летательный аппарат может осуществлять вертикальную посадку, но более целесообразна посадка при больших углах атаки с малой посадочной скоростью.

Летательный аппарат может быть изготовлен на авиационных заводах с использованием современных материалов и технологий. При реализации изобретения могут использоваться различные конструктивные исполнения приводов, вентиляторных установок и несущих аэродинамических поверхностей, отличающиеся от описанных в данной заявке и приведенных на чертежах, иллюстрирующих изобретение, без отхода от духа и рамок настоящего изобретения, определяемых объемом притязаний, изложенных в формуле изобретения.

Изобретение относится к области авиационной техники. Аппарат содержит фюзеляж, несущие аэродинамические поверхности, закрепленные на передней части фюзеляжа, установленные за указанными поверхностями вентиляторные установки с входным диаметром, равным размаху передних несущих аэродинамических поверхностей, отклоняемые дефлекторы на выходе вентиляторных установок, привод вентиляторных установок и шасси. Вентиляторные установки размещены в средней части фюзеляжа, который выполнен в виде несущего крыла, боковые стенки которого образованы вогнутыми поверхностями, частично охватывающими вентиляторные установки. В кормовой части фюзеляжа дополнительно установлена омываемая истекающим из вентиляторных установок потоком воздуха цельноповоротная несущая аэродинамическая поверхность, на внешних кромках которой закреплены вертикальные рули направления. Изобретение направлено на повышение скороподъемности. 6 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Летательный аппарат, содержащий фюзеляж, несущие аэродинамические поверхности, закрепленные на передней части фюзеляжа, установленные за указанными несущими аэродинамическими поверхностями вентиляторные установки с входным диаметром, равным размаху передних несущих аэродинамических поверхностей, отклоняемые дефлекторы на выходе вентиляторных установок, привод вентиляторных установок и шасси, отличающийся тем, что вентиляторные установки размещены в средней части фюзеляжа, фюзеляж выполнен в виде несущего крыла, боковые стенки которого образованы вогнутыми поверхностями, частично охватывающими вентиляторные установки, а в кормовой части фюзеляжа дополнительно установлена омываемая истекающим из вентиляторных установок потоком воздуха цельноповоротная несущая аэродинамическая поверхность, на внешних кромках которой закреплены вертикальные рули направления. 2. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что передние несущие аэродинамические поверхности установлены по схеме "низкоплан" и закреплены на нижних сегментах цилиндрической боковой поверхности фюзеляжа по схеме "прямое V". 3. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что кормовая несущая аэродинамическая поверхность закреплена на фюзеляже по схеме "низкоплан". 4. Летательный аппарат по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что передние и кормовая несущие аэродинамические поверхности оснащены отклоняемыми закрылками. 5. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что привод вентиляторных установок размещен в центральной части фюзеляжа и соединен с вентиляторными установками механической трансмиссией. 6. Летательный аппарат по п. 5, отличающийся тем, что выхлопное устройство двигателя привода размещено на верхней поверхности фюзеляжа и ориентировано вдоль нее. 7. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что он оснащен неубирающимся шасси, при этом стойки шасси закреплены на нижних поверхностях вентиляторных установок.