RU2576108C2

RU2576108C2 - Aircraft "sampo"

Info

Publication number: RU2576108C2
Application number: RU2014120293/11A
Authority: RU
Inventors: Вениамин Григорьевич Потанин
Original assignee: Вениамин Григорьевич Потанин
Priority date: 2014-05-20
Filing date: 2014-05-20
Publication date: 2016-02-27
Also published as: RU2014120293A

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: invention relates to aviation. Aircraft comprises fuselage, horizontal and vertical tail surfaces, power plant, preferably of two engines, sleek horizontal beams, chassis, propeller horizontal thrust, transmission and rotating in opposite directions around wings. Wings are able braking rotation of any of them. Each wing has radially disposed around perimeter of oscillating blades that make complete cycle of oscillation in vertical plane in one revolution of wing. In operation, blades in plane of blade oscillation may exclude oscillation of blades and set them in plane of fixed wing.

EFFECT: achieved by improving performance, reducing design complexity.

3 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к авиации, а более конкретно к летательным аппаратам, предназначенным для перевозки пассажиров, багажа и грузов.The invention relates to aviation, and more particularly to aircraft intended for the carriage of passengers, baggage and cargo.

Известен летательный аппарат «Нимут Парасол» с неподвижным круглым крылом [1] (стр. 118). Достоинством предлагаемого летательного аппарата является стремление его разработчиков обеспечить минимально возможное лобовое сопротивление конструкции при заданной площади крыла. Однако даже при первоначальных испытаниях выявилось столько трудноустранимых недостатков, что дальнейшего развития проект не получил.Known aircraft "Nimut Parasol" with a fixed round wing [1] (p. 118). The advantage of the proposed aircraft is the desire of its developers to provide the lowest possible frontal resistance of the structure for a given wing area. However, even during the initial tests, so many intractable shortcomings were revealed that the project did not receive further development.

Известен летательный аппарат немецкий вертолет FW-61 фирмы «Фоке-Ахелис» [1] (стр. 99). Данный летательный аппарат имел воздушный винт, обеспечивающий горизонтальную тягу, два воздушных винта для подъемной силы, двигатель, хвостовое оперение (характерное для самолетных конструкций), шасси и необходимые функциональные системы. Основным достоинством данного летательного аппарата является простота конструкции и надежность при его эксплуатации, что и позволило его отнести к наиболее удачным вертолетам того времени. Недостаток рассматриваемого технического решения характерен для вертолетов и проявляется в большом расходе топлива.Famous aircraft German helicopter FW-61 company "Foke-Ahelis" [1] (p. 99). This aircraft had a propeller that provided horizontal thrust, two propellers for lift, an engine, a tail (typical for aircraft structures), a landing gear and the necessary functional systems. The main advantage of this aircraft is its simplicity of design and reliability during its operation, which allowed it to be attributed to the most successful helicopters of that time. The disadvantage of the considered technical solution is typical for helicopters and is manifested in high fuel consumption.

Наиболее близким к предложенному техническому решению является конвертоплан XV-3 фирмы «Белл» [1] (стр. 222), у которого подъемная сила и тяга создавались двумя воздушными винтами, приводимыми в движение одним двигателем. Данный летательный аппарат кроме отмеченных воздушных винтов имеет горизонтальные обтекаемые балки (в виде вырожденных крыльев) со встроенной в них трансмиссией, двигатель, хвостовое оперение (характерное для самолетных конструкций), шасси и необходимые функциональные системы. Реализованная в нем схема с поворотными винтами обеспечивает переход от вертикального полета к горизонтальному за счет постепенного перевода винтов на горизонтальную тягу (поворот осей вращения винтов с вертикального положения в горизонтальное). Достоинством его, как и любого конвертоплана, является совмещение определенных положительных эффектов вертолетных и самолетных решений. Основными недостатками данного летательного аппарата являются: сложность его конструкции и, следовательно, высокая стоимость разработки и эксплуатации, а также пониженный ресурс его основных узлов.The closest to the proposed technical solution is the tiltrotor XV-3 of the Bell company [1] (p. 222), in which the lifting force and thrust were created by two propellers driven by one engine. This aircraft in addition to the marked propellers has horizontal streamlined beams (in the form of degenerate wings) with a built-in transmission, engine, tail unit (typical for aircraft structures), landing gear and the necessary functional systems. The scheme with rotary screws implemented in it provides a transition from vertical to horizontal flight due to the gradual transfer of screws to horizontal traction (rotation of the rotational axes of the screws from vertical to horizontal). The advantage of it, like any tiltrotor, is the combination of certain positive effects of helicopter and aircraft solutions. The main disadvantages of this aircraft are: the complexity of its design and, consequently, the high cost of development and operation, as well as the reduced resource of its main components.

