ПАССАЖИРСКИЙ САМОЛЕТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ Российский патент 2024 года по МПК B64C29/00 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к авиационному транспорту, и может быть использовано для пассажирских перевозок в качестве летательного аппарата вертикального взлета и посадки безаэродромного базирования.

Развитие авиации создало множество типов винтомоторных и реактивных самолетов, целый ряд типов вертолетной авиации. Были созданы реактивные самолеты вертикального взлета и посадки для военно-морского флота СССР палубные ЯК-38, ЯК-41.

Изобретение направлено на создание пассажирского самолета на 30 - 40 посадочных мест, который может взлетать как с площадки с твердым покрытием с укороченной дистанцией, так и вертикально с неподготовленной грунтовой. Реактивный самолет вертикального взлета и посадки с газовой струей, направленной вниз, неприменим на неподготовленной грунтовой площадке из-за раскаленной газовой струи. При взлете и посадке под ним будет выгорать вся растительность, образуя много клубящегося дыма и сажи, а в зоне сухой растительности не исключен пожар. Использование вертолета решает этот вопрос, но он имеет недостаточную скорость горизонтального полета. Средняя скорость вертолета 250-300 км. Также вертолет имеет значительные ограничения по другим характеристикам: грузоподъемность, дальность полета, объем салона. Существенный недостаток вертолета как пассажирского транспорта -неэффективный расход топлива, при этом 20% мощности двигателя распределяется на горизонтальный полет, а 80% на противодействие гравитации.

Задача изобретения - создать конструкцию самолета вертикального взлета и посадки (далее СВВП), которая может быть использована как пассажирский транспорт, доставляющий людей непосредственно к месту назначения. Это актуально для районов, не имеющих поблизости аэродрома. Может быть востребован министерством обороны и гражданской авиации для перемещения небольших групп людей, также специальная авиация МЧС или авиация скорой медицинской помощи.

В качестве аналогов СВВП можно привести несколько типов самолетов. Известна оригинальная конструкция реактивного самолета вертикального взлета и посадки (патент РФ №2736793, автор Битуев А. Г., опубликованный 20.11.2020 г.). Самолет имеет фюзеляж, состоящий из трех частей: передней, средней и задней. В передней части расположены кабина и горизонтальное оперение, в задней части крылья и турбореактивный двигатель, приводящий через трансмиссию ряд вентиляторов находящихся в средней части фюзеляжа. Также в средней части находятся ниши с крыльями, создающими подъемную силу при взлете -посадке после подачи воздуха вентиляторами. Может взлетать и садится вертикально с любой площадки т.к. подъемная сила создается воздухом, а не горячими газами. Грузоподъемность может быть достаточно высокой, но полезную нагрузку можно разместить только на внешней подвеске за неимением внутреннего объема, вследствие чего не решает поставленной задачи.

Известен СВВП с воздушным винтом и треугольным фюзеляжем - крылом (патент РФ №2130863, автор Елистратов В. Г., опубликованный 27.05.1999 г.). В середине фюзеляжа большое сквозное отверстие, в нем расположен воздушный винт работающий при взлете, посадке и горизонтальном полете. Справа и слева от него симметрично имеются еще два отверстия, в них расположены поворотные винты с импеллерами, имеющие возможность поворота от горизонтального положения при взлете до вертикального при горизонтальном полете. Недостатком самолета является малый диаметр воздушного винта и, как следствие, невысокая грузоподъемность при вертикальном взлете. Не предусмотрено место ни для пассажиров, ни для грузов. Такая конструкция тоже не решает поставленной задачи.

Известно запатентованное изобретение двухфюзеляжного СВВП (патент РФ №2028964, автор Пчентлешев В.Т.. опубликован 20.02.1995 г.). Между фюзеляжами три несущие поверхности. На средней несущей поверхности установлена подъемно-маршевая силовая установка, имеющая два противоположно вращающихся воздушных винта, создающих тягу вертикальную при взлете и посадке и горизонтальную при горизонтальном полете. Недостаток известной конструкции самолета в малом диаметре воздушного винта и, как следствие, невысокой грузоподъемности при вертикальном взлете.

