САМОЛЕТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ Российский патент 2004 года по МПК B64C29/00 

Изобретение относится в авиационной технике, в частности к летательным аппаратам тяжелее воздуха, и предназначено для проведения спасательных работ на море и суше, перевозки пассажиров и грузов в труднодоступные места.

В США в 1999-2000 гг. прошли испытания военно-транспортного самолета вертикального взлета и посадки “Оспрей” с поворотными двигателями (Зарубежное военное обозрение. №8, 2000, с.36; №11, 2001, с.33). Самолет “Оспрей” выполнен по нормальной аэродинамической схеме с верхнерасположенным прямым крылом, двухкилевым хвостовым оперением с двумя турбовинтовыми двигателями, установленными в поворотных гондолах на законцовках крыла. При взлете гондолы с турбовинтовыми двигателями развернуты вертикально, подъемная сила и управляющие моменты создаются благодаря изменению тяги двигателей и шага винтов. Затем постепенно двигатели отклоняются от вертикального положения. При увеличении скорости полета до 180-200 км/час подъемная сила и управляющие моменты обеспечиваются набегающим потоком воздуха на аэродинамические поверхности крыльев, после чего гондолы двигателей фиксируются в горизонтальном положении.

Фирма “Белл Хеликоптep” США ведет разработку самолета вертикального взлета и посадки (СВВП) с 4-мя поворотными турбовинтовыми двигателями, аналогичными применяемых на СВВП “Оспрей” (Зарубежное военное обозрение. №11, 2000). Предполагается, что размеры фюзеляжа и грузового отсека новой машины будут сравнимы с соответствующими параметрами транспортного самолета С 130 - “Геркулес”. Это позволит новому СВВП осуществлять переброску более 90 полностью экипированных военнослужащих или груза 13,6 т. Максимальная взлетная масса 63 т. Опытные образцы планируется изготовить в 2001 году. Серийное производство намечено на 2010 год. Хотя разработки СВВП с поворотными двигателями велись в Великобритании и США с 60-х годов XX века, но до сих пор не удалось до конца решить некоторые проблемы. В частности, процесс перехода с режима вертикального взлета и посадки в режим горизонтального полета и обратно является неустойчивым. В случае отказа одного из двигателей самолет теряет возможность вертикального взлета и посадки.

Известный самолет вертикального взлета и посадки (Патент США №5320305, В 64 С 29/00, 14.06.1994) содержит два несущих винта, каждый из которых размещен в консоли крыла и имеет связь с соответствующими двигателем, имеющим связь с соответствующим тянущим винтом. Размещение несущих винтов в консоли крыла потребовало как увеличения площади крыла, так и его толщины, что привело к необходимости компоновки всей конструкции в виде схемы типа летающее крыло.

Недостатком является то, что схемы типа летающее крыло не получили в авиации, особенно в гражданской, практического применения ввиду их явных недостатков перед “нормальными” аэродинамическими схемами самолетов. Кроме того, данная конструктивная схема не обеспечивает вертикального взлета и посадки при отказе одного из двигателей самолета.

Целью изобретения является разработка конструкции-схемы СВВП, которая бы обеспечивала вертикальный взлет и посадку даже при отказе одного из двигателей самолета.

Самолет вертикального взлета и посадки (СВВП) содержит фюзеляж, крылья, силовую установку с несколькими двигателями, хвостовое оперение, шасси, тянущие и несущие винты, где каждый несущий винт имеет связь с двумя двигателями, при этом СВВП имеет четыре крыла с двигателями на каждом крыле, два из которых размещены в передней части фюзеляжа, два других - в задней части фюзеляжа, а несущие винты размещены между крыльями в передней и задней частях фюзеляжа. Несущие винты закрываются заслонками от набегающего потока воздуха при нормальном горизонтальном полете и открываются при полете в режимах вертикального взлета и посадки, висения, горизонтального полета со скоростью, не обеспечивающей удержание самолета на заданной высоте за счет подъемной силы крыльев. При нормальном горизонтальном полете несущие винты отключены от двигателей. Часть воздушного потока, образующегося при работе несущих винтов, направляется через каналы в крыльях самолета с выходом воздушного потока в нижней плоскости крыльев.

За счет использования указанных выше технических решений при их осуществлении заявляемого изобретения самолет вертикального взлета и посадки будет иметь следующие преимущества перед СВВП с поворотными двигателями:

- более высокую безопасность полетов;

- возможность вертикального взлета и посадки даже при отказе одного двигателя;

- возможность аварийной вертикальной посадки даже при отказе двух двигателей при условии отказа одного двигателя на передних крыльях и одного двигателя на задних крыльях;

- возможность продолжения горизонтального полета при отказе любых двух двигателей.