Задача заявленного технического решения - повысить эксплуатационные качества летательного аппарата, в том числе упростить процесс управления данным летательным аппаратом, а также уменьшить сложность конструкции, стоимость разработки и изготовления,The objective of the claimed technical solution is to improve the performance of the aircraft, including simplifying the process of controlling this aircraft, as well as reduce the complexity of the design, the cost of development and manufacturing,

Указанная задача решается тем, что исключают механизм поворота оси перпендикулярного участка трансмиссии (4) горизонтальной балки (3), вводят воздушный винт горизонтальной тяги и вместо поворотных воздушных винтов устанавливают вращающиеся в противоположных направлениях круглые крылья (1). При этом каждое крыло имеет радиально расположенные по периметру качающиеся лопасти (2). Лопасти совершают колебания в вертикальной плоскости в зависимости от угла поворота крыла. Крылья имеют возможность при необходимости осуществлять притормаживание вращения любого из них.This problem is solved by excluding the mechanism of rotation of the axis of the perpendicular section of the transmission (4) of the horizontal beam (3), introducing a horizontal propeller and instead of turning rotary propellers, round wings (1) rotating in opposite directions are installed. In addition, each wing has swinging blades radially located around the perimeter (2). The blades oscillate in the vertical plane, depending on the angle of rotation of the wing. The wings have the ability, if necessary, to slow down the rotation of any of them.

Качающиеся лопасти имеют несколько режимов функционирования лопастей. При основном режиме лопасть достигает максимально нижней точки ее колебания (качания) в тот момент, когда проекция оси лопасти при вращении крыла пересекается с осью фюзеляжа, а свободный конец лопасти направлен к носу летательного аппарата. Противоположному положению лопасти в плоскости вращения крыла соответствует максимально верхняя точка ее колебания. Таким образом, лопасть совершает полный цикл колебания в вертикальной плоскости за один оборот крыла.Swinging blades have several modes of functioning of the blades. In the main mode, the blade reaches its lowest point of oscillation (swing) at the moment when the projection of the axis of the blade intersects the axis of the fuselage during rotation of the wing, and the free end of the blade is directed to the nose of the aircraft. The opposite position of the blade in the plane of rotation of the wing corresponds to the highest point of its oscillation. Thus, the blade performs a full cycle of oscillation in the vertical plane in one revolution of the wing.

Дополнительный режим функционирования лопастей отличается от предыдущего режима тем, что проекция лопасти, находящейся в максимально нижней точке колебания, не совпадает с аналогичным ее положением при основном режиме, а смещена от него на положительный или отрицательный угол.An additional mode of operation of the blades differs from the previous mode in that the projection of the blade located at the lowest possible point of oscillation does not coincide with its similar position in the main mode, but is shifted from it by a positive or negative angle.

Кроме этого летательный аппарат имеет возможность переходить в третий режим функционирования лопастей. Этот режим (предназначенный для так называемого автожирного варианта полета) исключает колебания лопастей, устанавливая их неподвижными в плоскости крыла. Его возможное функционирование наступает после завершения взлетного участка полета и при достижении определенной горизонтальной скорости летательным аппаратом.In addition, the aircraft has the ability to go into the third mode of operation of the blades. This mode (intended for the so-called gyroplane flight option) eliminates the oscillations of the blades, setting them motionless in the plane of the wing. Its possible functioning occurs after the completion of the take-off section of the flight and when a certain aircraft reaches a certain horizontal speed.

