RO138101A2 - Aeronavă vtol compactă - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la o aeronavă compactă care utilizează un sistem de propulsie basculant pentru decolare verticală şi aripi pentru zborul orizontal. Aeronava, conform invenţiei are patru elemente (2 şi 3) producătoare de tracţiune, anterioare şi posterioare, basculante, montate simetric de o parte şi de alta a unui fuzelaj (4), elementele (2 şi 3) producătoare de tracţiune, anterioare şi respectiv posterioare sunt unite prin intermediul a doi arbori (5 şi 6) anterior şi posterior ce traversează fuzelajul (4), două aripi (8) principale montate în zona centrului de greutate ca elemente producătoare de portanţă în zborul orizontal, care sunt dispuse între elementele (2 şi 3) producătoare de tracţiune, anterioare şi posterioare, atât pe verticală, dar şi pe orizontală şi au un unghi de incidenţă cuprins între 1° şi 12°, elementele (2 şi 3) producătoare de tracţiune, anterioare şi respectiv posterioare şi aripile (8) principale sunt aşezate în trepte cu elementele (2) producătoare de tracţiune, anterioare situate cel mai jos pentru a produce efecte aerodinamice adiţionale.

Description

OFICIUL DE STAT PENTRU INVEWȚI! Și MĂRCI Cerere de brevet de Invenție _Nr cx 2^22- cp ............

.............................Ϊ7 -io- ®

Data depozit...........I··¹·.........................

Aeronava VTOL compacta

Prezenta invenție se refera la o aeronava VTOL compacta care utilizează un sistem de propulsie basculant pentru decolare verticala si aripi pentru zborul orizontal.

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

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 realizat.

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.

Majoritatea soluțiilor de aeronave VTOL cu aripi au un gabarit mărit datorita angvervurii extinse a aripilor. Ele nu utilizează 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.

Este cunoscuta soluția de aeronava VTOL cu doua rotoare basculante utilizata de Boeing V-22. Aceasta soluție reclama o poziție relativ fixa a centrului de greutate in zborul vertical, ceea ce nu este intodeuna ușor de obtinut. Avind doar doua rotoare si acestea fiind acționate de turbine, capacitatea de reacție a acestora la schimbări bruște ale mediului la viteze mici sau in zbor vertical este redusa, lasind aeronava fara reacție in situatii limita.

Sunt de asemenea cunoscute soluțiile de aeronave VTOL cu patru rotoare basculante acționate de motoare electrice ca la invențiile US2018370629 sau WO2019116101. La (Λ aceste soluții se utilizează cite un actuator pentru fiecare rotor ceeea ce complica construcția, creste greutatea si mărește prețul general al vehiculului. In plus in cazul defecțiunii unui actuator care fixeaza un rotor in poziție înclinată, se destabilizeza complet aeronava si acest lucru poate duce la evenimente catastrofale.

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 redundant, si 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 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 aripi pentru a mari eficienta in zbor a unei aeronave.

Invenția înlătură dezavantajele aratate mai sus prin aceea ca, conform unui prim aspect al invenției, o aeronava cu decolare si aterizare pe verticala utilizează un număr de patru elemente producătoare de tracțiune, doua anterioare si doua posterioare, toate de tipul celor basculante, montate simetric de o parte si de alta a unui fuzelaj. Elementele producătoare de tracțiune sunt controlate ca unghi de înclinare de un singur mecanism de basculare de tip redundant, care actioneaza simultan toate cele patru elemente producătoare de tracțiune. Unghiul de înclinare variaza de la -20° la +90°, unghiul negativ fiind folosit pentru mersul înapoi. Ca elemente producătoare de portanta in zborul orizontal aeronava utilizează doua aripi principale montate in zona centrului de greutate. Aripile principale prezintă fiecare un intrados si un extrados iar la căpătui liber prezintă un limitator de jet care se prelungește atit sub intrados cit si deasupra extradosului. In poziția de decolare/aterizare elementele producătoare de tracțiune anterioare sunt situate cel mai jos si elementele producătoare de tracțiune posterioare sunt situate cel mai sus. Aripile principale sunt plasate intre elementele producătoare de tracțiune anterioare si cele posterioare atit pe verticala dar si pe orizontala si prezintă un unghi de incidența cuprins intre 1° si 12°. Se poate spune ca elementele producătoare de \Ί/ tracțiune anterioare, aripile principale si elementele producătoare de tracțiune posterioare sunt așezate in trepte cu elementele producătoare de tracțiune anterioare situate cel mai jos. Pe perioada tranziției si a zborului orizontal planele de rotatie ale elementelor producătoare de tracțiune anterioare ajung 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 ajung sa fie poziționate deasupra extradosului aripilor principale astfel incit elementele producătoare de tracțiune posterioare sa se alimenteze cu aer de pe acestea. Pentru a creste raza de acțiune pe aripile principale, respectiv in prelungirea acestora, se pot monta doua aripi adiționale. Controlul aeronavei se realizează atit prin reglajul înclinării elementelor producătoare de tracțiune cit si prin reglare diferențiata a forței de împingere dezvoltate de elementele producătoare de tracțiune, ambele gestionate de o centrala electronica pe baza informațiilor furnizate de un sistem de senzori. Sistemul de senzori poate include senzori pentru determinarea poziției elementelor producătoare de tracțiune, a turației elementelor producătoare de tracțiune, a poziției aeronavei, atitudinii, altitudinii si pentru alti parametri relevanți ai aeronavei, precum si senzori care detectează condițiile externe, de exemplu, temperatura aerului, viteza vintului, poziția in spațiu si alte condiții de mediu si vremea.

Intr-o prima varianta mecanismul de basculare comnada aceiași înclinare atit pentru elementele producătoare de tracțiune anterioare cit si pentru elementele producătoare de tracțiune posterioare.

