RO135735A2 - Aeronave cu decolare şi aterizare pe verticală-vtol - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o aeronavă cu decolare şi aterizare pe verticală care foloseşte fenomene aerodinamice de amplificare a tracţiunii pentru a reduce raportul tracţiune/greutate şi dimensiunile vehiculului pentru aceeaşi sarcină utilă. Aeronava conform invenţiei este constituită din două lonjeroane (2) care unesc două sisteme (3 şi 4) de propulsie, anterior şi posterior, de tipul biplanar dispuse la extremităţile lonjeroanelor (2), între celor două lonjeroane (2) este fixată în zona mediană, respectiv a centrului de greutate, o cabină (8) aerodinamică, în care poate intra cel puţin un pasager (9) şi care poate conţine şi un spaţiu de depozitare, în interiorul cabinei (8) pasagerul (9) se sprijină pe cele două picioare (10) care sunt aşezate spre partea anterioară, fiind puţin îndepărtate unul de celălalt, fiecare picior (10) al pasagerului (9) intră într-un locaş (11) lateral dispus deasupra fiecărui lonjeron (2), locaşurile (11) laterale fiind montate pe cabină (8).

Description

|Cr!CiUL Gă âîAî ΡΣΚtRU *^<^©^35735 A2

[ Cerere de brevei de invenție j

Nr. .Z...&1.2s....SS..33S.. j 3 £

Data den<Y?jt „.. J .5,Jl~. 2020 - - j

Aeronave cu decolare si aterizare pe verticala - VTOL

Prezenta invenție se refera la aeronave cu decolare si aterizare pe verticala - VTOL ce folosesc fenomene aerodinamice de amplficare a tracțiunii pentru a reduce raportul tractiune/greutate si dimensiunile vehiculului pentru aceiași sarcina utila.

Aeronavele care au capacitatea de decolare si de aterizare pe verticală (VTOL) combina avantajele elicopterelor, si anume decolarea si aterizarea pe un spațiu limitat sau pe terenuri greu accesibile, cu avantajele avioanelor convenționale, cum ar fi viteza de croazieră crescută si zborul orizontal cel mai eficient energetic. în ultimele decenii, s-au înregistrat progrese semnificative în domeniul aeronavelor cu decolare si aterizare pe verticală dar până în prezent un progres comercial semnificativ nu a fost atins.

O mare parte a soluțiilor de aeronave VTOL utilizează sisteme de propulsie separate pentru zborul pe orizontala si pentru zborul pe verticala ceea ce complica construcția, creste greutatea aeronavei si prezintă un cost ridicat.

De asemenea majoritatea soluțiilor de aeronave VTOL utilizează propulsia electrica distriubuita (DEP) fara insa a folosi fenomene aerodinamice suplimentare pentru a reduce raportul tractiune/greutate care in majoritatea cazurilor este supraunitar (1.2 1.4).

Este cunoscuta soluția descrisa in brevetul US10293914 al companiei Lilium GMBH. In acest caz sistemul de propulsie utilizează o multitudine de actuatoare pentru a roti diverse grupări de ventilatoare intubate ceea ce creste greutate, complica construcția si creste prețul produsului.

Este cunoscuta soluția descrisa in brevetul US9346542 pentru o aeronava individuala. Deși este o soluție simpla, prezintă dezavantajul unui raport tractiune/greutate supraunitar deoarece nu utilizează nici un dispozitiv suplimentar pentru amplificarea tracțiunii. Pe de alta parte, datorita faptului ca poziția pilotului in timpul decolării si aterizării este sprijinit pe spate si cu fata in sus, vizibilitatea este foarte proastra si confortul pilotului este sacrificat. La aceasta soluție rotoarele nu sunt protejate fiind periculoase in cazul contactului cu obiecte din spațiul înconjurător sau cu personalul aflat la sol. In zborul orizontal aeronava prezintă o secțiune mărită ceea ce reduce viteza maxima si randamentul zborului orizontal.

In consecința devine o necesitate realizarea unui sistem de propulsie foarte eficient, cu raport tractiune/greutate unitar sau subunitar, care sa fie utilizat atit pentru zborul pe verticala cit si pentru zborul pe orizontala, a cărui acționare sa fie foarte simpla si la care trecerea de la zborul vertical la cel orizontal si invers sa se faca rapid.

Pe de alta parte exista necesitatea de a avea o configurație a unei aeronave care sa prezinte un o secțiune minima in zborul orizontal pentru a reduce rezistenta la înaintarea in aer, respectiv pentru a creste randamentul zborului orizontal.

Prezenta invenție are ca obiectiv sa definească o noua arhitectura compacta a unei aeronave cu decolare si aterizare pe verticala care sa expună o arie redusa la curentul de aer frontal, respectiv care sa prezinte o aerodinamica imbunatatita in zborul oriozontal.

