RU2771195C1 - Rotary-wing unmanned aerial vehicle of tandem scheme - Google Patents
Rotary-wing unmanned aerial vehicle of tandem scheme Download PDFInfo
- Publication number
- RU2771195C1 RU2771195C1 RU2021137507A RU2021137507A RU2771195C1 RU 2771195 C1 RU2771195 C1 RU 2771195C1 RU 2021137507 A RU2021137507 A RU 2021137507A RU 2021137507 A RU2021137507 A RU 2021137507A RU 2771195 C1 RU2771195 C1 RU 2771195C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wing
- propellers
- rotary
- angle
- wings
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/04—Helicopters
- B64C27/08—Helicopters with two or more rotors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
Abstract
Description
Техническое решение относится к области авиации, в частности к конструкциям винтокрылов.The technical solution relates to the field of aviation, in particular to the designs of rotorcraft.
Известен беспилотный летательный аппарат типа квадплейн, представляющий собой самолет, на который установлены четыре воздушных винта с вертикальной тягой, обеспечивающие только вертикальный полет Патент US №9120560 МПК В64С 29/0008Known quadruple-type unmanned aerial vehicle, which is an aircraft on which four propellers with vertical thrust are installed, providing only vertical flight
Основным недостатком квадплейновой схемы является неустойчивость при боковом ветре на малых скоростях ввиду высокой парусности крыла и малой тяговооруженности винтомоторной группы для вертикального полета, у которой не хватает мощности парировать изменение воздушной среды при боковом ветре.The main disadvantage of the quadruple scheme is instability in crosswinds at low speeds due to the high windage of the wing and the low thrust-to-weight ratio of the propeller group for vertical flight, which does not have enough power to fend off changes in the air environment during crosswinds.
Известно техническое решение, конвертоплан содержащий фюзеляж, крылья и размещенные с возможностью поворота на конце каждого из крыльев двигательные группы в виде мотогондол, каждая из которых содержит тянущий и толкающий винты. Толкающие винты выполнены с возможностью перевода в положение наименьшего сопротивления воздушному потоку при переходе конвертоплана в режим горизонтального полета и отключении двигателя толкающего винта. Патент RU 182 884; МПК В64С 37/00; Опубликовано: 05.09.2018.A technical solution is known, a tiltrotor containing a fuselage, wings and propulsion groups in the form of engine nacelles located with the possibility of rotation at the end of each of the wings, each of which contains a pulling and pushing propellers. The pusher propellers are made with the possibility of being transferred to the position of least resistance to the air flow when the tiltrotor switches to the level flight mode and the pusher propeller engine is turned off. Patent RU 182 884; IPC V64S 37/00; Published: 05.09.2018.
Недостатками данной схемы является наличие переходного режима при переходе от вертикального полета к горизонтальному и обратно, при котором сложно обеспечивать устойчивость аппарата. Кроме этого поворотный механизм снижает надежность эксплуатации и увеличивает сложность и стоимость аппарата.The disadvantages of this scheme is the presence of a transition mode during the transition from vertical to horizontal flight and vice versa, in which it is difficult to ensure the stability of the device. In addition, the rotary mechanism reduces the reliability of operation and increases the complexity and cost of the apparatus.
Известно техническое решение, беспилотный летательный аппарат, содержащий фюзеляж, выполненный в форме обтекаемой гондолы с крыльями, выполненными по аэродинамической схеме "тандем", несущими подъемные винтомоторные группы, содержащие электромоторы и винты с наружными лопастями, стабилизатор, маршевую винтомоторную группу.A technical solution is known, an unmanned aerial vehicle containing a fuselage made in the form of a streamlined gondola with wings made according to the aerodynamic "tandem" scheme, carrying lifting propeller groups containing electric motors and screws with external blades, a stabilizer, a sustainer propeller group.
Патент RU 2716391 С2; Российский патент 2020 года по МПК В64С 27/22 В64С 27/08 В64С 39/02.Patent RU 2716391 C2; Russian patent 2020 according to IPC B64C 27/22 B64C 27/08 B64C 39/02.
Недостатками данной схемы являются наличие органов самолетного аэродинамического управления, включающими элероны и рули высоты, снижающие надежность эксплуатации, и увеличивающие массу аппарата, стоимость и сложность сборки. Также совмещение несущих винтов и самолетных органов управления требует продвинутой и дорогой системы автоматического управления. Также недостатком данной схемы является наличие переходного режима при переходе от вертикального полета к горизонтальному и обратно, при котором сложно обеспечивать устойчивость аппарата.The disadvantages of this scheme are the presence of aircraft aerodynamic controls, including ailerons and elevators, which reduce the reliability of operation and increase the weight of the apparatus, the cost and complexity of assembly. Also, the combination of rotors and aircraft controls requires an advanced and expensive automatic control system. Also, the disadvantage of this scheme is the presence of a transition mode during the transition from vertical to horizontal flight and vice versa, in which it is difficult to ensure the stability of the apparatus.
