Изобретения относятся к авиационным перевозкам и полетам, технологиям производства летательных аппаратов в самолетостроении и двигателестроении, автомобилестроении и автоперевозках, судостроении, преимущественно к эксплуатации и производству широкофюзеляжных и среднемагистральных летательных аппаратов-электросамолетовертолетов (элсавелетов), пассажирского и грузового назначения, их систем, узлов и деталей.
Использование единой технологии эксплуатации и производства летательных аппаратов (ЕТЭПЛА) и транспортных средств (ЕТЭПТС) имеет весьма большое социально-экономическое значение посредством исключения затрат на компенсацию потерь в результате катастроф самолетов, замены парка их и вертолетов элсавелетами с уменьшенной себестоимостью в производстве их и на порядки большей экономней в эксплуатации элсавелетов.
Реализация единой технологии безаэродромных авиаперевозок - главная задача заявляемых решений по экономической значимости, обеспечению безопасности, комфортности и затратности их для потребителей авиауслуг. Средство для решения этой задачи - конструкция и технология производства ЭСВВП - имеет самостоятельный эффект в несколько сот миллиардов рублей. Однако аналогичный эффект от единой технологии в хозяйствовании РФ может увеличить суммарный эффект до 74 триллионов рублей. А роль единой технологии для перехода на инновационное хозяйствование также между названными цифрами.
II. ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Общеизвестно изречение Н.Е.Жуковского: человек полетит, опираясь не на силу своих мышц, а на силу своего ума.
Человек действительно полетел более века тому назад, но, к сожалению, с опорой на свое… недомыслие. Тем не менее за этот полетный век следствием этого недомыслия созданы обширный парк дорогостоящей авиатехники и инфраструктура обеспечения полетов, армия специалистов с элитой из сотен профессоров и академиков, которых это недомыслие вполне устраивает и даже неплохо обеспечивает. И такое положение в науке и отрасли с каждым годом полетов и затем - авиаперевозок увеличивало незыблемость этого досадного недомыслия и усложняло его развенчивание.
А основывалось оно на ошибочном принципе копирования конструкции природных летающих объектов живой природы - птиц, использующих аэродинамический принцип создания подъемной силы. Усугубилось оно вынужденным использованием имеющейся авиатехники - самолетов - для оказания услуг в перевозке потребителей - пассажиров и грузоотправителей. Вертолеты также тупиковое направление в развитии авиации, т.к. и для производителя они дороже по стоимости, и для перевозчиков они менее экономичны, чем самолеты. Творческие возможности конструкторов самолетов во всем мире иссякли и сводятся к унификации узлов «авионики», как следует из федеральной программы развития гражданской авиационной техники России. В ней с большим пафосом преподносятся достижения конструкторов самолетов пятого поколения Супер Джет-100 и МС: улучшение экономичности их по сравнению с четвертым поколением увеличится аж на 20%. Легко представить, как будут эти профессионалы «отплевываться» от элсавелетной единой технологии с увеличением подъемной силы в 1,5-2,5 раза у элсавелетов местных авиасообщений и в 6-8 раз у широкофюзеляжных при той же или с уменьшенной в 2-4 раза энерговооруженностью. Без всякого сомнения, все займут круговую оборону с массой доказательств невозможности такого достижения. А доказательством возможности могут быть и их достижения, например - снижение в 2 раза расхода топлива упомянутых самолетов пятого поколения. И для получения столь необходимой в наши дни и всегда «инновационной революции» с прорывами и в промышленных показателях выпускаемой авиатехники, и со столь же убедительными экономическими преимуществами у перевозчиков при использовании ее нужно сменить самолетную технологию проектирования и полетов на единую технологию эксплуатации и производства элсавелетов, исходя из потребности потребителей авиауслуг, а не из возможностей производителей авиатехники.
Все КБ мира уже начавшееся второе столетие пытаются осуществить их мечту: создать летательный аппарат, реализующий функции самолета и вертолета одновременно. Результатом этой титанической работы проектирования по самолетной технологии стал новый вид самолетов - СВВП (самолеты вертикального взлета-посадки) различных компоновок, перечень которых приведен на сайте «СВВП. Отечественные модели. Иностранные модели». В шестидесятые годы прошлого столетия был создан проектировщиками проект СВВП местных авиасообщений АН-2 с комбинированной силовой установкой из поршневого в носовой части фюзеляжа и реактивного двигателя АМ-9, установленного вертикально в хвосте.
Известен проект аэротакси «Майский жук» - легкого многоцелевого шестиместного самолета с разрезным полукольцевой формы крылом и изменением вектора тяги центробежного винтовентилятора ООО «Дисколет», в также «СВВП «И.П.Братухина» с электрической схемой трансмиссии вместо механической с редукторами, валами и муфтами.
Проект НТЦ «Взлет» легкого СВПП-вихрелета «Сафари» с силовым гипермаховиком - источником энергии и гиперстабилизатором на земле и в воздухе, с адаптивным крылом подъемно-тягового устройства «винт-крыло» и вихревой системой тяги требует трудоемкой и затратной НИР, не обеспечивающей гарантированного успеха даже на получение квазивертикального взлета-посадки. А вот проект персонального аэромобиля ОКБ НАК России ЛАРК-4 с укороченным взлетом, новым видом активной механизации и оригинальным ВПУ (взлетно-посадочным устройством) определено не реализует сформулированную на сайте ООО «Перспективные транспортные системы» разработчиками этого проекта мечту получения в одном аппарате самоверлета. Даже при выполнении технических параметров этот аппарат по запланированной стоимости приемлем только олигархам и экономическое «обрезание» проблемы привело к обрезанию результата по его влиянию на решение транспортных проблем, как и включение в компоновки предыдущих проектов подъемных двигателей.
Комплект несущих плоскостей известных в науке и выпускаемых промышленностью самолетов состоит из одного, по крайней мере, крыла и двух полуплоскостей или одной плоскости хвостового оперения. По а.с. СССР №467570, B64C 3/18 за 1984 год известно крыло летательного аппарата, выполненное из обшивки, укрепленной на силовом наборе из лонжеронов, нервюр и стрингеров. По а.с. №1816714, B64C 23/02 за 1987 год крыло содержит центроплан с вращающимися валами в его передней и задней кромках с натянутой на них бесконечной лентой.
Комплект несущих плоскостей летательного аппарата схемы «утка», описанный в пат. РФ №2000251, B64C 39/12 за 1992 год, состоит из двух полуплоскостей монокрыла, соединенных центропланом с фюзеляжем, двух полуплоскостей хвостового оперения и переднего горизонтального оперения бипланной схемы. Крыло по патенту РФ №2081791, B64C 21/02, 23/06 за 1997 год с выполнением верхней поверхности в виде отдельных аэродинамических элементов с образованием каналов и щелей между ними.
По патенту РФ №2094307, B64C 1/00, B64L 33/02 за 1994 год известен самолет с двумя двигателями в хвостовой части фюзеляжа со щелями отсоса в верхнем и нижнем секторах ее с комбинированным устройством, включающим напорную и эжектирующую части воздуховодов с соплами для снижения лобового сопротивления.
Аэролет по патенту РФ 2349505, B64C 1/00 за 2008 год имеет систему воздухозаборников за задними кромками полуплоскостей поперечно расположенных крыла и хвостового оперения.
Большая длина поперечно и впереди расположенного крыла предопределяет соответствующую длину магистрали для отвода эжектируемого воздуха к двигателю в хвостовой части или на ее пилонах.
Известно также устройство управления, описанное в заявке №2005104454/11. Данное устройство содержит отклоняемые задние кромки и выдвигаемые щитки из щели крыла и приводы для их отклонения, соединенные с элементами управления в кабине. Описанные в них механизмы управления аэродинамическими поверхностями характеризуются зависимостью эффективности несущих поверхностей от скорости полета и неразрывно зависящей от нее величины подъемной аэродинамической силы. Недостатком этих и других известных решений крыла и самолетов является низкая эксплуатационная функциональность самолетов.
Известен реверс тяги двигателя НК-8-2У, описанный в главе 3, стр.78-81, рис.47-49 «Дополнения к техническому описанию двигателя НК-8-2У, 82У.000.501 ДД». Решетки в окнах корпуса реверса расположены на верхнем и нижнем секторах, перекрываемых створками, шарнирно установленными в соосных опорах, расположенных горизонтально на противоположных боковых секторах корпуса, как и приводные рычаги с силовыми цилиндрами. Лопатки решеток реверса с таким расположением окон отклоняют выходящий через них газовый поток после включения реверса при пробеге самолета по ВПП, располагая его в вертикальной плоскости, и поток из нижнего окна при этом подбрасывает мусор с ВПП в воздух, в том числе и на вход в двигатели. По патенту РФ №2349505, B64C 29/04, 1/00, 13/00, 15/00, 19/00, 25/36 за 2007 год известен способ управления ЛА, заключающийся в том, что управление положением его в аэродинамическом полете совмещают со струйным на отдельных режимах и этапах полета посредством распределения обтекания частей несущих поверхностей.
Описанные в этом и других решениях механизмы управления аэродинамическими поверхностями характеризуются зависимостью эффективности несущих поверхностей от скорости полета и неразрывно зависящей от нее величины подъемной аэродинамической силы. Недостатком этих систем управления является низкая эксплуатационная функциональность. Способы работы известных реверсов тяги самолетной компоновки состоят в кратковременном включении реверса в момент пробега самолета после касания его колес с ВПП (взлетно-посадочной полосой) и работы в режиме торможения. В течение нескольких секунд работы этого режима газовый поток двигателей с реверсом разделяется на два потока из окон реверса, расположенных в вертикальной плоскости, которые лопатками решеток реверса направляются под углом к поверхности ВПП (работа реверса двигателей НК-8-2У на самолетах ТУ-154).
Данная компоновка реверса и реализация рабочего процесса его превращает функциональность данных узлов в главной функции объекта в величину, близкую к нулю при существенном влиянии веса реверса на экономичность самолета.
Пропагандируемый ООО «КосмоКурс» «вихревой» способ создания подъемной силы, описанный в патенте РФ 2116224, B64C 23/06 за 1994 г традиционно требует включения в компоновку аппарата специальной силовой установки. Аналогично новая технология создания СВКВП, СВВП посредством адаптивного крыла по патенту РФ 2144886, B64C 23/06 за 1998 г - способ создания подъемной силы и устройство для создания подъемной силы, решает задачу улучшения ВПХ (взлетно-посадочных характеристик) самолетов. Кроме того, эти решения требуют фундаментальных исследований, НИР и ОКР с минимальными шансами положительного результата их.
Известен СВВП ЦАГИ II-ЭА с комбинированной схемой из несущего винта на пилоне верхнего сектора фюзеляжа с двумя трехлопастными винтами на концах крыла с приводом от редуктора одного двигателя. Управление самолетное (киль с рулем поворота и стабилизатор с рулем высоты), а также вертолетное с синхронизацией всех винтов посредством изменения их шага с механизмом управления шагом всех винтов от штурвала и педалей.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому элсавелету является аэролет, описанный в заявке 2010100721 с одним, по крайней мере, комплектом фрагментов крыла на фюзеляже, имеющем пилотскую кабину с пассажирским салоном или грузовым отсеком, с рулями направления на боковинах хвостовой части фюзеляжа или на их стыке, с винтомоторным блоком на переднем конце или реактивным двигателем с реверсом в хвостовой части. Обдув фрагментов крыла обеспечивает винт поршневой установки или отбираемый от реактивного двигателя воздух по магистралям подвода и выпуска его на передней кромке одного, по крайней мере, фрагмента и эжектирования для отвода его от задней кромки в сопло двигателя. Аэролет снабжен системами управления, топливной и кондиционирования.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому фрагментному крылу является комплект фрагментов верхнего или нижнего сектора фюзеляжа аэролета, описанного в заявке 2010100721. Он состоит из набора несущих поверхностей, каждая из которых выполнена из обшивки на силовом наборе из лонжерона на передней кромке, стрингера на задней, соединенных с нервюрами, имеющими форму поперечного сечения крыла для взаимодействия с воздушной средой и отверстия на фюзеляжном конце кронштейнов соединения фрагментов с фюзеляжем, при этом каждый фрагментный конец кронштейнов его снабжен отверстием передним(верхним), располагающимся выше для фиксирования переднего конца последующего фрагмента и задним(нижним) отверстием, располагающимся ниже переднего для фиксирования заднего конца предыдущего фрагмента, кроме кронштейнов передней кромки первого и задней кромки последнего фрагмента крыла, имеющих по одному отверстию переднему (верхнему) у передних кронштейнов и заднему (нижнему) у задних.
