RO138018A2 - Aeronavă vtol - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o aeronavă care foloseşte un număr crescut de suprafeţe aerodinamice pentru a creşte portanţa atât în zborul orizontal, cât şi în cel vertical. Aeronava, conform invenţiei are un sistem de propulsie format din patru elemente (2 şi 3) producătoare de tracţiune, anterioare şi respectiv posterioare, toate montate simetric de o parte şi de alta a unui fuzelaj (4) având o formă profilată aerodinamic şi cel puţin şase elemente producătoare de portanţă profilate aerodinamic, reprezentate de două aripi (5) principale, montate în zona centrului de greutate şi patru aripi (6 şi 7) anterioare şi respectiv posterioare care susţin şi elementele (2 şi 3) producătoare de tracţiune anterioare şi posterioare, fluxul de aer generat de elementele (2) producătoare de tracţiune anterioare este canalizat spre aripile (5) principale cu ajutorul unor limitatoare (8) de jet montate la capetele acestora, limitatoarele (8) de jet se prelungesc înspre spate şi canalizează aerul extras de elementele (3) producătoare de tracţiune posterioare, respectiv de pe aripile (5) principale, aripile (5) principale prezintă la decolare/aterizare un unghi de incidenţă cuprins între 20° şi 40°, aripile (6 şi 7) anterioare şi posterioare având acelaşi unghi de incidenţă ca aripile (5) principale.

Description

’OFICtUL DE STAT PENTRU INVENȚII Șl MĂRCI Cororo d® brevet de Invenție _Nr (X GO

Aeronava VTOL

Prezenta invenție se refera la o aeronava VTOL ce folosește un număr crescut de suprafețe aerodinamice pentru a creste portanta atit in zborul orizontal cit si in zborul vertical.

In continuare se va utiliza pentru o aeronava cu decolare si aterizare verticala denumirea consacrata de „aeronava VTOL”.

Invenția reprezintă o continuare in parte si o perfecționare a invențiilor ROI34498 si ROI 34897.

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 inca ramin progrese substanțiale de făcut.

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 (termen consacrat DEP) fara insa a folosi fenomene aerodinamice suplimentare pentru a reduce raportul tractiune/greutate. In plus atunci cind se utilizează rotoare deschise aerul este împrăștiat de acestea, fara a priotiriza o direcție anume care poate fi convenabila din punct de vedere aerodinamic.

Sunt cunoscute soluțiile descrise de invențiile US2016236775, WO2018208596 si US2014158815 care descriu aeronave VTOL avind diferite unghiuri intre planele de rotatie ale rotoarelor si aripi. La toate aceste soluții jetul de aer produs de elice nu este directionat precis spre o anumita porțiune a aripilor si se imparastie pe toata lungimea acestora, disipindu-se, sau atfel spus, poziția elicele nu oferă avantaje pentru a sufla aerul peste aripi pentru a crea o portanta imbunatatita. La soluția US2016236775 aripile sun amplasate in zona mediana si nu permit amplasarea unor usi in zona mediana si intrarea pasagerilor prin aceasta zona. La soluțiile WO2018208596 si US2014158815 aripilie sunt amplasate in poziția înalta pe fuzelaj determinind o înălțime mărită a aeronavei si in consecința o greutate sporita.

In consecința devine o necesitate o aeronava VTOL care sa aiba o forma foarte compacta dar care sa fie suficient de eficienta si in zborul orizontal pentru a avea o autonomie rezonabila.

De asemenea devine o necesitate realizarea unui sistem de propulsie foarte eficient, cu raport tractiune/greutate imbunatatit, 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.

Un obiectiv principal al prezentei invenții este acela de utiliza un sistem de propulsie foarte simplu, cu cost redus dar care sa ofere un nivel de redundanta suficient de ridicat pentru a menține aeronava in zbor in cazul defectării unui element propulsiv.

Un alt obiectiv al invenției este acela de a utiliza tehnici active de hiper-sustentatie ca de exemplu aspirarea si suflarea stratului limită si controlul precis al circulației aerului pe suprafețele aerodinamice pentru a mari eficienta in zbor a unei aeronave, suprafețele aerodinamice fiind astfel amplasate incit sa nu împiedice accesul pasagerilor sau al mărfurilor in interiorul aeronavei.