Прототипом изобретения является беспилотный винтокрылый летательный аппарат типа тандем, содержащий фюзеляж, включающий хвостовую балку, выполненную поворотной, переднее и заднее крылья, закрепленные на фюзеляже, воздушные винты, установленные в трикоптерной конфигурации, при этом два воздушных винта закреплены на концах переднего крыла, один воздушный винт закреплен на хвостовой балке. Патент на изобретение RU №2720746; МПК В64С 27/22; Опубликовано 13.05.2020.The prototype of the invention is an unmanned tandem rotary-wing aircraft containing a fuselage, including a tail boom made of rotary, front and rear wings mounted on the fuselage, propellers installed in a tricopter configuration, with two propellers fixed at the ends of the front wing, one air the screw is fixed on the tail boom. Patent for invention RU No. 2720746; IPC V64S 27/22; Published on 05/13/2020.
Недостатком данной схемы является наличие поворотной хвостовой механики, снижающей срок службы, надежность эксплуатации и увеличивающей сложность и стоимость аппарата.The disadvantage of this scheme is the presence of rotary tail mechanics, which reduces the service life, reliability of operation and increases the complexity and cost of the device.
В отличие от прототипа, изобретение имеет большую устойчивость к воздушным возмущениям и большую энергоэффективность, а также большую простоту, низкую стоимость аппарата и надежность эксплуатации.Unlike the prototype, the invention has greater resistance to air disturbances and greater energy efficiency, as well as greater simplicity, low cost of the apparatus and operational reliability.
Большая устойчивость и энергоэффективность достигается за счет увеличения числа двигателей до четырех, относительно трикоптерной схемы, при этом квадрокоптерная схема не увеличивает габаритов летательного аппарата, в отличие от других мультироторных схем.Greater stability and energy efficiency is achieved by increasing the number of engines to four, relative to the tricopter scheme, while the quadrocopter scheme does not increase the dimensions of the aircraft, unlike other multirotor schemes.
Простоту и низкую стоимость сборки обеспечивает отсутствие поворотной механики, которая имеет высокие требования к качеству изготовления и трудоемкую сборку и настройку. Вместо подвижной хвостовой балки имеется неподвижная поперечная задняя балка, на которой установлено два воздушных винта с электродвигателями с продольными и поперечными углами заклинения. Наличие неподвижной балки, взамен поворотной также обеспечивает большую надежность эксплуатации.The simplicity and low cost of assembly is ensured by the absence of rotary mechanics, which has high requirements for manufacturing quality and labor-intensive assembly and adjustment. Instead of a movable tail boom, there is a fixed transverse rear beam, on which two propellers with electric motors with longitudinal and transverse jamming angles are installed. The presence of a fixed beam, instead of a swivel one, also ensures greater reliability of operation.
Благодаря тому, что задняя поперечная балка с винтами находится за задними крыльями, на задние крылья не попадает спутный поток от задних винтов, что повышает эффективность как крыла, так и воздушного винта.By positioning the rear propeller cross member behind the rear wings, the rear wings are kept free of wind from the rear propellers, increasing the efficiency of both the wing and the propeller.
Описание работы системыDescription of the system
Отличительными признаками заявляемого решения являются тандемная схема расположения переднего и заднего крыльев, при отрицательном значении выноса крыла и квадрокоптерная схема расположения воздушных винтов.Distinctive features of the proposed solution are the tandem layout of the front and rear wings, with a negative value of the offset of the wing and quadrocopter layout of propellers.
Технический результат заявляемого технического решения проявляется в улучшении аэродинамических свойств аппарата за счет схемы тандемных крыльев, в которой, благодаря размещению переднего крыла ниже уровня заднего, уменьшается взаимное влияние крыльев друг на друга, что обеспечивает увеличение подъемной силы аппарата.The technical result of the proposed technical solution is manifested in the improvement of the aerodynamic properties of the apparatus due to the scheme of tandem wings, in which, due to the placement of the front wing below the level of the rear, the mutual influence of the wings on each other is reduced, which ensures an increase in the lifting force of the apparatus.
