ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ Российский патент 2025 года по МПК B64C27/28 B64C37/00 

Летательный аппарат вертикального взлета и посадки предназначен для перевозки пассажиров и грузов.

Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в качестве средства для доставки грузов и пассажиров с неподготовленных площадок ограниченного размера.

Известен способ перевозки грузов и пассажиров с неподготовленных площадок ограниченного размера, но имеющих уклон не более 3° ÷ 5° к горизонту, с помощью вертолетов или конвертопланов, например вертолет производства РФ типа Ми-8 или конвертоплан производства США V-22 "Оспри". С. Мицкевич «Результаты войсковых испытаний транспортно десантного самолета V-22 "Оспри"», «Зарубежное военное обозрение», №11(656), 2001 г., стр 33-38.

Недостатком и вертолета, и конвертоплана в области безопасности полета является катастрофическое развитие ситуации при поломке хотя бы одной из лопастей несущего или рулевого винтов. Для конвертоплана катастрофическое развитие ситуации происходит также при отказе механизма поворота хотя бы одной винтомоторной группы при переходе из горизонтального полета к режиму вертикального снижения. Из-за большого диаметра лопастей конвертоплан не способен выполнить посадку по-самолетному.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является проект производства США конвертоплан V-22 "Оспри". Конвертоплан объединяет полезные свойства вертолета и самолета, а именно возможность вертикального взлета и посадки и высокую крейсерскую скорость горизонтального полета с увеличенной дальностью полета. Описанный способ принят за прототип изобретения.

Работоспособность конвертоплана обеспечиваются поворотом винтомоторных групп правого и левого двигателей на 90° относительно горизонта для перехода с вертикального набора высоты к горизонтальному полету и наоборот. Поворот винтомоторных групп изменяет направление вектора тяги с вертикального на горизонтальное.

Недостатки прототипа: невозможность обеспечить безопасность полета при отказе (поломки) хотя бы одной из лопастей, в результате ситуации происходит не только сильная вибрация конструкции из-за несбалансированности вращающихся лопастей, но и несимметрия тяги, которая вызывает опрокидывание конвертоплана относительно продольной оси X на режимах вертикального полета и некомпенсируемый разворот относительно вертикальной оси Y. Эти недостатки обусловлены конструкцией планера с разнесенными по концам консолей крыла двигателями и винтами увеличенного диаметра. В случае отказа в горизонтальном полете механизма поворота винтомоторных силовых установок посадка по-самолетному невозможна, так концы лопастей заденут о землю с последующим катастрофическим развитием ситуации.

Технической задачей изобретения является исключение несбалансированности тяги винтомоторных групп двух двигателей при отказе любого из элементов силового привода (двигателя) или трансмиссии.

Поставленная задача решается следующим образом: летательный аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий фюзеляж, силовую установку, консоли крыла, подъемно-маршевые винты, создающие вертикальную тягу на взлете, отличающийся тем, что:

- спереди в верхней части фюзеляжа в плоскости симметрии фюзеляжа шарнирно установлена поворотная мачта, внутри которой проходит трансмиссия привода соосных подъемно-маршевых винтов большого диаметра, установленных на мачте;

- в хвостовой части фюзеляжа симметрично относительно плоскости симметрии установлены два подъемно-рулевых винта меньшего диаметра в поворотных кольцевых каналах.

Передняя мачта с установленными на ней соосными подъемно-маршевыми винтами может изменять угол наклона.

По бокам хвостовой части фюзеляжа установлены подъемно-рулевые винты в поворотных кольцевых каналах, которые используются для создания тяги и управления аппаратом на всех режимах полета.

Консоли крыла установлены шарнирно относительно пространственно-ориентированных осей и имеют возможность занимать три основных положения:

- продольно назад вдоль фюзеляжа;

- горизонтально и перпендикулярно плоскости симметрии фюзеляжа;

- вперед и вниз с отрицательным углом стреловидности.

На фиг. 1 изображен общий вид аппарата в режиме вертикального старта.

На фиг. 2 изображен общий вид аппарата в режиме горизонтального полета.

На фиг. 3 изображено положение консолей крыла при аварийной посадке.

На фиг. 4 изображена общая трансмиссия подъемно-маршевого винта в сборе с задней винтомоторной группой.

Конструкция летательного аппарата вертикального взлета и посадки состоит из фюзеляжа, поз. 1 фиг. 1, спереди в верхней части фюзеляжа шарнирно установлена поворотная мачта, поз. 2 фиг. 1, внутри которой проходит трансмиссия привода соосных винтов, поз. 3 фиг. 1, вдоль бортов проходят приводные валы, поз. 4 фиг. 1, задних подъемно-рулевых винтов, поз. 5 фиг. 2, которые установлены в поворотных кольцевых каналах, поз. 6 фиг. 1, внизу фюзеляжа в районе центра тяжести установлен центроплан, поз. 7 фиг. 1, к которому крепятся пространственно-ориентированные шарниры, поз. 8 фиг. 1, с осями поворота консолей крыла, поз. 9 фиг. 1, привод объединенной трансмиссии выполнен через общую раздаточную коробку, поз. 10 фиг. 4, от двух газотурбинных двигателей, поз. 11 фиг. 4.