На фиг.1 изображен вид сверху самолета:

на фиг.2 - фронтальный вид;

на фиг.3 - вид сбоку;

на фиг.4 - разрез А-А фюзеляжа в месте установки несущих винтов в передней части фюзеляжа;

на фиг.5 - разрез Б-Б фюзеляжа в месте установки винтов в задней части фюзеляжа;

на фиг.6 - разрез В-В защитного кожуха 13 выше несущих винтов 8.

Самолет вертикального взлета и посадки (фиг.1, 2, 3) содержит фюзеляж 1, передние крылья 2, задние крылья 3, двигатели 4, хвостовое оперение 5, шасси 6. Двигатели 4 с редуктором 9 оснащены тянущими соосными винтами 7 винтовентиляторного типа. В фюзеляже 1 между крыльями 2, 3 размещены несущие винты 8 с редуктором 10. Несущие винты 8 могут быть выполнены аналогичными тянущим соосным винтам винтовентиляторного типа либо любой другой конструкции вентиляторного, компрессорного типа, обеспечивающие максимальную вертикальную тягу при минимальных габаритах несущего винта 8. Самолет на фиг.1, 2, 3 показан с закрытыми заслонками 14, поэтому несущие винты 8 не показаны. Валы 11 обеспечивают передачу мощности от двигателей 4 к винтами 8 через редуктор 10 и соосные валы 12.

На фиг.1, 3, 4, 5 показаны каналы 15, по которым обеспечивается поступление части воздушного потока, образующегося при работе несущих винтов 8, с выходом воздушного потока в нижний плоскости крыльев 2, 3. На фиг.3 показаны открытыми заслонки 19, установленные в нижней плоскости крыльев 2, 3 на выходе воздушного потока из каналов 15. На фиг.4 (разрез А-А фюзеляжа) 1 показан защитный кожух 13, в котором размещены несущие винты 8, расположенные в передней части фюзеляжа 1 между крыльями 2. Защитный кожух 13 предназначен для защиты фюзеляжа 1 от воздействия воздушного потока, создаваемого винтами 8 при их работе. Кожух 13 дополнительно является силовой конструкцией, передающий тягу от работающих винтов 8 на корпус фюзеляжа 1.

Заслонки 14 показаны поворотными, хотя это не является обязательным. Заслонки могут быть скользящими, могут применяться и комбинации разных типов заслонок - скользящих и поворотных. Для осуществления работы заслонок 14 применяются стандартные устройства и механизмы, используемые в самолетах для обеспечения работы створок шасси, механизации работы крыла, а потому указанные устройства на фиг.4, 5 не показаны.

Назначение заслонок 14 - закрывать защитный кожух 13 и несущие винты 8 от набегающего потока воздуха в режиме нормального горизонтального полета самолета.

Ввод воздуха в кожух 13 осуществляется через решетку 17, вывод воздуха - через решетку 18. Ниже винтов 8 над решеткой 18 размещено устройство 16, обеспечивающее отбор части воздушного потока, который образуется при работе винтов 8, в каналы 15. Каналы 15 предназначены для подачи воздушного потока в нижнюю плоскость крыльев 2, 3 при открытых заслонках 19 (фиг.3). За счет выхода воздуха в нижней плоскости крыльев 2, 3 обеспечивается поперечная устойчивость самолета в режимах вертикального взлета и посадки, горизонтального полета со скоростью, не обеспечивающей удержание самолета на заданной высоте за счет подъемной силы крыльев.

На фиг.5 (разрез Б-Б фюзеляжа 1) показаны несущие винты 8, расположенные в кожухе 13 между крыльями 3 в задней части фюзеляжа 1. Принципиально разрез Б-Б фиг.5 не отличается от разреза А-А фиг.4.

На фиг.6 (разрез В-В фиг.4) показаны защитный кожух 13, соосные валы 12 и несущие винты 8, устройство 16, обеспечивающие отбор части воздушного потока в каналы 15.

Разберем работу тянущих и несущих винтов 7, 8 в различных режимах полета самолета вертикального взлета и посадки.

Режим вертикального взлета. Перед включением в работу двигателей 4 несущие винты 8 отключены от двигателей, тянущие винты 7 устанавливаются с шагом, создающим нулевую тягу при работе. Заслонки 14, 19 устанавливаются в положение “Открыто”, устанавливается шаг винтов 8, обеспечивающий при работе минимальную тягу. После включения в работу двигателей 4 и проверки работоспособности систем самолета включаются в работу несущие винты 8. Затем за счет повышения оборотов и мощности двигателей 4 и увеличения тяги несущих винтов 8 за счет изменения шага винтов 8 самолет отрывается от земли и набирает высоту.