Технический результат достигается тем, что в винтокрылом летательном аппарате, содержащем фюзеляж, переднее и заднее крылья, закрепленные на фюзеляже, заднюю балку, воздушные винты, каждый из которых включает двигатель и лопасти, установленные в квадрокоптерной конфигурации, при этом два воздушных винта закреплены на концах переднего крыла, два воздушных винта расположены на поперечной задней балке, переднее и заднее крылья выполнены по тандемной схеме, при этом значение выноса крыла является отрицательным. Вынос крыла может быть равен от -90% до -400% от средней аэродинамической хорды. Угол установки переднего и заднего крыльев может быть равен от 2° до 10°. Продольные углы заклинения двигателей, вперед по полету, переднего крыла и поперечной балки могут быть равны от 100 до 450. Поперечные углы заклинения двигателей, вокруг продольной оси правые направо, левые налево, переднего крыла и поперечной балки могут быть равны от 5° до 50°.The technical result is achieved by the fact that in a rotary-wing aircraft containing a fuselage, front and rear wings fixed to the fuselage, a rear beam, propellers, each of which includes an engine and blades installed in a quadrocopter configuration, while two propellers are fixed at the ends front wing, two propellers are located on the transverse rear beam, the front and rear wings are made in tandem, while the wing offset is negative. Wing offset can be equal to -90% to -400% of the mean aerodynamic chord. The installation angle of the front and rear fenders can be from 2° to 10°. Longitudinal engine jamming angles, forward in flight, front wing and cross beam can be equal to from 100 to 450. Transverse engine jamming angles, around the longitudinal axis right to right, left to left, front wing and cross beam can be equal to 5 ° to 50 ° .
В целях описания заявляемого технического решения использованы следующее определения.In order to describe the proposed technical solution, the following definitions are used.
Тандемная схема крыльев - схема, при которой два крыла, предназначенных для создания подъемной силы, расположены одно за другим и разнесены по высоте фюзеляжа.Tandem wing scheme - a scheme in which two wings designed to create lift are located one after the other and spaced apart along the height of the fuselage.
Квадрокоптерная конфигурация - конфигурация летательного аппарата, который выполняет полет и маневрирование в воздухе с помощью четырех несущих винтов, каждый из которых приводится в движение отдельным двигателем.Quadcopter configuration - the configuration of an aircraft that performs flight and maneuvers in the air using four rotors, each of which is driven by a separate engine.
Несущий винт - воздушный винт с вертикальной осью вращения, либо с осью вращения, приближенной к вертикали (с отклонением на угол, не превышающий 50°), обеспечивающий подъемную силу винтокрылому летательному аппарату, позволяющий выполнять управляемый горизонтальный и вертикальный полет и совершать вертикальный взлет и посадку.Main rotor - a propeller with a vertical axis of rotation, or with an axis of rotation close to the vertical (with a deviation of an angle not exceeding 50 °), providing lift to a rotary-wing aircraft, allowing it to perform controlled horizontal and vertical flight and perform vertical takeoff and landing .
Вынос крыла - размещение одного крыла перед другим. Вынос крыла считается положительным, когда верхнее крыло находится впереди, и отрицательным, когда вперед выступает нижнее крыло. Вынос крыла измеряется в процентах САХ (средняя аэродинамическая хорда), выступающего вперед крыла.Wing outreach - placing one wing in front of the other. Steering is positive when the top wing is forward and negative when the bottom wing is forward. Wing extension is measured as a percentage of the MAR (mean aerodynamic chord) of the forward wing.
Средняя аэродинамическая хорда крыла (САХ) - хорда такого прямоугольного крыла, которое имеет одинаковые с данным крылом площадь, величину полной аэродинамической силы и положение центра давления (ЦД) при равных углах атаки.The mean aerodynamic chord of the wing (MAC) is the chord of such a rectangular wing, which has the same area as the given wing, the magnitude of the total aerodynamic force and the position of the center of pressure (CP) at equal angles of attack.
Центральная хорда крыла - хорда крыла в базовой плоскости летательного аппарата.The central chord of the wing is the chord of the wing in the base plane of the aircraft.
Базовая плоскость аппарата - плоскость базовой системы координат летательного аппарата, относительно которой большинство элементов летательного аппарата расположено симметрично слева и справа.Base plane of the aircraft - the plane of the base coordinate system of the aircraft, relative to which most of the elements of the aircraft are located symmetrically to the left and right.
Угол установки крыла - угол между центральной хордой крыла и базовой осью летательного аппарата.Wing installation angle - the angle between the central chord of the wing and the basic axis of the aircraft.
Спутный поток - завихренный турбулизованный поток, образующийся за крылом при обтекании крыла. При создании положительной подъемной силы направлен назад и вниз относительно летательного аппарата.Coflow - swirling turbulent flow formed behind the wing when flowing around the wing. When creating positive lift, it is directed back and down relative to the aircraft.
