RU2240261C1

RU2240261C1 - Aircraft for vertical take-off and landing

Info

Publication number: RU2240261C1
Application number: RU2003107414/11A
Authority: RU
Inventors: В.П. Медведев (RU); В.П. Медведев
Original assignee: Медведев Вячеслав Петрович
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-11-20

Abstract

FIELD: aircraft industry; helicopter engineering.

SUBSTANCE: the invention is dealt with the field of helicopter engineering and may be used in the small-size aviation for increase of safety of the individually piloted aircraft. The aircraft contains two aerohydrodynamic propulsors located on both sides from a seat of a pilot, which is fixed on a tubular frame, the lower part of which is mounted on the chassis supplied with elastically mounted wheels. Bodies of the propulsors are installed into the bushes of the frame with a capability to turn and to be fixed and due that control of the aircraft is exercised. Propulsors are kinematically connected with a motor installed on the chassis of the aircraft. A taper is fixed to the upper part of the frame with its vertex downwards and the base upward. The taper is made from a rigid framework covered with an airproof cloth. The aircraft center of gravity is shifted from the axis of the taper forward in direction of flight on a distance of no less than one fourth of radius of the taper base. The technical result is an increased safety of flights of an individually piloted aircraft.

EFFECT: increased safety of flights of an individually piloted aircraft.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области вертолетостроения и может быть использовано в малой авиации для повышения безопасности летательных аппаратов.The invention relates to the field of helicopter engineering and can be used in small aircraft to improve the safety of aircraft.

Известно устройство для перемещения аппаратов в воздушном пространстве - вертолет (см., например, книгу Юрьева Б.Н. Аэродинамический расчет вертолетов. Оборонгиз, М., 1956 г.). Основной недостаток этого устройства - шарнирная подвеска лопастей, наличие автомата-перекоса для создания горизонтальной составляющей тяги, хвостового винта для парирования реактивного момента, создаваемого несущим винтом. Это усложняет его конструкцию и тем самым снижает его надежность.A device for moving vehicles in mid-air is known - a helicopter (see, for example, the book by Yuryev BN Aerodynamic design of helicopters. Oborongiz, M., 1956). The main disadvantage of this device is the articulated suspension of the blades, the presence of an automatic swash plate to create a horizontal component of the thrust, a tail rotor to parry the reactive moment created by the rotor. This complicates its design and thereby reduces its reliability.

Известен гидроаэродинамический движитель, выполненный в виде турбомашины, содержащей корпус с боковой внутренней поверхностью и двумя торцевыми внутренними поверхностями, между которыми с минимальными зазорами установлено в корпусе с возможностью вращения рабочее колесо в виде втулки с плоскими радиальными лопатками, закрепленными перпендикулярно плоскости вращения, внутренняя боковая поверхность корпуса выполнена в виде полуцилиндра, установленного с минимально возможным зазором между цилиндром и лопатками, и двух плавно сопряженных с поверхностью полуцилиндра и параллельных между собой плоскостей, длина каждой из которых не менее радиуса полуцилиндра, при этом внутренние поверхности торцов корпуса выполнены в виде плоскостей, ограниченных внутренней боковой поверхностью и линиями, соединяющими концы боковых плоскостей, причем один из торцов имеет вырез, радиус которого меньше радиуса внутренней боковой поверхности корпуса (см. патент РФ №2136539 того же автора). Этот движитель может создавать тягу, вектор которой лежит в плоскости вращения рабочего колеса движителя.Known hydroaerodynamic propulsion made in the form of a turbomachine containing a housing with a lateral inner surface and two end internal surfaces, between which with minimal gaps mounted in the housing rotatably, the impeller is in the form of a sleeve with flat radial blades fixed perpendicular to the plane of rotation, the inner side surface the housing is made in the form of a half cylinder installed with the smallest possible gap between the cylinder and the blades, and two smoothly mate data with the surface of the half-cylinder and planes parallel to each other, the length of each of which is not less than the radius of the half-cylinder, while the inner surfaces of the ends of the body are made in the form of planes bounded by the inner side surface and lines connecting the ends of the side planes, one of the ends having a cutout, radius which is smaller than the radius of the inner side surface of the housing (see RF patent No. 2136539 of the same author). This mover can create traction, the vector of which lies in the plane of rotation of the impeller of the mover.