Сущность изобретения сводится к применению принципиально нового компоновочного решения при размещении подъемно-маршевых соосных винтов передней винтомоторной группы в плоскости симметрии фюзеляжа на поворотной оси, причем в вертикальном положении они создают подъемную силу для вертикального взлета, в горизонтальном положении винты создают продольную тягу для горизонтального полета, задние винты в кольцевых каналах также создают вертикальную и горизонтальную тягу при их повороте. Кольцевые каналы повышают эффективность винтов, а также предохраняют их от механических повреждений при контакте с препятствием. Поворотные консоли крыла позволяют уменьшить габариты места стоянке, консоли, отклоненные вниз, выполняют функцию безопасно деформируемого амортизатора при аварийной посадке. Так как основная тяга создается соосными винтами, ось которого лежит в плоскости симметрии летательного аппарата, то при отказе двигателя или винта не происходит разбалансировки по крену, разбалансировка по тангажу компенсируется поворотом задних подъемно-рулевых винтов. Отказ одного из подъемно-рулевых винтов не приводит к разбалансировке, так как аппарат переходит на угол тангажа порядка 80° и продолжает снижение на тяге подъемно-маршевого двигателя, который при этом занимает положение вдоль.

Конструкция работает следующим образом: летательный аппарат вертикального взлета и посадки в положении "на стоянке" фюзеляж, поз. 1 фиг. 1, положение горизонтально, поворотная мачта, поз. 2 фиг. 1, вертикально соосные подъемно-маршевые винты, поз. 3 фиг. 1, создают вертикальную тягу, трансмиссия привода задних винтов, поз. 4. фиг. 1, передает вращение на подъемно-рулевые винты, поз. 5 фиг. 1, кольцевые каналы, поз. 6 фиг. 1, занимают положение осью вертикально, консоли крыла, поз. 9 фиг. 1, повернуты в шарнирах, поз. 8. фиг. 1, в положение вдоль фюзеляжа. После вывода обоих двигателей на обороты МАКСИМАЛ начинается вертикальный подъем летательного аппарата, для перехода в горизонтальный полет поворотная мачта, поз. 2, поворачивается на 90°, синхронно с поворотом мачты поворачиваются кольцевые каналы, поз. 6, и консоли крыльев, летательный аппарат переходит в горизонтальный полет, оба двигателя переводятся на режим оборотов для крейсерского полета согласно фиг. 2. Посадка выполняется за счет обратного поворота мачты и кольцевых каналов в вертикальное положение, консоли крыла поворачиваются вдоль фюзеляжа. В случае отказа силовой установки, поз. 11 фиг. 4, посадка выполняется в режиме авторотации соосных винтов, для смягчения удара о землю консоли крыла поворачиваются в предельно переднее положение с отрицательным углом стреловидности согласно фиг. 3, в случае отказа одного двигателя мощность оставшегося передается через раздаточную коробку, поз. 10 фиг. 4, на привод всех винтов. При отказе механизма поворота мачты, поз. 2, или кольцевых каналов, поз. 6, посадка выполняется по-самолетному с пробегом.

Техническим результатом является получение аппарата вертикального взлета и посадки, который при одинаковой полезной нагрузке и одинаковом запасе топлива по сравнению с вертолетом, а также и двигателях одинаковой мощности позволяет доставлять груз с вдвое большей скоростью на вдвое большее расстояние. Техническим результатом также является повышение безопасности полета, так как при отказе двигателя на взлете или посадке возможна посадка на шасси и безопасно деформируемые консоли крыла, с предельно допустимой перегрузкой.

Изобретение позволяет существенно снизить издержки на эксплуатацию на линиях, на которых сейчас используются вертолеты.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям винтокрылых летательных аппаратов. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки содержит фюзеляж, силовую установку, консоли крыла, подъемно-маршевые винты, создающие вертикальную тягу на взлете. Спереди в верхней части фюзеляжа в плоскости симметрии фюзеляжа шарнирно установлена поворотная мачта, внутри которой проходит трансмиссия привода соосных подъемно-маршевых винтов большого диаметра, установленных на мачте. В хвостовой части фюзеляжа симметрично относительно плоскости симметрии установлены два подъемно-рулевых винта меньшего диаметра в поворотных кольцевых каналах. Обеспечивается повышение безопасности полета, так как при отказе двигателя на взлете или посадке возможна посадка на шасси и безопасно деформируемые консоли крыла, с предельно допустимой перегрузкой. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий фюзеляж, силовую установку, консоли крыла, подъемно-маршевые винты, создающие вертикальную тягу на взлете, отличающийся тем, что:

- спереди в верхней части фюзеляжа в плоскости симметрии фюзеляжа шарнирно установлена поворотная мачта, внутри которой проходит трансмиссия привода соосных подъемно-маршевых винтов большого диаметра, установленных на мачте;

- в хвостовой части фюзеляжа симметрично относительно плоскости симметрии установлены два подъемно-рулевых винта меньшего диаметра в поворотных кольцевых каналах.

2. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки по п. 1, отличающийся тем, что передняя мачта с установленными на ней соосными подъемно-маршевыми винтами может изменять угол наклона.

3. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки по п. 1, отличающийся тем, что по бокам хвостовой части фюзеляжа установлены подъемно-рулевые винты в поворотных кольцевых каналах, которые используются для создания тяги и управления аппаратом на всех режимах полета.

4. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки по п. 1, отличающийся тем, что консоли крыла установлены шарнирно относительно пространственно-ориентированных осей и имеют возможность занимать три основных положения:

- продольно назад вдоль фюзеляжа;

- горизонтально и перпендикулярно плоскости симметрии фюзеляжа;

- вперед и вниз с отрицательным углом стреловидности.