Винтокрылые летательные аппараты, являясь гибридами коптеров и самолетов, сочетают в себе преимущества и тех, и других. Имеют возможность вертикально взлетать, зависать над объектом, маневренны в полете, как коптеры, при этом имеют большую дальность, ближе к самолетной, по сравнению с коптерами.Rotary aircraft, being hybrids of copters and aircraft, combine the advantages of both. They have the ability to take off vertically, hover over an object, are maneuverable in flight, like copters, and at the same time have a greater range, closer to the aircraft, compared to copters.
Переднее и заднее крылья, расположенные по тандемной схеме, способствуют достижению оптимальных аэродинамических параметров, позволяют получить большую площадь несущей поверхности при сохранении компактности аппарата. Преимуществом тандемных крыльев по сравнению с не тандемными крыльями (обычным бипланом) является сниженное взаимное влияние крыльев друг на друга (снижение негативного перераспределения давления воздушного потока и влияния спутного потока с переднего крыла на заднее, которое снижает подъемную силу задних крыльев). В результате, подъемная сила, действующая на аппарат существенно выше, а аэродинамическое сопротивление существенно ниже, по сравнению с бипланом.The front and rear wings, arranged in tandem, contribute to the achievement of optimal aerodynamic parameters, allow you to get a large area of \u200b\u200bthe bearing surface while maintaining the compactness of the device. The advantage of tandem wings compared to non-tandem wings (conventional biplane) is the reduced mutual influence of the wings on each other (reduction of the negative redistribution of air flow pressure and the effect of co-flow from the front wing to the rear, which reduces the lift of the rear wings). As a result, the lifting force acting on the vehicle is significantly higher, and the aerodynamic drag is significantly lower compared to a biplane.
Благодаря ненулевому поперечному углу заклинения двигателей, аппарат может выполнять повороты и маневрирование в полете по дуге с малым радиусным расстоянием за счет наличия поперечной горизонтальной составляющей тяги при маневрировании квадрокоптерным методом при отсутствии механизмов и поворотных элементов, предназначенных для маневрирования.Due to the non-zero transverse angle of engine jamming, the device can perform turns and maneuvers in flight along an arc with a small radius distance due to the presence of a transverse horizontal component of thrust when maneuvering by the quadcopter method in the absence of mechanisms and turning elements intended for maneuvering.
При отрицательном выносе крыла, то есть когда переднее крыло размещено ниже уровня заднего, обеспечивается существенное уменьшение взаимного влияния крыльев друг на друга, минимизация интерференции набегающего на заднее крыло потока и спутного потока переднего крыла. Экспериментально установлено, что оптимальные и допустимые значения этого показателя находятся в диапазоне от -90% до -400%. В модели конструкции с выносом крыла, равном ниже предела -90% возникла интерференция, которая привела к ухудшению аэродинамических качеств аппарата, при этом вынос крыла выше предела -400% привел к необоснованному превышению длины фюзеляжа перед размахом крыла, и как следствие, к утяжелению аппарата и к ухудшению его аэродинамических характеристик. При выносе крыла в -115% летательный аппарат показал стабильный полет на летных испытаниях.With a negative offset of the wing, that is, when the front wing is placed below the level of the rear wing, a significant reduction in the mutual influence of the wings on each other is ensured, minimizing the interference of the flow on the rear wing and the wake of the front wing. It has been experimentally established that the optimal and permissible values of this indicator are in the range from -90% to -400%. In the design model with a wing offset below the -90% limit, interference occurred, which led to a deterioration in the aerodynamic qualities of the device, while the wing offset above the -400% limit led to an unreasonable excess of the fuselage length before the wing span, and as a result, to the weight of the device and to the deterioration of its aerodynamic characteristics. With a wing offset of -115%, the aircraft showed stable flight in flight tests.
Угол установки переднего и заднего крыла, равный от 2° до 10°, обеспечивает достижение максимального аэродинамического качества переднего и заднего крыла, соответственно, на скоростях, близких к крейсерской. Экспериментально установлено, что угол установки любого из крыльев менее 2° приведет к недостатку подъемной силы аппарата, при этом увеличение этого угла до более чем 10° станет причиной большого лобового сопротивления летательного аппарата и срыва потока с крыла.The installation angle of the front and rear wings, equal to 2° to 10°, ensures the achievement of the maximum aerodynamic quality of the front and rear wings, respectively, at speeds close to cruising. It has been experimentally established that an installation angle of any of the wings less than 2° will lead to a lack of lift of the vehicle, while an increase in this angle to more than 10° will cause a large drag of the aircraft and stall from the wing.
