RU185829U1

RU185829U1 - Aircraft vertical take-off and landing with an ellipse (disk) wing

Info

Publication number: RU185829U1
Application number: RU2018114321U
Authority: RU
Inventors: Александр Александрович Горбунов
Original assignee: Александр Александрович Горбунов
Priority date: 2018-04-18
Filing date: 2018-04-18
Publication date: 2018-12-19

Abstract

Реферат:Полезная модель относится к беспилотным летальным аппаратам (БПЛА) самолетного типа с вертикальным взлетом и посадкой. Задачи, решаемые данным типом БПЛА, состоят в осуществлении фото-видеосъемки, экологическом мониторинге, и постановке метеосенсоров.Летательный аппарат содержит крыло эллипсной или дисковой формы, две жестко зафиксированные винтомоторные группы, разнесенные относительно продольной оси и вписанные в габариты крыла, Х-образное оперение, использующееся для взлета и посадки, отклоняющиеся аэродинамические поверхности, расположенные непосредственно перед воздушными винтами и способные отклоняться как синхронно, так и дифференциально, а так же имеющие возможность раскрытия с параллельностью внутренних плоскостей; со схождением только по передней кромке; только по задней кромке.Предлагаемое техническое решение позволяет улучшить поведение летательного аппарата во время фазы перехода из вертикального положения в горизонтальное и обратно, при движении на малых скоростях с большими углами атаки, режимах вертикального взлета и посадки.Summary: The utility model relates to unmanned aerial vehicles (UAVs) of aircraft type with vertical take-off and landing. The tasks solved by this type of UAV include photo-video shooting, environmental monitoring, and setting up weather sensors. The aircraft contains an elliptical or disk wing, two rigidly fixed rotor-motor groups spaced relative to the longitudinal axis and inscribed in the wing dimensions, X-shaped plumage used for take-off and landing, deviating aerodynamic surfaces located directly in front of the propellers and capable of deviating both synchronously and differentially, and also having the ability to open with parallelism of the inner planes; converging only along the leading edge; only along the trailing edge. The proposed technical solution improves the behavior of the aircraft during the transition phase from vertical to horizontal and vice versa, when moving at low speeds with large angles of attack, vertical take-off and landing modes.

Description

Полезная модель преимущественно относится к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА) самолетного типа вертикального взлета и посадки для решения задач доставки грузов, экологического мониторинга, осуществления фото-видеосъемки и забора проб грунта, воды, а так же постановки метеосенсоров.The utility model mainly relates to unmanned aerial vehicles (UAVs) of aircraft type of vertical take-off and landing for solving the problems of cargo delivery, environmental monitoring, photo-video shooting and sampling of soil, water, as well as setting up weather sensors.

Повсеместное использование мультироторных летательных аппаратов (ЛА) указывает на высокую потребность в летательных аппаратах, способных двигаться с минимальной горизонтальной скоростью или зависать над одним местом, которые не нуждались бы в обширных подготовленных взлетно-посадочных полосах, были менее требовательны к техническому обслуживанию, чем вертолеты. При этом отсутствие у мультироторов аэродинамических поверхностей обуславливает их малую энергоэффективность. Поэтому представляет интерес создание аппарата аэродинамического типа, сохраняющего устойчивость при полете со сверхмалой скоростью.The widespread use of multi-rotor aircraft (LA) indicates a high need for aircraft that can move at a minimum horizontal speed or hover over one place that would not need extensive trained runways, were less demanding for maintenance than helicopters. At the same time, the absence of aerodynamic surfaces in multirotors determines their low energy efficiency. Therefore, it is of interest to create an aerodynamic-type apparatus that remains stable during flight at ultra-low speed.

Известен летательный аппарат, патент RU №2641952, с вертикальным положением продольной оси при взлете и посадке, который содержит фюзеляж, крыло и Х-образное хвостовое оперение, снабжённое опорами шасси. На конце каждой консоли хвостового оперения установлен воздушный винт, приводимый во вращение собственным электрическим двигателем.Known aircraft, patent RU No. 2641952, with a vertical position of the longitudinal axis during takeoff and landing, which contains the fuselage, wing and X-shaped tail unit, equipped with landing gear. At the end of each tail unit console there is a propeller driven into rotation by its own electric motor.

Основными недостатками такого решения является расположение моторов летательного аппарата, т.к. для классических летательных аппаратов центр тяжести должен располагаться в районе 26% хорды крыла – это означает, что на фазе взлета или посадки, а так же на переходных режимах, летательный аппарат с физической точки зрения представляет собой обратный маятник. В случае с летательным аппаратом управление на режимах взлета и посадки только разностью мощности моторов может оказаться недостаточно эффективным ввиду высокой инерционности каждой винтомоторной группы.The main disadvantages of this solution is the location of the aircraft engines, as for classical aircraft, the center of gravity should be located in the region of 26% of the wing chord - this means that at the take-off or landing phase, as well as in transitional modes, the aircraft from the physical point of view is a reverse pendulum. In the case of an aircraft, control over takeoff and landing modes using only the difference in engine power may not be effective due to the high inertia of each propeller group.

