PL237688B1

PL237688B1 - Method for steering the aircraft

Info

Publication number: PL237688B1
Application number: PL422319A
Authority: PL
Inventors: Tomasz Marek Muszyński
Original assignee: Muszynski
Priority date: 2017-07-23
Filing date: 2017-07-23
Publication date: 2021-05-17
Also published as: PL422319A1

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania przechyleniem (wokół osi podłużnej O-X) statku powietrznego z jednym śmigłem/wirnikiem nośnym umieszczonym na obracanym pylonie (typu tilt rotor"), pionowego startu i lądowania charakteryzujący się tym, że sterowanie to polega na wychylaniu (równoległym lub różnicowym) powierzchni sterowych (3), umieszczonych w strumieniu zaśmigłowym/zawirnikowym o osiach obrotu XL oraz XR zawartych w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny pionowej statku powietrznego X-O-Z, co skutkuje powstaniem momentu względem środka ciężkości statku powietrznego MX oraz uzyskaniem siły ciągu FY -wzdłuż osi O-Y i przesunięcia względem tej osi."The subject of the invention is a method of controlling the tilt (around the longitudinal axis O-X) of an aircraft with one propeller/main rotor placed on a rotating pylon (tilt rotor), vertical take-off and landing, characterized by the fact that the control consists in tilting (parallel or differential) control surfaces (3), placed in the propeller/rotor flow with rotation axes XL and relative to this axis."

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób sterowania przechyleniem statku powietrznego, pionowego startu i lądowania wokół osi podłużnej O-X. Wynalazek ma szczególne zastosowanie dla statków powietrznych typu „Tilt rotor” z pojedynczym śmigłem/wirnikiem nośnym, podczas wznoszenia, opadania oraz w czasie zawisu.The present invention relates to a method for controlling the roll of an aircraft, vertical take-off and landing about the longitudinal axis O-X. The invention is particularly applicable to single propeller / rotor tilt rotor aircraft during climb, descent and hover.

Znane jest rozwiązanie statku powietrznego typu helikopter zgłoszone przez Sikorsky Aircraft „Direct-lift aircraft” - US 2318259 A w którym sterowanie odchyleniem i równoważenie momentu oporowego wirnika odbywa się poprzez śmigło ogonowe, sterowanie pochyleniem i przechyleniem odbywa się za pomocą tarczy sterującej.There is a known solution of a helicopter type aircraft submitted by Sikorsky Aircraft "Direct-lift aircraft" - US 2318259 A, in which the yaw control and the balancing of the rotor thrust is performed by the tail rotor, the pitch and roll control is performed by the control disk.

Znany jest patent Roger N. C. Pham „VTOL airplane with only one tiltable prop-rotor” - US 6382556 B1. Jest to rozwiązanie typu tilt rotor w którym zastosowano ten sam system sterowania w locie w konfiguracji pionowzlotu, równoważenie momentu oporowego wirnika odbywa się poprzez śmigło ogonowe, sterowanie pochyleniem i przechyleniem odbywa się za pomocą tarczy sterującej oraz zastosowano przekręcany wirnik aby możliwe było przejście do konfiguracji samolotu.There is a known patent by Roger N. C. Pham "VTOL airplane with only one tiltable prop-rotor" - US 6382556 B1. It is a tilt rotor solution which uses the same in-flight control system in the powered-lift configuration, balancing the rotor resistance torque is done by the tail rotor, the pitch and roll control is done using the control disc and a rotating rotor is used to enable the transition to the aircraft configuration .

Znane jest rozwiązanie współosiowego podwójnego, przekręcanego wirnika Roberta Burrage „Tilt-rotor aircraft” patent nr US 20070158494 A1 w którym zastosowano połączenie powierzchni nośnych i sterowych obracanych wokół osi poprzecznej O-Y (sterowanie pochylaniem samolotu).There is known a coaxial double torsion rotor by Robert Burrage "Tilt-rotor aircraft" patent No. US 20070158494 A1, which uses a combination of lift and rudder surfaces rotated around the transverse O-Y axis (aircraft tilt control).