Важным в конструкции аппарата является продольный угол заклинения передних и задних двигателей. Нахождение его показателя в пределах от 10° до 45°, позволяет достичь оптимальной горизонтальной тяги без необходимости усложнения конструкции с добавлением поворотных механизмов для воздушных винтов. Экспериментально установлено, что угол заклинения воздушного винта менее 10° приводит к недостаточной горизонтальной тяге аппарата, а более 45° приводит к ухудшению эффективности воздушного винта, связанном с увеличением влияния набегающего потока.Important in the design of the apparatus is the longitudinal angle of jamming of the front and rear engines. Finding its indicator in the range from 10 ° to 45 °, allows you to achieve optimal horizontal thrust without the need to complicate the design with the addition of turning mechanisms for propellers. It has been experimentally established that a propeller wedging angle of less than 10° leads to insufficient horizontal thrust of the apparatus, and more than 45° leads to a deterioration in the efficiency of the propeller associated with an increase in the influence of the oncoming flow.
Важным в конструкции аппарата является поперечный угол заклинения передних и задних двигателей. Нахождение его показателя в пределах от 5° до 50°, позволяет достичь оптимальной горизонтальной поперечной составляющей тяги без необходимости усложнения конструкции с добавлением поворотных механизмов для воздушных винтов. Экспериментально установлено, что угол заклинения воздушного винта менее 5° приводит к недостаточной для маневрирования и удержания курса горизонтальной поперечной составляющей тяги аппарата, а более 50° приводит к ухудшению характеристик энергопотребления за счет увеличения общей тяги двигателя.Important in the design of the apparatus is the transverse angle of jamming of the front and rear engines. Finding its indicator in the range from 5 ° to 50 °, allows you to achieve the optimal horizontal transverse thrust component without the need to complicate the design with the addition of turning mechanisms for propellers. It has been experimentally established that a propeller wedge angle of less than 5° leads to insufficient horizontal transverse thrust component for maneuvering and keeping the course, and more than 50° leads to a deterioration in power consumption characteristics due to an increase in the total engine thrust.
Квадрокоптерная схема винтов в сочетании с тандемным расположением крыльев с продольными и поперечными углами заклинения передних и задних двигателей позволяет выполнять с одной стороны, вертикальный взлет и посадку аппарата, зависание на месте и маневрирование, а с другой стороны горизонтальный полет на крыльях, создавая продольную горизонтальную проекцию вектора тяги за счет наклона оси воздушных винтов вперед, что не требует наличия дополнительных горизонтальных толкающих либо тянущих воздушных винтов, а также механического поворота винтов, крыльев или гондол, автомата перекоса или винтов с изменяемым шагом.The quadcopter propeller scheme in combination with the tandem arrangement of the wings with the longitudinal and transverse angles of jamming of the front and rear engines allows, on the one hand, vertical takeoff and landing of the device, hovering in place and maneuvering, and on the other hand, horizontal flight on wings, creating a longitudinal horizontal projection thrust vectoring due to the tilt of the propeller axis forward, which does not require additional horizontal pushing or pulling propellers, as well as mechanical rotation of propellers, wings or nacelles, swashplate or variable pitch propellers.
Заявляемое техническое решение далее поясняется с помощью фигур, на которых условно представлен один из возможных вариантов исполнения винтокрылого летательного аппарата.The claimed technical solution is further explained with the help of figures, which conditionally represent one of the possible versions of the rotary-wing aircraft.
На фиг. 1 представлен боковой вид винтокрылого летательного аппарата.In FIG. 1 is a side view of a rotary-wing aircraft.
На фиг. 2 представлен вид винтокрылого летательного аппарата сверху.In FIG. 2 is a plan view of the rotorcraft.
На фиг. 3 представлен передний вид винтокрылого летательного аппарата.In FIG. 3 is a front view of a rotorcraft.
На фиг. 1-3 изображен винтокрылый летательный аппарат (1) содержащий фюзеляж (2), хвостовую балку (3), переднее (4) и заднее (5) крылья, закрепленные на фюзеляже (2). На концах переднего крыла (4) установлены два воздушных винта (6). На хвостовой балке (3) установлена поперечная задняя балка (7). На концах поперечной задней балки (7) установлены два воздушных винта (8).In FIG. 1-3 shows a rotary-wing aircraft (1) containing a fuselage (2), tail boom (3), front (4) and rear (5) wings fixed to the fuselage (2). At the ends of the front wing (4) there are two propellers (6). A transverse rear beam (7) is installed on the tail boom (3). Two propellers (8) are installed at the ends of the transverse rear beam (7).