Наиболее близким по технической сути к заявленному винтовентилятору является винтовентилятор турбовинто-вентиляторного двигателя НК-93, опубликованный на http://www.airwar.ru/enc/engines/nk-93.html.
Он состоит из двух многолопастных винтов с саблевидными лопастями, выполненными с углом стреловидности 30 градусов с изменяемым углом установки их. Противоположное вращение винтов осуществляется от трехступенчатой свободной турбины через планетарный редуктор.
Наиболее близким по технической сути к заявленному вентилятору является вентилятор турбовентиляторного двигателя НК-8-2У, описанный в «Дополнении к техническому описанию двигателя НК-8-2У 82У.000. 501ДД. Турбовентиляторный двигатель НК-8-2У», стр.33, рис.11. Вентилятор состоит из входного направляющего аппарата на входе в двигатель с коком на его ступице и направляющими аппаратами между колесами 1 и 11 ступени, образующими ротор вентилятора, являющийся частью ротора компрессора низкого давления.
Недостатком этого вентилятора является низкая двухконтурность его.
Наиболее близкой по технической сути к заявленной является обечайка двигателя НК-93, состоящая из набора нервюр, укрепленных на входном направляющем аппарате и закрепленных на них внешней и внутренней оболочек. Недостатком винтовентилятора является выполнение внутренней оболочки цилиндрической и соответственных ей концов лопастей винтов.
Наиболее близким по технической сути к системе воздухозаборников эжектирования элавлета является воздухозаборник, описанный в заявке автора №2010100721. Воздухозаборник аэролета с одним, по крайней мере, реактивным двигателем, интегрованным в хвостовую часть фюзеляжа, со входом воздушного потока в двигатель соответственно на верхнем или нижнем секторе, выполнен с одной, по крайней мере, парой диаметрально противоположно расположенных консолей на входе с пазом переменной глубины соответственно размещению задней кромки заднего фрагмента соответствующего комплекта фрагментов крыла с соответствующей кромке геометрией. Расположение консоли с пазами на входе воздуховода, расположенном на верхнем или нижнем секторе фюзеляжа, увеличивает лобовое сопротивление аэролета. К тому же, в щирокофюзеляжных компоновках с большим числом комплектов фрагментов это расположение ухудшает технологичность этих компоновок.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому реверсу является реверс аэролета, описанный в заявке 2010100721. Он содержит пару шарнирно установленных в корпусе створок, закрывающих окна корпуса с решетками из направляющих газовый поток лопаток, двухполостную проставку, систему управления реверсом с механизмом включения реверса и золотником, силовыми цилиндрами, замками блокировки створок в нерабочем и рабочем положении с разделением газового потока на части для торможения(в переложении на 90°) для зависания, для чего каждая створка переложена на угол, обеспечивающий равенство прямой тяги из сопла и обратной суммарной тяги потоков из окон реверса, при этом опоры створок и силовые цилиндры расположены на верхнем и нижнем секторах, окна с решетками расположены на боковых секторах корпуса реверса соответственно, лопатки решеток выполнены с кривизной, способствующей перемещению потока из окон параллельно поверхности земли. Данная компоновка реверса исключает основные недостатки применяемых реверсов, но предназначена она для силовых установок из единичного двигателя.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому способу создания подъемной силы является способ создания подъемной силы аэролета, описанный в заявке 2010100721. По этому способу создания подъемной силы аэролета преобразуют энергию топлива в работу двигателя и в перемещение аппарата с взаимодействием несущих поверхностей с воздушной средой, обеспечивая начало взаимодействия создаваемого двигателем воздушного потока с фрагментами крыла независимо от горизонтального перемещения аэролета посредством последовательного взаимодействия воздушного потока от винта с расположенными в этом потоке фрагментами у поршневых аэролетов. А у реактивных аэролетов обеспечивают обтекание одного, по крайней мере, фрагмента крыла отобранным от двигателя воздухом с эжектированием его после каждой задней кромки фрагментов в сопло реактивного двигателя с разделением реактивной струи для вертикального перемещения на центральный поток прямой тяги и два боковых, в сумме равных центральному и противоположно ему направленных, расположенных параллельно земной поверхности. Скорость поршневого аэролета ограничивают на взлете или уменьшают на посадке, включив аэродинамические рули направления и/или тангажа в положение торможения.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому способу управления является способ управления аэролетом, описанный в заявке 2010100721. Способ управления в полете аэролетом с одной, по крайней мере, реактивной силовой установкой и отбором части воздушного потока от нее для подвода ее на обдув управляющей поверхности, с управлением направлением полета отклонением управляющей поверхности или реакцией струйного руля, а управляющий момент, стабилизирующий положение аэролета по крену, обеспечивается автоматически системой действующих на него сил в осевой вертикальной плоскости и расположением точек приложения суммарной подъемной силы комплекта фрагментов над точкой приложения веса (центра тяжести), определяемой центровкой, управляющий момент по тангажу создают, изменяя скорость обтекания подведенного от двигателя воздуха к крайним в комплекте фрагментам - первому в комплекте фрагменту или последнему, изменяя тем самым подъемную силу соответствующего фрагмента и фюзеляжа.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому способу взлета элсавелета является способ взлета аэролета, описанный в заявке 2010100721. Способ взлета аэролета, по которому запускают двигатель на малый газ и создают воздействие воздушного потока на несущие поверхности, после выхода двигателя на малый газ затормаживают колеса шасси стояночными колодками или тормозами и плавно увеличивают обороты двигателя до уровня, на котором воздействие воздушного потока на фрагменты создает суммарную подъемную силу, превышающую взлетный вес аэролета, а после отрыва его от поверхности стоянки и подъема над колодками увеличивают обороты двигателя для одновременного увеличения горизонтальной скорости и набора заданной высоты полета.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому способу посадки элсавелета является способ посадки аэролета, описанный в заявке 2010100721. Способ посадки аэролета, по которому выполняют планирование с эшелона полета и перемещение к месту стоянки, при этом планирование выполняют до точки выравнивания, например - до безопасной высоты у места предстоящей остановки для погрузки-выгрузки или стоянки, на которой выпустив посадочный щиток, отклоняют панели рулей курса одновременно в противоположные стороны и, уменьшив обороты двигателя, уменьшают горизонтальную скорость до зависания над точкой касания и далее уменьшают обороты двигателя для перевода аэролета в вертикальное опускание его к точке касания до высоты 1,5-2 метра, на которой, прибавив обороты двигателя, обеспечивают касание с поверхностью стоянки с вертикальной скоростью 0,15-0,3 м/сек, при этом в вертикальном перемещении аэролет ориентируют в пространстве относительно хозяйственных строений и расположенной перед ними техники.
Наиболее близким по технической сути к заявляемому способу работы реверса является способ работы реверса аэролета, описанный в заявке 2010100721. Способ работы реверса тяги аэролета, содержащий разблокировку створок для перекладки и их блокировку после перекладки, разделение газового потока двигателя на части для торможения или для зависания, взаимодействие части их с решетками реверса для изменения направления этих частей, блокировку включения реверса, отбор воздуха от входящего в двигатель воздушного потока для подвода к струйным рулям.
Недостатком описанных в заявке 2010100721 аэролетов местных и среднемагистральных авиалиний, их систем и узлов является существенное ухудшение эксплуатационных качеств, если трансконтинентальный широкофюзеляжный аэролет спроектировать по типу среднемагистральных с мотогондолами на пилонах хвостовой части фюзеляжа. Из многолетней практики проектирования известно не только специалистам, что каждый килограмм агрегатов и соответственно двигателей, увеличивает вес самолета на 4 килограмма. Для широкофюзеляжных лайнеров в самолетостроении применяются двигатели типа винтовентиляторного двигателя НК-93 с весом около 3600 килограмм. Как правило, эти лайнеры имеют четыре двигателя на крыле или на пилонах хвостовой части фюзеляжа. А значит вес трех из них - 10800 кг - увеличивает вес лайнера на 43200 кг. Соответственно на этот вес уменьшается грузоподъемность лайнера и на перевозку этого балластного груза в каждом полете тратится залитое в баки топливо, существенно уменьшая дальность полетов.
III. РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретения решают задачи использования единой технологии авиаперевозок и полетов посредством производства летательных аппаратов, экономичных в эксплуатации и их производстве, с одновременным уменьшением энерговооруженности аппаратов, существенным улучшением безопасности авиатехники и авиауслуг, а также расширением объема авиауслуг при уменьшении номенклатуры авиатехники в производстве и эксплуатации, упрощением инфраструктуры обеспечения полетов и с улучшением комфортности и стоимости перевозок и полетов с самостабилизацией по крену и выбором типа движения.
Суть изобретений-устройств состоит в том, что электросамолет вертикального взлета-посадки, содержащий фюзеляж с пилотской кабиной, пассажирским салоном или грузовым отсеком и с фрагментами крыла на его секторах, одной по крайней мере, реактивной силовой установкой с реверсивным устройством, например, интегрированной в хвостовую часть фюзеляжа, воздушно-стартовую установку и системы управления, топливную, кондиционирования и шасси с колесами тележек на пневматиках низкого давления, имеет на каждом секторе фюзеляжа несущие системы из соответствующих друг другу вентилятора на пилонах переднего конца фюзеляжа, фрагментного крыла на верхней или нижней стенках, набора комплектов фрагментов на боковинах с системой воздухозаборников эжектирования за задней кромкой каждого последнего фрагмента крыла или комплекта фрагментов, а силовая установка выполнена с одной, по крайней мере, генераторной установкой, электрически соединенной с электродвигателями, закапотированными профилированными обечайками вентиляторов, установленных перед каждым комплектом или набором фрагментов на фюзеляже, а каждое фрагментное крыло, комплект фрагментов крыла или набор комплектов на фюзеляже расположены в потоке от винта вентиляторов, эжектируемого щелями воздухозаборников, расположенных за задней кромкой последнего фрагмента комплектов, на вход двигателя, во второй контур или центральную зону сопла или зону решеток реверса двигателя, аэродинамические или струйные рули курса установлены на задних концах боковин фюзеляжа, при этом аэродинамические рули, по крайней мере, выполнены с возможностью включения их в режим торможения горизонтальной скорости полета, при этом каждый комплект фрагментов боковин и фрагментных крыльев электросамолета или один комплект фрагментов на каждой боковине и одно фрагментное крыло, по крайней мере, имеют суммарную площадь несущих поверхностей каждого из этих комплектов или крыльев, равную суммарной площади крыла и хвостового оперения самолета аналогичной грузоподъемности.
Электросамолет вертикального взлета-посадки, у которого каждая фаза трехфазной генераторной установки соединена с электродвигателем одного из вентиляторов, установленных на пилонах переднего конца фюзеляжа.
Электросамолет вертикального взлета-посадки, содержащий фюзеляж с пилотской кабиной, пассажирским салоном или грузовым отсеком, одной по крайней мере, реактивной силовой установкой с реверсом тяги, например, интегрированной в хвостовую часть фюзеляжа, с воздушно-стартовой установкой 10 (ВСУ) и системами управления, топливной, кондиционирования и шасси с колесами тележек на пневматиках низкого давления, а силовая установка и ВСУ снабжены генераторной установкой, каждая из которых электрически соединена с электродвигателями двух, по крайней мере, вентиляторов, установленных на боковых пилонах в передней части фюзеляжа, а передние фрагменты комплектов стационарных, съемных или надувных фрагментов крыла на каждой боковине фюзеляжа расположены за упомянутыми пилонами с вентиляторами и последний фрагмент каждого из них - перед соответствующей щелью воздухозаборника системы эжектирования, второй конец каждого из которых соединен с трубопроводной магистралью эжектирования, задний конец каждой из которых выведен в центральную часть сопла.
Электросамолет вертикального взлета-посадки, у которого каждая несущая система выполнена с винтовентиляторами противоположного вращения винтов на переднем пилоне, электродвигатель первого винта его электрически соединен с одной фазой генераторной установки, расположенной в коке входного направляющего аппарата силовой установки, интегрированной в хвостовую часть фюзеляжа, во вращение вал второго винта винтовентилятора приводится шестеренной передачей от вала первого винта в каждом винтовентиляторе.