Заявленное техническое решение от прототипа отличается тем, что исключают механизм поворота оси (в вертикальной плоскости) перпендикулярного участка трансмиссии горизонтальной балки, вводят воздушный винт горизонтальной тяги и вместо поворотных воздушных винтов устанавливают вращающиеся в противоположных направлениях круглые крылья. Крылья имеют возможность при необходимости осуществлять притормаживание вращения любого из них. При этом каждое крыло имеет радиально расположенные по периметру качающиеся лопасти. Лопасти совершают колебания в вертикальной плоскости в зависимости от угла поворота крыла.The claimed technical solution from the prototype differs in that it excludes the mechanism of rotation of the axis (in the vertical plane) of the perpendicular section of the horizontal beam transmission, the horizontal thrust propeller is introduced, and instead of the rotary propellers, round wings are rotated in opposite directions. The wings have the ability, if necessary, to slow down the rotation of any of them. At the same time, each wing has swinging blades radially located around the perimeter. The blades oscillate in the vertical plane, depending on the angle of rotation of the wing.

Качающиеся лопасти имеют несколько режимов функционирования лопастей: основной, дополнительный и третий. При основном режиме лопасть достигает максимально нижней точки ее колебания (качания) в тот момент, когда проекция оси лопасти при вращении крыла пересекается с осью фюзеляжа, а свободный конец лопасти направлен к носу летательного аппарата. Противоположному положению лопасти в плоскости вращения крыла соответствует максимально верхняя точка ее колебания. Таким образом, лопасть совершает полный цикл колебания в вертикальной плоскости за один оборот крыла.Swinging blades have several modes of functioning of the blades: primary, secondary and third. In the main mode, the blade reaches its lowest point of oscillation (swing) at the moment when the projection of the axis of the blade intersects the axis of the fuselage during rotation of the wing, and the free end of the blade is directed to the nose of the aircraft. The opposite position of the blade in the plane of rotation of the wing corresponds to the highest point of its oscillation. Thus, the blade performs a full cycle of oscillation in the vertical plane in one revolution of the wing.

Третий режим функционирования лопастей (режим так называемого автожирного варианта полета) исключает колебания лопастей, устанавливая их в плоскости крыла.The third mode of operation of the blades (the mode of the so-called gyroplane flight option) eliminates the fluctuations of the blades, setting them in the plane of the wing.

Заявленный летательный аппарат (его схематическое решение приведено на фиг. 1) функционирует следующим образом. Следует рассматривать отдельно его работу на взлетно-посадочном этапе и на участке крейсерского полета. На взлетно-посадочном этапе возможны два варианта полета. При первом варианте (на взлете) максимальная мощность силовой установки прикладывается на вращающиеся крылья (1), обеспечивая отрыв летательного аппарата от земли и набор высоты, достаточной для безопасного горизонтального полета. При этом величина горизонтальной тяги устанавливается минимальной. Затем за счет увеличения прикладываемой мощности к винту горизонтальной тяги увеличивают горизонтальную скорость и по мере необходимости соответственно снижают мощность, передаваемую на вращающиеся крылья. Во время посадки летательного аппарата реализуется обратная последовательность распределения мощности между винтом горизонтальной тяги и крыльями.The claimed aircraft (its schematic solution is shown in Fig. 1) operates as follows. It should be considered separately his work at the take-off and landing stage and at the cruise flight site. At the takeoff and landing phase, two flight options are possible. In the first version (on take-off), the maximum power of the power plant is applied to the rotating wings (1), providing the aircraft to be torn off the ground and gain enough height for safe horizontal flight. In this case, the horizontal thrust is set to minimum. Then, by increasing the applied power to the horizontal thrust propeller, the horizontal speed is increased and, as necessary, the power transmitted to the rotating wings is accordingly reduced. During the landing of the aircraft, the reverse sequence of power distribution between the horizontal thrust propeller and wings is realized.

