Автожир двухроторный Российский патент 2025 года по МПК B64C27/02 B64C27/22 B64C27/18 

Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано в летательных аппаратах с укороченными взлетом и посадкой как в пилотируемом, так и в беспилотном вариантах.

Основная проблема при создании летательных аппаратов с укороченными взлетом и посадкой заключается в получении повышенной подъемной силы при малых скоростях перемещения летательного аппарата относительно воздуха.

Известны несколько подходов к решению данной проблемы с преимущественным использованием аэродинамической подъемной силы.

Известен в частности летательный аппарат, содержащий фюзеляж с тандемно установленными поворотными несущими аэродинамическими поверхностями (крыльями), на передней кромке которых вдоль всего размаха установлены вентиляторы. При взлете и посадке несущие аэродинамические поверхности вместе с вентиляторами поворачивают в вертикальное положение и подъемная сила на взлете и посадке в основном создается вентиляторами.

В режиме горизонтального полета подъемная сила создается несущими аэродинамическими поверхностями за счет обдува их набегающим потоком воздуха. Набегающий поток воздуха дополнительно ускоряется вентиляторами, что существенно увеличивает диапазон изменения скоростей горизонтального полета летательного аппарата (см. заявку EP 0356541 А1, В64С 29/00, В64С 27/28, B64D 35/00, 07.03.1990). Основная проблема в летательных аппаратах с поворотными несущими аэродинамическими поверхностями заключается в повышенной опасности переходных режимов на взлете и посадке, так как любой отказ привода поворота хотя бы одной несущей аэродинамической поверхности приводит к катастрофической ситуации.

Известен также летательный аппарат, содержащий, по крайней мере, два фюзеляжа, соединенные между собой горизонтальными несущими аэродинамическими поверхностями, размещенными в передней, средней и кормовой частях фюзеляжа. Летательный аппарат оснащен двумя тягово-подъемными комплексами, каждый из которых включает в себя ряд газотурбинных двигателей и размещенные за ними решетки поворотных крыльев, омываемые выхлопной струей двигателей. Двигатели закреплены на горизонтальных несущих аэродинамических поверхностях (см. патент Российской Федерации 2111897 С1, В64С 39/00, 27.05.1998). Изобретение представляет собой вариант летательного аппарата вертикального взлета и посадки с отклонением струи двигателей дефлекторами вертикально вниз. В качестве дефлекторов используются решетки поворотных крыльев, что дает возможность увеличить подъемную силу при горизонтальном полете летательного аппарата, но аэродинамические характеристики решетки крыльев будут ниже монокрыла из-за интерференции. В данном летательном аппарате на режиме взлета и посадки в создании подъемной силы не участвуют передняя, средняя и задняя несущие аэродинамические поверхности, что ухудшает его характеристики на взлете и посадке.

Известен также летательный аппарат - автожир, содержащий фюзеляж с размещенным над ним несущим ротором, толкающий винт и обдуваемое струей от толкающего винта поворотное горизонтальное оперение. Аппарат оснащен двигателем, к которому подключены толкающий винт и несущий ротор (см. патент СССР 1779232 A3, В64С 27/02, 5/16, 30.11.1992). Используя предварительную раскрутку несущего ротора, обеспечивают увеличенную подъемную силу на взлете. В горизонтальном полете основная подъемная сила создается тем же несущим винтом, вращение которого поддерживается набегающим потоком воздуха.

Наиболее близким к предложенному изобретению по совокупности существенных признаков является летательный аппарат, содержащий фюзеляж, несущие аэродинамические поверхности, закрепленные на передней части фюзеляжа, установленные за указанными несущими аэродинамическим поверхностями вентиляторные установки с входным диаметром, равным размаху передних несущих аэродинамических поверхностей, привод вентиляторных установок и шасси. Для создания подъемной силы используется свободно вращающиеся несущий винт автожирного типа (см. патент Российской Федерации 2212358 С1 от 2002.12.18).

Недостатком данной схемы является то, что несущий винт автожирного типа должен участвовать в двух движениях: первое создание подъемной силы за счет вращения; второе возвратно поступательные маховые движения относительно продольной оси для компенсации опрокидывающего момента.