Intr-o alta varianta mecanismul de basculare comnada o înclinare diferențiata a elementele producătoare de tracțiune anterioare si posterioare.

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 comanda înclinarea elementele producătoare de tracțiune anterioare si posterioare, concomitent cu creșterea turației elementelor producătoare de tracțiune. Pe perioada zborului orizontal aripile principale fac cu fluxul frontal de aer un unghi de atac cuprins intre 1° si 12°, iar fuzelajul ramine intr-o poziție considerata substanțial orizontala.

Datorita poziționării înclinate a elementelor producătoare de tracțiune anterioare fata de aripile principale are loc creșterea presiunii aerului care circulă pe intradosul aripilor principale ceea ce mărește portanta.. Simultan datorita poziționării înclinate a elementelor producătoare de tracțiune posterioare aerul este absorbit de pe extradosul aripilor principale, ceea ce produce un fenomen de suctiune ce mărește portanta.

Intr-o prima varianta elementele de tracțiune anterioare sunt montate complet sub nivelul aripilor principale. Cel puțin una dintre aripile principale este fixata pe o use cu deschidere laterala poziționată in zona mediana a fuzelajului. Usa este montata pe fuzelaj prin intermediul unei balamale verticale. Usa poate fi deschisa spre fata împreuna cu aripa principala corespunzătoare care poate trece pe deasupra elementului producător de tracțiune anterior aflat in repaus fara sa-1 atinga.

Intr-o alta varianta cel puțin o use batanta este fixata pe fuzelaj prin intermediul unei balamale orizontale. Pe usa batanta este fixata o aripa principala.

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.

Intr-o alta varianta aeronava utilizează un tren de aterizare cu roti ce poate fi folosit la o decolare si aterizare scurta sau pentru o aterizare de urgenta cind sursa de energie s-a epuizat.

Aeronava conform invenției este un mijloc convenabil si sigur de a transporta cel puțin un pasager si/sau mărfuri intre 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 incit amprenta aeronavei la sol, respectiv aria necesara de stocare la sol sa fie minime. Deși utilizează aripi, nivelul redus de spațiu necesar la decolare si aterizare fac aeronava ideală pentru o utilizare zilnică, inclusiv in orașe. Randamentul propulsiei este imbunatit in zborul de tranziție si orizontal datorita aripilor suflate. Este o construcție simpla care utilizează un sigur actuator pentru controlul zborului, fara a compromite nivelul de redundanta. 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 aeronavei este ridicat in condițiile unei construcții simple, avind un cost redus. Deși aeronava este foarte compacta accesul pasagerilor si al mărfurilor se face prin niște usi de dimensiuni generoase. In zborul orizontal aeronava prezintă o secțiune frontala minima cu un coeficient redus de rezistenta la înaintarea in aer, ceea ce permite realizarea unor viteze orizontale ridicate.

Se dau mai jos un număr de exemple de realizare a invenției in legătură cu figurile 1-24 care reprezintă:

Fig. 1, o vedere izometrica dinspre fata a unei aeronave cu decolare si aterizare pe verticala in poziția de zbor vertical;

Fig. 2, o vedere laterala cu secțiune a aeronavei de la figura 1 in faza decolarii/aterizarii;

Fig. 3, o vedere izometrica dinspre lateral a aeronavei de la figura 1, in faza zborului de tranziție;

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

Fig. 5, o vedere laterala a aeronavei de la figura lavind montate aripi adiționale in faza zborului de croaziera cu viteza economica;

Fig. 6, o vedere izometrica a mecanismului de basculare cu un singur servomotor;

Fig. 7, un detaliu al mecanismului de la figura 7;

Fig. 8, un detaliu al mecanismului de la figura 7 cu soluția redundanta manuala;

Fig. 9, un detaliu al unui mecanism de basculare cu soluția redundanta electrica;

Fig. 10, o vedere izometrica a unei aeronave cu use cu deschidere laterala;

Fig. ll,o vedere izometrica a unei aeronave cu use cu deschidere sprein sus;

Fig. 12, o vedere laterala a unui mecanism de basculare cu înclinarea diferențiata a elementelor producătoare de tracțiune anterioare si posterioare;

Fig. 13, o vedere laterala cu secțiune a unei aeronave cu mecanism de basculare cu înclinarea diferențiata in faza zborului orizontal;

Fig. 14, o vedere de sus a unei aeronave avind ecartamente diferite intre elementele producătoare de tracțiune anterioare si posterioare;

Fig. 15, o vedere izometrica dinspre fata a unei aeronave avind elementele producătoare de tracțiune anterioare si posterioare protejate in faza de zbor vertical;

- Fig. 16, o vedere izometrica dinspre fata a aeronavei de la figura 15 in zbor orizontal;

Fig. 17, o vedere izometrica dinspre fata a unei aeronave avind un tren de aterizare cu roti in faza decolarii/aterizarii;

Fig. 18, o vedere frontala a unei aeronave cu elemente producătoare de tracțiune înclinate in plan transversal;

Fig. 19, o vedere izometrica a unei aeronave tip drona pentru transport de containere standardizate;

Fig. 20, o secțiune orizontala printr-o aeronava individuala;

Fig. 21, o secțiune orizontala printr-o aeronava pentru doi pasageri;

Fig. 22, o secțiune orizontala printr-o aeronava pentru patru pasageri;

Fig. 23, o secțiune orizontala printr-o aeronava tip ambulanta aeriana; Fig. 24, o secțiune orizontala printr-o aeronava pentru sase pasageri.

