Способ управления тангажом конвертоплана Российский патент 2024 года по МПК B64C37/00 

Изобретение относится к области авиастроения, а точнее к способам и системам регулирования тангажа конвертоплана, и может применяться для управления тангажом конвертоплана.

Известно техническое решение «Трехвинтовой конвертоплан» (патент № RU2656957C1, МПК B34C 37/00, опубл. 07.06.2018). Трехвинтовой конвертоплан состоит из фюзеляжа с прикрепленным к нему крылом по схеме высокоплана, двухкилевого хвостового оперения, размещенных на передней кромке крыла двигателей с винтами и поворотного механизма, позволяющего изменять вектор тяги на 110° относительно горизонта для изменения режимов полета. Имеется дополнительная силовая установка с горизонтальным расположением винта, размещенная в хвостовой части горизонтального килевого оперения и служащая для стабилизации летательного аппарата (ЛА) по тангажу в вертолетном режиме полета, управления направлением движения конвертоплана, а также снабженная поворотным механизмом, позволяющим отклонять вектор тяги в вертикальной плоскости для компенсации крутящего момента, создаваемого передними силовыми установками, и управления рысканьем летательного аппарата в вертолетном и переходных режимах полета.

К недостатком данного технического решения следует отнести уязвимость дополнительной силовой установки с горизонтальным расположением винта при взлете и посадке от неровностей подстилающей поверхности.

Наиболее близким по технической сущности конвертоплан DOAK VZ-4, с соплом двигателя которого сопрягали трубу требуемой длины, которая проходила через всю хвостовую балку. На ней устанавливали специальное устройство с несколькими газовыми рулями. Такие системы управления отличала весьма простая конструкция. На срезе-сопле трубы располагали раму, на которой размещали подвижные вертикальную и горизонтальную пластины-рули. Управление потоком осуществляли путем отклонения рулей в нужных направлениях.

Однако существенным недостатком данного способа управления тангажом является отсутствие возможности достаточно оперативно реагировать на изменение вертикального положения ЛА, что чревато увеличением риска крушения конвертоплана.

Решаемой технической проблемой является создание высокоэффективного способа управления тангажом конвертоплана, позволяющего повысить маневренность конвертоплана, продольную устойчивость и безопасность данного ЛА при осуществлении взлета и посадки, при переходе от вертикального полета к горизонтальному и наоборот, а также на протяжении всего полета.

Технический результат изобретения заключается в повышении маневренности, продольной устойчивости и безопасности конвертоплана при осуществлении взлета и посадки, при переходе от вертикального полета к горизонтальному и наоборот, а также на протяжении всего полета.

Технический результат достигается тем, что во время взлета/посадки, а также при переходе от вертикального полета к горизонтальному/при переходе от горизонтального полета к вертикальному для парирования момента тангажа создают момент от действия аэродинамической силы за счет установки поворотного вентилятора (далее – вентилятора) в горизонтальном положении, который, в свою очередь, отбрасывает поступающий с окружающей среды воздух, благодаря чему возникает аэродинамическая сила, направленная вниз и действующая на плече от центра масс конвертоплана до оси вращения вентилятора. Во время горизонтального полета за счет расположения пластины-руля в хвостовой части конвертоплана непосредственно за вентилятором, установленном в вертикальном положении, для парирования момента тангажа создают момент от аэродинамической силы, который появляется благодаря аэродинамической силе, действующей на плече от центра масс конвертоплана до центра давления пластины-руля, и возникающей вследствие обтекания пластины-руля выдуваемым вентилятором воздухом. Тем самым повышается маневренность, управляемость тангажом конвертоплана, повышается устойчивость и безопасность конвертоплана при осуществлении взлета и посадки, при переходе от вертикального полета к горизонтальному и наоборот, а также на протяжении всего полета.

Описание чертежей:

• На фиг.1 представлена схема горизонтального полета конвертоплана на виде сверху;

• на фиг.1.1 изображен разрез Г-Г, представленный фиг.1;

• на фиг.1.2 изображен вид В, представленный на фиг.1.1;

• на фиг.1.3 изображен вид Б, представленный на фиг.1.1;

• на фиг.1.4 изображен вид Б, представленный на фиг.1.1;

• на фиг.2 представлена схема вертикального полета конвертоплана на виде сверху;

• на фиг.2.1 изображен вид Б, представленный на фиг.2;

• на фиг.3 представлена схема горизонтального полета конвертоплана на виде спереди.