Близким аналогом является самолет вертикального взлета и посадки Белл XV – 15, описанный в книге Ф. П. Курочкина «Проектирование и конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой «М., Машиностроение, 1977 г., стр. 107 (в дальнейшем модернизирован до Белл V - 22). В данном самолете вертикального взлета и посадки имеются фюзеляж, вертикальное и горизонтальное оперение, шасси, крыло и два установленных в гондолах на концах крыла двигателя с соединенными с ними воздушными винтами изменяемого шага с противоположным направлением вращения, оси которых выполнены поворотными в плоскостях, параллельных продольной плоскости симметрии самолета. Сходными признаками с заявляемым техническим решением являются объемный фюзеляж с кабиной и хвостовым оперением, поворот двигателя с воздушными винтами противоположного вращения и изменяемого шага, наличие трансмиссии между двигателями и воздушными винтами. Отличия в том, что аналог имеет только одно крыло, вертикальное оперение, постоянную синхронизацию валов двигателей и воздушных винтов посредством трансмиссии и, как следствие, отбор мощности на работу этих узлов и деталей трансмиссии. Эти отличительные признаки не позволяют решить поставленную задачу - повышения надежности и повышения грузоподъемности для организации пассажирской перевозки.

Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является самолет вертикального взлета и посадки, компоновка конструкции которого выполнена по схеме квадрокоптера. Это Кертис X - 19, описанный в книге Ф. П. Курочкина «Проектирование и конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой» (М, «Машиностроение», 1977 г. стр. 13). Кертис X - 19 легкий исследовательский самолет вертикального взлета и посадки и взлета и посадки с укороченной дистанцией оснащался двумя крыльями установленными сверху на фюзеляже. На концах крыльев монтировались поворотные гондолы с двигателями, редукторами и воздушными винтами изменяемого шага. Поворот осуществлялся в плоскости параллельной продольной плоскости симметрии самолета, причем винты соединены трансмиссией между собой и двигателями. Два двигателя расположены в задней части фюзеляжа и через редуктор и трансмиссию раздают мощность винтам заднего крыла, а также и передают ее паре передних винтов. Фюзеляж имеет эллиптическое сечение, в передней части пилотская кабина, за ней грузопассажирский салон, в задней части двигатели и оборудование. Хвостовое оперение традиционной конструкции отсутствует. Имеется киль с рулем направления, а функции стабилизатора возлагаются на заднее крыло. При этом на нем помещаются рули высоты, необходимые для управления аппаратом в горизонтальном полете. Воздушные винты имеют лопасти с металлическим лонжероном и стеклопластиковой обшивкой и устанавливаются на втулке с автоматом перекоса.

К общим с заявляемой конструкцией признакам прототипа относятся прежде всего наличие двух крыльев с двигателями и воздушными винтами с изменяемым шагом. Крылья имеют верхнее расположение на фюзеляже, первое за пилотской кабиной, а второе в хвостовой части. Характерным признаком является отсутствие руля высоты, стабилизатора, функции которого возлагаются на заднее крыло. Наличие трансмиссии синхронизации двигателей и воздушных винтов.

К недостаткам прототипа относится узкий фюзеляж, расположение двигателей на концах крыльев и их мощность, значительно меньший диаметр воздушных винтов, постоянная работа синхронизирующей трансмиссии между двигателями. Крылья и фюзеляж монолитны. Указанные отличия прототипа не позволяют достичь требуемого технического результата.

Недостатки прототипа позволяет устранить заявляемое техническое решение. Задача изобретения пассажирского самолета вертикального взлета и посадки, а также взлета и посадки с укороченной дистанции, решается путем создания самолета с фюзеляжем эллиптического сечения, у которого горизонтальная ось превосходит вертикальную, не менее, чем в три раза с целью увеличения полезной площади. С левой стороны фюзеляжа в передней части имеется вход с откидной лестницей для экипажа и пассажиров. Самолет оснащен двумя крыльями, шарнирно закрепленными сверху на фюзеляже и имеющими возможность поворота с горизонтального положения до вертикального при помощи гидроцилиндров. Первое крыло установлено за кабиной пилотов, второе в хвостовой части, перед килем. На крыльях по обе стороны от фюзеляжа установлены двигатели с возможностью вращения в противоположные стороны в средней части консоли с двухлопастным винтом изменяемого шага. Лопасти винта трапециевидные, из композитных материалов. Диаметр винта большой, сопоставим с длиной консоли, но меньше длины консоли на 5%, т.к. сила тяги винта зависит от диаметра винта в четвертой степени. После посадки и выключения двигателя прекративший вращение винт ориентирован параллельно плоскости крыла посредством перевода втулки из положения 1 в положение 2 (см. фиг..4) то есть вплотную к плоскости винта, при необходимости может быть установлен в режим флюгирования и после этого крыло должно быть переведено в горизонтальное положение с целью снижения парусности. С целью экономии топлива предусмотрено после набора высоты и набора горизонтальной скорости полета выключение задней пары двигателей с установкой винта в плоскости крыла в режиме флюгирования. Перед посадкой двигатели вновь запущены. Крылья оснащены элеронами для управления креном и высотой, а также маневрирования при зависании над площадкой. В хвостовой части фюзеляжа имеется киль с рулем поворота. Самолет имеет классическую компоновку шасси: пара стоек в задней части фюзеляжа с возможностью их складывания в боковые гондолы после взлета, и одна передняя стойка также с возможностью складывания в днище фюзеляжа. Для безопасности полета предусмотрена синхронизация валов двигателей попарно на каждое крыло на случай отказа одного из двигателей. Двигатели через муфты соединены с коническими редукторами, которые соединены карданными валами. В случае отказа одного двигателя пилот в ручном режиме или автопилот включают муфту и тогда работающий двигатель будет вращать винт неработающего. В нормальном рабочем режиме синхронизация отключена с целью экономии топлива и моторесурса.