Intr-un prim exemplu de realizare a invenției , o aeronava 1, cu decolare si aterizare pe verticala utilizează un număr de patru elemente producătoare de tracțiune, doua anterioare 2 si doua posterioare 3, toate de tipul celor basculante, montate simetric de o parte si de alta a unui fuzelaj 4, ca in figurile 1 -8. Elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 sunt unite prin intermediul unui arbore anterior 5 ce travereseaza fuzelajul 4. Elementele producătoare de tracțiune posterioare 2 sunt unite prin intermediul unui arbore posterior 6 ce travereseaza fuzelajul 4. Elementele producătoare de tracțiune sunt controlate ca unghi de înclinare de un singur mecanism de basculare 7, de tip redundant, care actioneaza simultan toate cele patru elemente producătoare de tracțiune 2 si 3. Unghiul de înclinare al elementelor producătoare de tracțiune anterioare 2 si posterioare 3 variaza de la -20° la +90°, unghiul negativ fiind folosit pentru mersul înapoi. Ca elemente producătoare de portanta in zborul orizontal aeronava 1 utilizează doua aripi principale 8 montate in zona centrului de greutate al aeronavei 1. Aripile principale 8 prezintă fiecare un intrados 9 si un extrados 10 iar la căpătui liber prezintă un limitator de jet 11 care se prelungește atit sub intradosul 9 cit si deasupra extradosului 10. In poziția de decolare/aterizare elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 sunt situate cel mai jos si elementele producătoare de tracțiune posterioare 3 sunt situate cel mai sus. Aripile principale 8 sunt plasate intre elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 si cele posterioare 3 atit pe verticala dar si pe orizontala si prezintă un unghi de incidența cuprins intre 1° si 12°. In consecința, elementele producătoare de tracțiune anterioare 2, aripile principale 8 si elementele producătoare de tracțiune posterioare 3 sunt așezate in trepte cu elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 situate cel mai jos. Pe perioada tranziției si a zborului orizontal planele de rotatie ale elementelor producătoare de tracțiune anterioare 2 ajung in apropierea bordului de atac al aripilor principale 8 si sub intradosul 9 al acestora astfel incit o parte din fluxul de aer provocat de elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 sa fie directionat spre intradosul 9 aripiilor principale 8. Planele de rotatie ale elementelor producătoare de tracțiune posterioare 3 ajung sa fie poziționate deasupra extradosului 10 al aripilor principale 8 astfel incit elementele producătoare de tracțiune posterioare 3 sa se alimenteze cu aer de pe acestea. Pentru a creste raza de acțiune a aeronavei 1, pe aripile principale 8, respectiv in prelungirea acestora, se pot monta doua aripi adiționale 12, ca in figura 5. Controlul aeronavei 1 se realizează atit prin reglarea înclinării elementelor producătoare de tracțiune 2 si 3 cit si prin reglarea diferențiata a forței de împingere dezvoltate de elementele producătoare de tracțiune 2 si 3, ambele gestionate de o centrala electronica (nefigurata) pe baza informațiilor furnizate de un sistem de senzori (nefigurat). Sistemul de senzori poate include senzori pentru determinarea poziției elementelor producătoare de tracțiune 2 si 3, a turației elementelor producătoare de tracțiune 2 si 3, a poziției aeronavei 1, atitudinii, altitudinii si pentru alti parametri relevanți ai aeronavei 1, precum si senzori care detectează condițiile externe, de exemplu, temperatura aerului, viteza vintului, poziția in spațiu, alte condiții de mediu si vremea. Intr-o prima varianta mecanismul de basculare 7, comanda aceiași înclinare atit pentru elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 cit si pentru elementele producătoare de tracțiune posterioare 3. Mecanismul de basculare 7 actioneaza in mod sincron asupra arborelui anterior 5 si a aborelui posterior 6 ca in figurile 6, 7 si 8. Pe arborele anterior 5 este fixata concentric o roata dintata 13 ce angrenează cu o cremaliera 14. Pe arborele posterior 6 este fixata concentric o roata dintata 15 ce angrenează cu o cremaliera 16. Rotile dintate 13 si 15 au același diametru. Cremalierele 14 si 16 sunt conectate rigid printr-o bara 17 ce culiseaza pe doua ghidaje 18, fixate pe fuzelajul 4. Intre cele doua ghidaje 18, pe bara 17 este fixata rigid o placa 19. Pe placa 19, respectiv la o anumita distanta de bara 17, se poate roti un șurub 20, perpendicular pe placa 19 . Șurubul 20 se înșurubează intr-o roata melcata 21 ce aparține unui actuator 22, fixat pe fuzelajul 4. Actuatorul 22 conține un melc 23 ce angrenează cu roata melcata 21. Melcul 23 este