Электросамолет вертикального взлета-посадки, содержащий фюзеляж с пилотской кабиной, с пассажирским салоном или грузовым отсеком, одной по крайней мере, реактивной силовой установкой с реверсом тяги, например, интегрированной в хвостовую часть фюзеляжа, с ВСУ и системами управления, топливной, кондиционирования и шасси с колесами тележек на пневматиках низкого давления, в хвостовую часть фюзеляжа установлен турбовинтовентиляторный двигатель с генераторными установками на валах первого и второго винтов его винтовентилятора и двумя установками на редукторе винтовентилятоpa и валу воздушно-стартовой установки, а каждая несущая система выполнена с винтовентиляторами противоположного вращения на передних пилонах верхней стенки и боковин фюзеляжа, электродвигатель первого винта их электрически соединен с одной фазой генераторной установки, расположенной в коке входного направляющего аппарата силовой установки, а электрический двигатель второго винта 10 каждого винтовентилятора соединен с трехфазными генераторными установками редуктора винтовентилятора двигателя и воздушно-стартовой установки.
Электросамолет вертикального взлета-посадки, содержащий фюзеляж с пилотской кабиной, с пассажирским салоном или грузовым отсеком, с силовой установкой в хвостовой части фюзеляжа, с ВСУ и системами управления, топливной, кондиционирования и шасси с колесами тележек на пневматиках низкого давления, в хвостовую часть фюзеляжа установлены два турбовинтовентиляторных двигателя с генераторными установками в коке входного направляющего аппарата на валах первого и второго винтов винтовентилятора каждого двигателя и по две генераторные установки на каждом редукторе винтовентилятора, входные направляющие аппараты двигателей соединены с напорным ресивером фюзеляжа, с которым соединены концы диффузоров двигателей, входы которых расположены на боковинах фюзеляжа за последними фрагментами консольных комплектов этих секторов, воздухозаборники системы эжектирования установлены за последними фрагментами фрагментных крыльев верхней или нижней стенок, на боковинах и верхней стенке фюзеляжа установлены винтовентиляторы в профилированных обечайках с винтами противоположного вращения, а электрические двигатели первых винтов винтовентиляторов боковин соединены с генераторными установками, расположенными в коке и на валу первого вита, а электрические двигатели вторых винтов их соответственно с генераторными установками вторых винтов в коке и на валу вторых винтов, генераторные установки на редукторе первого двигателя соединены с электрическими двигателями винтовентилятора верхней стенки и генераторные установки второго двигателя соединены с аккумуляторной батареей, которая имеет возможность подключения к электрическим двигателям винтовентиляторов.
В боковых секторах хвостовой части фюзеляжа выполнены окна для решеток реверсивного устройства, а на верхней и нижней стенке с одинаковым смещением от вертикальной плоскости симметрии фюзеляжа расположены соосные пары опор для створок устройства, при этом проставка и сопло его выполнены овальными, соответственно диаметрам корпусов турбин двух турбовинтовентиляторных двигателей, а смещение пар опор от вертикальной плоскости симметрии выполнено на величину, обеспечивающую перекрытие половины воздушно-газового потока соответствующего двигателя после перекладки створок в рабочее положение, направляя эту половину в окна реверса с решеткой в них и не меняя направление второй половины с равенством суммарных тяг отклоненных и центральных потоков двух двигателей.
Набор несущих систем электросамолета вертикального взлета-посадки состоит из вентиляторов на пилонах верхней или нижней стенки с фрагментными крыльями и на пилонах боковин фюзеляжа с набором комплектов на каждой из них по 2-4 комплекта и по воздухозаборнику за каждым последним фрагментом крыла и комплекта.
Вентилятор, содержащий многолопастный воздушный винт на его оси в капотирующей обечайке на направляющем аппарате, вал вентилятора установлен на пилоне, выполненным с фланцем для установки электрического двигателя привода вала винта с длиной пилона, равной половине длины консольных фрагментов крыла элекросамолета, по крайней мере, при этом внутренняя поверхность обечайки каждого вентилятора и колесо винта выполнены профилированными соответственно друг другу, в ступице винта установлен ротор с постоянными магнитами, а в обращенной к нему стороне ступицы направляющего аппарата установлена трехфазная обмотка генераторной установки, соединенная электропроводкой с электрическим двигателем другого вентилятора, с аккумуляторной батареей или с двигателем другого винта.
Винтовентилятор, содержащий два многолопастных винта с саблевидными лопастями на соосных валах противоположного вращения, направляющий аппарат капотированный обечайкой, а ступица направляющего аппарата установлена на конце пилона с длиной, равной половине длины консольных фрагментов крыла электросамолета, по крайней мере, пилон имеет фланцы для установки электрических двигателей для привода винтов, при этом привод первого винта соединен электропроводкой с генераторной установкой силовой установки его, на смежных сторонах ступиц винтов установлены соответственно ротор с постоянными магнитами на одном и трехфазная обмотка генераторной установки с токосъемными контактными кольцами и контактирующими с ними щетками в токосъемной проставке, которые соединены электропроводкой с электрическим двигателем второго винта винтовентилятора.
Обечайка вентилятора или винтовентилятора, содержащая входной кок, соединенный с внешней и внутренней оболочками, укрепленными на каркасе из набора нервюр, соединенных с направляющим аппаратом, укрепленным на пилоне, каждая внутренняя сторона нервюр выполнена с участками, обеспечивающими конфузорную и диффузорную внутреннюю поверхность внутренней оболочки, при этом конфузориая часть начинается до плоскости расположения передней кромки лопастей первого винта с плавным переходом ее в диффузорную поверхность с углом наклона, соответствующим углу наклона концевой кромки лопастей винтов, сопряженной с концевой цилиндрической поверхностью, концевой торец лопастей винта выполнен соответственно длине лопастей винта и внутренней поверхности обечайки.
Набор несущих систем электросамолета вертикального взлета-посадки, содержащий секторные или линейные фрагменты крыла, консольные комплекты или фрагменты на боковинах фюзеляжа, выполнен из фрагментных крыльев на верхней или нижней стенке фюзеляжа, комплектов консольных фрагментов на каждой боковине с вентилятором или винтовентилятором, капотированным обечайкой на пилоне 15 перед каждым крылом и комплектом, и системы воздухозаборников эжектирования за каждым последним фрагментом крыльев и комплектов их, при этом каждый консольный фрагмент, по крайней мере, имеет длину, равную диаметру винта вентилятора или винтовентилятора, установленного на пилонах, а длину хорды, кривизну несущих поверхностей, а также число комплектов и фрагментов в комплектах определяют при проектировании из условия создания подъемной силы электросамолета, равной расчетному полетному весу на максимальную дальность полета, начиная с режимов работы двигателя с 0,5-0,7 ном до номинального с учетом скоростей потока обдува фрагментов и эжектирования его, при этом одно, по крайней мере, фрагментное крыло верхней или нижней стенки и по одному комплекту фрагментов на каждой боковине и каждый из них имеют суммарную площадь несущих поверхностей, равную или более суммарной площади несущих поверхностей самолетных крыла и хвостового оперения аналогичной грузоподъемности.
Фрагментное крыло электросамолета вертикального взлета-посадки, содержащее набор несущих поверхностей, каждая из которых выполнена из обшивки на силовом наборе из лонжерона на передней кромке, стрингера на задней, соединенных с нервюрами, имеющими форму поперечного сечения крыла для взаимодействия с воздушной средой и отверстия на фюзеляжном конце кронштейнов соединения крыла с фюзеляжем, каждый фрагментный конец кронштейнов его снабжен отверстием передним, располагающимся выше для фиксирования переднего конца последующего фрагмента и задним отверстием, располагающимся ниже переднего для фиксирования заднего конца предыдущего фрагмента, кроме кронштейнов передней кромки первого и задней кромки последнего фрагмента крыла, имеющих по одному отверстию переднему у передних кронштейнов и заднему у задних.
Фрагментное крыло электросамолета вертикального взлета-посадки со смещением отверстий кронштейна на его фрагментном конце соответствует расположению фрагментов на фюзеляже под полетным углом.
Система управления электросамолета вертикального взлета-посадки, содержащая аэродинамические рули курса, тангажа в полете на заданном эшелоне, кинематически связанные с педалями и ручкой управления в кабине пилота(ов), магистрали подвода управляющего воздуха к струнным рулям управления электросамолетом на опасных этапах полета - на взлете, посадке и в экстремальных ситуациях с крапами управления, и дополнительно к упомянутым средствам управления он имеет в каждой сети, соединяющей генераторные установки с электрическими двигателями вентиляторов или винтовентиляторов, регулятор силы тока, подаваемого на клеммы электрических двигателей.
Система воздухозаборников эжектирования электросамолета вертикально взлета-посадки, содержащая щелевой вход для эжектируемого воздуха в трубопровод воздухозаборника с геометрией, соответствующей геометрии задней кромки предстоящего фрагмента фрагментного крыла или комплекта фрагментов, имеет свободный конец каждого трубопровода с обращенной к задней кромке фрагмента щелью, закрепленный на шайбе соответствующего фрагмента, а противоположный конец трубопровода, установленный в боковине фюзеляжа, соединен с магистралью подвода эжектируемого воздуха в центральную часть воздушно-газового потока сопла или в зону сопла перед решетками реверса.
Система воздухозаборников электросамолета имеет щелевой трубопровод каждого воздухозаборника, установленный в опоре шайбы и боковины фюзеляжа с возможностью поворота в положение эжектирования с верхней, нижней или обеих несущих поверхностей предстоящего фрагмента.
Реверсивное устройство электросамолета вертикального взлета-посадки, содержащее корпус, соединенный с корпусом турбины и сопла, двухполостную проставку, систему управления реверсом с механизмом включения реверса и золотником, силовыми цилиндрами, замками блокировки створок в нерабочем и рабочем положении для разделения газового потока на части для торможения или зависания посредством створок и решеток в окнах корпуса с опорами для осей створок, имеет силовую установку из двух интегрированных в хвостовую часть фюзеляжа двигателей с реверсом тяги, имеющим корпус овальной формы для соединения с фланцами корпусов турбин этих двигателей или закрепления его на силовом наборе фюзеляжа посредством тяг, при этом корпус реверса выполнен с окнами для решеток в вертикальной плоскости и створками для одновременного отклонения верхних и нижних половин газовых потоков обоих двигателей или с реверсивным устройством каждого двигателя силовой установки в хвостовой части или в гондолах на боковых пилонах хвостовой части с одним окном в боковине или в боковом секторе каждой гондолы для решетки и одной створки с опорами для осей створки на верхнем и нижнем секторе корпуса реверса для отклонения одной внешней половины газового потока каждого двигателя силовой установки в хвостовой части или двигателей в гондолах ее, при этом угол отклонения створок обеспечивает равенство суммарной тяги отклоненных частей потоков из решеток реверсов суммарной прямой тяге не отклоненных половин потоков с прямой тягой винтовентиляторов.
Реверсивное устройство электросамолета вертикального взлета-посадки с корпусом и соплом, соединенными с проставкой, фланец которой обеспечивает соединение ее с задними фланцами корпуса турбин двух двигателей силовой установки или корпус реверса соединен тягами с элементами силового набора фюзеляжа.
Реверсивное устройство электросамолета вертикального взлета-посадки, корпус каждого реверса и гондолы которого выполнены с решеткой и соответственно окном для нее, расположенными во внешнем боковом секторе каждой гондолы и соответственно соосные опоры для створок расположены на верхнем и нижнем секторах в положении, обеспечивающем отклонение каждой створки на угол 110-115 градусов, создающий разделение газовых потоков на суммарные равные части - тяги обратных потоков из боковых внешних окон гондол и тяги прямых потоков из внутренних половин каждого сопла и тяги винтов винтовентиляторов.