Sterowanie wokół osi podłużnej O-X, w statkach powietrznych typu „tilt rotor” jest zwykle realizowane za pomocą różnicowania ciągu na jednym z wirników lub za pomocą tarczy sterującej - podobnie jak w śmigłowcach. Celem wynalazku jest uzyskanie możliwości sterowania przechyleniem statku powietrznego - obrotu wokół osi podłużnej O-X za pomocą dodatkowych powierzchni sterowych umieszczonych w strumieniu zaśmigłowym. Wynalazek ma szczególne zastosowanie dla statków powietrznych typu „Tilt rotor”, w których moment oporowy od obrotu śmigła/wirnika jest równoważony poprzez wychylenie powierzchni sterowych (8) na rysunku Fig. 1 oraz które nie wykorzystują sterowania okresowego za pomocą tarczy sterującej a jedynie sterowanie skokiem ogólnym, czyli przestawianie wszystkich łopat o ten sam kąt. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony na rysunkach Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5.Steering about the longitudinal axis O-X in tilt rotor aircraft is usually accomplished by varying the thrust on one of the rotors or by means of a swash plate - similar to helicopters. The object of the invention is to achieve the possibility of controlling the aircraft's roll - rotation about the longitudinal axis O-X by means of additional control surfaces located in the propeller jet. The invention is particularly applicable to "Tilt rotor" aircraft, in which the propeller / rotor anti-rotation torque is balanced by deflection of the control surfaces (8) in Figure 1, and which do not use periodic control by means of a control dial, but only pitch control. general, i.e. shifting all blades by the same angle. The subject of the invention is illustrated in Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5.

System sterowania przechyleniem statku powietrznego (obrotem wokół osi podłużnej O-X) w czasie pionowego (oraz pod kątem zbliżonym do pionowego) startu i lądowania oraz zawisu, według wykonania (Fig. 1) charakteryzuje się tym, że sterowanie to polega na wychylaniu powierzchni sterowych (równoległym lub różnicowym) umieszczonych na skrzydle z przodu i z tyłu dźwigara (3) o osiach obrotu Xl oraz Xr, nachylonych pod kątem w zakresie od - 60 stopni do + 60 stopni względem osi O-X i położonych w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny pionowej X-O-Z statku powietrznego. Wychylenie tych powierzchni skutkuje powstaniem momentów względem środka ciężkości statku powietrznego Mxr oraz Mxl (dających moment wypadkowy Mx) oraz uzyskaniem siły ciągu Fy i przesunięcia wzdłuż osi O-Y, Fig. 1. W czasie lotu poziomego Fig. 2 powierzchnie (3) przechodzą z ustawień pionowych i skośnych względem płata do ustawień równoległych. Korzystne jest aby w czasie lotu poziomego w konfiguracji samolotu była możliwość sterowania nimi - obrotem wokół osi równoległej do O-Y, dzięki czemu mogłyby spełniać rolę slotu i klapy.The system for controlling the aircraft's roll (rotation about the longitudinal axis OX) during vertical (and close to vertical) take-off and landing and hover, according to the embodiment (Fig. 1), is characterized in that the control consists in deflecting the control surfaces (parallel or differential) located on the front and rear wing of the spar (3) with rotation axes Xl and Xr, inclined at an angle ranging from - 60 degrees to + 60 degrees to the OX axis and located in a plane parallel to the vertical plane XOZ of the aircraft. The deflection of these surfaces results in the occurrence of moments in relation to the center of gravity of the aircraft Mxr and Mxl (giving the resultant moment Mx) and obtaining the thrust Fy and the shift along the axis OY, Fig. 1. During horizontal flight Fig. 2 surfaces (3) pass from vertical settings and oblique in relation to the airfoil to be arranged parallel. It is advantageous that during horizontal flight in the configuration of the aircraft it is possible to control them - rotation around an axis parallel to the O-Y, thanks to which they could play the role of a slot and a flap.

System sterowania przechyleniem statku powietrznego (obrotem wokół osi podłużnej O-X) w czasie pionowego (oraz pod kątem zbliżonym do pionowego) startu i lądowania oraz zawisu, według wykonania (Fig. 3) charakteryzuje się tym, że sterowanie to polega na wychylaniu powierzchni sterowych (3) o osiach obrotu Xri, Xli oraz Xr2, Xl2 zawartych w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny X-O-Z (Fig. 3) umieszczonych na powierzchniach sterowych (8) przytwierdzonych do obracanego pylona. Wychylenie tych powierzchni skutkuje powstaniem momentów względem środka ciężkości statku powietrznego Mxri, Mxli oraz Mxr2, Mxl2 (dających moment wypadkowy Mx) oraz uzyskaniem siły ciągu Fy i przesunięcia wzdłuż osi O-Y, Fig. 3. W czasie zmiany konfiguracji lotu i w czasie lotu poziomego powierzchnie (3) obracają się wraz z pylonem.The aircraft roll control system (rotation around the longitudinal axis OX) during vertical (and close to vertical) take-off and landing and hover, according to the embodiment (Fig. 3), is characterized in that the control consists in deflecting the control surfaces (3 ) with the rotation axes Xri, Xli and Xr2, Xl2 contained in a plane parallel to the XOZ plane (Fig. 3) located on the control surfaces (8) attached to the rotating pylon. The deflection of these surfaces results in the occurrence of moments in relation to the center of gravity of the aircraft Mxri, Mxli and Mxr2, Mxl2 (giving the resultant moment Mx) and obtaining the thrust Fy and shift along the axis OY, Fig. 3. During flight configuration changes and during horizontal flight, the surfaces ( 3) rotate with the pylon.