В известных аналогах в конструкции летательных аппаратов используют электромоторы для подъемной тяги и предварительной раскрутки ротора напрямую, или как наиболее близком прототипе - через воздух, при этом отсутствует механические соединения, за счет чего повышается надежность и происходит меньше отказов и поломок. В то время как в заявленном изобретении - через струйные реактивные двигатели на законцовках лопастей несущих винтов.

Сущность изобретения

Задачей, решаемой заявленным техническим решением, является создание летательного аппарата класса автожир с возможностью вертикального взлета, увеличения дальности аварийного полета при отказе основного двигателя, смягчения штатной и аварийной посадки. Техническим результатом заявленного технического решения является способность вертикального взлета без механизма изменения шага ротора, повышение устойчивости полета и динамических характеристик: расширение диапазона допустимых кренов и уменьшение радиуса разворота, упрощение управления при переводе аппарата в горизонтальный полет. Технический результат заявленного изобретения достигается за счет того, что автожир, содержащий фюзеляж, вентиляторные установки, для создания подъемной силы используется свободно вращающиеся несущий винт автожирного типа, отличающийся тем, что он оснащен двумя несущими винтами автожирного типа, размещенными на мачтах в передней и задней оконечностях фюзеляжа, устройствами предварительной раскрутки несущих винтов, выполненных в виде струйных реактивных двигателей, установленных в концевых частях лопастей несущих винтов, рабочим телом струйных реактивных двигателей является редуцированный сжатый воздух из трубчатого каркаса фюзеляжа.

В частном случае реализации заявленного технического решения за счет того, что вентиляторные установки имеют электропривод и сгруппированы попарно и соосно в кольцевых насадках, причем передняя винтомоторная группа имеет тянущий винт, а задняя толкающий.

В частном случае реализации заявленного технического решения за счет того, что втулки несущих винтов автожирного типа закреплены шарнирно в верхней части мачты относительно поперечной оси Z, в нижней части мачта шарнирно закреплена относительно продольной оси X, изменение углового положения втулок выполняется с помощью рулевого привода известной конструкции за счет поворота втулок относительно оси Z в верхней части мачты и поворота всей мачты относительно оси X в нижней части мачты.

Краткое описание чертежей

Детали, признаки, а также преимущества настоящего изобретения следуют из нижеследующего описания вариантов реализации заявленного технического решения с использованием фигур, на которых показано:

Фиг. 1 - автожир с двумя несущими винтами автожирного типа и четырьмя винтомоторными группами в кольцевых каналах.

Фиг. 2 - автожир в горизонтальном полете.

Фиг. 3 - переход в набор высоты с положительным углом тангажа.

Фиг. 4 - переход на снижение с отрицательным углом тангажа.

Фиг. 5 - левый разворот.

На фигурах цифрами обозначены следующие позиции:

1 - нижний шарнир мачты, навеска мачты на фюзеляж; 2 - мачта крепления несущего винта автожирного типа; 3 - верхний шарнир мачты, навеска втулки несущего винта; 4 - втулка несущего винта; 5 - лопасть несущего винта автожирного типа; 6 - струйный реактивный двигатель; 7 - кольцевой канал винтомоторной группы; 8 - задняя винтомоторная группа имеет толкающий винт; 9 - аккумулятор электрический; 10 - отсек полезной нагрузки; 11 - силовой каркас фюзеляжа; 12 - передняя винтомоторная группа имеет тянущий винт.

Раскрытие изобретения

Автожир выполнен по схеме с двумя несущими винтами автожирного типа, поз. 1, 2, 3, 4, 5 и 6 фиг. 1, и парными винтомоторными группами, поз. 8 и 12 фиг. 1 и фиг. 2, в кольцевых каналах, поз. 7 фиг. 1, по бортам фюзеляжа между мачтами крепления несущих винтов автожирного типа.

Состоит из трубчатого каркаса, поз. 11 фиг. 1, к которому крепятся электрические аккумуляторы, поз. 9 фиг. 1, для привода парных винтомоторных групп и отсек полезной нагрузки, поз. 10 фиг. 1.