Способ создания подъемной силы электросамолета вертикального взлета-посадки, включающий преобразование энергии топлива двигателя в создание подъемной силы посредством взаимодействия несущих поверхностен с воздушным потоком или воздушной средой, в том числе с последовательным обтеканием каждой несущей поверхности воздушным потоком от винта, с эжектированием этого потока после обтекания в воздушный или воздушно-газовый потоки, одновременно с созданием воздушного потока в компрессоре и преобразованием его в воздушно-газовый в камере сгорания, вращение ротора силовой установки, одной по кранной мере, превращают в электрический ток одной, по крайней мере, генераторной установки, который по электропроводке подводят на электродвигатели вентиляторов, создающих воздушный поток для последовательного обтекания одного, по крайней мере, фрагментного крыла или одного, по крайней мере, комплекта фрагментов на каждой боковине фюзеляжа и эжектируют этот поток после обтекания последнего фрагмента каждого комплекта его соответствующим воздухозаборником системы эжектирорования за задней кромкой в зону решеток реверса, второй контур или компрессор, при этом воздушно-газовый поток силовой установки с реверсом тяги разделяют на потоки, обратные из решеток реверса с суммарной тягой, направленной противоположно центральному(ым) потоку(ам) с тягой винтов и равной им для исключения горизонтального перемещения электросамолета вертикального взлета-посадки на этапах взлета, посадки или в нештатную ситуацию, а горизонтальную скорость электросамолета дополнительно на этих этапах полета уменьшают, включая рули курса и тангажа в режим торможения.
Способ управления в полете электросамолетом вертикального взлета-посадки с отбором воздуха от реактивной силовой установки для подвода его к структурным рулям, с управлением направлением полета отклонением управляющей поверхности или реакцией струйного руля, управление креном осуществляют на режимах вертикального перемещения, создавая управляющий момент по крену посредством отключения электрического двигателя(ей) одновременно с отключением эжектирования несущих систем правой или левой боковины общим краном или только отключением электродвигателя(ей) от генераторной установки силовой установки электросамолета или только эжектирования, момент по тангажу создают, изменяя силу тока одного, по крайней мере, электрического двигателя вентилятора или винтовентилятора, изменяя таким образом обороты винта вентилятора, скорость создаваемого им потока воздуха и подъемную силу первых фрагментов соответствующего фрагментного крыла или несущих систем, или изменяют обороты двигателя для изменения подъемной силы последних фрагментов крыльев и набора несущих систем с подачей тока к электрическим двигателям вентиляторов от батареи аккумуляторов для компенсации уменьшения силы тока от генераторных установок двигателя.
Способ управления, по которому для перевода электросамолета вертикального взлета-посадки в положение планирования на опасных этапах полета регулятором силы тока электрического двигателя одного, по крайней мере, вентилятора уменьшают обороты винта его и тем самым скорость обдува первых фрагментов (первого и второго, например) набора несущих систем или фрагментного крыла и их подъемную силу, вследствие чего передний конец электросамолета опустится на требуемый угол, после чего сила тока, обороты и подъемная сила упомянутых фрагментов восстанавливаются и далее полет продолжается по траектории планирования до требуемой высоты, а для перевода его в кабрирование уменьшают обороны двигателя, сохраняя обороты винтовентилятора подключением батареи аккумуляторов к электрическим двигателям вентиляторов, после чего обдув последних (третьего и четвертого) фрагментов набора несущих систем и фрагментного крыла и их подъемная сила уменьшается и задний конец электросамолета опускается на требуемый угол, в котором обороты, обдув упомянутых фрагментов и их подъемная сила восстанавливаются и дальнейший полет проходит в наборе высоты до заданного эшелона.
Способ взлета электросамолета вертикального взлета-посадки, по которому запускают двигатель(и) на малый газ, после выхода двигателя на малый газ затормаживают колеса шасси стояночными колодками или тормозами и обеспечивают взаимодействие воздушного потока с несущими поверхностями, на малом газе включают реверс тяги с перекладкой створок в положение зависания с равенством суммарной тяги отклоненных частей газовых потоков двух интегрированных в хвостовую часть фюзеляжа двигателей силовой установки и тяги их неотклоненных частей с тягой винтов и сохраняя это равенство, устанавливают обороты двигателя, на которых воздействие воздушного потока от винтов вентиляторов, расположенных перед набором фрагментов несущих систем и эжектируемыми воздухозаборниками системы эжектирования последними фрагментами набора создает суммарную подъемную силу, превышающую взлетный вес электоросамолета, а после отрыва его oт поверхности стоянки и подъема над колодками начинают набор безопасной высоты Нбез, ориентирую его струйными рулями, на безопасной высоте выключают реверс и на номинальных оборотах двигателя увеличивают горизонтальную скорость до начала действия аэродинамических рулей с одновременным набором заданной высоты полета.
Способ посадки электросамолета вертикального взлета-посадки, по которому выполняют планирование с высоты эшелона полета и перемещение к месту стоянки, планирование выполняют до высоты выравнивания Нв с включенным в режим торможения реверсом с одновременным автоматическим перемещением створок из положения торможения в положение зависания с равенством тяги отклоненных через решетки реверса частей потока и тяги прямых не отклоненных частей газового потока из сопла, пропорциональным уменьшению горизонтальной скорости полета, после зависания над точкой касания уменьшением оборотов регулируют скорость вертикального перемещения к точке касания на оборотах, подъемная сила системы несущих фрагментов на которых меньше посадочного веса электросамолета с уменьшением скорости касания до 0,15-0,3 м/сек увеличением оборотов, при этом в вертикальном перемещении его ориентируют в пространстве относительно хозяйственных строений и расположенной перед ними техники струйными рулями (не показаны).
Способ посадки электросамолета вертикального взлета-посадки, по которому планирование его без реверса тяги выполняют до высоты выравнивания у места предстоящей остановки для погрузки-выгрузки или стоянки, на которой отклоняют панели рулей курса и тангажа одновременно в противоположные стороны и уменьшив обороты двигателя, уменьшают горизонтальную скорость до зависания над точкой касания и далее уменьшают обороты двигателя для перевода электросамолета в вертикальное опускание его к точке касания до высоты 1,5-2 метра, на которой прибавив обороты двигателя, обеспечивают касание с поверхностью стоянки с вертикальной скоростью 0,15-0,3 м/сек, при этом в вертикальном перемещении его ориентируют в пространстве относительно хозяйственных строений и расположенной перед ними техники.
Способ работы реверсивного устройства двигателя электросамолета вертикального взлета-посадки с реактивной силовой установкой, содержащий разблокировку створок для перекладки и их блокировку после перекладки, разделение газового потока двигателя на части для торможения или для зависания, взаимодействие части их с решетками реверса для изменения направления этих частей, блокировку включения реверса, отбор воздуха от силовой установки для подвода к струйным рулям, для экстренного прекращения полета при возникновении нештатной ситуации или завершения штатного полета включают в режим торможения реверс тяги и рули курса и тангажа, к струйным рулям подают часть воздушного потока, входящею в двигатель воздуха, и при этом для режима зависания газовые потоки каждого двигателя разделяют на две части - центральную часть газового потока каждого из них, а боковые их части отклоняют створками и решетками реверса в обратом центральном частям потоков направлении с превышением суммарной обратной тяги отклоненных частей над тягой центральных с пропорциональным уменьшению скорости полета уменьшением разницы до их равенства, при этом в режиме зависания данной компоновки электросамолета соотношение сил тяги составит следующий вид:
NFв+Fпл+Fпп=Fол+Foп,
где Fв - сила тяги винтовентиляторов, Fпл, Fпп - сила прямой тяги неотклоненных газовых потоков левого и правого двигателей; Fол, Foп - сила обратной тяги отклоненных потоков из решеток реверса левого и правого двигателей и N - число несущих систем элекросамолета.
Способ работы реверсивного устройства двигателя электросамолета вертикального взлета-посадки, по которому для штатного завершения полета включают реверсы двигателей на пилонах хвостовой части с решеткой в окнах верхнего и нижнего секторов гондолы или внешнего бокового сектора ее и перекладывают створку верхней половины или внешней боковой на угол 110 градусов для отклонения верхней половины или внешней боковой половины газового потока на обратное направлению прямого нижней или внутренней половины потока, при котором суммарная обратная тяга отклоненных потоков превышает или равна тяге прямых неотклоненных газовых потоков с тягой винтов винтовентиляторов с автоматическим уменьшением оборотов двигателей, пропорциональным уменьшению горизонтальной скорости полета.
Достаточно убеждают в преимуществах единой технологии не только почти гарантированная безопасность авиаперевозок электросамолетами, не только многократное увеличение подъемной силы, но четырехкратное уменьшение энерговооруженности их относительно широкофюзеляжных самолетов. Даже необходимая по авиационным правилам двухдвигательная компоновка обеспечивает практически четырехкратную эксплуатационную эффективность, так как и в такую компоновку целесообразнее устанавливать два реактивных двигателя с наполовину меньшим весом и тягой с сохранением заметного преимущества эксплуатационных свойств этой компоновки.
IV. КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг.1 чертежа изображен вид сбоку на электросамолет с вертикальными взлетом-посадкой (ЭСВВП) и трехкомплектной несущей системой, на фиг.2 - вид сверху на него, на фиг.3 и 4 - вид по стрелке А и Б соответственно. На фиг.5 - сеч. А-А последних в каждом комплекте фрагментов с воздухозаборниками системы эжектирования, на фиг.6 - нижнее фрагментное крыло, на фиг.7 - продольное сечение вентилятора с профилированной обечайкой и электрическим двигателем привода винта. На фиг.8 - продольное сечение винтовентилятора с генераторной установкой в коке, с прямыми лопастями винтов и электрическими двигателями их вращения. На фиг.9 - схематическое изображение фрагмента турбовентиляторного двигателя ЭСВВП с двумя диффузорными участками обечайки и генераторной установкой на редукторе винтовентилятора.
На фиг.10 - эпюры скоростей в потоках свободного винта, капотированного профилированной обечайкой со схемами потоков для каждого варианта вентиляторов. На фиг.11 - хвостовая часть ЭСВВП с напорным ресивером и воздухозаборниками двух двигателей на боковинах фюзеляжа и на фиг.12 - хвостовая часть ЭСВВП с двигателями на пилонах боковин.
На фиг.13, 14 - схемы создания управляющего момента по крену, на фиг.15, 16 - схема сил, создающих управляющий момент по тангажу, на фиг.17 - траектория полета ЭСВВП на этапах взлета и посадки, и на фиг.18 - схема потоков после включения реверсивного устройства в режим «зависания».
V. ЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЙ
Электросамолет вертикальных взлета-посадки (ЭСВВП) на фиг.1, 2, 3 и 4 состоит из фюзеляжа 1 прямоугольного поперечного сечения с кабиной 2, пассажирским или грузовым салоном (не показаны). В хвостовую часть установлена реактивная силовая установка 3, а на пилонах 4 в носовой части располагаются вентиляторы, капортированные обечайками 5. На верхней стенке фюзеляжа установлено фрагментное крыло 6 на кронштейнах 7, вход 8 канала, подводящего воздушный поток к силовой установке, и отсек воздушно-стартовой установки 9. На каждой боковине фюзеляжа расположен набор комплектов конольных фрагментов крыла 10 с длиной l консоли каждого из них, равной диаметру d винта вентилятора. На концах боковин фюзеляжа установлены панели 11 руля курса, а рулей тангажа 12 - на концах верхней и нижней стенок его. Рули имеют возможность отклонения одного из них для маневра или одновременно каждого в свою сторону для торможения горизонтальной скорости. Иллюминаторы 13 расположены на уровне спинок кресел в пассажирском салоне (не показаны условно). Для тележек шасси с колесами 14 на пневматиках низкого давления в нижней стенке фюзеляжа выполнены ниша со створками (не показана). На переднем конце верхней стенки в силовом наборе выполнена площадка для средств крепления съемного вентилятора 15.
Шайба 16 последнего фрагмента в каждом комплекте снабжена отверстием для размещения конца воздухозаборника 17 эжектирования, со вторым концом каждого из которых соединен конец трубопровода системы эжектирования, снабженного краном отключения эжектирования всего набора фрагментов каждой боковины (фиг.1, 2, 4 и 5, условно не показана система эжектирования).
Нижнее фрагментное крыло на фиг.6 отличается от верхнего крыла 6, показанного на фиг.1, расположением крепежного конца кронштейнов 7: у этого крыла они расположены над несущими поверхностями фрагментов.