Potrivit unui prim aspect al invenției, o aeronava cu decolare si aterizare pe verticala utilizează un sistem de propulsie care folosește patru elemente producătoare de tracțiune, respectiv doua anterioare si doua posterioare, toate montate simetric de o parte si de alta a unui fuzelaj. Fuzelajul prezintă o forma profilata aerodinamic. Concomitent aeronava utilizează un număr de cel puțin sase elemente producătoare de portanta, profilate aerodinamic, reprezentate de doua aripi principale, de doua aripi anterioare care susțin si elementele producătoare de tracțiune anterioare si doua aripi posterioare care susțin si elementele producătoare de tracțiune posterioare. Aripile principale sunt amplasate in zona mediana a fuzelajului atit luind in considerare lungimea fuzelajului cit si inaltimea lui. Fluxul de aer generat de elementele producătoare de tracțiune anterioare este canalizat spre aripile principale cu ajutorul unor limitatoare de jet montate la capetele acestora. Limitatoarele de jet se prelungesc înspre spate si canalizeaza aerul extras de elementele producătoare de tracțiune posterioare de pe aripile principale spre elementele producătoare de tracțiune posterioare. Aripile principale prezintă la decoare/aterizare un unghi de incidența cuprins intre 20 ⁰ si 40 °. Aripile anterioare si cele posterioare prezintă același unghi de incidența ca aripile principale. Aripile principale poseda un extrados , un intrados, un bord de atac si un bord de fuga. Planele de rotatie ale elementelor producătoare de tracțiune anterioare si posterioare sunt substanțial orizontale in poziția statica, respectiv la decolare/aterizare. Planele de rotatie ale elementelor producătoare de tracțiune anterioare sunt poziționate in apropierea bordului de atac al aripilor principale si sub intradosul acestora astfel incit o parte din fluxul de aer provocat de elementele producătoare de tracțiune anterioare sa fie directionat spre intradosul aripiilor principale. Planele de rotatie ale elementelor producătoare de tracțiune posterioare sunt poziționate deasupra extradosului aripilor principale astfel incit elementele producătoare de tracțiune posterioare sa se alimenteze cu aer de pe acestea. La partea din spate, pe fuzelaj este fixat un stabilizator vertical. In partea mediana, fuzelajul conține o cabina care permite accesul prin intermediul unei cupole, rabatabile. Cupola are pe partea laterala profilul unei trepte. Fuzelajul prezintă o decupare care copiaza profilul treptei, atunci cind cupola este închisa. Decuparea permite un acces facil al pasagerilor in cabina. In cabina sunt montate cel puțin doua scaune, așezate in tandem. In zona finala a decupării este montata o traversa, rabatabila, care realizează rigidizarea fiizelajului in zona aripilor principale, pe perioada zborului.

Conform unui alt aspect al invenției aeronava utilizează un tren de aterizare format din patru picioare curbate care in secțiune au un profil aerodinamic aliniat cu profilul aerodinamic al aripilor principiale.

In conformitate cu alt aspect al invenției la decolare/aterizare elementele producătoare de tracțiune anterioare si cele posterioare sunt accelerate pina ce aeronava se ridica la o anumita altitudine. Pentru a realiza trecerea de la zborul vertical la cel orizontal se mărește viteza de rotatie a elementelor producătoare de tracțiune posterioare fata de elementele producătoare de tracțiune anterioare, ceea ce induce modificarea unghiului de tangaj al aeronavei. Pe perioada zborului orizontal aripile principale fac cu fluxul frontal de aer un unghi de atac cuprins intre 1° si 13°. Datorita poziționării elementelor producătoare de tracțiune anterioare fata de aripile principale are loc creșterea presiunii aerului care circulă pe intradosul aripulor principale. Simultan datorita poziționării elementelor producătoare de tracțiune posterioare aerul este absorbit de pe extradosul aripilor principale, ceea ce produce un fenomen de suctiune ce mărește portanta. Atit depresiunea cit si presiunea create pe elementele producătoare de portanta contribuie la amplificarea forței de tracțiune pe verticala, inclusiv in condiții statice, respectiv la deco lare/ater izare.

Aeronava conform invenției este un mijloc convenabil si sigur de a transporta cel puțin un pasager între doua locații fara amenajeri speciale cu o eficienta maxima. Asa cum este conceputa, aeronava este stabila în timpul zborului si are o dimensiune compactă, astfel încât amprenta aeronavei la sol, respectiv aria necesara de stocare la sol să fie minime. Nivel redus de spațiu necesar la decolare si aterizare fac aeronava ideală pentru o utilizare zilnică, inclusiv in orașe. Randamentul propulsiei este imbunatit in zborul vertical datorita fenomenelor aerodinamice de amplificare si al controlului imbunatatit al circulației aerului de pe suprafețele aerodinamice. Randamentul propulsiei este imbunatit in zborul orizontal datorita aripilor suflate. Este o construcție simpla care nu utilizează actuatoare pentru controlul zborului. Majoritatea pârtilor componente inclusiv trenul de aterizare, sunt astfel construite incit sa ofere portanta pe perioada zborului orizontal ceea ce creste randamentul zborului si concomitent mărește autonomia. Nivelul de redundanta al eronavei este ridicat in condițiile unei construcții simple, avind un cost redus.