Перед полетом крылья переводятся в вертикальное положение и выключается режим ориентирования винта. После запуска двигателей и подъема на определенную высоту производится поворот крыльев для горизонтального полета. Посадка в обратной последовательности.

Существенными отличительными признаками самолета являются: фюзеляж эллиптического сечения, у которого горизонтальная ось превосходит вертикальную в соотношении не менее чем в три раза; два крыла верхнего расположения с возможностью поворота с горизонтального положения до вертикального, первое установлено в передней части фюзеляжа, за пилотской кабиной, второе в хвостовой части, перед килем; на каждом крыле размещены по два двигателя по разные стороны от фюзеляжа в средней части консоли с двухлопастными винтами; диаметр винта на 5 процентов меньше длины консоли с лопастями трапециевидной формы из композитных материалов; самолет оснащен системой синхронизации валов двигателей.

Технический результат изобретения - повышение надежности при реализации возможности безаэродромного базирования пассажирского самолета, который может взлетать как с площадки с твердым покрытием с укороченной дистанцией, так и вертикально с неподготовленной грунтовой.

Технический результат достигается заявляемой конструкцией пассажирского самолета вертикального взлета и посадки, содержащей фюзеляж, в передней части которого расположена пилотская кабина, за ней пассажирский салон, крылья с верхним расположением на фюзеляже с поворотными гондолами и редукторами внутри них и воздушными винтами с изменяемым шагом на концах крыльев, заднее крыло с возможностью функции стабилизатора, трансмиссию синхронизации валов двигателей и воздушных винтов; отличающейся фюзеляжем эллиптического сечения, у которого горизонтальная ось превосходит вертикальную не менее чем в три раза; с левой стороны фюзеляжа в передней части имеется вход с откидной лестницей для экипажа и пассажиров; самолет оснащен двумя крыльями, шарнирно закрепленными сверху на фюзеляже и имеющими возможность поворота с горизонтального положения до вертикального с помощью гидроцилиндров; первое крыло установлено за кабиной нилотов, второе в хвостовой части, перед килем; на крыльях по обе стороны от фюзеляжа установлены двигатели с возможностью вращения в противоположные стороны в средней части консоли с двухлопастным винтом изменяемого шага; диаметр винта выполнен на 5 процентов меньше, чем длина консоли.; лопасти винта трапециевидные, из композитных материалов. Прекративший вращение после посадки и выключения двигателя винт ориентирован параллельно плоскости крыла за счет втулки с возможностью перевода вплотную к плоскости винта. Прекративший вращение после посадки и выключения двигателя винт установлен в режим флюгирования с возможностью перевода крыла в горизонтальное положение с целью снижения парусности. После набора высоты и набора горизонтальной скорости полета предусмотрена возможность выключения задней пары двигателей с установкой винта в плоскости крыла в режиме флюгирования. Крылья оснащены элеронами для управления креном и высотой, а также маневрирования при зависании над площадкой. В хвостовой части фюзеляжа имеется киль с рулем поворота. Компоновка шасси включает пару стоек в задней части фюзеляжа с возможностью их складывания в боковые гондолы после взлета и одну переднюю стойку с возможностью складывания в днище фюзеляжа. Двигатели через муфты соединены с коническими редукторами, которые в свою очередь соединены карданными валами.

Сущность технического решения поясняется изображениями на фиг.1-4.

Фиг. 1 Фронтальная проекция, взлетный режим.

Фиг. 2. Горизонтальная проекция, режим полета и стоянки.

Фиг. 3. Кинематика, синхронизация валов.

Фиг. 4. Схематическое изображение механизма горизонтальной ориентации винта.