Автожир взлетает при разбеге по полосе и раскрутки несущих винтов автожирного типа, поз. 4, 5 фиг. 1, с помощью воздушного потока. Перед взлетом автожира происходит предварительная раскрутка несущих винтов с помощью реактивной тяги струйных реактивных двигателей на законцовках лопастей, поз. 6 фиг. 1, рабочее тело редуцированный сжатый подается из запаса сжатого воздуха в трубчатом каркасе фюзеляжа, поз. 11 фиг. 1, регулировка расхода и давления сжатого воздуха выполняется пневмосистемой известной конструкции. Оба несущих винта синхронизированы по оборотам с помощью автоматической следящей системы с отрицательной обратной связью известной конструкции, рассогласование положения лопастей отслеживается комплексом датчиков на базе сельсин датчик- сельсин приемник. При достижении взлетных оборотов автожир переходит в вертикальный набор высоты, фиг. 2, управление обеспечивается за счет поворота в шарнирах подвески мачт несущих винтов, поворот в шарнирах, поз. 3 фиг 1, управляет положением по тангажу, фиг. 3 и фиг 4, поворот в шарнирах, поз. 1 фиг 1, управляет положением по рысканью, фиг. 5. При достижении безопасной высоты над препятствием включаются винтомоторные группы, поз. 8 фиг. 1 и поз. 12 фиг. 2, в кольцевых каналах, поз. 7 фиг. 1. Привод винтомоторных групп от электродвигателей известной конструкции, электрическая энергия поступает от электрических аккумуляторов, поз. 8 фиг. 1, между которыми располагается отсек полезной нагрузки, поз. 9 фиг. 1. В процессе набора скорости горизонтального полета на несущих винтах автожирного типа возникают опрокидывающие моменты за счет того, что на лопасти, которая движется в попутном направлении, на ней скорость обтекания лопасти есть сумма скорости полета и скорости движения лопасти, возникает большая подъемная сила, чем на лопасти, которая движется в обратном направлении, на ней скорость обтекания лопасти равна разности скоростей лопасти и полета. Опрокидывающие моменты переднего и заднего несущих винтов компенсируют друг друга за счет того, что обороты винтов синхронизированы в противофазе с помощью следящего привода известной конструкции.

В горизонтальном полете управление также за счет угловых отклонений плоскостей вращения несущих винтов.

Посадка может быть выполнена как в автожирном режиме за счет раскрутки роторов набегающим потоком, так и режиме вертикального снижения по-вертолетному за счет подачи энергоносителя - сжатого воздуха на струйные реактивные двигатели на законцовках лопастей несущих винтов.

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к конструкциям пилотируемых и беспилотных винтокрылых летательных аппаратов. Автожир содержит фюзеляж, вентиляторные установки, для создания подъемной силы используются два свободно вращающихся несущих винта автожирного типа, размещены на мачтах в передней и задней оконечностях фюзеляжа. Автожир снабжен устройствами предварительной раскрутки несущих винтов, выполненными в виде струйных реактивных двигателей, установленных в концевых частях лопастей несущих винтов. Рабочим телом струйных реактивных двигателей является редуцированный сжатый воздух из трубчатого каркаса фюзеляжа. Вентиляторные установки имеют электропривод и сгруппированы попарно и соосно в кольцевых насадках, причем передняя винтомоторная группа имеет тянущий винт, а задняя – толкающий. Обеспечивается возможность вертикального взлета без механизма изменения шага ротора, повышение устойчивости полета и динамических характеристик в части расширения диапазона допустимых кренов и уменьшения радиуса разворота, упрощение управления при переводе аппарата в горизонтальный полет. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Автожир, содержащий фюзеляж, вентиляторные установки, для создания подъемной силы используется свободно вращающийся несущий винт автожирного типа, отличающийся тем, что он оснащен двумя несущими винтами автожирного типа, размещенными на мачтах в передней и задней оконечностях фюзеляжа, устройствами предварительной раскрутки несущих винтов, выполненных в виде струйных реактивных двигателей, установленных в концевых частях лопастей несущих винтов, рабочим телом струйных реактивных двигателей является редуцированный сжатый воздух из трубчатого каркаса фюзеляжа.

2. Автожир по п. 1, отличающийся тем, что вентиляторные установки имеют электропривод и сгруппированы попарно и соосно в кольцевых насадках, причем передняя винтомоторная группа имеет тянущий винт, а задняя – толкающий.

3. Автожир по п. 1, отличающийся тем, что втулки несущих винтов автожирного типа закреплены шарнирно в верхней части мачты относительно поперечной оси Z, в нижней части мачта шарнирно закреплена относительно продольной оси X, изменение углового положения втулок выполняется с помощью рулевого привода за счет поворота втулок относительно оси Z в верхней части мачты и поворота всей мачты относительно оси X в нижней части мачты.