acționat in mod obișnuit de un motor electric 24 comandat de centrala electronica. In funcționare, atunci cind motorul electric 24 este acționat, melcul 23 transmite o mișcare de rotatie la roata melcata 21. Roata melcata 21 antrenează in mișcare de translație șurubul 20 si concomitent placa 19 respectiv bara 17 împreuna cu cremalierele 14 si 16. Cremaliera 14 rotește arborele anterior 5, respectiv elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 cu un anumit unghi. Cremaliera 16 rotește arborele posterior 6, respectiv elementele producătoare de tracțiune posterioare 3 cu același unghi. In caz de necesitate, respectiv atunci cind motorul electric 24 se defectează, melcul 23 poate fi acționat de un pilot prin intermediul unei manivele 25, pentru a asigura redundanta sistemului, ca in figura 8. Intr-o alta varianta constructiva melcul 23 poate fi acționat de un al doilea motor electric 26, coaxial cu motorul electric 24, care de asemenea poate asigura redundanta sistemului, ca in figura 9. Motorul electric 26 este comandat tot de centrala electronica. In funcționare la decolare/aterizare elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 si cele posterioare 3, avind axele in poziție verticala, sunt accelerate pina ce aeronava 1 se ridica la o anumita altitudine, ca in figura 1. Pentru a realiza trecerea de la zborul vertical la cel orizontal se comanda înclinarea elementelor producătoare de tracțiune anterioare 2 si posterioare 3, concomitent cu creșterea vitezei de rotatie a elementelor producătoare de tracțiune 2 si 3, ca in figura 3. Cind aeronava 1 ajunge in zborul orizontal de croaziera, ca in figura 4, elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 si posterioare 3 au o înclinare a axelor pronunțata, in asa fel incit sa asigure dezvoltarea forței de tracțiune pe orizontala, dar sa asigure inca o parte din forța de sustentatie pe verticala. Acest lucru este necesar datorita faptului ca aripile pricipale 8, avind o mărime compacta, cu angvervura relativ redusa, asigura numai parțial portanta aeronavei 1. Pe perioada zborului orizontal aripile principale 8 fac cu fluxul frontal de aer un unghi de atac cuprins intre 1° si 12°, iar fuzelajul 4 ramine intr-o poziție considerata substanțial orizontala. Datorita poziționării înclinate a elementelor producătoare de tracțiune anterioare 2 fata de aripile principale 8 are loc creșterea presiunii aerului care circulă pe intradosul 9 al aripilor principale 8 ceea ce mărește portanta.. Simultan datorita poziționării înclinate a elementelor producătoare de tracțiune posterioare 4 aerul este absorbit de pe extradosul aripilor principale 8, ceea ce produce un fenomen de suctiune ce mărește portanta. Fiecare element producător de tracțiune 3 si 4 poate sa utilizeze doua elice contrarotative, una superioara 27 si alta inferioara 28. Elicea inferioara 28 utilizează niște palete pliabile 29. Elicea superioara 27 are pasul optimizat pentru zborul pe orizontala. Elicea inferioara 28 are pasul optimizat pentru zborul pe verticala. Cind aeronava 1 este reconfigurata cu aripile adiționale 12 poate funcționa la o viteza economica ca in figura 5. In acest caz portanta aeronavei 1 in zbor orizontal este asigurata de aripile principale 8 si de aripile adiționale 12, iar elementele producătoare de tracțiune 3 si 4 sunt înclinate cu axele la orizontala asigurind exclusiv forța de tracțiune pe orizontala. Pentru a face economie de energie, elicele inferioare 28 sunt dezactivate si in acest caz paletele pliabile 29 sunt împinse de fluxul frontal de aer in lungul axei elementelor producătoare de tracțiune 3 si 4, in asa fel incit sa producă o rezistenta minima la înaintarea in aer. 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. Pentru a realiza trecerea de la zborul vertical la cel orizontal se comanda înclinarea elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 si posterioare 3, concomitent cu creșterea turației elementelor producătoare de tracțiune 2 si 3. Pe perioada zborului orizontal aripile principale 8 fac cu fluxul frontal de aer un unghi de atac cuprins intre 1° si 12°, iar fuzelajul 4 ramine intr-o poziție considerata substanțial orizontala. Datorita poziționării înclinate a elementelor producătoare de tracțiune anterioare 2 fata de aripile principale 8 are loc creșterea presiunii aerului care circulă pe intradosul 9 al aripilor principale 8 ceea ce mărește portanta. Simultan datorita poziționării înclinate a elementelor producătoare de tracțiune posterioare 3 aerul este absorbit de pe extradosul 10 al aripilor principale 8, ceea ce produce un fenomen de suctiune ce mărește portanta.