Пилон 4 вентилятора на фиг.1 выполнен с ложементами для размещения и крепления ступицы направляющего аппарата 18 вентилятора, выполненного с возможностью установки корпуса электрического двигателя 19 и соединения его вала с валом винта, капотированного обечайкой 5 с диффузорным участком 20. Винт имеет саблевидные лопасти 21, пилон 4 на фиг.7 не показан. Выполнение винтовентилятора на фиг.8 с двумя диффузорными участками 20 обечайки оптимизирует диаметр ее и улучшает технологичность выполнения лопастей прямолинейными, а встречное вращение винтов способствует выполнению генераторной установки в смежных сторонах ступиц винтов. На фигуре не показано расположение обмотки генераторной установки с токосъемными кольцами и щеткой в ступице одного винта, а ротора с постоянными магнитами в смежном конце ступицы другого. Изображен фланец щетки с защитной трубкой 23 для электропроводки 24 от установки к электрическому двигателю 25 второго винта. Для вращения первого винта ток передается на электрический двигатель по электропроводке 27 с генераторной установки 28, расположенной на редукторе 29 (фиг.9) силовой установки ЭСВВП.
В альтернативном варианте электропроводка генераторной установки зафиксирована на внутренней стенке вала второго винта, на заднем торце его ступицы блок токосъемных контактных колец, с которыми контактируют токосъемные щетки, установленные на переднем торце ступицы направляющего аппарата винтовентилятора.
Несущая система левой боковины на фиг.1 состоит из вентилятора с обечайкой 5, четырех комплектов консольных фрагментов крыла 10 и воздухозаборников 17 системы эжектирования. Аналогичная несущая система имеется на правой боковине. При наличии съемного вентилятора на верхней стенке с фрагментным крылом 6 и входом 8 в канал воздуховода к силовой установке 3 образуют верхний комплект несущей системы. Нижнее фрагментное крыло может быть съемным и после его установки на нижнюю стенку суммарная площадь несущих поверхностей может превышать суммарную несущую поверхность поперечного крыла и хвостового оперения самолета аналогичного класса на порядок. Расположение фрагментов в воздушном потоке между вентиляторами 5 и воздухозаборниками 17 даже на скорости полета самолета серийной компоновки обеспечивает десятикратное увеличение подъемной силы ЭСВВП неподвижного в горизонтальном направлении. А так как для поддержания традиционной для самолета скорости полета винт поршневого и реактивная струя реактивного должны двигаться в обратном направлении со скоростью в пятнадцати-двадцатикратном превышении полетной скорости. Следовательно, скорость обтекания фрагментов ЭСВВП и, соответственно, подъемная сила от этого обтекания превысит взлетный вес аппарата уже на оборотах в режимах работы силовой установки от малого газа до 0,5 номинала.
Работает ЭСВВП следующим образом.
При запуске силовой установки на малый газ вращение валов ротора создает электрический ток в генераторной установке, располагающейся в коке (фиг.8) винтовентилятора 5, на редукторе 29 или на валу ВСУ (не показана). По электропроводке 27 ток подводится от генераторной установки 28 к электродвигателю 26 первого винта 21 или двигателю 19 (фиг.7) и этот винт начинает вращаться. Обмотки генераторной установки в ступице этого винта начинают перемещение относительно постоянных магнитов ротора генераторной установки в ступице второго винта и в обмотке создается электрический ток, поступающий по электропроводке 24 на электродвигатель 25 второго винта. Второй винт 21 винтовентилятора начинает вращаться в противоположном направлении, что приводит к усилению тока в обмотке межвинтовой генераторной установки с увеличением оборотов электродвигателя 25 и второго винта 21. При вращении винтов их лопасти проталкивают воздух в осевом, окружном и радиальном направлении. Радиальная часть потока у некапотированных винтов, перемещаясь с концов лопастей перпендикулярно оси винта, увеличивает лобовое сопротивление объекта и снижает эффективность затраты энергии на вращение (фиг.10, к). В капотированных винтовентиляторах эта часть потока создает воздушную пробку в пристеночном слое, снижая скорость потока в этом слое и смежном с ним и незначительно уменьшает диаметр воздушного потока из обечайки (фиг.10, м). При взаимодействии этой части потока с диффузорными участками профилированной обечайки она приобретает направление осевого потока практически без потерь, что увеличивает скорость пристеночного и смежного с ним слоев (фиг.10, п и схема потоков).
Компоновка ЭСВВП на фиг.11 имеет ресивер 30 со входами 31 на боковинах с односторонним пазовым удлинением 32 до конца консольных фрагментов 10 комплектов несущих систем на боковинах. Двигатели 33 силовой установки выполнены с решетками 34 реверса в окнах боковин. На концах боковин, верхней и нижней стенок установлены панели рулей курса 11 и тангажа 12 соответственно.
Изображенные на фиг.1-11 компоновки ЭСВВП и их узлов преимущественно предпочтительны пассажирским компоновкам. Для компоновок грузового назначения более соответствуют компоновки с гондолами 35 на пилонах хвостовой части. Крупногабаритные грузы, особенно загружаемые в грузовой отсек своим ходом, требуют свободного входа в отсек с хвоста.
Эксплуатируют ЭСВВП следующим образом.
Описанный в разделе «Работа ЭСВВП» процесс создания увеличенной на порядок подъемной силы (стр.23), не связанной с горизонтальным перемещением его создает набор преимуществ перевозкам и полетам, как в улучшении надежности и качества услуг переводчиков в эксплуатации, так и в безграничном расширении этих услуг. Достаточно проанализировать основные из этих преимуществ.
Расположение комплектов фрагментов несущей системы в потоке от винтовентиляторов и существенно более высокие скорости обтекания фрагментов этим воздушным потоком с эжектированием его после обтекания последнего фрагмента обеспечивают не только отрыв стоящего на стоянке ЭСВВП от точки касания и продолжение набора высоты до безопасной на режимах 0,3-0,5 номинального, исключает на этом этапе работу силовой установки на взлетном режиме. Соответственно, сама по себе исключается «децибельная» проблема мировой авиации. И с ней исчезает не только необходимость в выделении обширнейших площадей для аэродромов с ВПП (взлетно-посадочными полосами), рулежными дорожками и светотехническим оборудованием, но и вынос аэродромов на 50-60 км от мегаполисов. В качестве площадок для взлета и посадки предложенных ЭСВВП создана возможность применения площадей, городских пустырей, крыш жилых и производственных зданий.
А при выделении площадок по периферии городов или берегам рек комфортность их перевозок реализует принцип-мечту и перевозчиков и потребителей их услуг - от подъезда до подъезда. С существенной экономией транспортных расходов финансов и времени. Подтверждают эти преимущества и этапы полета. Способствует вышеописанному и поперечный габарит ЭСВВП - от 8 до 12 метров, что несравнимо с почти 50 метрами у ТУ-154.
Пример 1
Для взлета загруженного ЭСВВП запускают силовую установку на малый газ и затормаживают его колеса тормозами или стояночными колесами. Затем включают реверсивное устройство каждого двигателя 33 или 35 силовой установки (фиг.11, 12) в режим «зависания» и выводят двигатели на обороты, на которых подъемная сила превышает взлетный вес ЭСВВП, а створка каждого двигателя автоматически перекладывается в положение, разделяющее суммарные тяги винтовентиляторов и воздушно-газовых потоков из сопла и решеток на равные противоположно направленные прямую и обратную тяги. Контролируя положение ЭСВВП в пространстве и корректируя его по необходимости струйными рулями (не показаны), набирают «всплыванием» безопасную высоту, на которой выключают реверсы двигателей и начинают набор горизонтальной скорости и заданной высоты полета. После разгона до скорости, на которой начинают действовать аэродинамические рули 11 курса и 12 тангажа, продолжают полет с управлением этими рулями.
Пример 2
В полете с управлением аэродинамическими рулями 11 и 12 суммарные подъемные силы несущих комплектов боковин, определяемые скоростью полета, одинаковы и сбалансированы с воздействием на них воздушной среды. Дополнительно к управляющему моменту от рулей тангажа при необходимости перевода ЭСВВП в положение планирования выключают винтовентилятоторы 5 и кратковременно увеличивают обороты силовой установки 3. Вследствие уменьшения оборотов винтов уменьшается скорость обтекания передних фрагментов крыла несущей системы, а увеличение оборотов силовой установки эжектирование увеличивает скорость обтекания задних консольных фрагментов 10 (фиг.15) несущих комплектов боковин. Соответственно, подъемная сила F1 передних консольных фрагментов уменьшится, а последних фрагментов F2 увеличится, и эта разбалансировка носовую часть опустит, а хвостовую поднимет.
В момент перехода ЭСВВП на требуемый угол β планирования включают вентиляторы и уменьшают обороты для устранения разбалансирования подъемных сил и продолжают планирование до требуемой высоты.
Аналогичным образом выполняют перевод ЭСВВП в кабрирование посредством уменьшения оборотов силовой установки (фиг.16). Перед уменьшением оборотов силовой установки электрические двигатели винтовентиляторов переключают на аккумуляторную батарею (не показана).
После этих переключений подъемная сила F2 становится меньше F1, хвостовая часть опустится и ЭСВВП перейдет в конфигурацию кабрирования. А после набора требуемой высоты разбалансирование подъемных сил прекращают обратным переключением и восстановлением оборотов.
Пример 3
Для штатной посадки ЭСВВП планирует с высоты полета до безопасной одновременно с приближением к точке касания в месте стоянки или погрузки-выгрузки. Одновременно в планировании уменьшают горизонтальную скорость, включив в режим торможения реверсы силовой установки 3 с автоматической перекладкой створок в положение «зависания» пропорционально уменьшению горизонтальной скорости, выбирая при этом более благоприятную точку касания. На высоте выравнивания после зависания над точкой касания уменьшением оборотов регулируют скорость вертикального опускания к выбранной точке касания, установив обороты силовой установки, на которых суммарная подъемная сила несущих систем становится чуть меньше посадочного веса ЭСВВП. На высоте 1,5-2 м над точкой касания для обеспечения «мягкого касания» увеличивают обороты настолько, чтобы скорость касания не превышала 0,15-0,3 м/сек.
Пример 4
Многолетняя эксплуатация реверсивного устройства двигателя на самолетах с вертикальным расположением решеток в окнах выявила недостаток такой компоновки: на пробеге по ВПП после касания и включения реверсов в режим торможения газовый поток из нижней решетки подбрасывает практически любой мусор с поверхности полосы и скорость пробега позволяет догнать этот мусор в воздухе и засосать с потоком в один из двигателей. Поперечное расположение крыла самолетов исключает иное расположение решеток с окнами и соответственно створок. Почти пятикратное уменьшение поперечного габарита ЭСВВП с консольными фрагментами 10 на боковинах снимает это ограничение на горизонтальное расположение окон и газовых потоков из них, но требует конструктивных изменений реверса. Поэтому в качестве силовой установки компоновка ЭСВВП имеет двигатели с реверсом, снабженным одной створкой и решеткой 34 в боковом окне гондолы 35 и корпуса реверса (фиг.18). И угол перекладки створки увеличен до 110 градусов для сбалансирования прямой тяги винтовентиляторов 5. В режиме зависания данной компоновки ЭСВВП соотношение сил тяги составит следующий вид:
NFв+Fпл+Fпп=Fол+Fоп, где
Fв - сила тяги винтовентиляторов, Fпл, Fпп - сила прямой тяги неотклоненных газовых потоков левого и правого двигателей; Fол, Fоп - сила обратной тяги отклоненных потоков из решеток реверса левого и правого двигателей и N - число несущих систем ЭСВВП.
Вариант безаэродромного ЭСВВП с генераторными установками на валу двигателя в фюзеляже и ВСУ при одинаковой энерговооруженности имеют большую надежность.
ЭСВВП с турбовинтовенвентиляторным двигателем в фюзеляже, с генераторными установками на валах первого и второго винтов винтовентиляторов, с двумя установками на редукторе винтовентиляторов и валу ВСУ предпочтителен для многокорпусных ЭСВВП.
ЭСВВП с двумя турбовинтовентиляторными двигателями в фюзеляже, имеющими генераторные установки в коке входного направляющего аппарата, на валах первого и второго винтов винтовентиляторов, на редукторах винтовентиляторов имеет улучшенную надежность по электроэнергии, т.к. имеет возможность дублирования питания электродвигателей винтовентиляторов от аккумуляторной батареи.
Отличием вентилятора и винтовентиляторов является выполнение винтов с диаметром, равным длине фрагментов крыла.
В варианте винтовентилятор может иметь генераторную установку, расположенную в ступицах первого и второго винтов.