Invenția înlătură dezavantajele aratate mai sus prin aceea ca o aeronava utilizează, conform unui prim aspect al invenției, doua lonjeroane ce unesc doua sisteme de propulsie, unul anterior si altul posterior, de tipul biplanar, situate la extremitățile lonjeroanelor. Fiecare sistem ejector utilizează doua aripi, una principala si alta secundara care sunt suprapuse, paralele si decalate intre ele cu o anumita distanta. Cele doua lonjeroane sunt simetric dispuse fata de un plan longitudinal median al aeronavei si unesc cele doua aripi principale in asa fel incit unghiul format cu orizontala in poziția statica al acestora sa fie cuprins de preferința intre 35° si 80°. Potrivit unui alt aspect al invenției, intr-o prima varianta, intre fiecare aripa principala si fiecare aripa secundara sunt fixate pe aripa principala un număr de ventilatoare intubate, situate de preferința la distante egale unele de altele. Fiecare ventilator intubat conține un motor electric ce actioneaza un rotor, care poate avea pas fix sau variabil. Fiecare motor electric este fixat in interiorul unui tub. Distanta dintre doua ventilatoare intubate vecine si distanta dintre ventilatoarele intubate si aripa principala, respectiv aripa secundara este astfel aleasa incit in funcționare sa se creeze un efect Venturi de suctiune care sa mareasca fluxul de aer ce traversează sistemul ejector, ceea ce constituie o prima treapta de amplificare a tracțiunii. In conformitate cu următorul aspect al invenției, in funcționare, ventilatoarele intubate creeaza o depresiune importanta pe extradosul fiecărei aripi secundare si o presiune importanta pe intradosul aripii prioncipale, crescind sustentatia inclusiv in condiții statice, respectiv la decolare si aterizare, ceea ce creeaza o a doua treapta de amplificare a fracțiunii.

<7

In conformitate cu următorul aspect al invenției pe cele doua lonjeroane, in zona centrului de greutate al aeronavei, este fixata o cabina aerodinamica care conține cel puțin un scaun pentru cel puțin un pasager sau pilot si eventual un spațiu de depozitare.

In interiorul cabinei pilotul se sprijină pe picioare care sunt așezate spre partea anterioara a aeronavei, fiind puțin îndepărtate unul de celalalt. Fiecare picior al pilotului intra intr-un locaș lateral așezat deasupra fiecărui lonjeron. Locașurile laterale sunt fixate pe cabina. Prin utilizarea locașurilor laterale suprafața expusa curentului de aer atit in zborul vertical cit si mai ales in zborul orizontal este redusa si rezistenta la înaintarea in aer este micșorată corespunzător.

In conformitate cu alt aspect al invenției aeronava utilizează doua sisteme de propulsie biplanare cu elici tractive.

In conformitate cu alt aspect al invenției aeronava utilizează doua sisteme de propulsie biplanare cu elici propulsive.

In conformitate cu alt aspect al invenției sub fiecare lonjeron este fixat un flotor si in acest caz aeronava este amfibie, puțind decola si ateriza de pe apa, respectiv pe apa.

In conformitate cu alt aspect al invenției in cabina sunt fixate doua scune in tandem, cel anterior fiind utilizat de pilot si cel posterior de un pasager.

In conformitate cu alt aspect al invenției o metoda de a controla trecerea de la zborul vertical la cel orizontal si invers se realizează prin variația vitezei de rotatie a rotorelor situate la partea din spate fata de rotoarele situate la partea din fata, ceea ce produce modificarea unghiului de tangaj al aeronavei.

Sistemul de propulsie biplanar prezintă un randament ridicat deoarece creeaza diferente de presiuni pe aripi pentru a produce sustentatia chiar si in condiții statice. In consecința puterea maxima necesara decolării este diminuata comparativ cu soluțiile cunoscute. Schimbarea regimului de zbor se realizează cu ușurința prin schimbarea regimului de rotatie a rotoarelor. Aeronavele conform invenției pot sa decoleze si sa aterizeze pe diverse suprafețe, inclusiv de pe apa si pot sa zboare in apropierea solului sau apei, mărind randamentul propulsiei prin efect de sol. Avind o proiecție pe sol redusa aceste aeronave sunt bine adaptate pentru utilizarea in spatii restrinse, caracteristice de exemplu mediului urban. Aeronavele, conform invenției, prezintă un nivel de redundanta ridicat si au un grad redus de periculozitate, rotoarele fiind protejate.