Известен аппарат вертикального взлета и посадки по заявке №2000131636/28 того же автора, по которой принято положительное решение. В этом аппарате использован этот гидроаэродинамический движитель для создания горизонтальной тяги. С ним кинематически соединен двигатель, который может подсоединяться к движителю вертикальной тяги, в случае отказа двигателя последнего, что повышает безопасность полета. Этот аппарат является наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому (прототип).Known apparatus of vertical take-off and landing by application No. 2000131636/28 of the same author, on which a positive decision was made. This unit uses this hydroaerodynamic propulsion to create horizontal traction. An engine is kinematically connected to it, which can be connected to a vertical thrust propulsion device in case of a failure of the latter engine, which increases flight safety. This device is the closest in technical essence to the proposed (prototype).

Недостатком прототипа является то, что в случае отказа одновременно двух двигателей авария неизбежна. Поэтому дальнейшее повышение безопасности является необходимостью.The disadvantage of the prototype is that in case of failure of two engines simultaneously, an accident is inevitable. Therefore, further safety improvements are a must.

Указанные недостатки аналогов и прототипа устраняются тем, что аппарат вертикального взлета и посадки содержит кресло пилота, закрепленное на раме, на боковых частях которой выполнены два соосных между собой отверстия, два гидроаэродинамических движителя, каждый из которых выполнен в виде турбомашины, содержащей корпус с боковой внутренней поверхностью и двумя торцевыми внутренними поверхностями, между которыми с минимальными зазорами установлено в корпусе с возможностью вращения рабочее колесо в виде втулки с плоскими радиальными лопатками, закрепленными перпендикулярно плоскости вращения, внутренняя боковая поверхность корпуса выполнена в виде полуцилиндра, установленного с минимально возможным зазором между полуцилиндром и лопатками, и двух плавно сопряженных с поверхностью полуцилиндра и параллельных между собой плоскостей, длина каждой из которых не менее радиуса полуцилиндра, при этом внутренние поверхности торцов корпуса выполнены в виде плоскостей, ограниченных внутренней боковой поверхностью и линиями, соединяющими концы боковых плоскостей, причем один из торцов имеет вырез, радиус которого меньше радиуса внутренней боковой поверхности корпуса, корпусы движителей установлены в боковых отверстиях рамы с возможностью поворота и фиксации поворота по обе стороны от кресла пилота, шасси, жестко скрепленное с нижней частью рамы, снабженное упруго установленными колесами, ось, установленную в корпусах движителей с возможностью вращения, двигатель, установленный на шасси и кинематически связанный с осью, конус, обращенный вершиной вниз, а основанием вверх и скрепленный жестко с верхней частью рамы, при этом рабочие колеса движителей закреплены на оси.The aforementioned drawbacks of the analogues and the prototype are eliminated by the fact that the vertical take-off and landing apparatus comprises a pilot seat fixed to the frame, on the lateral parts of which are two coaxial openings, two hydroaerodynamic propulsors, each of which is made in the form of a turbomachine containing a housing with a side inner surface and two end internal surfaces between which, with minimal gaps, the impeller is installed in the housing with the possibility of rotation in the form of a sleeve with flat radial opaque fixed perpendicular to the plane of rotation, the inner side surface of the housing is made in the form of a half cylinder installed with the smallest possible gap between the half cylinder and the blades, and two smoothly conjugated with the surface of the half cylinder and parallel to each other planes, each of which is not less than the radius of the half cylinder the inner surfaces of the ends of the housing are made in the form of planes bounded by an inner lateral surface and lines connecting the ends of the lateral planes, the end of the ends has a cutout whose radius is smaller than the radius of the inner side surface of the hull, mover housings are mounted in the side openings of the frame with the possibility of rotation and fixation of rotation on both sides of the pilot's seat, the chassis, rigidly fastened to the lower part of the frame, equipped with elastically mounted wheels, axis mounted in propulsion housings rotatably, an engine mounted on the chassis and kinematically connected to the axis, a cone facing down with its apex, and fixed upside down and fixed rigidly from the upper part the frame, while the impellers of the propulsors are fixed on the axis.