ЭСВВП с двумя турбовинтовентиляторными двигателями в фюзеляже, имеющими в коке входного направляющего аппарата, на валах первого и второго винтов винтовентиляторов, на редукторах винтовентиляторов генераторные установки, имеет улучшенную надежность по электроэнергии, т.к. имеет возможность дублирования питания электродвигателей винтовентиляторов от аккумуляторной батареи.
Отличием вентилятора и винтовентиляторов является выполнение винтов с диаметром, равным длине фрагментов крыла.
В варианте винтовентилятор может иметь генераторную установку, расположенную в ступицах первого и второго винтов.
Обечайка вентилятора или винтовентилятора, содержащая входной кок, соединенный с внешней и внутренней оболочками, укрепленными на каркасе из набора нервюр, соединенных с направляющим аппаратом, укрепленным на пилоне, каждая внутренняя сторона нервюр выполнена с участками, обеспечивающими конфузорную и диффузорную внутреннюю поверхность внутренней оболочки, при этом конфузорная часть начинается до плоскости расположения передней кромки лопастей первого винта с плавным переходом ее в диффузорную поверхность с углом наклона, соответствующим углу наклона концевой кромки лопастей винтов, сопряженной с концевой цилиндрической поверхностью, концевой торец лопастей винта выполнен соответственно длине лопастей винта и внутренней поверхности обечайки.
Набор несущих систем элсавелета, содержащий секторные и/или прямолинейные фрагменты крыла, консольные комплекты и/или фрагменты на боковинах фюзеляжа, выполнен из фрагментных крыльев на верхней или нижней стенке фюзеляжа, комплектов консольных фрагментов на каждой боковине с вентилятором или винтовентилятором, капотированным обечайкой на пилоне перед каждым крылом и комплектом, и системы воздухозаборников эжектирования за каждым последним фрагментом крыльев и комплектов их, при этом каждый консольный фрагмент, по крайней мере, имеет длину, равную диаметру винта вентилятора или винтовентилятора, установленного на пилонах, а длину хорды, кривизну несущих поверхностей, а также число комплектов и фрагментов в комплектах определяют при проектировании из условия создания подъемной силы электросамолета, равной расчетному полетному весу на максимальную дальность полета, начиная с режимов работы двигателя с 0,5-0,7 ном до номинального с учетом скоростей потока обдува фрагментов и эжектирования его, при этом одно, по крайней мере, фрагментное крыло верхней или нижней стенки и по одному комплекту фрагментов на каждой боковине или каждый из них имеют суммарную площадь несущих поверхностей, равную или более суммарной площади несущих поверхностей самолетных крыла и хвостового оперения аналогичной грузоподъемности.
Фрагментное крыло электросамолета вертикальных взлета-посадки, содержащее набор несущих поверхностей, каждая из которых выполнена из обшивки на силовом наборе из лонжерона на передней кромке, стрингера на задней, соединенных с нервюрами, имеющими форму поперечного сечения крыла для взаимодействия с воздушной средой и отверстия на фюзеляжном конце кронштейнов соединения крыла с фюзеляжем, каждый фрагментный конец кронштейнов его снабжен отверстием передним, располагающимся выше для фиксирования переднего конца последующего фрагмента и задним отверстием, располагающимся ниже переднего для фиксирования заднего конца предыдущего фрагмента, кроме кронштейнов передней кромки первого и задней кромки последнего фрагмента крыла, имеющих по одному отверстию переднему у передних кронштейнов и заднему у задних.
Фрагментное крыло электросамолета со смещением отверстий кронштейна на его фрагментном конце соответствует расположению фрагментов на фюзеляже под полетным углом.
Система управления электросамолета, содержащая аэродинамические рули курса, тангажа в полете на заданном эшелоне, кинематически связанные с педалями и ручкой управления в кабине пилота(ов), магистрали подвода управляющего воздуха к струйным рулям управления электрсамолетом на опасных этапах полета на взлете, посадке и в экстремальных ситуациях с кранами управления, и дополнительно к упомянутым средствам управления он имеет в каждой сети, соединяющей генераторные установки с электрическими двигателями вентиляторов или винтовентиляторов регулятор силы тока, подаваемого на клеммы электрических двигателей.
Система воздухозаборников эжектироваиия электросамолета вертикальных взлета-посадки, содержащая щелевой вход для эжектируемого воздуха в трубопровод воздухозаборника с геометрией, соответствующей геометрии задней кромки предстоящего фрагмента фрагментного крыла или комплекта фрагментов, имеет свободный конец каждого трубопровода с обращенной к задней кромке фрагмента щелью, закрепленный на шайбе соответствующего фрагмента, а противоположный конец трубопровода, установленный в боковине фюзеляжа, соединен с магистралью подвода эжектируемого воздуха в центральную часть воздушно-газового потока сопла или в зону сопла перед решетками реверсивного устройства.
Система воздухозаборников имеет щелевой трубопровод каждого воздухозаборника, установленный в опоре шайбы и боковины фюзеляжа с возможностью поворота в положение эжектирования с верхней, нижней или обеих несущих поверхностей предстоящего фрагмента.
Реверсивное устройство двигателя силовой установки электросамолета, содержащее корпус, соединенный с корпусом турбины и соплом, двухполостную проставку, систему управления реверсом с механизмом включения реверса и золотником, силовыми цилиндрами, замками блокировки створок в нерабочем и рабочем положении для разделения газового потока на части для торможения или зависания посредством створок и решеток в окнах корпуса с опорами для осей створок, имеет силовую установку из двух интегрированных в хвостовую часть фюзеляжа двигателей с реверсом тяги, имеющим корпус овальной формы для соединения с фланцами корпусов турбин этих двигателей или закрепления его на силовом наборе фюзеляжа посредством тяг, при этом корпус реверса выполнен с окнами для решеток в вертикальной плоскости и створками для одновременного отклонения верхних и нижних половин газовых потоков обеих двигателей или с реверсом каждого двигателя силовой установки в хвостовой части или в гондолах на боковых пилонах хвостовой части с одним окном в боковине или в боковом секторе каждой гондолы для решетки и одной створки с опорами для осей створки на верхнем и нижнем секторе корпуса реверса для отклонения одной внешней половины газового потока каждого двигателя силовой установки в хвостовой части или двигателей в гондолах ее, при этом угол отклонения створок обеспечивает равенство суммарной тяги отклоненных частей потоков из решеток реверсивных устройств суммарной прямой тяге не отклоненных половин потоков с прямой тягой винтовентиляторов.
Реверсивное устройство двигателя силовой установки ЭСВВП с корпусом и соплом, соединенными с приставкой, фланец которой обеспечивает соединение ее с задними фланцами корпуса турбин двух двигателей силовой установки или корпус его соединен тягами с элементами силового набора фюзеляжа.
Реверсивное устройство ЭСВВП, корпус каждого реверса двигателя силовой установки и гондолы выполнены с решеткой и соответственно окном для нее, расположенными во внешнем боковом секторе корпуса и гондолы, и соответственно соосные опоры для створки расположены на верхнем и нижнем секторах в положении, обеспечивающем отклонение каждой створки на угол 110-115 градусов, создающий разделение газовых потоков на суммарные равные части тяги обратных потоков из боковых внешних окон гондол и тяги прямых потоков из внутренних половин каждого сопла и тяги винтов винтовентиляторов.
Электросамолет вертикального взлета-посадки с несущей системой из винтовентиляторов 5 противоположного вращения на переднем пилоне, электродвигатель первого винта 21 его электрически соединен с одной фазой генераторной установки, расположенной в коке входного направляющего аппарата силовой установки 3, установленной в хвостовой части фюзеляжа, во вращение вал второго винта винтовентилятора приводится шестеренной передачей от вала первого винта в каждом винтовентиляторе.
Для создания подъемной силы одновременно с созданием воздушного потока в компрессоре и преобразованием его в воздушно-газовый в камере сгорания вращение ротора силовой установки, одной по крайней мере, превращают в электрический ток одной, по крайней мере, генераторной установки, который по электропроводке 27 передают на электродвигатели 19 вентиляторов, создающих воздушный поток для последовательного обтекания одного, по крайней мере, фрагментного крыла 6, 7 или одного, по крайней мере, комплекта фрагментов 10 на каждой боковине фюзеляжа, и эжектируют этот поток после обтекания последнего фрагмента каждого комплекта его соответствующим воздухозаборником 17 системы воздухозаборников за задней кромкой в зону решеток реверса, второй контур или компрессор, при этом воздушно-газовый поток силовой установки с реверсом тяги разделяют на потоки, обратные из решеток 34 реверса с суммарной тягой, направленной противоположно центральному (м) потоку(ам) с тягой винтов 21, 15 и равной им для исключения горизонтального перемещения электросамолета на этапах взлета, посадки или в нештатной ситуации, а горизонтальную скорость его дополнительно на этих этапах полета уменьшают, включая рули курса и тангажа в режим торможения.
VI. ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРИМЕНИМОСТЬ
Промышленная применимость заявленных единой технологии эксплуатации и производства летательных аппаратов доказывается вековой эксплуатацией авиатехники для коммерческих перевозок и каждым полетом военной авиации, а также несовершенством освоенной промышленностью авиатехники, поделившим ее на самолеты, вертолеты, наземного, палубного базирования. К традиционному сожалению, способность безаэродромного эксплуатирования вертолетов получена за счет ухудшения экономичности этого вида авиатехники как в производстве, так и в эксплуатации по грузоподъемности и по скорости. При этом безопасность и самолетной компоновки, и вертолетной остаются низкими, а и без того сложная и дорогостоящая инфраструктура имеет четкую тенденцию к дальнейшему росту дороговизны, например 3-х километровая ВПП на Камчатке.
Не менее пагубно то, что с ростом стоимости инфраструктуры в реализуемой тенденции развития авиации снижается качество авиауслуг снижением комфортности и увеличением затрат времени и транспортных расходов.
Дополнительно подтверждают промышленную применимость традиционная самолетная технология изготовления основных узлов ЭСВВП, которые освоены промышленностью, имеется оснастка для этого и обширный опыт применения. Готовы к применению трудовые ресурсы и в самолетостроении и в двигателестроении.
Структура обслуживания самолетов, подготовки кадров их эксплуатации автоматически переходят на обслуживание ЭСВВП, как и часть структурных подразделений авиапромышленности и авиаперевозчиков.
Листовой и профильный сортамент, расходные материалы, горюче-смазочные материалы для эксплуатации ЭСВВП промышленностью выпускаются и при применении по единой технологии будут и в производстве, и в эксплуатации расходоваться заметно более экономно со снижением трудоемкости.
Группа изобретений относится к области авиатехники. В первом варианте электросамолет содержит на верхней и нижней стенках фрагментные крылья (6), несущие системы из винтовентиляторов на пилонах передней части фюзеляжа (1) с набором из комплектов фрагментов крыла (10) на боковинах фюзеляжа, воздухозаборники (17) системы эжектирования за каждым последним фрагментом комплектов и силовую установку (3) с реверсом тяги, интегрированную в хвостовую часть фюзеляжа (1). Другие варианты электросамолета характеризуются формой выполнения и расположения указанных частей, которые охарактеризованы в соответствующих пунктах. Каждый способ характеризуется использованием электросамолета. Группа изобретений направлена на повышение экономичности полета. 17 н. и 11 з.п. ф-лы, 18 ил.
1. Электросамолет вертикального взлета и посадки, содержащий фюзеляж (1) с пилотской кабиной (2), пассажирским салоном или грузовым отсеком и с фрагментами крыла на его фюзеляже, по крайней мере, одной реактивной силовой установкой (3) с реверсом тяги, например, интегрированной в хвостовую часть фюзеляжа, воздушно-стартовую установку (ВСУ) (9), системы управления, топливную, кондиционирования и шасси с колесами тележек на пневматиках низкого давления, отличающийся тем, что он имеет на фюзеляже прямоугольной в поперечном сечении формы несущие системы из соответствующих друг другу вентилятора на пилонах (4) переднего конца фюзеляжа, фрагментного крыла (6, 7) на верхней или нижней стенке набора комплектов фрагментов (10) на боковинах и системы воздухозаборников (17) эжектирования за задней кромкой каждого последнего фрагмента крыла или комплекта фрагментов, а силовая установка выполнена, по крайней мере, с одной генераторной установкой (19), электрически соединенной с электродвигателями вентиляторов на фюзеляже, каждое фрагментное крыло, комплект фрагментов крыла или набор комплектов расположены в потоке от винта вентиляторов, эжектируемом входами системы воздухозаборников, расположенных за задней кромкой последнего фрагмента комплектов, на вход двигателя, во второй контур и/или центральную зону сопла или зону решеток реверса двигателя, аэродинамические рули курса (11) и тангажа (12), струйные рули установлены на задних концах боковин и на верхней с нижней стенках фюзеляжа соответственно, при этом аэродинамические рули, по крайней мере, выполнены с возможностью включения их в режим торможения горизонтальной скорости полета, при этом каждый комплект фрагментов, фрагментных крыльев электросамолета или, по крайней мере, один из них имеет суммарную площадь несущих поверхностей каждого из этих комплектов и/или крыла, равную суммарной площади крыла и хвостового оперения самолета аналогичной грузоподъемности.