На фигурах отмечены характеристики винтокрылого летательного аппарата (1):The figures show the characteristics of the rotary-wing aircraft (1):
- вынос крыла - Т;- wing offset - T;
- угол установки переднего крыла (4) - Упк;- installation angle of the front wing (4) - Upk;
- угол установки заднего крыла (5) - Узк;- installation angle of the rear wing (5) - Narrow;
- продольный угол заклинения передних двигателей (6) - Упд-прод;- longitudinal angle of jamming of the front engines (6) - Upd-prod;
- продольный угол заклинения задних двигателей (8) - Узд-прод;- longitudinal angle of jamming of the rear engines (8) - Uzd-prod;
- поперечный угол заклинения передних двигателей (6) - Упд-поп;- transverse angle of jamming of the front engines (6) - Upd-pop;
- поперечный угол заклинения задних двигателей (8) - Узд-поп.- transverse angle of jamming of the rear engines (8) - Uzd-pop.
Крылья (4) и (5) аппарата (1) выполнены по тандемной схеме, при этом переднее крыло (4) расположено ниже заднего крыла (5), то есть вынос крыла отрицателен и равен от -90% до -400%. Предпочтительной является конструкция с выносом крыла, равным -109%.The wings (4) and (5) of the apparatus (1) are made in tandem, with the front wing (4) located below the rear wing (5), that is, the wing offset is negative and equal to -90% to -400%. A design with a wing offset of -109% is preferred.
Угол Упк установки переднего крыла (4) заявляемого аппарата (1) равен от 2 до 10°. Такой же диапазон имеет угол Узк установки заднего крыла (5). В преимущественном варианте, угол Упк установки переднего крыла (4) равен 4.8°, угол Узк установки заднего крыла (5) равен 4°.Angle Upk installation of the front wing (4) of the proposed device (1) is from 2 to 10°. The Narrow angle of the rear wing (5) has the same range. In the preferred variant, the installation angle Upk of the front wing (4) is 4.8°, the angle Narrow of the installation of the rear wing (5) is 4°.
Продольные углы заклинения Упд-прод, Узд-прод осей воздушных винтов (6), (8) относительно вертикали равны от 10° до 45°. Оптимальна конструкция аппарата с продольными углами Упд-прод, Узд-прод заклинения осей воздушных винтов (6), (8) относительно вертикали, равными 15°.Longitudinal jamming angles Up-prod, S-prod of the propeller axes (6), (8) relative to the vertical are from 10° to 45°. The optimal design of the apparatus with longitudinal angles Upd-prod, Uzd-prod of jamming of the axes of the propellers (6), (8) relative to the vertical, equal to 15°.
Поперечные углы заклинения Упд-поп, Узд-поп осей воздушных винтов (6), (8) относительно вертикали равны от 5° до 50°. Оптимальна конструкция аппарата с поперечными углами Упд-поп заклинения осей передних воздушных винтов (6) равными 8°, поперечными углами Узд-поп заклинения осей задних воздушных винтов (8) равными 24°.The transverse angles of wedging Up-pop, S-pop of propeller axes (6), (8) relative to the vertical are from 5° to 50°. The optimal design of the device is with transverse angles Upd-pop jamming of the axes of the front propellers (6) equal to 8°, transverse angles Upd-pop jamming of the axes of the rear propellers (8) equal to 24°.
Винтокрылый летательный аппарат (1) может также включать шасси и средства крепления полезной нагрузки, такой как камера, тепловизор и т.д.The rotorcraft (1) may also include landing gear and payload attachment means such as a camera, thermal imager, etc.
Все заявляемые параметры и характеристики аппарата (1) были установлены экспериментальным и теоретическим методами. Допустимые пределы выбраны исходя из условия достижений наилучших аэродинамических характеристик при сохранении общих конструктивных особенностей (квадрокоптерная конфигурация воздушных винтов (6), (8) в совокупности с тандемной схемой крыльев (4) и (5)). Установленные необходимые данные занесены в Таблицу 1.All declared parameters and characteristics of the apparatus (1) were established by experimental and theoretical methods. Permissible limits are chosen based on the condition of achieving the best aerodynamic characteristics while maintaining the general design features (quadcopter configuration of propellers (6), (8) in combination with tandem wings (4) and (5)). The established necessary data are listed in Table 1.