Intr-o prima varianta elementele de tracțiune anterioare 2 sunt montate complet sub nivelul aripilor principale 8, ca in figura 10. Cel puțin una dintre aripile principale 8 este fixata pe o use 30, cu deschidere laterala, poziționată in zona mediana a fuzelajului 4. Usa 30 este montata pe fuzelajul 4 prin intermediul unei balamale verticale 31. Usa 30 poate fi deschisa spre fata împreuna cu aripa principala 8 corespunzătoare care poate trece pe deasupra elementului producător de tracțiune anterior 2, corespunzător, aflat in repaus fara sa-1 atinga. Cu usa 30 închisa aeronava 1 funcționează fara ai fi afectata aerodinamica. Aeronava 1 utilizează un tren de aterizare 32 format din patru picioare curbate 33 care in secțiune au un profil aerodinamic aliniat cu profilul aerodinamic al aripilor principiale 8.

Intr-un alt exemplu de realizare o aeronava 40 utilizează cel puțin o use batanta 41 care este fixata pe un fuzelaj 42 prin intermediul unei balamale orizontale 43, ca in figura 11. Pe usa batanta 41 este fixata o aripa principala 44. Cu usa batanta 41 închisa aeronava 40 funcționează fara ai fi afectata aerodinamica.

Intr-un alt exemplu de realizare o aeronava 50 utilizează un mecanism de basculare 51, care comnada o înclinare diferențiata a unor elemente producătoare de tracțiune anterioare 52 si posterioare 53, ca in figurile 12 si 13. Aceasta soluție se aplica exclusiv la o configurație a aeronavei 50 fara aripi adiționale. Mecanismul de basculare 51 actioneaza asupra unui arbore anterior 54 si asupra unui arbore posterior 55 ca in figura 12. Pe arborele anterior 54 este fixata concentric o roata dintata 56 ce angrenează cu o cremaliera 57. Pe arborele posterior 55 este fixata concentric o roata dintata 58 ce angrenează cu o cremaliera 59. Roata dintata 56 are un diametru sensibil mai mare decit al rotii dintate 58. Celelalte componente ale mecanismului de basculare 51 sunt identice cu cele de la exemplele anterioare. In funcționare cremaliera 57 rotește arborele anterior 54, respectiv elementele producătoare de tracțiune anterioare 52 cu un anumit unghi. Cremaliera 59 rotește arborele posterior 6, respectiv elementele producătoare de tracțiune posterioare 3, cu un unghi mai mare decit cel realizat de arborele anterior 54. In funcționare, la decolare/aterizare elementele producătoare de tracțiune anterioare 52 si posterioare 53 sunt poziționate in aceiași poziție inițiala pe verticala pentru a realiza zborul vertical, similar cu cele de la figura 2. La viteza de croaziera elementele producătoare de tracțiune anterioare 52 au o înclinare care generează o forța de sustentatie importanta si o împingere pe orizontala mai redusa. Concomitent elementele producătoare de tracțiune posterioare 53 sunt mult mai înclinate decit elementele producătoare de tracțiune anterioare 52, generind o anumita forța de sustentatie, relativ redusa, dar o forța de tracțiune pe orizontala mult mai mare decit elementele producătoare de tracțiune anterioare 52, ca in figura 13. O parte importanta din portanta necesara zborului orizontal este asigurata de aripile principale.

Intr-un alt exemplu de realizare o aeronava 60 utilizează doua elemente producătoare de tracțiune anterioare 61 si doua posterioare 62, toate de tipul celor basculante, montate simetric de o parte si de alta a unui fuzelaj 63, ca in figura 14. Elementele producătoare de tracțiune anterioare 61 snt montate in plan orizontal la un ecartament mult mai mic decit ecartamentul la care sunt montate elementele producătoare de tracțiune posterioare 62 in scopul evitării interferenței dintre jeturile de aer produse de elementele producătoare de tracțiune anterioare 61 si posterioare 62.

Intr-un alt exemplu de realizare o aeronava 70 utilizează doua elemente producătoare de tracțiune anterioare 71 si doua posterioare 72, toate de tipul celor basculante, montate simetric de o parte si de alta a unui fuzelaj 73, ca in figurile 15 si 16. Fiecare element producător de tracțiune anterior 71 este protejat la partea dinspre fata de un scut semicircular 74, profilat aerodinamic, si care este fixat pe un arbore anterior 75 de acționare al elementelor producătoare de tracțiune anterioare 71. Fiecare element producător de tracțiune posterior 72 este protejat la partea dinspre spate de un scut semicircular 76, profilat aerodinamic, si care este fixat pe un arbore posterior 77 de acționare al elementelor producătoare de tracțiune posterioare 72. In zborul de tranziție si pe orizontala scuturile semicirculare 74 si 76 actioneaza ca niște aripi si produc forte de portanta adiționale, ca in figura 16.

Intr-un alt exemplu de realizare o aeronava 80 utilizează un tren de aterizare 81 avind cel puțin trei roti 82, fixate pe un fuzelaj 83, in figura 17. Trenul de aterizare poate fi folosit la o decolare si aterizare scurta sau pentru o aterizare de urgenta a aeronavei 80, de exemplu cind sursa de energie se apropie de epuizare. In acest caz la decolare/aterizare aeronava 80 poziționează înclinat elementele producătoare de tracțiune anterioare 2 si posterioare 3.

Intr-un alt exemplu de realizare o aeronava 90 utilizează doua elemente producătoare de tracțiune anterioare 91 si doua posterioare 92, toate de tipul celor basculante, montate simetric de o parte si de alta a unui fuzelaj 93, ca in figura 18. Cele doua elemente producătoare de tracțiune anterioare 91 sunt astfel montate incint intre ele sa existe un unghi fix μ in plan transversal cuprins intre 2° si 10°. Cele doua elemente producătoare de tracțiune posterioare 92 sunt astfel montate incint intre ele sa existe un același unghi fix μ in plan transversal cuprins intre 2° si 10°. In funcționare datorita unghiurilor de înclinare μ aeronava 90 produce niște forte de împingere care au si o componenta laterala. Aceasta componenta laterala a forței de împingere se reglează diferențiat la fiecare element producător de tracțiune anterior 91, respectiv la fiecare element producător de tracțiune posterior 92, prin variația vitezei de rotatie, de asa maniera incit sa compenseze intr-o măsură importanta vintul lateral, cind acesta este prezent.

Intr-un alt exemplu de realizare o aeronava 100, de tipul celor fara pilot, transporta un container 101, standardizat, de forma paralelipipedica, ca in figura 19. Containerul 101 β

poate fi in mod facil incarcat datorita deschiderii cu 90° a unei singure usi 30, cu deschidere laterala.

Intr-un alt exemplu de realizare o aeronava 110, individuala, poate transporta pe un scaun 111 un pasager (nefigurat), ca in figura 20. Scaunul 111 este montat in zona centrului de greutate al aeronavei 110. Accesul in interiorul aeronavei 110 se realizează cu o singura use 30.

Intr-un alt exemplu de realizare o aeronava 120, poate transporta pe doua scaune 121, așezate in tandem, doi pasageri (nefigurati), ca in figura 21. Scaunele 121 sunt montate in zona centrului de greutate al aeronavei 120. Accesul in interiorul aeronavei 120 se realizează cu o singura use 30.

Intr-un alt exemplu de realizare o aeronava 130, poate transporta pe patru scaune 131, așezate pe doua rinduri, patru pasageri (nefigurati), ca in figura 22. Scaunele 131 sunt montate in zona centrului de greutate al aeronavei 130. Accesul in interiorul aeronavei 120 se realizează cu doua usi 30, cite una pe fiecare parte a aeronavei 130.