Se dau mai jos un număr de exemple de realizare a invenției in legătură cu figurile 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 si 9 care reprezintă:

Fig. 1, o vedere izometrica a unei aeronave individuale, cu decolare si aterizare pe verticala, avind doua sisteme de propulsie cu ventilatoare intubate, in poziția de zbor vertical;

Fig. 2, o secțiune longitudinala prin aeronava de la figura 1;

Fig. 3,o vedere izometrica a aeronavei de la figura 1 in faza tranziției ;

Fig. 4, o vedere izometrica a aeronavei de la figura 1 in faza zborului orizontal;

Fig. 5, o secțiune printr-o aeronava individuala, cu decolare si aterizare pe verticala, avind doua sisteme de propulsie cu elice tractive;

Fig. 6, o secțiune printr-o aeronava individuala, cu decolare si aterizare pe verticala, avind doua sisteme de propulsie cu elice propulsive;

Fig. 7, o vedere izometrica a unei aeronave amfibii;

Fig. 8, o vedere izometrica a unei aeronave cu decolare si aterizare pe verticala cu doua locuri in tandem;

Fig. 9, o secțiune orizontala prin aeronava de la figura 8.

Intr-o prima varianta de realizare o aeronava 1 cu decolare si aterizare pe verticala utilizează doua lonjeroane 2 ce unesc doua sisteme de propulsie, unul anterior 3 si altul posterior 4, de tipul biplanar, situate la extremitățile lonjeroanelor 2 ca in figurile 1, 2, 3 si 4. Fiecare sistem de propulsie 3 sau 4 utilizează niște ventilatoare intubate 5 plasate intre o aripa inferioara 6 si o aripa superioara 7. Aripa inferioara 6 si aripa superioara 7 sunt suprapuse, paralele si decalate intre ele cu o anumita distanta D ca la invenția ROI34043. Intre cele doua lonjeroane 2 este fixata in zona mediana, respectiv a centrului de greutate, o cabina 8, aerodinamica, in care poate intra cel puțin un pasager 9 si care poate conține si un spațiu de depozitare. Pasagerul 9 poate avea si funcția de pilot al aeronavei 1. In interiorul cabinei 8 pasagerul 9 se sprijină pe propriile picioare 10 care sunt așezate spre partea anterioara a aeronavei 1, fiind puțin îndepărtate unul de celalalt. Fiecare picior 10 al pasagerului 9 intra intr-un locaș lateral 11 așezat deasupra fiecărui lonjeron 2. Locașurile laterale 11 sunt fixate pe cabina 8. Prin utilizarea locașurilor laterale 11 suprafața expusa curentului de aer a aeronavei 1 atit in

32, zborul vertical cit si mai ales in zborul orizontal este redusa si rezistenta la Înaintarea in aer este micșorată corespunzător. Pasagerul 9 sta așezat pe un scaun 12 fixat in interiorul cabinei 8. In părțile laterale cabina 8 prezintă cel puțin o use 13, iar in fata pasagerului 9 prezintă un parbriz 14. Aeronava 1 poate funcționa autonom sau poate fi comandata prin intermediul unor juistikuri 15. Funcționarea sistemelor de propulsie anterior 3 si posterior 4 ale aeronavei 1 este descrisa in cerererea de brevet ROI34043. Poziția pasagerului 9 la decolare/aterizare este cu torsul considerat intr-o poziție in mod substanțial verticala. Poziția pasagerului 9 in zborul de tranziție (fig. 3) si in zborul orizontal (fig. 4) este cu torsul înclinat spre in fata. Aeronava 1 poate zbura in apropierea solului sau apei utilizind efectul de sol si in acest caz randamentul utilizării este maxim.

Intr-o alta varianta a invenției o aeronava 30, cu decolare si aterizare pe verticala, utilizează doua sisteme de propulsie biplanare 31, fiecare utilizind niște elici tractive 32 ca in figura 5. In mod similar ca la exemplul anterior de realizare, cele doua sisteme de propulsie biplanare 31 sunt unite prin intermediul a doua lonjeroane 2 pe care este fixata o cabina 8. Funcționarea sistemelor de propulsie biplanare 31 ale aeronavei 30 este descrisa in cererea de invenție ROI34043.

Intr-o alta varianta a invenției o aeronava 40 cu decolare si aterizare pe verticala, utilizează doua sisteme de propulsie biplanare 41, fiecare utilizind niște elici propulsive 42 ca in figura 6. In mod similar ca la primul exemplu de realizare, cele doua sisteme de propulsie biplanare 41 sunt unite prin intermediul a doua lonjeroane 2 pe care este fixata o cabina 8. Funcționarea sistemelor de propulsie biplanare 41 ale aeronavei 40 este descrisa in cererea de invenție ROI34383.