При втором варианте, соответствующем самолетному варианту взлета, максимальная мощность силовой установки прикладывается к винту горизонтальной тяги. По мере достижения определенной скорости разбега необходимая мощность передается на вращающиеся крылья, обеспечивая тем самым укороченный взлет.In the second variant, corresponding to the airplane version of take-off, the maximum power of the power plant is applied to the horizontal thrust propeller. As a certain take-off speed is reached, the necessary power is transmitted to the rotating wings, thereby providing a shortened take-off.

После завершения взлетного участка и набора необходимой высоты летательный аппарат продолжает использовать режим функционирования лопастей, соответствующий конечной точке набора высоты (первый вариант крейсерского полета). Необходимо также отметить, что такой вариант полета при рациональном распределении мощностей между винтом тяги и вращающимися крыльями позволяет выполнять полет с более низкой скоростью, чем это допустимо для обычных самолетов. Дополнительный режим функционирования лопастей используется на участках маневрирования.After completing the take-off section and gaining the necessary height, the aircraft continues to use the mode of operation of the blades corresponding to the end point of climb (the first version of cruising). It should also be noted that this option of flight with a rational distribution of power between the thrust propeller and the rotating wings allows you to fly at a lower speed than is acceptable for conventional aircraft. An additional mode of operation of the blades is used in maneuvering areas.

При другом варианте крейсерского полета летательный аппарат использует третий режим функционирования лопастей и включается в работу только после достижения определенной горизонтальной скорости полета. Этот режим исключает колебания лопастей, устанавливая их неподвижными в плоскости крыла. При этом осуществляется разъединение связи между силовой установкой и вращающимися крыльями. Последние от воздействия набегающего потока воздуха изменяют направление своего вращения. И при достижении стационарной скорости вращения крыльев полет переходит в так называемый автожирный вариант полета, позволяющий (кроме обычного полета) выполнять более безопасную аварийную посадку летательного аппарата.In another version of cruising flight, the aircraft uses the third mode of operation of the blades and is included in the work only after reaching a certain horizontal flight speed. This mode excludes oscillations of the blades, setting them motionless in the plane of the wing. In this case, the connection between the power plant and the rotating wings is disconnected. The latter from the influence of the incoming air flow change the direction of their rotation. And when the stationary wing speed is reached, the flight goes into the so-called autogyro version of the flight, which allows (in addition to the usual flight) to perform a more secure emergency landing of the aircraft.

Технический результат проявляется в повышении эксплуатационных качеств летательного аппарата за счет введения отличительных признаков. Более подробно: упрощается взлетно-посадочный процесс по сравнению с аналогичным процессом у конвертоплана и уменьшается разбег по сравнению с самолетом; увеличивается ресурс за счет исключения сложных узлов, обеспечивающих поворот осей воздушных винтов; снижаются требования к обслуживающему персоналу и упрощается процесс управления летательным аппаратом. Кроме того, уменьшается сложность конструкции, стоимость разработки и изготовления.The technical result is manifested in improving the operational qualities of the aircraft due to the introduction of distinctive features. In more detail: the takeoff and landing process is simplified in comparison with the similar process for the tiltrotor and the takeoff run is reduced in comparison with the airplane; the resource is increased due to the elimination of complex nodes that provide rotation of the axes of propellers; reduced requirements for maintenance personnel and simplifies the process of controlling the aircraft. In addition, design complexity, development and manufacturing costs are reduced.