Intr-un alt exemplu de realizare o aeronava 140, tip ambulanta aeriana, poate transporta pe doua scaune 141, așezate in tandem, un pilot (nefigurat) si un paramedic (nefigurat) ca in figura 23. In paralel cu scaunele 141 este montata o targa 142, pentru transportul unui pacient (nefigurat). Scaunele 141 si targa 142 sunt montate in zona centrului de greutate al aeronavei 140. Accesul in interiorul aeronavei 140 se realizează cu doua usi 30, cite una pe fiecare parte a aeronavei 140.

Intr-un alt exemplu de realizare o aeronava 150, poate transporta pe sase scaune 151, așezate pe trei rinduri, sase pasageri (nefigurati), ca in figura 24. Scaunele 151 sunt montate in zona centrului de greutate al aeronavei 150. Accesul in interiorul aeronavei 150 se realizează cu doua usi 30, cite una pe fiecare parte a aeronavei 150.

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

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

Claims (33)

(X Revendicări

1. Aeronava VTOL de tipul celor cu cel puțin doua grupuri de rotoare basculante si o pereche de aripi intercalate intre cele doua grupuri de rotoare basculante caracterizata prin aceea ca , o aeronava (1), cu decolare si aterizare pe verticala utilizează un număr de patru elemente producătoare de tracțiune, doua anterioare (2) si doua posterioare (3), toate de tipul celor basculante, montate simetric de o parte si de alta a unui fuzelaj (4), si aeronava (1) utilizează doua aripi principale (8) montate in zona centrului de greutate ca elemente producătoare de portanta in zborul orizontal, si elementele producătoare de tracțiune anterioare (2), aripile principale (8) si elementele producătoare de tracțiune posterioare (3) sunt așezate in trepte cu elementele producătoare de tracțiune anterioare (2) situate cel mai jos, si aripile principale (8) prezintă fiecare un intrados (9) si un extrados (10) iar la căpătui liber prezintă un limitator de jet (11) care se prelungește atit sub intradosul (9) cit si deasupra extradosului (10), si poziționarea elementelor producătoare de tracțiune anterioare (2), aripilor principale (8) si elementelor producătoare de tracțiune posterioare (3) permite, in anumite regimuri principale de zbor, controlul circulației aerului in spațiul delimitat de intradosul (9), fuzelajul (4) si limtatorul de jet (11), respectiv in spațiul delimitat de extradosul (10) fuzelajul (4) si limtatorul de jet (11), si cel puțin una dintre aripile principale (8) este fixata pe o use (30), si poziționarea elementelor producătoare de tracțiune anterioare (2) si aripilor principale (8) permite accesul pasagerilor si mărfurilor in interiorul fuzelajului (4) prin spațiul deschis de usa (30).

2. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca pe perioada tranziției si a zborului orizontal planele de rotatie ale elementelor producătoare de tracțiune anterioare (2) sunt localizate in apropierea bordului de atac al aripilor principale (8) si sub intradosul (9) al acestora astfel incit o parte din fluxul de aer provocat de elementele producătoare de tracțiune anterioare (2) sa fie directionat spre intradosul (9) al aripiilor principale (8), si concomitent planele de rotatie ale elementelor producătoare de tracțiune posterioare (3) sunt poziționate deasupra extradosului (10) al aripilor principale (8) astfel incit elementele producătoare de tracțiune posterioare (3) sa se alimenteze cu aer de pe acestea.

•η

3. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca elementele producătoare de tracțiune anterioare (2) sunt unite prin intermediul unui arbore anterior (5) ce travereseaza fuzelajul (4), si elementele producătoare de tracțiune posterioare (2) sunt unite prin intermediul unui arbore posterior (6) ce travereseaza fuzelajul (4), si elementele producătoare de tracțiune anterioare (2) si posterioare (3) sunt controlate ca unghi de înclinare de un singur mecanism de basculare (7), de tip redundant, avind un singur actuator (22) care actioneaza simultan toate cele patru elemente producătoare de tracțiune (2) si (3).

4. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca pe aripile principale (8), respectiv in prelungirea acestora, se montează doua aripi adiționale (12).

5. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca, controlul aeronavei (1) se realizează atit prin reglarea înclinării elementelor producătoare de tracțiune (2) si (3) cit si prin reglarea diferențiata a foitei de împingere dezvoltate de elementele producătoare de tracțiune (2) si (3), ambele fiind gestionate de o centrala electronica pe baza informațiilor furnizate de un sistem de senzori.

6. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca mecanismul de basculare (7), comanda simultan aceiași înclinare atit pentru elementele producătoare de tracțiune anterioare (2) cit si pentru elementele producătoare de tracțiune posterioare (3), respectiv mecanismul de basculare (7) actioneaza in mod sincron asupra arborelui anterior (5) si a aborelui posterior (6).

7. Mecanism ca la revendicarea 6 caracterizata prin aceea ca pe arborele anterior (5) este fixata concentric o roata dintata (13) ce angrenează cu o cremaliera (14) si pe arborele posterior (6) este fixata concentric o roata dintata (15) ce angrenează cu o cremaliera (16), si rotile dintate (13) si (15) au același diametru, respectiv același raport de transmitere la cremalierele (14) si (16), si cremalierele (14) si (16) sunt conectate rigid printr-o bara (17) ce culiseaza pe doua ghidaje (18), fixate pe fuzelajul (4), si ζΡ intre cele doua ghidaje (18), pe bara (17) este fixata rigid o placa (19), si pe placa (19), respectiv la o anumita distanta de bara (17), se poate roti un șurub (20), perpendicular pe placa (19), si pe șurubul (20) se înșurubează o roata melcata (21) ce aparține unui actuator (22), fixat pe fuzelajul (4), si actuatorul (22) conține de asemenea un melc (23) ce angrenează cu roata melcata (21), si melcul (23) este acționat in mod obișnuit de un motor electric (24) comandat de centrala electronica.