Где 1 - фюзеляж;

2 - крыло;

3 - двигатель;

4 - воздушный винт;

5 - киль с рулем поворота;

6 - задняя стойка шасси;

7 - передняя стойка шасси;

8 - муфта;

9 - карданный вал;

10 - конический редуктор;

11 - втулка.

Пример осуществления.

Задача изобретения пассажирского самолета вертикального взлета и посадки, а также взлета и посадки с укороченной дистанции решается путем создания самолета с фюзеляжем 1 эллиптического сечения, у которого горизонтальная ось превосходит вертикальную, не менее, чем в 3 раза, с целью увеличения полезной площади. С левой стороны фюзеляжа в передней части имеется вход с откидной лестницей для экипажа и пассажиров. Самолет оснащен двумя крыльями 2, шарнирно закрепленными сверху на фюзеляже 1 и имеющими возможность поворота с горизонтального положения до вертикального. Поворот осуществляется гидроцилиндрами. Первое крыло установлено за кабиной пилотов, второе в хвостовой части, перед килем 5. На крыльях 2 по обе стороны от фюзеляжа установлены двигатели 3 с возможностью вращения в противоположные стороны в средней части консоли с двухлопастным винтом 4 изменяемого шага. Лопасти винта трапециевидные, из композитных материалов. Диаметр винта большой (незначительно меньше длины консоли, точнее соответствует длине консоли, но меньше длины консоли на 5%), т.к. сила тяги винта зависит от диаметра винта в четвертой степени. После посадки и выключении двигателя прекративший вращение винт 4 (Фиг. 4) может быть ориентирован параллельно плоскости крыла посредством перевода втулки 11 (Фиг. 4) из положения 1 в положение 2, при необходимости может быть установлен в режим флюгирования и после этого крыло может быть переведено в горизонтальное положение с целью снижения парусности. С целью экономии топлива возможно после набора высоты и набора горизонтальной скорости полета выключение задней пары двигателей с установкой винта в плоскости крыла в режиме флюгирования. Перед посадкой двигатели вновь запускаются. Крылья оснащены элеронами для управления креном и высотой, а также маневрирования при зависании над площадкой. В хвостовой части фюзеляжа расположен киль с рулем поворота 5 (Фиг. 1,2). Самолет имеет классическую компоновку шасси: пара стоек в задней части фюзеляжа с возможностью их убрать в боковые гондолы после взлета 6 (Фиг. 1) и одна передняя стойка 7 (Фиг. 1) также убирается в днище фюзеляжа. Для безопасности полета предусмотрена синхронизация валов двигателей попарно на каждое крыло на случай отказа одного из двигателей. Двигатели 3 (Фиг. 3) через муфты 8 (Фиг. 3) соединены с коническими редукторами 10 (Фиг. 3), которые соединены карданными валами 9 (Фиг. 3). В случае отказа одного двигателя пилот в ручном режиме или автопилот включают муфту 8 и тогда работающий двигатель будет вращать винт неработающего. В нормальном рабочем режиме синхронизация отключена с целью экономии топлива и моторесурса.

Перед полетом крылья 2 переводятся в вертикальное положение и выключается режим ориентирования винта 4. После запуска двигателей и подъема на определенную высоту производится поворот крыльев для горизонтального полета. Посадка в обратной последовательности.

Существенными отличительными признаками заявляемого технического решения являются: фюзеляж эллиптического сечения, у которого горизонтальная ось сечения превосходит вертикальную не менее чем в три раза, два крыла верхнего расположения с возможностью поворота с горизонтального положения до вертикального, при этом первое установлено в передней части фюзеляжа, за пилотской кабиной, второе в хвостовой части, перед килем; на каждом крыле размещены по два двигателя по разные стороны от фюзеляжа в средней части консоли с двухлопастными винтами; диаметр винта на 5 процентов меньше длины консоли с лопастями трапециевидной формы из композитных материалов; самолет оснащен системой синхронизации валов двигателей.

Указанная совокупность признаков в заявляемой конструкции обеспечивает достижение технического результата - повышение надежности при реализации возможности безаэродромного базирования пассажирского самолета, который может взлетать как с площадки с твердым покрытием с укороченной дистанцией, так и вертикально с неподготовленной грунтовой.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Патент РФ №2736793, автор Битуев А. Г., опубл. 20.11.2020 г.

2. Патент РФ №2130863, автор Елистратов В. Г., опубл. 27.05.1994 г.

3. Патент РФ №2028964, автор Пчентлешев В. Т., опубл. 20.02.1995 г.

4. Патент РФ №2278800, автор Шингель Л. П., опубл., 27.06.2004 г.

5. «Проектирование и конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой» Курочкин Ф. П., М., Машиностроение, 1997 г., стр. 107.