2. Электросамолет по п.1, отличающийся тем, что каждая фаза трехфазной генераторной установки соединена с электродвигателем одного из вентиляторов, установленных на пилонах (4) переднего конца фюзеляжа боковин и верхней его стенке.
3. Электросамолет по п.1, отличающийся тем, что система фрагментов его крыла состоит из верхнего и/или нижнего фрагментных крыльев (6, 7) и набора из 2-4 комплектов консольных фрагментов (10) на каждой боковине фюзеляжа.
4. Электросамолет вертикального взлета и посадки, содержащий фюзеляж с пилотской кабиной, пассажирским салоном или грузовым отсеком, по крайней мере, одной реактивной силовой установкой с реверсом тяги, например, интегрированной в хвостовую часть фюзеляжа, с ВСУ и системами управления, топливной, кондиционирования и шасси с колесами тележек на пневматиках низкого давления, отличающийся тем, что силовая установка и ВСУ снабжены соответствующими генераторными установками, каждая из которых электрически соединена, по крайней мере, с электродвигателями двух вентиляторов, установленных на боковых пилонах (4) фюзеляжа, а передние фрагменты комплектов стационарных, съемных или надувных фрагментов крыла (10) на каждой боковине фюзеляжа расположены за упомянутыми пилонами с вентиляторами и последний фрагмент каждого из них перед соответствующим входом воздухозаборника (17) системы эжектирования, второй конец каждого из которых соединен с трубопроводной магистралью эжектирования, имеющей кран отключения эжектирования на каждой боковине, а задний конец каждой магистрали расположен в центральной части сопла.
5. Электросамолет по п.4, отличающийся тем, что каждая несущая система выполнена с винтовентиляторами противоположного вращения на передних пилонах, электродвигатель первого винта (21) его электрически соединен с одной фазой генераторной установки, расположенной в коке входного направляющего аппарата силовой установки (3) в хвостовой части фюзеляжа, во вращение вал второго винта винтовентилятора приводится шестеренной передачей от вала первого винта в каждом винтовентиляторе.
6. Электросамолет вертикального взлета и посадки, содержащий фюзеляж с пилотской кабиной, с пассажирским салоном или грузовым отсеком, по крайней мере, одной реактивной силовой установкой с реверсом тяги, например, интегрированной в хвостовую часть фюзеляжа, с ВСУ и системами управления, топливной, кондиционирования и шасси с колесами тележек на пневматиках низкого давления, отличающийся тем, что в хвостовую часть фюзеляжа установлен турбовинтовентиляторный двигатель с генераторными установками на валах первого и второго винтов (21) его винтовентилятора, с двумя генераторными установками (28) на редукторе (29) винтовентилятора и валу воздушно-стартовой установки, а каждая несущая система выполнена с винтовентиляторами противоположного вращения на передних пилонах верхней стенки и боковинах фюзеляжа, электрический двигатель первого винта его электрически соединен с одной фазой генераторной установки, расположенной в коке входного направляющего аппарата двигателя, а электродвигатель второго винта каждого винтовентилятора соединен с трехфазными генераторными установками редуктора винтовентилятора двигателя и воздушно-стартовой установки.
7. Электросамолет вертикального взлета и посадки, содержащий фюзеляж с пилотской кабиной, с пассажирским салоном или грузовым отсеком, с силовой установкой в хвостовой части фюзеляжа, с ВСУ и системами управления, топливной, кондиционирования и шасси с колесами тележек на пневматиках низкого давления, отличающийся тем, что в хвостовую часть фюзеляжа установлены два турбовинтовентиляторных двигателя с генераторными установками в коке входного направляющего аппарата на валах первого и второго винтов винтовентилятора каждого двигателя и по две генераторные установки (28) на каждом редукторе (29) винтовентилятора, входные направляющие аппараты двигателей соединены с напорным ресивером (30) фюзеляжа, с которым соединены концы диффузоров двигателей, входы (31, 32) которых расположены на боковинах фюзеляжа за последними фрагментами их консольных комплектов, воздухозаборники (17) системы эжектирования установлены за последними фрагментами фрагментных крыльев верхней и/или нижней стенки, на боковинах и верхней стенке фюзеляжа установлены винтовентиляторы в обечайках с двумя диффузорными участками (20) напротив концов лопастей винтов (21) противоположного вращения, а электрические двигатели (26) первых винтов винтовентиляторов боковин соединены с генераторными установками, расположенными в коке или на валу первого винта силовой установки, а электрические двигатели вторых винтов их соответственно с генераторными установками вторых винтов в коке или на валу вторых винтов силовых установок, генераторные установки на редукторе первого двигателя соединены с электрическими двигателями винтовентилятора верхней стенки и генераторные установки второго двигателя соединены с аккумуляторной батареей, которая имеет возможность подключения к электрическим двигателям винтовентиляторов.
8. Электросамолет по п.7, отличающийся тем, что в боковинах хвостовой части фюзеляжа выполнены окна для решеток (34) реверса, а на верхней и нижней стенках его с одинаковым смещением от вертикальной плоскости симметрии фюзеляжа расположены соосные пары опор для створок реверса, при этом проставка реверса и сопло его выполнены овальными, соответственно диаметрам корпусов турбин двух турбовинтовентиляторных двигателей, а смещение пар опор от вертикальной плоскости симметрии обеспечивает перекрытие половины воздушно-газового потока соответствующего двигателя после перекладки створок в рабочее положение, направляя эту половину в окно реверса с решетками в нем и не меняя направление второй половины с равенством суммарных тяг отклоненных и центральных потоков двух двигателей.
9. Несущая система электросамолета, состоящая из секторных или линейных комплектов верхней или нижней стенки фюзеляжа, консольных комплектов на боковинах его, отличающаяся тем, что на верхней или нижней стенке фюзеляжа установлены фрагментные крылья (6, 7), каждая несущая система боковин состоит из вентилятора или винтовентилятора, капотированного обечайкой перед набором комплектов консольных фрагментов и системы воздухозаборников эжектирования за каждым последним фрагментом крыльев и комплектов, каждый консольный фрагмент имеет, по крайней мере, длину, равную диаметру винта установленного на боковых пилонах (4) вентилятора, а фрагменты крыльев - диаметру винта на вертикальном пилоне, при этом длину хорды, кривизну несущих поверхностей, а также число комплектов и фрагментов в комплектах определяют при проектировании из условия создания подъемной силы электросамолета, равной расчетному полетному весу на максимальную дальность полета, начиная с режимов работы двигателя с 0,5-0,7 до номинального с учетом скоростей потока обдува фрагментов и его эжектирования, при этом, по крайней мере, одно фрагментное крыло, верхнее или нижнее, и по одному комплекту фрагментов на каждой боковине или каждый из них имеют суммарную площадь несущих поверхностей, равную или более суммарной площади несущих поверхностей крыльев и хвостового оперения самолета аналогичной грузоподъемности.
10. Вентилятор, содержащий многолопастной воздушный винт на оси в капотирующей обечайке на направляющим аппарате, отличающийся тем, что вал вентилятора установлен на пилоне (4), выполненном с фланцем для установки электрического двигателя (19) привода вала винта, длина пилона равна, по крайней мере, половине длины консольных фрагментов крыла электросамолета, при этом внутренняя поверхность обечайки каждого вентилятора и лопасти винта выполнены профилированными соответственно друг другу, в ступице винта установлен ротор с постоянными магнитами, а в обращенной к нему стороне ступицы направляющего аппарата установлена трехфазная обмотка генераторной установки, соединенная электропроводкой с электрическим двигателем другого вентилятора, с аккумуляторной батареей или с двигателем другого винта.
11. Винтовентилятор, содержащий два многолопастных винта с саблевидными лопастями на соосных валах противоположного вращения, направляющий аппарат с капотирующей обечайкой, отличающийся тем, что ступица направляющего аппарата установлена на конце пилона длиной, равной, по крайней мере, половине длины консольных фрагментов крыла электросамолета, пилон имеет фланцы для установки электрических двигателей для привода винтов, при этом привод первого винта соединен электропроводкой с генераторной установкой силовой установки электросамолета, на смежных сторонах ступиц винтов установлены соответственно ротор с постоянными магнитами на одном и трехфазная обмотка генераторной установки с токосъемными контактными кольцами и контактирующими с ними токосъемными щетками в токосъемной проставке на другом, которые соединены электропроводкой (24) с электрическим двигателем (25) второго винта винтовентилятора.
12. Обечайка вентилятора или винтовентилятора, содержащая входной кок, соединенный с внешней и внутренней оболочками, укрепленными на каркасе из набора нервюр, соединенных с направляющим аппаратом, укрепленным на пилоне, отличающаяся тем, что каждая внутренняя сторона нервюр выполнена с участками, обеспечивающими конфузорную и диффузорную внутренние поверхности внутренней оболочки, при этом конфузорная часть начинается до плоскости расположения передней кромки лопастей первого винта с плавным переходом ее в диффузорную поверхность (20) с углом наклона, соответствующим углу наклона концевой кромки лопастей винтов (21), сопряженной с концевой цилиндрической поверхностью, концевой торец лопастей винта выполнен соответственно длине лопастей винта и внутренней поверхности обечайки.
13. Фрагментное крыло электросамолета, содержащее набор несущих поверхностей, каждая из которых выполнена из обшивки на силовом наборе из лонжерона на передней кромке, стрингера на задней, соединенных с нервюрами, имеющими форму поперечного сечения крыла для взаимодействия с воздушной средой, и отверстия на фюзеляжном конце кронштейнов соединения крыла с фюзеляжем, отличающееся тем, что каждый фрагментный конец кронштейнов его снабжен отверстием, передним или верхним, для фиксирования переднего конца последующего фрагмента и задним или нижним отверстием для фиксирования заднего конца предыдущего фрагмента, кроме кронштейнов передней кромки первого и задней кромки последнего фрагментов крыла, имеющих по одному отверстию верхнему у передних кронштейнов и заднему у задних.
14. Фрагментное крыло электросамолета по п.13, отличающееся тем, что смещение отверстий кронштейна на его фрагментном конце соответствует расположению фрагментов на фюзеляже под полетным углом.
15. Система управления электросамолета, содержащая аэродинамические рули курса (11), тангажа (12) для полета на заданном эшелоне, кинематически связанные с педалями и ручкой управления в кабине пилота(ов), магистрали подвода управляющего воздуха к струйным рулям управления электросамолетом на опасных этапах полета - на взлете, посадке и в экстремальных ситуациях, отличающаяся тем, что дополнительно к упомянутым средствам управления электросамолет имеет в каждой сети, соединяющей генераторные установки с электрическими двигателями вентиляторов или винтовентиляторов, регулятор силы тока, подаваемого на клеммы электрических двигателей.
16. Система воздухозаборников эжектирования электросамолета, содержащая щелевой вход для эжектируемого воздуха в трубопровод воздухозаборника с геометрией, соответствующей геометрии задней кромки предстоящего фрагмента фрагментного крыла или комплекта фрагментов, отличающаяся тем, что свободный конец каждого трубопровода с обращенной к задней кромке фрагмента щелью закреплен на шайбе (16) соответствующего фрагмента, а противоположный конец трубопровода (17), установленный в боковине фюзеляжа, соединен с магистралью подвода эжектируемого воздуха в центральную часть воздушно-газового потока сопла или в зону сопла перед решетками (34) реверса.