Taki sam efekt sterowania przechyleniem statku powietrznego (obrotem wokół osi podłużnej O-X) można uzyskać poprzez wychylenie powierzchni sterowych (16) o osiach obrotu Xr2, Xl2 zawartych w płaszczyźnie równoległej do pionowej płaszczyzny statku powietrznego X-O-Z (Fig. 3), przymocowanych do kadłuba za pośrednictwem elementów łączących (17) co skutkuje powstaniem momentu względem środka ciężkości statku powietrznego Mx oraz uzyskaniem siły ciągu Fy i przesunięcia wzdłuż osi O-Y [Fig. 3]. Korzystne jest jeśli te powierzchnie posiadają takie zamocowanie aby istniała możliwość ich schowania w obrys kadłuba, w celu zmniejszenia oporu aerodynamicznego podczas lotu poziomego.The same control effect of the aircraft roll (rotation about the longitudinal axis OX) can be obtained by deflecting the control surfaces (16) with rotation axes Xr2, Xl2 contained in a plane parallel to the vertical plane of the aircraft XOZ (Fig. 3), attached to the fuselage via the connecting elements (17), which results in the creation of a moment in relation to the center of gravity of the aircraft Mx and obtaining a thrust Fy and a shift along the axis OY [Fig. 3]. It is advantageous if these surfaces are mounted in such a way that they can be hidden within the contour of the fuselage in order to reduce aerodynamic drag during horizontal flight.

PL 237 688 B1PL 237 688 B1

System sterowania przechyleniem statku powietrznego (obrotem wokół osi podłużnej O-X) w czasie pionowego startu i lądowania oraz zawisu, według wykonania, w przypadku układu połączonego skrzydła [Fig. 4] charakteryzuje się tym, że sterowanie to polega na wychylaniu powierzchni sterowych (3) umieszczonych na przednim płacie (13) o osiach obrotu Xr, Xl zawartych w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny X-O-Z, wywołujących moment Mxri, Mxli co skutkuje powstaniem momentów względem środka ciężkości statku powietrznego Mx oraz uzyskaniem siły ciągu Fy i przesunięcia wzdłuż osi O-Y, Fig. 4. Powierzchnie te znajdują się w opływie strumienia zaśmigłowego.The aircraft roll control system (rotation about the longitudinal axis O-X) during vertical take-off and landing and hover, according to an embodiment, in the case of a combined wing system [Fig. 4] is characterized by the fact that the control consists in deflecting the control surfaces (3) located on the front panel (13) with rotation axes Xr, Xl contained in a plane parallel to the XOZ plane, causing the moment Mxri, Mxli, which results in the emergence of moments in relation to the center of gravity of the aircraft Mx and obtaining the thrust Fy and the shift along the axis OY, Fig. 4. These surfaces are around the propeller jet.

Podobny efekt sterowania przechyleniem statku powietrznego (obrotem wokół osi podłużnej O-X) dla układu połączonego skrzydła, uzyskuje się poprzez wychylenie powierzchni sterowych (12) przytwierdzonych do części łączących płaty (14). Wychylenie tych powierzchni skutkuje powstaniem momentów względem środka ciężkości statku powietrznego Mxr2, Myr2, Mzr2, Mxl2, Myl2, Mzl2 dających między innymi moment wypadkowy Mx - umożliwiający obrót wokół osi O-X oraz możliwość uzyskania siły ciągu Fy i przesunięcia wzdłuż osi O-Y, Fig. 4. Powierzchnie te znajdują się w opływie strumienia zaśmigłowego.A similar roll control effect of the aircraft (rotation about the longitudinal axis O-X) for the interconnected wing system is achieved by the deflection of the control surfaces (12) attached to the parts connecting the airfoils (14). The deflection of these surfaces results in the occurrence of moments in relation to the center of gravity of the aircraft Mxr2, Myr2, Mzr2, Mxl2, Myl2, Mzl2 giving, among others, the resultant moment Mx - enabling rotation around the OX axis and the possibility of obtaining a thrust Fy and shifting along the OY axis, Fig. 4. These surfaces are around the propeller stream.