На фиг 1. летательный аппарат (в виде варианта с поперечно расположенными крыльями) представлен следующим образом: вид спереди, сбоку и сверху. На данных схематических построениях видно, что фюзеляж, винт горизонтальной тяги, хвостовое оперение и шасси имеют исполнение, характерное для самолетных конструкций. Круглые крылья (1) установлены симметрично по бокам фюзеляжа на горизонтальных балках (3) с использованием перпендикулярного участка трансмиссии (4). Горизонтальные балки, имеющие обтекаемую форму, на рисунке изображены в упрощенном виде. Качающиеся лопасти (2), выбранные для данного примера в количестве четырех, располагаются по периметру крыла в радиальных направлениях и изображены также в упрощенном виде. Их положение в плоскости качания соответствует основному режиму функционирования лопастей.In Fig 1. the aircraft (in the form of a variant with transverse wings) is presented as follows: front view, side and top. On these schematic constructions it is seen that the fuselage, horizontal thrust screw, tail unit and landing gear have a design characteristic of aircraft structures. Round wings (1) are mounted symmetrically on the sides of the fuselage on horizontal beams (3) using a perpendicular section of the transmission (4). The horizontal beams with a streamlined shape are shown in a simplified form in the figure. The swinging blades (2), selected for this example in the amount of four, are located along the perimeter of the wing in radial directions and are also depicted in a simplified form. Their position in the rocking plane corresponds to the main mode of operation of the blades.

Описание технического решения, соответствующего пункту 3 формулы изобретения, в основном аналогично предшествующему и отличается лишь тем, что оси вращающихся крыльев располагают концентрически на одной линии в определенной точке фюзеляжа. И трансмиссия обеспечивает передачу вращающего момента от силовой установки к крыльям в соответствии с их новым конструктивным решением.The description of the technical solution corresponding to paragraph 3 of the claims is basically the same as the previous one and differs only in that the axes of the rotating wings are arranged concentrically on the same line at a certain point on the fuselage. And the transmission provides torque transmission from the power plant to the wings in accordance with their new design solution.

Источники информацииInformation sources

1. Бауэр П.М. Летательные аппараты нетрадиционных схем. - М.: Мир, 1991. - 320 с.1. Bauer P.M. Aircraft of unconventional schemes. - M.: Mir, 1991 .-- 320 p.

2. Курочкин Ф.П. Основы проектирования самолетов с вертикальным взлетом и посадкой. - М.: Машгиз, 1970.2. Kurochkin F.P. The basics of designing aircraft with vertical take-off and landing. - M .: Mashgiz, 1970.

Claims

1. Aircraft containing the fuselage, wing, horizontal and vertical tail, power unit, preferably of two engines, transmission, streamlined horizontal beams, landing gear and the necessary functional systems, characterized in that they introduce a horizontal thrust propeller and install rotating in opposite the directions are round wings, and each wing has swinging blades radially located around the perimeter, while each blade performs a full cycle of oscillation in a vertical plane bones in one turn of the wing.

2. The aircraft according to claim 1, characterized in that each wing has the ability to slow down the rotation of any of them, and the operation of the blades in the plane of oscillation is carried out in three modes: basically, in which the blade reaches its lowest point of oscillation at that moment, when the projection of the axis of the blade during rotation of the wing intersects with the axis of the fuselage, and the free end of the blade is directed to the nose of the aircraft, in an additional, different from the previous mode in that the projection of the blade, located at the maximum but the lower point of the oscillation does not coincide with its similar position in the main mode, but is shifted from it by a positive or negative angle, and in the third mode, in which the vibrations of the blades are excluded and they are fixed in the plane of the wing.

3. Aircraft containing the fuselage, horizontal and vertical tail units, a power unit, preferably of two engines, streamlined horizontal beams, landing gear and the necessary functional systems, horizontal thrust propeller, transmission, and also round wings rotating in opposite directions, whose axes located concentrically on one line at a certain point on the fuselage, and the wings themselves have the ability to slow down the rotation of any of them, while each wing has a radially swinging blades located along the perimeter, which perform a full cycle of oscillation in the vertical plane in one revolution of the wing, and the operation of the blades in the plane of oscillation is carried out in three modes: basically, in which the blade reaches its lowest point of oscillation at the moment when the projection of the axis of the blade when the wing rotates, it intersects with the axis of the fuselage, and the free end of the blade is directed to the nose of the aircraft, in an additional one that differs from the previous mode in that the projection of the blade located at the lowest point of the oscillation, does not coincide with its similar position in the previous mode, but is shifted from it by a positive or negative angle, and in the third mode, in which the vibrations of the blades are excluded and they are fixed in the wing plane.