Se dau mai jos un număr de exemple de realizare a invenției in legătură cu figurile 1-7 care reprezintă:

- Fig. 1, o vedere izometrica dinspre fata a unei aeronave cu decolare si aterizare pe verticala pentru doi pasageri in poziția de repaus cu traversa de rigidizare ridicata pentru accesul pasagerilor;

- Fig. 2, o vedere izometrica dinspre fata a aeronavei de la figura 1 cu traversa de rigidizare montata pentru zbor;

- Fig. 3, o vedere izometrica dinspre fata a aeronavei de la figura 1, in faza zborului vertical;

- Fig. 4, o vedere laterala a aeronava de la figura 1 in faza decolarii/aterizarii;

- Fig. 5, o vedere izometrica dinspre fata a aeronavei de la figura 1, in faza zborului orizontal cu viteza economica de croaziera;

- Fig. 6, o vedere de sus cu secțiune a unei aeronave pentru patru pasageri;

- Fig. 7, o vedere izometrica dinspre fata a aeronavei de la figura 6.

Intr-un prim exemplu de realizare a invenției o aeronava 1, cu decolare si aterizare pe verticala, utilizează un sistem de propulsie care folosește patru elemente producătoare de tracțiune, respectiv doua anterioare 2 si doua posterioare 3, toate montate simetric de o parte si de alta a unui fuzelaj 4, ca in figurile 1-5. Fuzelajul 4 prezintă o forma profilata aerodinamic. Concomitent aeronava 1 utilizează un număr de cel puțin sase elemente producătoare de portanta, profilate aerodinamic, reprezentate de doua aripi principale 5, montate in zona centrului de greutate al aeronavei 1, de doua aripi anterioare 6 care susțin si elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 si doua aripi posterioare 7 care susțin si elementele producătoare de tracțiune posterioare 3. Aripile principale 5 sunt amplasate in zona mediana a fuzelajului 4 atit luind in considerare lungimea fuzelajului 4 cit si inaltimea lui. Fluxul de aer generat de elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 este canalizat spre aripile principale 5 cu ajutorul unor limitatoare de jet 8 montate la capetele acestora. Limitatoarele de jet 8 se prelungesc înspre spate si canalizeaza aerul extras de elementele producătoare de tracțiune posterioare 3, respectiv de pe aripile principale 5. Aripile principale 5 prezintă la decoare/aterizare un unghi de incidența cuprins intre 20 ⁰ si 40 °. Aripile anterioare 6 si cele posterioare 7 prezintă același unghi de incidența ca aripile principale 5, ca in figura 4. Aripile principale 5 poseda un extrados 9 , un intrados 10, un bord de atac 11 si un bord de fuga 12. Planele de rotatie ale elementelor producătoare de tracțiune anterioare 2 si posterioare 3 sunt substanțial orizontale in poziția statica, respectiv la decolare/aterizare. Planele de rotatie ale elementelor producătoare de tracțiune anterioare 2 sunt poziționate in apropierea bordului de atac 11 al aripilor principale 5 si sub intradosul 10 al acestora astfel incit o parte din fluxul de aer provocat de elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 sa fie directionat spre intradosul 10 al aripiilor principale 5. Planele de rotatie ale elementelor producătoare de tracțiune posterioare 3 sunt poziționate deasupra extradosului 9 al aripilor principale 5 astfel incit elementele producătoare de tracțiune posterioare 3 sa se alimenteze cu aer de pe acesta. La partea din spate, pe fuzelajul 4 este fixat un stabilizator vertical 13. In partea mediana, fuzelajul 4 conține o cabina 14 care permite accesul prin intermediul unei cupole 15, rabatabile. Cupola 15 are pe fiecare parte laterala profilul unei trepte 16 . Fuzelajul 4 prezintă o decupare 17 care copiaza profilul treptei 16, atunci cind cupola 15 este închisa. Decuparea 17 permite un acces facil al pasagerilor in cabina 14. In cabina 14 sunt montate cel puțin doua scaune 18, așezate in tandem. In zona finala a decupării 17, respectiv in interiorul cabinei 14, este montata o traversa 19, rabatabila, care realizează rigidizarea fuzelajului 4 in zona aripilor principale 5, pe perioada zborului, ca in figura 2. Decuparea 17 din fuzelajul 4 permite concomitent accesul facil al pasagerilor in aeronava 1 cit si fixarea aripilor principiale 5 in zona centrului de greutate al aeronavei 1. Aeronava 1 utilizează un tren de aterizare 20 format din patru picioare curbate 21, montate pe fuzelajul 4, care in secțiune au un profil aerodinamic aliniat cu profilul aerodinamic al aripilor principiale 5. In funcționare, la decolare/aterizare elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 si cele posterioare 3 sunt accelerate pina ce aeronava 1 se ridica la o anumita altitudine, ca in figura 3. Pentru a realiza trecerea de la zborul vertical la cel orizontal se mărește viteza de rotatie a elementelor producătoare de tracțiune posterioare 3 fata de elementele producătoare de tracțiune anterioare 2, ceea ce induce modificarea unghiului de tangaj al aeronavei 1, ca in figura 5. Pe perioada zborului orizontal aripile principale 5 fac cu fluxul frontal de aer un unghi de atac cuprins intre 1° si 13°. Datorita poziționării elementelor producătoare de tracțiune anterioare 2 fata de aripile principale 5 are loc creșterea presiunii aerului care circulă pe intradosul 10 al aripilor principale 5. Simultan datorita poziționării elementelor producătoare de tracțiune posterioare 3 aerul este absorbit de pe extradosul 9 a aripilor principale 5, ceea ce produce un fenomen de suctiune ce mărește portanta. Atit depresiunea cit si presiunea create pe aripile principale 5 contribuie la amplificarea forței de tracțiune pe verticala, inclusiv in condiții statice, respectiv la decolare/aterizare. Concomitent aripile anterioare 2 si aripile posterioare 7 induc forte de portanta suplimentare care se aduga la forța totala de tracțiune pe verticala.