Такое выполнение аппарата позволяет, в случае отказа двигателя, произвести вертикальный спуск аппарата со скоростью не более 4 м/с, т.е. практически безопасной. При этом возможно планирование.This embodiment of the apparatus allows, in the event of engine failure, to vertically lower the apparatus at a speed of not more than 4 m / s, i.e. almost safe. In this case, planning is possible.

На фиг.1 дан схематический чертеж предлагаемого аппарата - продольный разрез.Figure 1 is a schematic drawing of the proposed apparatus is a longitudinal section.

На фиг.2 - вид сбоку.Figure 2 is a side view.

На фиг.3 - вид снизу.Figure 3 is a bottom view.

Аппарат состоит из кресла пилота 1, закрепленного на раме 2, выполненной сварной из труб. На боковых частях рамы имеются две втулки 3 с отверстиями, соосными между собой. В каждом отверстии установлен корпус гидроаэродинамического движителя 4 с возможностью поворота и фиксации в нем.The apparatus consists of a pilot seat 1, mounted on a frame 2, made welded from pipes. On the side parts of the frame there are two bushings 3 with holes coaxial with each other. In each hole, there is a housing of hydroaerodynamic propulsion 4 with the possibility of rotation and fixing in it.

С нижней частью рамы 2 скреплено шасси 5, снабженное упруго установленными колесами 6. В корпусах движителей 4 с возможностью вращения установлена ось 7. На шасси 5 закреплен двигатель 8 со всеми агрегатами и устройствами для его обслуживания. Органы управления двигателем (педаль "газа") вынесены на кресло пилота.The chassis 5 is fastened to the lower part of the frame 2, equipped with resiliently mounted wheels 6. An axis 7 is mounted rotatably in the bodies of the propulsors 4. The engine 8 is fixed to the chassis 5 with all units and devices for its maintenance. Engine controls (gas pedal) are placed on the pilot's seat.

С помощью зубчатых колес 9, 10, 11, 12 двигатель соединен с осью 7, на концах которой в корпусах движителей установлены их рабочие колеса 13. К верхней части рамы прикреплен конус 14, представляющий собой жесткий каркас, обтянутый воздухонепроницаемой тканью.Using gears 9, 10, 11, 12, the engine is connected to the axis 7, at the ends of which their impellers 13 are mounted in the housing of the propulsors 13. A cone 14 is attached to the upper part of the frame, which is a rigid frame covered with an airtight fabric.

Центр тяжести аппарата отнесен вперед по направлению полета от вершины конуса на расстояние не менее одной четвертой радиуса основания конуса (l).The center of gravity of the apparatus is carried forward in the direction of flight from the top of the cone to a distance of at least one fourth of the radius of the base of the cone (l).

Конус имеет угол при вершине в пределах 140-150°. Корпусы движителей снабжены ручками 15, за которые пилот поворачивает корпусы, изменяя направление векторов тяги движителей.The cone has an angle at the apex between 140-150 °. The housing of the movers are equipped with handles 15, for which the pilot rotates the housing, changing the direction of the thrust vectors of the movers.

Аппарат работает следующим образом. При вертикальном подъеме корпусы движителей расположены почти вертикально, полуцилиндром вверх, как указано на фиг.1. При наборе высоты корпусы наклоняются вперед и аппарат получает горизонтальное перемещение. В это время начинает работать подъемная сила, возникающая при горизонтальной обдувке конуса, и мощность двигателя расходуется в основном на горизонтальное перемещение аппарата. Для изменения направления полета необходимо развернуть корпус одного из движителей в сторону уменьшения горизонтальной составляющей тяги. Если взлет производить по наклонной траектории, то направление корпусов движителей почти горизонтальное, аппарат получает горизонтальную скорость, на конус действует подъемная сила, и аппарат отрывается от земли. В случае отказа двигателя в полете (или других элементов силовой установки) конус оказывает сопротивление падению. Силу этого сопротивления можно вычислить по известной формуле