Intr-o alta varianta o aeronava 50 cu decolare si aterizare pe verticala, derivata din cele anterioare, este de tipul amfibie ca in figura 7. In acest caz pe lonjeroanele 2 sunt fixate simetric pe părțile laterale doua flotoare 51 situate in partea inferioara. Flotoarele 51 prezintă o forma aerodinamica alungită si permit aterizarea si decolarea aeronavei 50 de pe si pe apa.

Intr-o alta varianta constructiva o aeronava 60 cu decolare si aterizare pe verticala, derivata din cele anterioare, utilizează o cabina 61, aerodinamica, pentru doi pasageri 62, ca in figurile 8 si 9. In partea anterioara cabina 61 este similara cu cabina 8 descrisa anterior. Cabina 61 prezintă fixate la interior un scaun 63, anterior si un scaun 64,

3Ί posterior. Scaunele 63 si 64 sunt așezate in tandem. Scaunul 64 este așezat in proximitatea scaunului 63 in asa fel incit pasagerul 62 așezat pe el sa poata sa-si întindă picioarele pe lingă scaunul 63 anterior, ca in figura 9.

Aeronavele descrise mai sus pot fi alimentate de la un pachet de baterii electrice sau de la o unitate de putere hibrida.

In toate cazurile prezentate, pentru un control mai precis al aeronavei, aripile pot sa conțină flapsuri si/sau eleroane comandate de mecanisme convenționale.

Claims (8)

1. Revendicări

   1 .Vehicul aerian cu decolare si aterizare pe verticala sau cu efect de sol, care utilizeza același sistem de propulsie in toate fazele de zbor caracterizat prin aceea ca o aeronava (1) utilizează doua lonjeroane (2) ce unesc doua sisteme de propulsie, unul anterior (3) si altul posterior (4), de tipul biplanar, situate la extremitățile lonjeroanelor (2), si intre cele doua lonjeroane (2) este fixata in zona mediana, respectiv a centrului de greutate, o cabina (8), aerodinamica, care poate transporta cel puțin un pasager (9) si care poate conține si un spațiu de depozitare, si pasagerul (9) sta așezat pe un scaun (12) fixat in interiorul cabinei (8), si in interiorul cabinei (8) pasagerul (9) se sprijină pe propriile picioare (10) care sunt orientate spre partea anterioara a aeronavei (1), fiind puțin îndepărtate unul de celalalt, si fiecare picior (10) al pasagerului (9) intra intr-un locaș lateral (11) așezat deasupra fiecărui lonjeron (2), si locașurile laterale (11) sunt fixate pe cabina (8), si prin utilizarea locașurilor laterale (11) suprafața expusa curentului de aer a aeronavei (1) atit in zborul vertical cit si mai ales in zborul orizontal este redusa si rezistenta la înaintarea in aer este micșorată corespunzător, si in părțile laterale cabina (8) prezintă cel puțin o use (13), iar in fata pasagerului (9) prezintă un parbriz (14), si poziția pasagerului (9) la decolare/aterizare este cu torsul considerat intr-o poziție in mod substanțial verticala, si poziția pasagerului (9) in zborul de tranziție si in zborul orizontal este cu torsul înclinat spre in fata.
2. 2. Vehicul aerian ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca aeronava (1) poate funcționa autonom.
3. 3. Vehicul aerian ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca aeronava (1) poate fi comandata prin intermediul unor juistikuri (15).
4. 4. Vehicul aerian ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca fiecare sistem de propulsie (3) sau (4) utilizează niște ventilatoare intubate (5) plasate intre o aripa inferioara (6) si o aripa superioara (7) si aripile inferioara (6) si cea superioara (7) sunt suprapuse, paralele si decalate intre ele cu o anumita distanta.
5. 5. Vehicul aerian ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (30) utilizează doua sisteme de propulsie biplanare (31), fiecare utilizind niște elici tractive (32).
6. 6. Vehicul aerian ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (40) utilizează doua sisteme de propulsie biplanare (41), fiecare utilizind niște elici propulsive (42).
7. 7. Vehicul aerian ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (50), de tipul amfibie, prezintă fixate simetric pe lonjeroanele (2), respectiv pe părțile laterale, doua flotoare (51), si flotoarele (51) prezintă o forma aerodinamica alungită.
8. 8. Vehicul aerian ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (60) utilizează o cabina (61), aerodinamica, avind un volum mărit pentru doi pasageri (62), si cabina (61) prezintă fixate la interior un scaun (63), anterior si un scaun (64), posterior, si scaunele (63) si (64) sunt așezate in tandem, si scaunul (64) este așezat in proximitatea scaunului (63) in asa fel incit pasagerul (62 ) așezat pe el sa poata sa-si întindă picioarele pe lingă scaunul (63) anterior.