6. «Проектирование и конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой» Курочкин Ф. П., М., Машиностроение, 1997 г., стр. 13.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к авиационному транспорту, и может быть использовано для пассажирских перевозок в качестве летательного аппарата вертикального взлета и посадки безаэродромного базирования. Конструкция содержит фюзеляж, в передней части которого расположена пилотская кабина, за ней пассажирский салон, крылья с верхним расположением на фюзеляже с поворотными гондолами и редукторами внутри них и воздушными винтами с изменяемым шагом на концах крыльев, заднее крыло с возможностью функции стабилизатора, трансмиссию синхронизации валов двигателей и воздушных винтов. Фюзеляж имеет эллиптическое сечение, у которого горизонтальная ось превосходит вертикальную не менее чем в три раза; с левой стороны фюзеляжа в передней части имеется вход с откидной лестницей для экипажа и пассажиров; самолет оснащен двумя крыльями, шарнирно закрепленными сверху на фюзеляже и имеющими возможность поворота с горизонтального положения до вертикального с помощью гидроцилиндров: первое крыло установлено за кабиной пилотов, второе в хвостовой части, перед килем. В средней части консоли на крыльях, по обе стороны от фюзеляжа, установлены двигатели с двухлопастным винтом изменяемого шага с возможностью вращения в противоположные стороны. Причем диаметр винта выполнен на 5 процентов меньше, чем длина консоли. Лопасти винта трапециевидные, из композитных материалов. Технический результат изобретения - повышение надежности при реализации возможности безаэродромного базирования пассажирского самолета, который может взлетать как с площадки с твердым покрытием с укороченной дистанцией, так и вертикально с неподготовленной грунтовой. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Пассажирский самолет вертикального взлета и посадки, содержащий фюзеляж, в передней части которого расположена пилотская кабина, за ней пассажирский салон, крылья с верхним расположением на фюзеляже с поворотными гондолами и редукторами внутри них и воздушными винтами с изменяемым шагом на концах крыльев, заднее крыло с возможностью функции стабилизатора, трансмиссию синхронизации валов двигателей и воздушных винтов;

отличающийся фюзеляжем эллиптического сечения, у которого горизонтальная ось превосходит вертикальную не менее чем в три раза; с левой стороны фюзеляжа в передней части имеется вход с откидной лестницей для экипажа и пассажиров; самолет оснащен двумя крыльями, шарнирно закрепленными сверху на фюзеляже и имеющими возможность поворота с горизонтального положения до вертикального с помощью гидроцилиндров; первое крыло установлено за кабиной пилотов, второе в хвостовой части, перед килем; по обе стороны от фюзеляжа на крыльях, в средней части консоли, установлены двигатели с двухлопастным винтом изменяемого шага с возможностью вращения в противоположные стороны; диаметр винта выполнен на 5 процентов меньше, чем длина консоли.

2. Пассажирский самолет вертикального взлета и посадки по п. 1, отличающийся тем, что лопасти винта трапециевидные, из композитных материалов.

3. Пассажирский самолет вертикального взлета и посадки по п. 1, отличающийся тем, что прекративший вращение после посадки и выключения двигателя винт ориентирован параллельно плоскости крыла за счет втулки с возможностью перевода вплотную к плоскости винта.

4. Пассажирский самолет вертикального взлета и посадки по п. 1, отличающийся тем, что прекративший вращение после посадки и выключения двигателя винт установлен в режим флюгирования с возможностью перевода крыла в горизонтальное положение с целью снижения парусности.

5. Пассажирский самолет вертикального взлета и посадки по п. 1, отличающийся тем, что после набора высоты и набора горизонтальной скорости полета предусмотрена возможность выключения задней пары двигателей с установкой винта в плоскости крыла в режиме флюгирования.

6. Пассажирский самолет вертикального взлета и посадки по п. 1, отличающийся тем, что крылья оснащены элеронами для управления креном и высотой, а также маневрирования при зависании над площадкой.

7. Пассажирский самолет вертикального взлета и посадки по п. 1, отличающийся тем, что в хвостовой части фюзеляжа имеется киль с рулем поворота.

8. Пассажирский самолет вертикального взлета и посадки по п. 1, отличающийся тем, что компоновка шасси включает пару стоек в задней части фюзеляжа с возможностью их складывания в боковые гондолы после взлета и одну переднюю стойку с возможностью складывания в днище фюзеляжа.

9. Пассажирский самолет вертикального взлета и посадки по п. 1, отличающийся тем, что двигатели через муфты соединены с коническими редукторами, которые, в свою очередь, соединены карданными валами.