Один из предпочтительных вариантов использования заявленного винтокрылого летательного аппарата (1) продемонстрирован далее на примере. Аппарат (1) может использоваться в промышленности для аэрофото- и видеосъемки, тепловизионной съемки с воздуха в качестве беспилотного летательного аппарата. С его помощью можно проводить мониторинг территорий и рабочих процессов, диагностировать состояние объектов инфраструктуры и промышленности: зданий и сооружений, трубопроводов, ЛЭП, дорог, техники и т.д.One of the preferred options for using the claimed rotary-wing aircraft (1) is shown below by example. The device (1) can be used in industry for aerial photography, video shooting, thermal imaging from the air as an unmanned aerial vehicle. With its help, you can monitor territories and work processes, diagnose the state of infrastructure and industry: buildings and structures, pipelines, power lines, roads, equipment, etc.
Благодаря вертикальному взлету и посадке аппарату (1) не требуются специальная площадка или устройство для взлета, достаточно площадки 2 кв. м. Возможность зависать над точкой помогает рассмотреть объект более детально. Маневренность позволяет летать в ограниченном пространстве и не тратить заряд на дополнительные расстояния в разворотах. Дальность полета аппарата позволяет совершать облеты больших территорий и протяженных объектов. Компактность аппарата позволяет залетать в небольшие автоматические зарядные станции для автоматической зарядки или роботизированной замены аккумуляторов.Thanks to vertical takeoff and landing, the vehicle (1) does not require a special platform or device for takeoff, a 2 sq. m. The ability to hover over a point helps to examine the object in more detail. Maneuverability allows you to fly in a limited space and not waste charge for additional distances in turns. The flight range of the device allows you to fly over large areas and extended objects. The compactness of the device allows you to fly into small automatic charging stations for automatic charging or robotic replacement of batteries.
В горизонтальном полете аппарат (1) наклоняется вперед, чтобы угол между плоскостью вращения воздушных винтов (6), (8) и вектором скорости становился больше. Так воздушные винты (6), (8) создают горизонтальную проекцию тяги и аппарат (1) летит горизонтально.In level flight, the apparatus (1) tilts forward so that the angle between the plane of rotation of the propellers (6), (8) and the velocity vector becomes larger. So the propellers (6), (8) create a horizontal thrust projection and the vehicle (1) flies horizontally.
При этом сопротивление набегающих потоков на заднее крыло (5) минимизировано за счет его расположения, выше уровня переднего крыла (4).At the same time, the resistance of the oncoming flows to the rear wing (5) is minimized due to its location above the level of the front wing (4).
Аппарат выполняет маневрирование по курсу при изменении тяги противоположных винтов попарно. Из-за наличия поперечного угла заклинения создается дополнительный момент сил, увеличивающий возможности управления по курсу. Управление по тангажу и крену осуществляется за счет при изменении тяги смежных винтов попарно.The device performs maneuvering along the course when the thrust of opposite propellers is changed in pairs. Due to the presence of a transverse jamming angle, an additional moment of forces is created, which increases the ability to control the course. Pitch and roll control is carried out by changing the thrust of adjacent propellers in pairs.
Представленные фигуры, описание конструкции и использования винтокрылого летательного аппарата не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения и использования в объеме заявляемой формулы. В зависимости от назначения, винтокрылый летательный аппарат (1) может быть изготовлен разных размеров, цветов и конфигураций.The presented figures, description of the design and use of the rotorcraft do not exhaust the possible options and do not limit in any way the scope of the proposed technical solution. Other variants of execution and use within the scope of the claimed formula are possible. Depending on the purpose, the rotorcraft (1) can be manufactured in different sizes, colors and configurations.
Винтокрылый летательный аппарат имеет по параметрам минимальную шумность, минимальные электромагнитные наводки, относительную простоту расположения высокочастотного радиоэлектронного оборудования за счет заднего крыла, не имеющего силовых токоведущих элементов. Так же упрощается оптимизация под различные схемы работы аэродинамических плоскостей и повышается доступность вариаций конструктивно-силовых схем агрегатов. Заявляемая квадрокоптерная аэродинамическая схема винтокрылого летательного аппарата с тандемными крыльями является оптимальной для использования в проекте беспилотного винтокрыла тандемной схемы при горизонтальном, вертикальном и переходном режимах.The rotorcraft has minimal noise, minimal electromagnetic interference, relative ease of location of high-frequency radio-electronic equipment due to the rear wing, which does not have power current-carrying elements. It also simplifies optimization for various schemes of operation of aerodynamic planes and increases the availability of variations in the structural and power schemes of the units. The claimed quadcopter aerodynamic configuration of a tandem-winged rotary-wing aircraft is optimal for use in a tandem-type unmanned rotorcraft project in horizontal, vertical, and transient modes.