Летчик удерживает самолет в горизонтальном положении, обеспечивая продольную устойчивость за счет регулирования тяги несущих винтов 8 в передней и задней частях фюзеляжа 1. Поперечную устойчивость самолета летчик обеспечивает за счет регулирования величины воздушных потоков, выходящих в нижней плоскости крыльев 2, 3.

Режим горизонтального полета со скоростью, не обеспечивающей удержание самолета на заданной высотой за счет подъемной силы крыльев 2, 3.

После вертикального подъема на заданную высоту летчик увеличивает тягу тянущих винтов 7 путем изменения шага винтов 7 и самолет переходит в горизонтальный полет, при котором заданная высота обеспечивается тягой несущих винтов 8 и частично подъемной силой крыльев 2, 3, а скорость горизонтального полета обеспечивается тягой тянущих винтов 7.

Переход в нормальный горизонтальный полет.

Летчик увеличивает тягу тянущих винтов 7 и уменьшает тягу несущих винтов 8 путем изменения их шага. Когда скорость самолета достигнет такой, что при минимальной тяге несущих винтов 8 самолет удерживается на заданной высоте за счет подъемной силы, создаваемой крыльями 2, 3, летчик отключает несущие винты 8 от двигателей 4. Затем закрывает заслонки 14, 19 и самолет переходит в режим нормального горизонтального полета.

Режим висения. Для перехода из режима нормального горизонтального полета в режим висения летчик снижает скорость полета до минимальной, при которой самолет удерживается на заданной высоте, при этом открывает заслонки 14, 19 и включает в работу несущие винты 8. Постепенно увеличивая тягу несущих винтов 8 и снижая тягу тянущих винтов 7 путем изменения шага винтов 7, 8, летчик переводит самолет в режим висения, то есть самолет зависает в определенной точке с нулевой горизонтальной скоростью.

Режим вертикальной посадки. Самолет, зависнув над местом посадки, выпускает шасси 6. Затем летчик постепенно уменьшает тягу несущих винтов 8 путем изменения шага винтов 8 и самолет совершает вертикальную посадку.

Кроме указанных выше режимов самолет вертикального взлета и посадки при наличии нормальной взлетно-посадочной полосы может садиться и взлетать как обычный самолет. При отказе в полете одного из двигателей самолет может совершать как вертикальную посадку, так и взлет, так и посадку в режиме обычного самолета при наличии взлетно-посадочной полосы. Самолет может совершить вертикальную посадку и при отказе двух двигателей 4 при условии, что отказывает один двигатель на крыльях 2 и один на крыльях 3. Самолет может продолжать полет и садиться как обычный самолет на аэродром даже при отказе любых двух двигателей.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к аппаратам тяжелее воздуха. Самолет содержит фюзеляж, крылья, силовую установку с несколькими двигателями, хвостовое оперение, шасси, тянущие и несущие винты. Каждый несущий винт имеет связь с двумя двигателями. Предусмотрены четыре крыла с двигателями на каждом крыле. Два крыла размещены в передней части фюзеляжа, два других - в задней части фюзеляжа. Несущие винты размещены между крыльями в передней и задней частях фюзеляжа. Несущие винты закрываются заслонками от набегающего воздушного потока. Часть воздушного потока, образующегося при работе несущих винтов, направляется через каналы в крыльях с выводом воздушного потока в нижней плоскости крыльев. Технический результат – повышение безопасности полета. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Самолет вертикального взлета и посадки , содержащий фюзеляж, крылья, силовую установку с несколькими двигателями, хвостовое оперение, шасси, тянущие и несущие винты, отличающийся тем, что каждый несущий винт имеет связь с двумя двигателями, при этом самолет вертикального взлета и посадки имеет четыре крыла с двигателем на каждом крыле, причем два крыла размещены в передней части фюзеляжа, два других крыла - в задней части фюзеляжа, а несущие винты размещены между крыльями в передней и задней частях фюзеляжа, причем несущие винты закрываются заслонками от набегающего воздушного потока при горизонтальном полете и открываются в режимах вертикального взлета и посадки, висения, горизонтального полета со скоростью, не обеспечивающей удержание самолета на заданной высоте за счет подъемной силы крыльев, а при нормальном горизонтальном полете несущие винты отключены от двигателя.2. Самолет вертикального взлета и посадки по п.1, отличающийся тем, что часть воздушного потока, образующегося при работе несущих винтов, направляется через каналы в крыльях с выходом воздушного потока в нижней плоскости крыльев.