ПОДЪЕМНО-ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА Российский патент 2006 года по МПК B64C23/08 

Изобретение относится к летательным аппаратам, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки (ЛАВВП).

Известна винтомоторная система вертолета, создающая подъемную и тяговую силы при помощи несущего винта с переменным шагом, вращающегося в плоскости, расположенной под некоторым изменяемым углом к горизонту (Миль М.Л. и др. Вертолеты, ч.1. М.: Машиностроение, 1966).

Недостатками известного устройства являются его большие габариты, значительная удельная масса, низкая топливная экономичность, малый радиус действия летательного аппарата, небольшие грузоподъемность, скорость и высота полета.

Известны подъемно-транспортные системы самолетов вертикального взлета и посадки (Курочкин Ф.П. Проектирование и конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой. М.: Машиностроение, 1977).

По основному признаку - способу создания подъемной силы для вертикального взлета и посадки и силы тяги на режиме маршевого полета разделяют на винтовые, вентиляторные, реактивные и комбинированные.

К основным недостаткам таких решений следует отнести малую грузоподъемность, сложность и низкую надежность устройств поворота вектора тяги, малые радиус действия и величина энергетического качества несущей системы.

Известна подъемно-транспортная система, включающая несущую конструкцию, винтомоторную установку, изменяющее направление потока воздуха устройство и роторный движитель, выполненный в виде ряда цилиндров с устройством их принудительного вращения, причем изменяющее направление потока (направляющее поток) воздуха устройство расположено между винтомоторной установкой и роторным движителем (Патент США №2039676, В 64 С 23/08, 1936).

Недостатками известного устройства являются его значительная удельная масса, низкая топливная экономичность, малый радиус действия летательного аппарата, небольшая грузоподъемность на единицу мощности.

Задачей настоящего изобретения служит повышение экономичности, грузоподъемности и дальности полета при прочих равных условиях.

Технический результат заключается в улучшении удельных характеристик подъемно-транспортной системы и достигается за счет того, что предлагаемая конструкция снабжена пантографом с подвижной рамой, направляющее поток воздуха устройство выполнено в виде лопаточного аппарата, хвостовая поворотная часть каждой лопатки которого закреплена на подвижной раме пантографа.

Указанные отличительные признаки существенны.

Относительно небольшое изменение угла направления набегающего потока воздуха позволяет существенно изменять горизонтальную тягу устройства не только по величине, но и по знаку, практически не изменяя ее вертикальную составляющую.

В горизонтальном полете используется энергия набегающего потока воздуха, а винтомоторное устройство, служащее для его разгона, переводится в режим нулевой тяги. При этом затраты мощности необходимы только для преодоления трения вращающихся цилиндров. Поскольку таковые относительно невелики, то дальность полета ЛАВВП с предлагаемой вихревой подъемно-транспортной системой (ВПТС) на крейсерском режиме становится сопоставимой со среднемагистральными, а в некоторых случаях и с дальнемагистральными самолетами.

Необходимо отметить, что при развороте потока в направляющем устройстве ВПТС на нем возникает усилие, частично парирующее полезное усилие, развиваемое роторным движителем, однако его величина на порядок меньше основного.

На фиг.1 представлена принципиальная схема вихревой подьемно-транспортной системы.

На фиг.2 изображены векторные планы аэродинамических сил на различных режимах работы.

Подъемно-транспортная система состоит из несущей конструкции в виде общей опорной рамы 9, винтомоторной установки 6 с винтом 5, направляющего поток воздуха устройства в виде лопаточного аппарата 4, газоэлектрогенератора 3 и пантографа 8, на подвижной раме которого закреплены хвостовая поворотная часть лопаток направляющего аппарата 4 и ряд цилиндров 1, образующих аэродинамическую решетку. Пантограф совершает плоскопараллельное перемещение под воздействием силового устройства 7, закрепленного на опорной раме. Цилиндры 1 связаны с устройством их принудительного вращения 2, питание которых осуществляется газоэлектрогенератором 3.