8. Mecanism ca la revendicarea 7 caracterizat prin aceea ca, in caz de necesitate, respectiv atunci cind motorul electric (24) se defectează, melcul (23) poate fi acționat de un pilot prin intermediul unei manivele (25), pentru a asigura redundanta sistemului.

9. Mecanism ca la revendicarea 7 caracterizat prin aceea ca, in caz de necesitate, respectiv atunci cind motorul electric (24) se defectează, melcul (23) poate fi acționat de un al doilea motor electric (26), coaxial cu motorul electric (24), care asigura redundanta sistemului, si motorul electric (26) este comandat de centrala electronica.

10. Metoda de funcționare a mecanismului de basculare (7), care comanda aceiași înclinare atit pentru elementele producătoare de tracțiune anterioare (2) cit si pentru elementele producătoare de tracțiune posterioare (3), caracterizata prin aceea ca atunci cind motorul electric (24) este acționat, melcul (23) transmite o mișcare de rotatie la roata melcata (21), si roata melcata (21) antrenează in mișcare de translație șurubul (20) si concomitent placa (19), respectiv bara (17) împreuna cu cremalierele (14) si (16), si cremaliera (14) rotește arborele anterior (5), respectiv elementele producătoare de tracțiune anterioare (2) cu un anumit unghi, si cremaliera (16) rotește arborele posterior (6), respectiv elementele producătoare de tracțiune posterioare (3) cu același unghi.

11. Metoda de funcționare a aeronavei 1 caracterizata prin aceea ca in funcționare la decolare/aterizare elementele producătoare de tracțiune anterioare (2) si cele posterioare (3), avind axele in poziție verticala, 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 comanda înclinarea elementelor producătoare de tracțiune anterioare (2) si posterioare (3), concomitent cu creșterea vitezei de rotatie a elementelor producătoare de tracțiune (2) si (3), si cind aeronava (1) ajunge in zborul orizontal de croaziera, elementele producătoare de tracțiune anterioare (2) si posterioare (3) au o înclinare a axelor pronunțata, in asa fel incit sa asigure dezvoltarea forței de tracțiune pe orizontala, dar sa asigure inca o parte din forța de sustentatie pe verticala, si pe perioada zborului orizontal aripile principale (8) fac cu fluxul frontal de aer un unghi de atac cuprins intre 1° si 12°, iar fuzelajul (4) ramine intr-o poziție considerata substanțial orizontala, si datorita poziționării înclinate a elementelor producătoare de tracțiune anterioare (2) fata de aripile principale (8) are loc creșterea presiunii aerului care circulă pe intradosul (9) al aripilor principale (8) ceea ce mărește portanta, si simultan datorita poziționării înclinate a elementelor producătoare de tracțiune posterioare (4) aerul este absorbit de pe extradosul aripilor principale (8), ceea ce produce un fenomen de suctiune ce mărește portanta.

12. Aeronava ca la revendicarea 4 caracterizata prin aceea ca fiecare element producător de tracțiune (3) si (4) utilizează doua elice contrarotative, una superioara (27) si alta inferioara (28), si elicea inferioara (28) utilizează niște palete pliabile (29), si elicea superioara (27) are un pas al elicei optimizat pentru zborul pe orizontala, si elicea inferioara (28) are un pas al elicei optimizat pentru zborul pe verticala.

13. Aeronava ca la revendicarea 12 caracterizata prin aceea ca atunci cind aeronava 1 este reconfigurata cu aripile adiționale (12) poate funcționa la o viteza economica, si in acest caz portanta aeronavei (1) in zbor orizontal este asigurata de aripile principale (8) si de aripile adiționale (12), iar elementele producătoare de tracțiune (3) si (4) sunt înclinate cu axele la orizontala asigurind exclusiv forța de tracțiune pe orizontala, si pentru a face economie de energie, elicele inferioare (28) sunt dezactivate si in acest caz paletele pliabile (29) sunt împinse de fluxul frontal de aer in lungul axei elementelor producătoare de tracțiune (3) si (4), in asa fel inci sa producă o rezistenta minima la înaintarea in aer.

14. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceeea ca usa (30), care este poziționată in zona mediana a fuzelajului (4), are o deschidere laterala, si usa (30) este montata pe fuzelajul (4) prin intermediul unei balamale verticale (31), si usa (30) se deschide spre fata împreuna cu aripa principala (8) corespunzătoare care trece pe deasupra elementului producător de tracțiune anterior (2), corespunzător, aflat in repaus fara sa-1 atinga.

15. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceeea ca aeronava 1 utilizează un tren de aterizare (32) format din patru picioare curbate (33) care in secțiune au un profil aerodinamic aliniat cu profilul aerodinamic al aripilor principiale (8).

16. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceeea ca o aeronava (40) utilizează cel puțin o use batanta (41) care este fixata pe un fuzelaj (42) prin intermediul unei balamale orizontale (43), si pe usa batanta (41) este fixata o aripa principala (44).

17. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca un mecanism de basculare (51), comnada înclinări diferite pentru niște elementele producătoare de tracțiune anterioare (52) si posterioare (53).

18. Mecanism ca la revendicarea 17 caracterizata prin aceea ca mecanismul de basculare 51, actioneaza asupra unui arbore anterior (54) si asupra unui arbore posterior (55), si pe arborele anterior (54) este fixata concentric o roata dintata (56) ce angrenează cu o cremaliera (57), si pe arborele posterior (55) este fixata concentric o roata dintata (58) ce angrenează cu o cremaliera (59), si roata dintata (56) are un diametru sensibil mai mare decit al rotii dintate (58), cele doua roti dintate (56) si (58) avind rapoarte de transmitere diferite cu cremalierele (57) si (59).