Использование крыла среднего удлинения выгодно во время фазы основного полета, но плохо работает на углах атаки больше 20 градусов. Таким образом, ЛА из патента RU №2641952 на переходных режимах обладает высокой степенью неустойчивости, так же в момент перехода из взлетного режима в режим горизонтального полета существует опасность значительной потери высоты, что накладывает ограничения на минимальную высоту перехода и делает невозможным движение с малой горизонтальной скоростью на больших углах атаки на малых высотах.Using a wing of medium elongation is beneficial during the phase of the main flight, but does not work well at angles of attack of more than 20 degrees. Thus, the aircraft from patent RU No. 2641952 in transient conditions has a high degree of instability, and there is a risk of significant loss of altitude at the time of transition from take-off mode to horizontal flight, which imposes restrictions on the minimum transition height and makes it impossible to move at a low horizontal speed at large angles of attack at low altitudes.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является летательный аппарат, известный как Vought XF-5U. Данный самолет является техническим развитием другой модели V-173 Skimmer, спроектированной Чарльзом Циммерманом для исследований дискового крыла, обдуваемого воздушными винтами.The closest in technical essence to the claimed device is an aircraft, known as the Vought XF-5U. This aircraft is a technical development of another V-173 Skimmer model, designed by Charles Zimmerman for the study of a disc wing blown by propellers.

Так же известен летательный аппарат, являющийся аэродинамической копией Vought XF-5U, но в беспилотном варианте с применением водородных ячеек, описанный в патенте US 2015/0210388 A1.Also known is an aircraft, which is an aerodynamic copy of the Vought XF-5U, but in an unmanned version using hydrogen cells, described in patent US 2015/0210388 A1.

К недостаткам данного технического решения, принятого в качестве прототипа, следует отнести размер винтов, суммарным диаметром превышающий размах крыла, так как данное решение оправданно только во время взлета и посадки, при этом существенно ограничивает максимальную горизонтальную скорость; вертикальный взлет и посадку планировалось осуществлять со специальной конструкции; для полета на больших углах атаки и управления шагом каждого воздушного винта применялись сложные и дорогие аппараты перекоса.The disadvantages of this technical solution, adopted as a prototype, should include the size of the screws, with a total diameter exceeding the wingspan, since this solution is justified only during take-off and landing, while significantly limiting the maximum horizontal speed; vertical take-off and landing was planned to be carried out with a special design; For flying at large angles of attack and controlling the pitch of each propeller, complex and expensive skew devices were used.

Летательный аппарат, принятый в качестве прототипа, обладал механизацией, сосредоточенной только в задней части крыла, что должно было обеспечить хорошую управляемость во время вертикального взлета и посадки, но заставляло учитывать потери подъемной силы на «балансировку».The aircraft, adopted as a prototype, had mechanization concentrated only in the rear of the wing, which was supposed to provide good controllability during vertical take-off and landing, but made it necessary to take into account the loss of lift on the "balance".

Задачей полезной модели является устранение отмеченных недостатков, обеспечение возможности устойчивого движения на больших углах атаки (более 20 градусов) с горизонтальной скоростью от 4 м/с на малых высотах, повышение устойчивости на переходных режимах, реализация возможности вертикального взлета и посадки без использования дополнительных приспособлений, устранение потерь на «балансировку».The objective of the utility model is to eliminate the noted drawbacks, ensure the possibility of stable movement at large angles of attack (more than 20 degrees) with a horizontal speed of 4 m / s at low altitudes, increase stability in transition modes, realize the possibility of vertical take-off and landing without the use of additional devices, elimination of losses for "balancing".

Сущность заявленного технического решения заключается в следующей совокупности существенных признаков: аппарат типа летающее крыло с симметричным профилем, в плане имеющим форму эллипса или диска, для управления по крену и тангажу использующий элевоны с обратной стреловидностью по передней кромке, с неподвижными вертикальными аэродинамическими поверхностями, расположенными в районе задней кромки крыла и образующими при виде спереди букву Х, служащими опорами на время взлета и посадки, который снабжен двумя неподвижными винтомоторными группами (ВМГ), вписанными в габариты крыла, обладает передним горизонтальным раскрывающимся оперением (ПГРО), которое обладает аэродинамической формой, а в плане сохраняют общую форму крыла в виде эллипса или диска, может отклоняться как синхронно, так и дифференциально, имеет возможность раскрытия в следующих режимах: с параллельностью внутренних плоскостей, со схождением только по передней кромке, только по задней кромке.The essence of the claimed technical solution consists in the following set of essential features: an apparatus such as a flying wing with a symmetrical profile, in the plan having the shape of an ellipse or disk, for controlling roll and pitch using elevons with reverse sweep along the leading edge, with stationary vertical aerodynamic surfaces located in the area of the trailing edge of the wing and forming the letter X when viewed from the front, serving as supports for take-off and landing, which is equipped with two fixed rotor My groups (IHM), inscribed in the dimensions of the wing, have front horizontal opening plumage (PGRO), which has an aerodynamic shape, and in terms of maintaining the general shape of the wing in the form of an ellipse or disk, can deviate both synchronously and differentially, has the ability to open in the following modes: with parallelism of internal planes, with convergence only along the leading edge, only along the trailing edge.