Воздушный поток, образуемый винтомоторной установкой 6, отклоняется в направляющем аппарате 4 и обтекает аэродинамическую решетку, образуемую вращающимися цилиндрами 1, под некоторым углом атаки. Возникающие при этом силы Магнуса в проекции на вертикальное и горизонтальное направления создают подъемную и тяговую силы, воздействующие на летательный аппарат. Цилиндры приводятся во вращение силовыми агрегатами 2, питаемыми газом или электроэнергией, вырабатываемыми газоэлектрогенератором 3. Для обеспечения полного обтекания аэродинамической решетки она перемещается вместе с поворотной частью направляющего аппарата при помощи пантографа 8, приводимого в движение силовым устройством 7.

При работе на земле поток воздуха от винта 5 (фиг.1) движется через направляющий аппарат 4 в горизонтальном направлении (α=0) и обтекает вращающиеся цилиндры 1. План сил для этого режима представлен на фиг.2а. Координатная система х, у связана с потоком воздуха, а система n, τ - с летательным аппаратом. В рассматриваемом случае обе системы совпадают и действующая на аэродинамическую решетку сила Р имеет составляющие Р_у и Р_x, совпадающие с направлениями n и τ. При этом Р_х создает отрицательную тягу. Угол отклонения (β=arctgP_x/P_y=arctg1/k, где k=Cy/c_x - аэродинамическое качество аэродинамической решетки, а Су и c_х - аэродинамические коэффициенты подъемной силы и сопротивления.

На режимах висения, взлета и посадки план сил имеет вид, представленный на фиг.2б. В этом случае α=β и сила воздействия потока на аэродинамическую решетку направлена вертикально вверх (Р⁼Pn), а ее проекция на горизонтальное направление Рτ=0.

На крейсерском режиме полета (фиг.2в) сила Р, действующая на летательный аппарат, отклонена вперед от вертикального направления (α>β) и создает тяговое усилие Рτ=Psin(α-β).

Подъемная сила P_n=Pcos(α-β). Поскольку для рассматриваемого типа летательного аппарата скорость горизонтального полета невелика, потребная тяга на этом режиме существенно меньше силы Pn (Рτ≪Pn), т.е. разность углов α и β незначительна и Р=P_n. Таким образом можно предположить, что в крейсерском режиме полета значительной потери несущей силы не произойдет. В случае необходимости такое падение можно компенсировать применением несущего крыла небольшой площади.

Благодаря эффекту Магнуса на режимах висения, вертикального взлета и посадки подъемная сила аэродинамической решетки чрезвычайно высока, что позволяет обеспечить грузоподъемность летательного аппарата, превышающую возможности существующих вертолетов в несколько раз.

Изобретение относится к летательным аппаратам, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Подъемно-транспортная система включает несущую конструкцию, винтомоторную установку, роторный движитель, выполненный в виде ряда цилиндров с устройством их принудительного вращения, и направляющее поток воздуха устройство, расположенное между винтомоторной установкой и роторным движителем. Роторный движитель предназначен для создания аэродинамической силы на основе эффекта Магнуса. Подъемно-транспортная система снабжена пантографом с подвижной рамой. Направляющее поток воздух устройство выполнено в виде лопаточного аппарата, хвостовая поворотная часть каждой лопатки которого закреплена на подвижной раме пантографа. Технический результат - повышение экономичности. 2 ил.

Подъемно-транспортная система, включающая несущую конструкцию, винтомоторную установку, роторный движитель, выполненный в виде ряда цилиндров с устройством их принудительного вращения, и направляющее поток воздуха устройство, расположенное между винтомоторной установкой и роторным движителем, отличающаяся тем, что она снабжена пантографом с подвижной рамой, направляющее поток воздух устройство выполнено в виде лопаточного аппарата, хвостовая поворотная часть каждой лопатки которого закреплена на подвижной раме пантографа.