Claims (1)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021137507A RU2771195C1 (en) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | Rotary-wing unmanned aerial vehicle of tandem scheme |
| PCT/RU2022/050397 WO2023113652A1 (en) | 2021-12-17 | 2022-12-15 | Rotary-wing unmanned aerial vehicle with tandem wing configuration |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021137507A RU2771195C1 (en) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | Rotary-wing unmanned aerial vehicle of tandem scheme |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2771195C1 true RU2771195C1 (en) | 2022-04-28 |
Family
ID=81458911
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021137507A RU2771195C1 (en) | 2021-12-17 | 2021-12-17 | Rotary-wing unmanned aerial vehicle of tandem scheme |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2771195C1 (en) |
| WO (1) | WO2023113652A1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20150344134A1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-12-03 | Juan Gabriel Cruz Ayoroa | High Performance VTOL Aircraft |
| RU2638221C2 (en) * | 2016-03-18 | 2017-12-12 | Открытое акционерное общество "Рикор Электроникс" | Vertical take-off and landing aircraft and method to control its flight |
| CN207078311U (en) * | 2017-02-28 | 2018-03-09 | 中航维拓（天津）科技有限公司 | A kind of dynamic four rotor wing unmanned aerial vehicle fuselage folding systems at a high speed of folding combined type oil |
| RU2670356C2 (en) * | 2013-08-29 | 2018-10-22 | Эрбас Дифенс Энд Спейс Гмбх | Aircraft capable of vertical take-off |
| RU2720746C1 (en) * | 2019-09-30 | 2020-05-13 | Общество с ограниченной ответственностью «Оптиплейн Беспилотные Системы» | Rotorcraft |
-
2021
- 2021-12-17 RU RU2021137507A patent/RU2771195C1/en active
-
2022
- 2022-12-15 WO PCT/RU2022/050397 patent/WO2023113652A1/en unknown
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2670356C2 (en) * | 2013-08-29 | 2018-10-22 | Эрбас Дифенс Энд Спейс Гмбх | Aircraft capable of vertical take-off |
| US20150344134A1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-12-03 | Juan Gabriel Cruz Ayoroa | High Performance VTOL Aircraft |
| RU2638221C2 (en) * | 2016-03-18 | 2017-12-12 | Открытое акционерное общество "Рикор Электроникс" | Vertical take-off and landing aircraft and method to control its flight |
| CN207078311U (en) * | 2017-02-28 | 2018-03-09 | 中航维拓（天津）科技有限公司 | A kind of dynamic four rotor wing unmanned aerial vehicle fuselage folding systems at a high speed of folding combined type oil |
| RU2720746C1 (en) * | 2019-09-30 | 2020-05-13 | Общество с ограниченной ответственностью «Оптиплейн Беспилотные Системы» | Rotorcraft |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2023113652A1 (en) | 2023-06-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111619785B (en) | Multi-rotor aircraft suitable for vertical take-off and landing | |
| CN111247066B (en) | Wing pitch actuation system for an electric vertical take-off and landing (VTOL) aircraft | |
| US8857755B2 (en) | Vertical/short take-off and landing passenger aircraft | |
| US11142309B2 (en) | Convertible airplane with exposable rotors | |
| US9499266B1 (en) | Five-wing aircraft to permit smooth transitions between vertical and horizontal flight | |
| US8616492B2 (en) | Three wing, six tilt-propulsion units, VTOL aircraft | |
| CN202728576U (en) | Transformable composite aircraft formed by fixed wing and electric multi-propeller | |
| EP3087003B1 (en) | An unmanned aerial vehicle | |
| US20170240273A1 (en) | Fixed-wing vtol aircraft with rotors on outriggers | |
| WO2013048339A1 (en) | An unmanned aerial vehicle | |
| EP1999016A1 (en) | Convertible aircraft | |
| CN111801272A (en) | Thrust steering aircraft | |
| EP3670341A1 (en) | Vertical takeoff and landing (vtol) aircraft | |
| US11407506B2 (en) | Airplane with tandem roto-stabilizers | |
| RU2771195C1 (en) | Rotary-wing unmanned aerial vehicle of tandem scheme | |
| CN112722264B (en) | Tail sitting type vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle | |
| RU2720746C1 (en) | Rotorcraft | |
| US11919633B2 (en) | Convertiplane | |
| CN113415406A (en) | Wing interval adjusting module, aircraft comprising same and aircraft control method | |
| CN113443138A (en) | Vertical take-off and landing capability aircraft with inclined propellers | |
| RU222496U1 (en) | Vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle | |
| US20230257114A1 (en) | Airplane that performs vertical takeoff with a positive pitch angle | |
| CN219192548U (en) | V-tail single-push electric vertical take-off and landing composite wing aircraft | |
| CN217049016U (en) | Wing interval adjusting module and aircraft comprising same | |
| RU2728017C2 (en) | Short take-off and landing aircraft |