Совокупность существенных признаков заявленного технического решения обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в том, что аппарат с эллипсным или дисковым крылом обладает высокими срывными характеристиками на больших углах атаки и малых скоростях, сниженной нагрузкой на единицу площади крыла, прогнозируемым поведением при потери скорости, а ПГРО, позволяет эффективно управлять набегающим воздушным потоком на всех режимах полета, а так же снижает потери подъемной силы на продольную балансировку.The set of essential features of the claimed technical solution ensures the achievement of a technical result, namely, that an apparatus with an ellipse or disk wing has high stall characteristics at high angles of attack and low speeds, a reduced load per unit area of the wing, predicted behavior when the speed is lost, and allows you to effectively control the incoming air flow in all flight modes, and also reduces the loss of lift on the longitudinal balancing.

Сущность полезной модели поясняется фиг.1, где показан вид заявленного БПЛА сверху и сбоку в положении готовности к взлету или по окончании посадки, на фиг. 2 – общий вид, на фиг. 3 – вид сбоку с разными вариантами раскрытия ПГРО, на фиг. 4 – вид с параллельно раскрытыми ПГРО, на фиг.5 – вид во время полета на больших углах атаки.The essence of the utility model is illustrated in figure 1, which shows a view of the declared UAV from above and from the side in a position ready for takeoff or at the end of landing, in fig. 2 is a general view; FIG. 3 is a side view with different variants of the disclosure of the HRO, in FIG. 4 is a view with parallel disclosed HRO, in FIG. 5 is a view during flight at large angles of attack.

Заявленное устройство работает следующим образом. Старт осуществляется в вертикальном положении с параллельно раскрытыми ПГРО, которые путем отклонения перенаправляют набегающий воздушный поток для поддержания требуемого пространственного положения. Элевоны так же участвуют в управлении, выступая в роли продувных рулей. Контур системы управления ПГРО действует совместно с системой управления мощностью каждого маршевого двигателя и системой управления элевонами.The claimed device operates as follows. The start is carried out in an upright position with parallel opened HWDs, which by deflection redirect the incoming air flow to maintain the required spatial position. Elevons also participate in the management, acting as blowing rudders. The control system of the PGRO acts in conjunction with the power control system of each cruising engine and the elevon control system.

По достижению заданной высоты осуществляется постепенное отклонение ПГРО и элевонов для перевода БПЛА в режим горизонтального полета.Upon reaching the specified altitude, a gradual deviation of the ASWR and elevons is carried out to transfer the UAV to the horizontal flight mode.

Горизонтальный полет осуществляется с закрытыми ПГРО, они могут раскрываться по передней или задней кромке в режиме воздушных тормозов. В закрытом положении ПГРО отвечает за канал тангажа, элевоны выполняют функции элеронов и управляют только креном.Horizontal flight is carried out with closed PGRO, they can be opened along the front or rear edge in the air brake mode. In the closed position, the PGRO is responsible for the pitch channel, the elevons serve as ailerons and control only the roll.

Переход в режим посадки осуществляется одновременным противофазным отклонением ПГРО и элевонов с кратковременным увеличением мощности маршевых моторов.The transition to landing mode is carried out by the simultaneous antiphase deviation of the HRO and elevons with a short-term increase in the power of the marching motors.

Заявленное техническое решение может быть реализовано с использованием известных технических средств и технологий. Заявленная конструкция БПЛА обеспечивает приближение его летных характеристик к обычным самолетам, при возможности вертикального взлета и посадки на неподготовленные площадки, что существенно расширяет функциональные возможности такого летательного аппарата. The claimed technical solution can be implemented using well-known technical means and technologies. The claimed design of the UAV provides approximation of its flight characteristics to conventional aircraft, with the possibility of vertical takeoff and landing on unprepared sites, which significantly expands the functionality of such an aircraft.

Claims

An airplane of the flying wing type with a symmetrical profile, in the form of an ellipse or disk, for roll and pitch control, using elevons with reverse sweep along the leading edge, with stationary vertical aerodynamic surfaces located in the region of the wing rear edge and forming a letter when viewed from the front X, serving as supports for take-off and landing, characterized in that it is equipped with two fixed propeller-motor groups (VMG) inscribed in the wing dimensions, has a front horizontal opening Mysa plumage (PGRO), which has an aerodynamic shape, and in terms of retains the general shape of the wing in the form of an ellipse or disk, can deviate both synchronously and differentially, it can be opened in the following modes: with parallel internal planes, with convergence only along the front edge, only the trailing edge.