17. Система по п.16, отличающаяся тем, что щелевой трубопровод (17) каждого воздухозаборника установлен в опоре шайбы (16) и боковины фюзеляжа с возможностью поворота в положение эжектирования с верхней, нижней или обеими несущими поверхностями предстоящего фрагмента.
18. Реверсивное устройство электросамолета, содержащее корпус, соединенный с корпусом турбины и соплом, двухполостную проставку, систему управления реверсом с механизмом включения реверса и золотником, силовыми цилиндрами, замками блокировки створок в нерабочем и рабочем положениях для разделения газового потока на части для торможения или зависания посредством створок и решеток в окнах корпуса с опорами для осей створок, отличающееся тем, что силовая установка из двух интегрированных в хвостовую часть фюзеляжа двигателей (33) с реверсом тяги, имеющим корпус овальной формы для соединения с фланцами корпусов турбин этих двигателей или закрепления его на силовом наборе фюзеляжа посредством тяг, при этом корпус реверса выполнен с окнами для решеток в вертикальной плоскости и створками для одновременного отклонения верхних и нижних половин газовых потоков обоих двигателей или с реверсом каждого двигателя силовой установки в хвостовой части или в гондолах на боковых пилонах хвостовой части с одним окном в боковине или в боковом секторе каждой гондолы для решетки (34) и одной створки с опорами для осей створки на верхнем и нижнем секторах корпуса реверса для отклонения одной внешней половины газового потока каждого двигателя силовой установки в хвостовой части или двигателей в гондолах ее, при этом угол отклонения створок обеспечивает равенство суммарной тяги отклоненных частей потоков из решеток реверсов суммарной прямой тяге неотклоненных половин потоков с прямой тягой винтовентиляторов.
19. Реверсивное устройство по п.18, отличающееся тем, что корпус и сопло реверса соединены с проставкой, фланец которой обеспечивает соединение ее с задними фланцами корпуса турбин двух двигателей силовой установки или корпус реверса соединен тягами с элементами силового набора фюзеляжа.
20. Реверсивное устройство по п.18, отличающееся тем, что корпус каждого реверса и мотогондолы выполнен с решеткой (34) и соответственно окном для нее, расположенными во внешнем боковом секторе каждой гондолы, и соответственно соосные опоры для створки расположены на верхнем и нижнем секторах в положении, обеспечивающем отклонение каждой створки на угол 110-115°, создающий разделение газовых потоков на суммарные равные части - тяги обратных потоков из боковых внешних окон гондол и тяги прямых потоков из внутренних половин каждого сопла и тяги винтов винтовентиляторов.
21. Способ создания подъемной силы электросамолета, включающий преобразование энергии топлива в двигателе в создание подъемной силы посредством взаимодействия несущих поверхностей с воздушным потоком или воздушной средой, в том числе с последовательным обтеканием каждой несущей поверхности воздушным потоком от винта, с эжектированием этого потока после обтекания в воздушный или воздушно-газовый потоки, отличающийся тем, что одновременно с созданием воздушного потока в компрессоре и преобразованием его в воздушно-газовый в камере сгорания вращение ротора, по крайней мере, одной силовой установки превращают в электрический ток, по крайней мере, одной генераторной установки, который по электропроводке (27) передают на электродвигатели (19) вентиляторов, создающих воздушный поток для последовательного обтекания, по крайней мере, одного фрагментного крыла (6,7) или, по крайней мере, одного комплекта фрагментов (10) на каждой боковине фюзеляжа, и эжектируют этот поток после обтекания последнего фрагмента каждого комплекта его соответствующим воздухозаборником (17) системы воздухозаборников за задней кромкой в зону решеток реверса, второй контур или компрессор, при этом воздушно-газовый поток силовой установки с реверсом тяти разделяют на потоки, обратные из решеток (34) реверса с суммарной тягой, направленной противоположно центральному(м) потоку(ам) с тягой винтов (21) и равной им для исключения горизонтального перемещения электросамолета на этапах взлета, посадки или в нештатной ситуации, а горизонтальную скорость электросамолета дополнительно на этих этапах полета уменьшают, включая рули курса и тангажа в режим торможения.
22. Способ управления по п.21, отличающийся тем, что для перевода электросамолета в положение планирования на опасных этапах полета регулятором силы тока электрического двигателя, по крайней мере, одного вентилятора уменьшают обороты его винта и тем самым скорость обдува первых фрагментов (10) (первого и второго, например) набора несущих систем или фрагментного крыла (6) и их подъемную силу, вследствие чего передний конец электросамолета опустится на требуемый угол β1, после чего сила тока, обороты и подъемная сила упомянутых фрагментов восстанавливаются и далее полет продолжается по траектории планирования до требуемой высоты, а для перевода электросамолета в кабрирование уменьшают обороты двигателя, сохраняя обороты винтовентилятора подключением батареи аккумуляторов к электрическим двигателям вентиляторов, после чего обдув последних (третьего и четвертого) фрагментов набора несущих систем и фрагментного крыла и их подъемная сила уменьшаются и задний конец электросамолета опускается на требуемый угол β2, в котором обороты, обдув упомянутых фрагментов и их подъемная сила восстанавливаются и дальнейший полет проходит в наборе высоты до заданного эшелона.
23. Способ управления в полете электросамолетом с отбором воздуха от реактивной силовой установки для подвода его к струйным рулям, с управлением направлением полета отклонением управляющей поверхности или реакцией струйного руля, отличающийся тем, что управление креном осуществляют на режимах вертикального перемещения, создавая управляющий момент по крену посредством отключения электрического двигателя(ей) (25, 26) одновременно с отключением эжектирования несущих систем правой или левой боковины общим краном или только отключением электродвигателя(ей) от генераторной установки силовой установки (3) электросамолета или только эжектирования, момент по тангажу создают, изменяя силу тока, по крайней мере, одного электрического двигателя (19) вентилятора или винтовентилятора (25 или 26), изменяя таким образом обороты винта вентилятора и скорость создаваемого им потока воздуха и подъемную силу первых фрагментов соответствующего фрагментного крыла или несущих систем, или изменяют обороты двигателя для изменения подъемной силы последних фрагментов крыльев и набора несущих систем с подачей тока к электрическим двигателям вентиляторов от батареи аккумуляторов для компенсации уменьшения силы тока от генераторных установок двигателя.
24. Способ взлета электросамолета, по которому запускают двигатель(и) на малый газ, после выхода двигателя на малый газ затормаживают колеса (14) шасси стояночными колодками или тормозами и обеспечивают взаимодействие воздушного потока с несущими поверхностями, отличающийся тем, что на малом газе включают реверс тяги с перекладкой створок в положение зависания с равенством суммарной тяги отклоненных частей газовых потоков двух интегрированных в хвостовую часть фюзеляжа двигателей силовой установки (3) и тяги их неотклоненных частей с тягой винтов и, сохраняя это равенство, устанавливают обороты двигателя, на которых воздействие воздушного потока от винтов вентиляторов (21), расположенных перед набором фрагментов (10) несущих систем, и эжектируемого воздухозаборниками (17) системы эжектирования за последними фрагментами набора создает суммарную подъемную силу, превышающую взлетный вес электросамолета, а после отрыва его от поверхности стоянки и подъема над колодками начинают набор безопасной высоты Нбез, ориентируя электросамолет струйными рулями, на безопасной высоте выключают реверс и на номинальных оборотах двигателя увеличивают горизонтальную скорость до начала действия аэродинамических рулей с одновременным набором заданной высоты полета.
25. Способ посадки электросамолета, по которому выполняют планирование с высоты эшелона полета и в направлении к месту стоянки, отличающийся тем, что планирование выполняют до высоты выравнивания Нв с включенным в режим торможения реверсом с одновременным автоматическим перемещением створок из положения торможения в положение зависания с равенством тяги отклоненных через решетки (34) реверса частей потока и тяги прямых неотклоненных частей газового потока из сопла, пропорциональным уменьшению горизонтальной скорости полета, после зависания над точкой касания уменьшением оборотов регулируют скорость вертикального перемещения к точке касания на оборотах, подъемная сила системы несущих фрагментов, на которых меньше посадочного веса электросамолета, с уменьшением скорости касания до 0,150,3 м/с увеличением оборотов, при этом в вертикальном перемещении электросамолет ориентируют в пространстве относительно хозяйственных строений и расположенной перед ними техники.
26. Способ посадки электросамолета по п.25, отличающийся тем, что планирование электросамолета без реверса тяги выполняют до высоты выравнивания у места предстоящей остановки для погрузки-выгрузки или стоянки, на которой отклоняют панели рулей курса (11) и тангажа (12) одновременно в противоположные стороны и, уменьшив обороты двигателя, уменьшают горизонтальную скорость до зависания над точкой касания и далее уменьшают обороты двигателя для перевода электросамолета в вертикальное опускание его к точке касания до высоты 1,5-2 м, на которой, прибавив обороты двигателя, обеспечивают касание с поверхностью стоянки с вертикальной скоростью 0,15-0,3 м/с, при этом в вертикальном перемещении электросамолет ориентируют в пространстве относительно хозяйственных строений и расположенной перед ними техники.
27. Способ работы реверса тяги электросамолета с реактивной силовой установкой, содержащий разблокировку створок для перекладки и их блокировку после перекладки, разделение газового потока двигателя на части для торможения или для зависания, взаимодействие части их с решетками (34) реверса для изменения направления этих частей, блокировку включения реверса, отбор воздуха от силовой установки для подвода к струйным рулям, отличающийся тем, что для экстренного прекращения полета при возникновении нештатной ситуации или завершения штатного полета включают в режим торможения реверс тяги и рули курса (11) и тангажа (12), к струйным рулям подают часть воздушного потока, входящего в двигатель воздуха, и при этом для режима торможения газовые потоки каждого двигателя разделяют на две части - центральную часть газового потока каждого из них и боковые части, которые отклоняют створками и решетками (34) реверса в обратном центральным частям потоков направлении с превышением суммарной обратной тяги отклоненных частей над тягой центральных с пропорциональным уменьшению скорости полета уменьшением разницы до их равенства, при этом в режиме зависания данной компоновки электросамолета соотношение сил тяги составит следующий вид:
NFв+Fпл+Fпп=Fол+Fоп,
где Fв - сила тяги винтовентиляторов; Fпл, Fпп - сила прямой тяги неотклоненных газовых потоков левого и правого двигателей; Fол, Fоп - сила обратной тяги отклоненных потоков из решеток реверса левого и правого двигателей и N - число несущих систем электросамолета.
28. Способ работы реверса тяги электросамолета по п.27, отличающийся тем, что для штатного завершения полета включают реверсы двигателей на пилонах (4) хвостовой части с решеткой (34) в окнах, верхнем и нижнем сектор-гондолы или внешнего бокового сектора ее и перекладывают створку верхней половины или внешней боковой на угол 110° для отклонения верхней половины или внешней боковой половины газового потока на обратное направлению прямого нижней или внутренней половины потока, при котором суммарная обратная тяга отклоненных потоков превышает или равна тяге прямых неотклоненных газовых потоков с тягой винтов винтовентиляторов с автоматическим уменьшением оборотов двигателей, пропорциональным уменьшению горизонтальной скорости полета.
| Пломбировальные щипцы | 1923 |
|
SU2006A1 |
| Прибор для получения стереоскопических впечатлений от двух изображений различного масштаба | 1917 |
|
SU26A1 |
| JP 2006205755 A, 10.08.2006 | |||
| CN 1350958 A, 29.05.2002 | |||
| Устройство для стабилизации частоты магнитного генератора | 1949 |
|
SU87330A1 |
| САМОЛЕТ | 2005 |
|
RU2308399C1 |
| СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ САМОЛЕТА (ВАРИАНТЫ), СПОСОБ ПОЛЕТА САМОЛЕТА, БЕЗАЭРОДРОМНЫЙ ВСЕПОГОДНЫЙ САМОЛЕТ "МАКСИНИО" ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ (ВАРИАНТЫ), СПОСОБ ВЗЛЕТА И СПОСОБ ПОСАДКИ, СПОСОБ И СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ САМОЛЕТОМ В ПОЛЕТЕ, ФЮЗЕЛЯЖ, КРЫЛО (ВАРИАНТЫ), РЕВЕРС ТЯГИ И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ, СИСТЕМА ШАССИ, СИСТЕМА ГАЗОРАЗДЕЛЕНИЯ И ГАЗОРАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЕГО | 2007 |
|
RU2349505C1 |