The device operates as follows. With a vertical lift, the housing of the propulsors are located almost vertically, with the semicylinder up, as indicated in Fig. 1. When climbing, the bodies lean forward and the unit receives horizontal movement. At this time, the lifting force that occurs during horizontal blowing of the cone begins to work, and engine power is spent mainly on the horizontal movement of the apparatus. To change the direction of flight, it is necessary to deploy the housing of one of the propulsors in the direction of decreasing the horizontal component of the thrust. If take-off is carried out along an inclined path, then the direction of the propulsion bodies is almost horizontal, the device receives horizontal speed, the lifting force acts on the cone, and the device breaks off the ground. In the event of an engine failure in flight (or other elements of the power plant), the cone resists falling. The strength of this resistance can be calculated by the well-known formula

где С_х - коэффициент лобового сопротивления конуса набегающему потоку;where C _x is the drag coefficient of the cone to the oncoming flow;

S - площадь миделя конуса;S is the area of the midsection of the cone;

ρ - плотность воздуха;ρ is the air density;

V - скорость падения.V is the rate of fall.

Чтобы падение происходило с постоянной скоростью, необходимо выполнение условия Q=G, где G - вес аппарата.In order for the drop to occur at a constant speed, it is necessary to fulfill the condition Q = G, where G is the weight of the apparatus.

Можно воспользоваться данными проведенного опыта, в котором определена скорость падения V=1 м/c при D=0,6 м и G=0,25 кг, где D - диаметр основания конуса модели. Для натурного образца с D_н=6 м при скорости падения V=4 м/c получимYou can use the data of the experiment, in which the fall velocity V = 1 m / s is determined at D = 0.6 m and G = 0.25 kg, where D is the diameter of the base of the cone of the model. For a full-scale sample with D _n = 6 m at a fall velocity of V = 4 m / s, we obtain

Скорость падения, равная 4 м/с, считается безопасной при ходе шасси h=0,08 м (см. цитированную выше книгу Б.Н.Юрьева, с. 332).A fall speed of 4 m / s is considered safe when the chassis travel h = 0.08 m (see the book of B.N. Yuryev quoted above, p. 332).

Аппарат общим весом 400 кг с диаметром конуса D_н=6 м вполне осуществим на практике и может использоваться в качестве индивидуального пилотируемого средства в малой авиации.The device with a total weight of 400 kg with a cone diameter D _n = 6 m is quite feasible in practice and can be used as an individual manned vehicle in small aircraft.

В отличие от мотодельтаплана он не требует площадки для взлета и посадки.Unlike a motor hang glider, it does not require a platform for take-off and landing.

Вследствие внецентренной установки конуса относительно общего центра тяжести аппарата при аварийном спуске возможно планирование, что важно для выбора места посадки.Due to the eccentric installation of the cone relative to the general center of gravity of the apparatus during emergency descent, planning is possible, which is important for choosing a landing site.

Claims

A vertical take-off and landing apparatus comprising a pilot seat mounted on a frame, on the lateral parts of which are made two coaxial holes, two hydro-aerodynamic propulsors, each of which is made in the form of a turbomachine containing a housing with a lateral inner surface and two end internal surfaces, between which with minimal gaps installed in the housing with the possibility of rotation of the impeller in the form of a sleeve with flat radial blades mounted perpendicular to the plane of rotation, the inner side surface of the body is made in the form of a half cylinder installed with the smallest possible gap between the half cylinder and the blades, and two smoothly conjugated with the surface of the half cylinder and parallel to each other planes, each of which is not less than the radius of the half cylinder, while the inner surfaces of the ends of the body are made in the form planes bounded by an inner lateral surface and lines connecting the ends of the lateral planes, one of the ends having a cutout whose radius is smaller than the radius inside trenna of the side surface of the housing, the housing of the propellers are mounted in the side openings of the frame with the possibility of rotation and fixation of rotation on both sides of the pilot's seat, the chassis, rigidly fastened to the lower part of the frame, equipped with resiliently mounted wheels, the axis mounted in the housing of the propulsors with the possibility of rotation, engine, mounted on the chassis and kinematically connected with the axis, a cone facing down with its top and its base up, and fastened rigidly to the top of the frame, while the impellers of the propellers are fixed on si.