System sterowania przechyleniem statku powietrznego (obrotem wokół osi podłużnej O-X) w czasie pionowego (oraz pod kątem zbliżonym do pionowego) startu i lądowania oraz zawisu, według wykonania (Fig. 5) charakteryzuje się tym, że sterowanie to polega na wychylaniu powierzchni sterowych (3) umieszczonych na obracanym skrzydle lub jego fragmencie (15). Wychylenie tych powierzchni skutkuje powstaniem momentów względem środka ciężkości statku powietrznego Mxr, Mxl (dających moment wypadkowy Mx) oraz możliwością uzyskania siły ciągu Fy i przesunięcia wzdłuż osi O-Y, Fig. 5. W czasie zmiany konfiguracji lotu i w czasie lotu poziomego powierzchnie (3) obracają się wraz ze skrzydłem (15) i znajdują się w opływie strumienia zaśmigłowego.The aircraft roll control system (rotation around the longitudinal axis OX) during vertical (and close to vertical) take-off and landing and hover, according to the embodiment (Fig. 5), is characterized in that the control consists in deflecting the control surfaces (3 ) placed on the rotated sash or its fragment (15). The deflection of these surfaces results in the creation of moments in relation to the center of gravity of the aircraft Mxr, Mxl (giving the resultant moment Mx) and the possibility of obtaining the thrust Fy and a shift along the axis OY, Fig. 5. During flight configuration changes and during horizontal flight, surfaces (3) rotate with the wing (15) and around the propeller stream.

Zastosowanie sposobu sterowania według wynalazku umożliwia wyeliminowanie konieczności stosowania tarczy sterującej dla uzyskania obrotu wokół osi podłużnej O-X statku powietrznego wyposażonego w pojedyncze śmigło/wirnik nośny.The use of the control method according to the invention makes it possible to eliminate the need to use a steering disc for rotation about the longitudinal axis O-X of an aircraft equipped with a single propeller / rotor.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 gdzie poszczególne elementy przedstawiają:The subject of the invention in an exemplary embodiment is shown in Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 where individual elements show:

1. kadłub pionowzlotu z silnikami;1. powered-lift hull with engines;

2. skrzydło;2nd wing;

3. powierzchnia sterowa według wynalazku, o osiach obrotu zawartych w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny pionowej X-O-Z przednia;3. A control surface according to the invention, with the axes of rotation included in a plane parallel to the front vertical plane X-O-Z;

4. powierzchnia sterowa według wynalazku, o osiach obrotu zawartych w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny pionowej X-O-Z tylna;4. A control surface according to the invention, with the axes of rotation included in a plane parallel to the rear vertical plane X-O-Z;

5. lotka/klapo-lotka;5. aileron / flap-aileron;

6. przekręcany pylon;6. twisted pylon;

7. śmigło;7. propeller;

8. powierzchnie sterowe pylona - obrót wokół O-Z w czasie zawisu, obrót wokół O-X w czasie lotu poziomego;8. pylon control surfaces - rotation about O-Z during hover, rotation about O-X during level flight;

9. usterzenie poziome;9. horizontal tail;

10. usterzenie pionowe;10. vertical tail;

11. silnik;11. engine;

12. powierzchnia sterowa według wynalazku, o osiach obrotu zawartych w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny pionowej x-O-Z, której wychylenie wywołuje przede wszystkim moment obrotowy statku powietrznego wokół osi O-X (moment obrotowy wokół osi poprzecznej O-Y i pionowej O-Z jest co najmniej o 30% mniejszy);12. a control surface according to the invention, with the rotation axes included in a plane parallel to the vertical plane x-O-Z, the deflection of which primarily causes the aircraft torque about the O-X axis (the torque about the transverse O-Y and vertical O-Z axis is at least 30% less);

13. przedni płat w układzie połączonego skrzydła;13. front airfoil with interconnected wing pattern;

14. element łączący skrzydła (usterzenie) przednie i tylne;14. element connecting the front and rear wings (tail);

15. obracane skrzydło w układzie „tilt rotor” zsynchronizowane z obracanym pylonem;15. tilt rotor synchronized with the rotating pylon;

16. powierzchnie sterowe według wynalazku o osiach obrotu Xr2, Xl2 zawartych w płaszczyźnie równoległej do płaszczyzny pionowej X-O-Z [Fig. 3];16. Control surfaces according to the invention with rotation axes Xr2, Xl2 included in a plane parallel to the vertical plane X-O-Z [Fig. 3];

17. elementy mocujące i umożliwiające chowanie powierzchni sterowych (16).17. fasteners and components enabling the control surfaces to be retracted (16).