Изобретение содержит фюзеляж (1), который служит для размещения целевой нагрузки с прикрепленным к нему крылом (2) по схеме высокоплана; на передней кромке крыла (2) размещены мотогондолы (3) с двигателями, винтами и поворотным механизмом, позволяющим изменять вектор тяги относительно горизонта; при самолетном (крейсерском) режиме полета основное направление вектора тяги является горизонтальным и аэродинамическая сила создается за счет работы профиля крыла (2), а при полете в вертолетном режиме (зависание / вертикальный взлет и посадка) основное направление вектора тяги является вертикальным и подъемная сила создается за счет воздушной массы, отбрасываемой винтами; поворотный вентилятор (4), служащий для парирования момента тангажа во время взлета/посадки и во время переходов от вертикального полета к горизонтальному и наоборот созданием аэродинамической силы при отбрасывании воздуха вниз, действующей на плече от центра масс ЛА до оси вращения вентилятора и создающей на этом плече момент от аэродинамической силы, а также во время горизонтального полета служащий для нагнетания воздуха на пластину-руль (5), при обтекании воздухом от вентилятора (4) которой появляется аэродинамическая сила, создающая момент от аэродинамической силы с плечом от центра тяжести конвертоплана до центра давления пластины-руля (5) и способная парировать момент тангажа; V-образное хвостовое оперение (6), служащее для стабилизации ЛА по рысканью и крену; металлические шторки (7), которые закрывают при взлете/посадке, при переходах от вертикального полета к горизонтальному и наоборот для создания более направленного потока воздуха и открывают при горизонтальном полете с целью обеспечения обдува пластины-руля (5) потоком воздуха, нагнетаемым вентилятором (4); сдвижной люк (8), который открывают при взлете/посадке, при переходах от вертикального полета к горизонтальному и наоборот и закрывают при горизонтальном полете с целью обеспечения правильной направленности потока воздуха, нагнетаемого вентилятором (4); металлические шторки (7) работают по принципу простейшей дверной петли и имеют направляющие (9), расположенные по внутреннему контуру фюзеляжа (1) и необходимые для правильного опускания и поднятия в зависимости от режима полета шарниров (10) с прикрепленными к ним металлических пластин (11).

Устройство работает следующим образом.

Фюзеляж (1) служит для размещения целевой нагрузки, при самолетном (крейсерском) режиме полета основное направление вектора тяги является горизонтальным и аэродинамическая сила создается за счет работы профиля крыла (2), а при полете в вертолетном режиме (зависание/ вертикальный взлет и посадка) основное направление вектора тяги является вертикальным и подъемная сила создается за счет воздушной массы, отбрасываемой винтами. V-образное хвостовое оперение (6) служит для стабилизации ЛА по рысканью и крену. Во время изменения направления вектора тяги основных силовых установок (3) из горизонтального в вертикальный и обратно, а также для осуществления режимов зависания и вертикального взлета/посадки, для стабилизации конвертоплана по тангажу вентилятор (4) устанавливают в горизонтальном положении при этом металлические шторки (7) закрывают, а сдвижной люк (8) открывают, тем самым обеспечивая при отбрасывании вентилятором (4) направленный вниз поток воздуха для создания аэродинамической силы, действующей на плече от центра масс ЛА до оси вращения вентилятора (4) и создающей на этом плече момент от аэродинамической силы. Во время горизонтального полета металлические шторки (7) открывают, сдвижной люк (8) закрывают, воздух нагнетают на пластину-руль (5) при помощи вентилятора (4), создавая при этом момент от аэродинамической силы с плечом от центра масс до центра давления пластины-руля (5), возникающей при обтекании пластины-руля (5). Момент от аэродинамической силы и выравнивает ЛА относительно горизонта, а также позволяет маневрировать конвертоплану по тангажу.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет повысить маневренность, продольную устойчивость и безопасность конвертоплана при осуществлении взлета и посадки, при переходе от вертикального полета к горизонтальному и наоборот, а также на протяжении всего полета. Появляется защищенность винта, необходимого для управления тангажом, за счет его нахождения внутри фюзеляжа.

В хвостовой части конвертоплана, непосредственно за поворотным вентилятором, расположена пластина-руль, а также имеются взаимодействующие с вентилятором люк и шторки. Во время взлета/посадки, а также при переходе от вертикального полета к горизонтальному и наоборот вентилятор устанавливают в горизонтальном положении, при этом шторки закрывают, а люк открывают, тем самым обеспечивая при отбрасывании вентилятором направленный вниз поток воздуха для создания аэродинамической силы, действующей на плече от центра масс летательного аппарата до оси вращения вентилятора и создающей на этом плече момент от аэродинамической силы. Во время горизонтального полета шторки открывают, люк закрывают, воздух нагнетают на пластину-руль при помощи вентилятора, создавая при этом момент от аэродинамической силы с плечом от центра масс до центра давления пластины-руля, возникающей при обтекании пластины-руля. Обеспечиваются повышение маневренности, продольной устойчивости и безопасности конвертоплана при осуществлении взлета и посадки, при переходе от вертикального полета к горизонтальному и наоборот, а также на протяжении всего полета. 8 ил.

Способ управления тангажом конвертоплана, характеризующийся тем, что обеспечивают в хвостовой части конвертоплана, непосредственно за поворотным вентилятором, пластину-руль, а также взаимодействующие с вентилятором люк и шторки во время взлета/посадки, а также при переходе от вертикального полета к горизонтальному и наоборот вентилятор устанавливают в горизонтальном положении, при этом шторки закрывают, а люк открывают, тем самым обеспечивая при отбрасывании вентилятором направленный вниз поток воздуха для создания аэродинамической силы, действующей на плече от центра масс летательного аппарата до оси вращения вентилятора и создающей на этом плече момент от аэродинамической силы, во время горизонтального полета шторки открывают, люк закрывают, воздух нагнетают на пластину-руль при помощи вентилятора, создавая при этом момент от аэродинамической силы с плечом от центра масс до центра давления пластины-руля, возникающей при обтекании пластины-руля.