19. Mecanism ca la revendicarea 18 carcaterizat prin aceea ca in funcționare, cremaliera (57) rotește arborele anterior (54), respectiv elementele producătoare de tracțiune anterioare (52) cu un anumit unghi, si cremaliera (59) rotește arborele posterior (55), respectiv elementele producătoare de tracțiune posterioare (53), cu un unghi mai mare decit cel realizat de elementele producătoare de tracțiune anterioare (52).

20. Aeronava ca la revendicarea 17 caracterizata prin aceea ca in funcționare, la decolare/aterizare elementele producătoare de tracțiune anterioare (52) si posterioare (53) sunt poziționate cu axa verticala, si la viteza de croaziera elementele producătoare de tracțiune anterioare (52) au o înclinare care generează o forța de sustentatie substanțial mai mare decit forța de împingere pe orizontala produsa de ele, si concomitent elementele producătoare de tracțiune posterioare (53) sunt in mod substanțial mai înclinate decit elementele producătoare de tracțiune anterioare (52), generind o forța de împingere pe orizontala in mod substanțial mai mare decit forța de sustentatie produsa de ele.

21. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (60) utilizează doua elemente producătoare de tracțiune anterioare (61) si doua posterioare (62), toate de tipul celor basculante, montate simetric de o parte si de alta a unui fuzelaj (63), si elementele producătoare de tracțiune anterioare (61) snt montate in plan orizontal la un ecartament mult ma mic decit ecartamentul la care sunt montate elementele producătoare de tracțiune posterioare (62).

22. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (70) utilizează doua elemente producătoare de tracțiune anterioare (71) si doua posterioare (72), toate de tipul celor basculante, montate simetric de o parte si de alta a unui fuzelaj (73), si fiecare element producător de tracțiune anterior (71) este protejat la partea dinspre fata de un scut semicircular (74), profilat aerodinamic, si care este fixat pe un arbore anterior (75) de acționare al elementelor producătoare de tracțiune anterioare (71), si fiecare element producător de tracțiune posterior (72) este protejat la partea dinspre spate de un scut semicircular (76), profilat aerodinamic, si care este fixat pe un arbore posterior (77) de acționare al elementelor producătoare de tracțiune posterioare (72).

23, Aeronava ca la revendicarea 22 caracterizata prin aceea ca in zborul de tranziție si pe orizontala scuturile semicirculare (74) si (76) actioneaza ca niște aripi circulare si produc forte de portanta adiționale.

24. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (80) utilizează un tren de aterizare (81) avind cel puțin trei roti (82), fixate pe un fuzelaj (83).

25. Aeronava ca la revendicarea 24 caracterizata prin aceea ca trenul de aterizare (81) este folosit inclusiv la decolarea/aterizarea scurta a aeronavei (80) si in acest caz elementele producătoare de tracțiune anterioare (2) si posterioare (3) sunt înclinate cu un anumit unghi.

26. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (90) utilizează doua elemente producătoare de tracțiune anterioare (91) si doua posterioare (92), toate de tipul celor basculante, montate simetric de o parte si de alta a unui fuzelaj (93), si elementele producătoare de tracțiune anterioare (91) sunt astfel montate incit intre ele sa existe un unghi fix μ in plan transversal cuprins intre 2° si 10°, si elementele producătoare de tracțiune posterioare (92) sunt astfel montate incit intre ele sa existe un unghi fix μ in plan transversal cuprins intre 2° si 10°.

27. Aeronava ca la revendicarea 26 caracterizata prin aceea ca in funcționare datorita unghiurilor de înclinare μ aeronava (90) produce niște forte de împingere care au si o componenta laterala, si componenta laterala a forței de împingere se reglează diferențiat la fiecare element producător de tracțiune anterior (91), respectiv la fiecare element producător de tracțiune posterior (92), prin variația vitezei de rotatie, de asa maniera incit sa compenseze intr-o măsură importanta vintul lateral, cind acesta este prezent.

28. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (100), de tipul celor fara pilot, transporta un container (101), standardizat, de forma paralelipipedica, si containerul (101) este incarcat prin deschiderea cu circa 90° a unei singure usi (30).

29. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (110), individuala, transporta pe un scaun (111) un pasager, scaunul (111) fiind montat in zona centrului de greutate al aeronavei (110), si accesul in interiorul aeronavei (110) se realizează cu o singura use (30).

30. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (120), transporta pe doua scaune (121), așezate in tandem, doi pasageri, scaunele (121) fiind montate in zona centrului de greutate al aeronavei (120), si accesul in interiorul aeronavei (120) se realizează cu o singura use (30).

31. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (130), transporta pe patru scaune (131), așezate pe doua rinduri, patru pasageri, scaunele (131) fiind montate in zona centrului de greutate al aeronavei (130), si accesul in interiorul aeronavei (120) se realizează cu doua usi (30), montate simetric pe fiecare parte a aeronavei (130).

32. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (140), tip ambulanta aeriana, transporta pe doua scaune (141), așezate in tandem, un pilot si un paramedic, si in paralel cu scaunele (141) este montata o targa (142), pentru transportul unui pacient, si scaunele (141) si targa (142) sunt montate in zona centrului de greutate al aeronavei (140), si accesul in interiorul aeronavei (140) se realizează cu doua usi (30), montate simetric pe fiecare parte a aeronavei (130).

33. Aeronava ca la revendicarea 1 caracterizata prin aceea ca o aeronava (150), transporta pe sase scaune (151), așezate pe trei rinduri, sase pasageri, scaunele (151) fiind montate in zona centrului de greutate al aeronavei (150), si accesul in interiorul aeronavei (150) se realizează cu doua usi (30), montate simetric pe fiecare parte a aeronavei (150).