Claims

1. Method of controlling the roll (around the longitudinal axis OX) of an aircraft with one propeller / rotor placed on a rotating pylon ("tilt rotor"), vertical take-off and landing, characterized in that the control consists of tilting (parallel or differential) control surfaces (3), placed in the propeller / hinge stream with rotation axes Xl and Xr parallel to the axis OX, which results in the creation of a moment in relation to the center of gravity of the aircraft Mx and obtaining a thrust Fy along the axis OY and a shift in relation to this axis [Fig. 1].

Method for controlling the tilt (around the longitudinal axis OX) by means of control surfaces, according to claim 1, characterized in that the rotation axes X1 and Xr of the surface (3) are inclined at an angle ranging from - 60 degrees to + 60 degrees with respect to the axis OX and are located in a plane parallel to the vertical plane XOZ of the aircraft, their deflection results in the creation of a moment in relation to the center of gravity of the aircraft Mx (in relation to other axes also torques are generated) and in obtaining a thrust Fy along the axis OY and a shift in relation to this axis [Fig. 1].

Method for controlling the roll (around the longitudinal axis OX) by means of control surfaces, according to claims 1 and 2, characterized in that the surfaces (3) are placed on the wings at the front and rear of the spar and during horizontal flight, in the airplane configuration, the surfaces ( 3) they change from vertical and oblique settings in relation to the plane of the airfoil chords to parallel settings [Fig. 2].

Method for controlling roll (around the longitudinal axis OX) by means of control surfaces located on the wings according to claims 1, 2 and 3, characterized in that during horizontal flight, in the airplane configuration, these surfaces additionally have the possibility of rotation about an axis parallel to OY so they can act as a slot and a flap.

Method for controlling the roll (about the longitudinal axis OX) of the aircraft by means of the control surfaces, characterized in that the control consists in tilting the control surfaces (3) with the rotation axes Xri, Xli and Xr2, Xl2, contained in the plane parallel to the XOZ plane [Fig. 3], located on the control surfaces (8), attached to the rotating pylon, which results in the creation of a moment in relation to the center of gravity of the aircraft Mx and obtaining a thrust Fy and a shift along the axis OY, when changing the flight configuration and during horizontal flight, the surfaces (3) rotate together with the pylon [Fig. 3].

Method for controlling the roll (around the longitudinal axis OX) of the aircraft by means of control surfaces, according to claim 1, characterized in that the control consists in tilting the control surfaces (16) with the rotation axes Xr2, Xl2 contained in a plane parallel to the plane XOZ ( Fig. 3), fixed to the fuselage via connecting elements (17) resulting in a moment in relation to the center of gravity of the aircraft Mx and obtaining a thrust Fy and a shift along the axis OY [Fig. 3].

Method for controlling roll by means of control surfaces (16) attached to the fuselage by means of connecting elements (17) according to claim 5, characterized in that during level flight, in the airplane configuration, these surfaces are additionally movable in such a way that they are hidden in the fuselage contour in order to reduce aerodynamic drag during horizontal flight [Fig. 3].

Method for controlling the roll (around the longitudinal axis OX) by means of the control surfaces according to claims 1, 2 and 3, characterized in that in the case of a combined wing system the control consists in deflecting the control surfaces (3) located on the front panel (13). [Fig. 4] which results in the creation of a moment in relation to the center of gravity of the aircraft Mx and obtaining a thrust Fy and a shift along the O-Y axis.

Method for controlling the roll (about the longitudinal axis OX) by means of control surfaces according to claims 1, 2 and 3, characterized in that in the case of a combined wing system the control consists of tilting control surfaces (12) fixed to the parts connecting the panels (14). ), which results in the creation of a moment in relation to the center of gravity of the aircraft Mx and obtaining a thrust Fy and a shift along the axis) -Y, [Fig. 4].

PL 237 688 Β1

10. The method of tilt control (around the longitudinal axis Ο-Χ) by means of control surfaces located on the wings according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the control surfaces (3) are provided on the rotating wing or its fragment (15) [Fig . 5], synchronized with the rotation of the propeller / rotor pylon), which results in the creation of a moment in relation to the center of gravity of the aircraft Mx (also in relation to other axes, torques are generated) and in obtaining a thrust Fy and a shift along the O-Y axis, [Fig. 5],