Sistemul de propulsie descris poate fi alimentat de un pachet de baterii electrice.

Intr-o alta varianta sistemul de propulsie descris poate fi alimentat pot fi alimentate de un sistem hibrid.

Intr-un al doilea exemplu de realizare a invenției o aeronava 30, cu decolare si aterizare pe verticala, derivata din cea anteriora, utilizează un fuzelaj 31 ce conține in partea mediana o cabina 32, ca in figurile 6 si 7. Cabina 32 este impartita in doua parti egale de o grinda curbata 33, fixata longitudinal in zona mediana a fuzelajului 31. Pe fiecare parte a grinzii curbate 33 este montata articulat o use rabatabila 34. In interiorul cabinei 32 sunt montate cel puțin patru scaune 35, montate pe doua rinduri, ca in figura 6. Cabina 32 conține o traversa de rigidizare 36, rabatabila, situtata in spatele scaunelor 35 din fata. Fiecare use rabatabila 34 se deschide spre in sus ca in figura 7.

Claims (5)

1. Aeronava VTOL de tipul celor descrise in invențiile cu număr de publicare ROI34498 si ROI34897, care propun utilizarea unor fenomene aerodinamice adiționale pentru a crea o portanta indusa in toate fazele zborului, inclusiv la decolare si aterizare, caracterizata prin aceea ca o aeronava (1), cu decolare si aterizare pe verticala, utilizează un sistem de propulsie care folosește patru elemente producătoare de tracțiune, respectiv doua anterioare (2) si doua posterioare (3), toate montate simetric de o parte si de alta a unui fuzelaj (4), si fuzelajul (4) prezintă o forma profilata aerodinamic, si aeronava (1) utilizează un număr de cel puțin sase elemente producătoare de portanta, profilate aerodinamic, reprezentate de doua aripi principale (5), montate in zona centrului de greutate al aeronavei (1), de doua aripi anterioare (6) care susțin si elementele producătoare de tracțiune anterioare (2) si doua aripi posterioare (7) care susțin si elementele producătoare de tracțiune posterioare (3), si aripile principale 5 sunt amplasate in zona mediana a fuzelajului 4 atit luind in considerare lungimea fuzelajului 4 cit si inaltimea lui fluxul de aer generat de elementele producătoare de tracțiune anterioare (2) este canalizat spre aripile principale (5) cu ajutorul unor limitatoare de jet (8) montate la capetele acestora, si limitatoarele de jet (8) se prelungesc înspre spate si canalizeaza aerul extras de elementele producătoare de tracțiune posterioare (3), respectiv de pe aripile principale (5), si aripile principale (5) prezintă la decoare/aterizare un unghi de incidența cuprins intre 20 ⁰ si 40 °, si aripile anterioare (6) si cele posterioare (7) prezintă același unghi de incidența similar cu cel al aripile principale (5), si aripile principale (5) poseda un extrados (9), un intrados (10), un bord de atac (11) si un bord de fuga (12), si planele de rotatie ale elementelor producătoare de tracțiune anterioare (2) si posterioare (3) sunt substanțial orizontale in poziția statica, respectiv la decolare/aterizare, si planele de rotatie ale elementelor producătoare de tracțiune anterioare (2) sunt poziționate in apropierea bordului de atac (11) al aripilor principale (5) si sub intradosul (10) al acestora astfel incit o parte din fluxul de aer provocat de elementele producătoare de tracțiune anterioare (2) sa fie directionat spre intradosul (10) al aripiilor principale (5), si planele de rotatie ale elementelor producătoare de tracțiune posterioare (3) sunt poziționate deasupra extradosului (9) al aripilor principale (5) astfel incit elementele producătoare de tracțiune posterioare (3) sa se alimenteze cu aer de pe acesta, si aeronava (1) utilizează un tren de aterizare (20) format din patru picioare curbate (21), montate pe fuzelajul (4), care in secțiune au un profil aerodinamic aliniat cu profilul aerodinamic al aripilor principiale (5).

2. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca in partea mediana, fuzelajul 4 conține o cabina (14) care permite accesul prin intermediul unei cupole (15), rabatabile, si cupola (15) are pe fiecare parte laterala profilul unei trepte (16), si fuzelajul (4) prezintă o decupare (17) care copiaza profilul treptei (16), atunci cind cupola (15) este închisa, si decuparea (17) permite un acces facil al pasagerilor in cabina (14), si in cabina (14) sunt montate cel puțin doua scaune (18), așezate in tandem, si in zona finala a decupării (17), respectiv in interiorul cabinei (14), este montata o traversa (19), rabatabila, care realizează rigidizarea fuzelajului (4) in zona aripilor principale (5), pe perioada zborului, dar care permite accesul pasagerului la îmbarcare.

3. Aeronava ca la revendicarea 1 si 2 caracterizata prin aceea ca decuparea (17) din fuzelajul (4) permite concomitent accesul facil al pasagerilor in aeronava (1) cit si fixarea aripilor principiale (5) in zona centrului de greutate al aeronavei (1), respectiv in poziția mediana pe înălțime.

4. Metoda de funcționare a unei aeronave cu elemente multiple purtătoare de portanta caracterizata prin aceea ca in funcționare, la decolare/aterizare elementele producătoare de tracțiune anterioare (2) si cele posterioare (3) sunt accelerate pina ce aeronava (1) se ridica la o anumita altitudine, si pentru a realiza trecerea de la zborul vertical la cel orizontal se mărește viteza de rotatie a elementelor producătoare de tracțiune posterioare (3) fata de elementele producătoare de tracțiune anterioare (2), ceea ce induce modificarea unghiului de tangaj al aeronavei (1) si intrarea ei in zbor orizontal, si pe perioada zborului orizontal aripile principale (5) fac cu fluxul frontal de aer un unghi de atac cuprins intre 1° si 13°, si datorita poziționării elementelor producătoare de tracțiune anterioare (2) fata de aripile principale (5) are loc creșterea presiunii aerului care circulă pe intradosul (10) al aripilor principale (5), si simultan datorita poziționării elementelor producătoare de tracțiune posterioare (3) aerul este absorbit de pe extradosul (9) a aripilor principale (5), ceea ce produce un fenomen de suctiune ce mărește portanta, si atit depresiunea cit si presiunea create pe aripile principale (5) contribuie la amplificarea forței de tracțiune pe verticala, inclusiv in condiții statice, respectiv la decolare/aterizare, si in zborul orizontal, aripile anterioare (2) si aripile posterioare (7) induc forte de portanta suplimentare care se aduga la forța totala de tracțiune pe verticala.

5. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (30), cu decolare si aterizare pe verticala, derivata din cea anteriora, utilizează un fuzelaj (31) ce conține in partea mediana o cabina (32), si cabina (32) este impartita in doua parti egale de o grinda curbata (33), fixata longitudinal in zona mediana a fuzelajului (3), si pe fiecare parte a grinzii curbate (33) este montata articulat o use rabatabila (34), si in interiorul cabinei (32) sunt montate cel puțin patru scaune (35), montate pe doua rinduri, si cabina (32) conține o traversa de rigidizare (36), rabatabila, situtata in spatele scaunelor (35) din fata, si fiecare use rabatabila (34) se deschide spre in sus.