RU2638221C2 - Летательный аппарат вертикального взлета и посадки и способ управления его полетом - Google Patents
Летательный аппарат вертикального взлета и посадки и способ управления его полетом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2638221C2 RU2638221C2 RU2016110050A RU2016110050A RU2638221C2 RU 2638221 C2 RU2638221 C2 RU 2638221C2 RU 2016110050 A RU2016110050 A RU 2016110050A RU 2016110050 A RU2016110050 A RU 2016110050A RU 2638221 C2 RU2638221 C2 RU 2638221C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mode
- aircraft
- flight
- airplane
- lifting
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/22—Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
- Toys (AREA)
Abstract
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к летательным аппаратам (ЛА) вертикального и укороченного взлета и посадки. Аппарат вертикального взлета и посадки содержит маршевую силовую установку для горизонтального полета в самолетном режиме, как минимум от трех отдельных подъемных силовых установок для создания тяги в вертикальной плоскости. Воздушные винты подъемных силовых установок установлены таким образом, что плоскость их вращения расположена под углом от 2 до 35 градусов к несущим плоскостям крыла или крыльев. Способ управления полетом летательного аппарата характеризуется тем, что в момент взлета летательный аппарат в режиме висения располагается с положительным углом тангажа от 2-х до 35-ти градусов, для набора достаточной скорости на подъемных двигателях осуществляют наклон всего летательного аппарата вперед до угла тангажа, обеспечивающего горизонтальный полет в самолетном режиме, после достижения необходимой скорости (1,1-1,5 скорости сваливания) подъемные двигатели отключают. Обеспечивается снижение времени перехода из режима висения в режим горизонтального полета и обратно, снижение расхода топлива. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к летательным аппаратам (ЛА) вертикального и укороченного взлета и посадки.
Известен патент RU 69839 «БЛА с двумя поворотными двигателями» (МПК В64С 39/02, опубл. 10.01.2008. Известный БЛА содержит свободнонесущее крыло и два поворотных двигателя (вентилятора), расположенных симметрично относительно оси БЛА и вне его. При этом каждый поворотный двигатель состоит из винта в кольце, который через вал, установленный в цилиндрическую втулку, жестко закрепленную к свободнонесущему крылу аппарата, соединяется с приводом двигателя, при этом каждый двигатель имеет независимый управляемый привод.
Основным недостатком прототипа является то, что из-за расположения поворотных двигателей на силовых элементах, длиной более размаха крыла, невозможно достигнуть высокого аэродинамического качества, без значительного роста массы конструкции ЛА. Известен летательный аппарат вертикального взлета и посадки (патент RU 141669 U, опубл. 10.06.2014), который содержит фюзеляж, киль, шасси, сочлененное крыло, два подъемно-маршевых вентилятора, каждый из которых состоит из винта в профилированном кольце с независимо управляемым приводом поворота, силовую установку с одним или более двигателями, узлом передачи вращающего момента от двигателя на приводные валы подъемно-маршевых вентиляторов и устройством управления тангажом. При этом подъемно-маршевые вентиляторы закреплены вблизи центра масс, симметрично относительно оси летательного аппарата на силовой балке, жестко соединенной с фюзеляжем.
В этом аппарате переход из вертикального режима взлета в горизонтальный полет осуществляется через «Висение» и «Переходный режим», а посадка - в обратном порядке, при этом для режима висения и самолетного режима полета используются одни и те же воздушные винты, что затрудняет и замедляет эти процессы, а также повышает траты на топливо.
Наиболее близким аналогом является система вертикального взлета и посадки Arcturus Introduces JUMP System
[http://www.unmannedsystemstechnology.com/2014/04/arcturus-introduces-jump-system-adds-vtol-capability-to-fixed-wing-uavs/, опубл.: 2015]. Эта система устанавливается на обычный самолет, делая из него аппарат вертикального взлета и посадки, который содержит маршевую силовую установку для горизонтального полета, две пары подъемных силовых установок для создания тяги в вертикальной оси в режиме висения, где одна пара подъемных винтов размещена в задней части крыла, а другая пара подъемных винтов - в передней части крыла.
Это специальная система, делающая из обычного самолета летательный аппарат гибридной схемы вертикального взлета и посадки, но при этом плоскости круга подъемных винтов имеют тот же угол, что и несущие площади (в данном случае крыло). В результате полученный гибридный самолет не стабилен и неэффективен в переходных режимах. Он не может разгоняться за счет подъемных винтов без выхода на отрицательные углы атаки. Разгон до нужный скорости за счет только одного маршевого мотора в данной схеме является затруднительным, так работающие подъемные винты будут создавать сопротивление по мере разгона и вносить дестабилизацию в канале тангажа за счет значительного смещения центра давления вперед относительно центра масс летательного аппарата.
Самолет с системой Arcturus Introduces JUMP System не стабилен и неэффективен в переходных режимах. Его система не может разгоняться за счет подъемных винтов без выхода на отрицательные углы атаки. Разгон до нужного скорости за счет только одного маршевого мотора в данной схеме является затруднительным, так как работающие подъемные винты будут создавать сопротивление по мере разгона и вносить дестабилизацию в канале тангажа за счет значительного смещения центра давления вперед относительно центра масс летательного аппарата.
Задачей изобретения является решение проблемы несовершенства компоновок имеющихся на рынке летательных аппаратов вертикального взлета и посадки, в результате чего они не могут совершать качественные переходы из режима висение в режим горизонтального полета по самолетному и обратно, что резко понижает энергоэффективность и надежность.
Технический результат: повышение эффективности и снижение времени перехода из режима висения в режим горизонтального полета и обратно, снижение расхода топлива на переход из состояния вертикального полета в горизонтальный.
Указанный технический результат достигается за счет того, что заявлен аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий маршевую силовую установку для горизонтального полета в самолетном режиме, как минимум от трех отдельных подъемных силовых установок для создания тяги в вертикальной оси в режиме висения, отличающийся тем, что подъемные винты закреплены таким образом, что плоскость их вращения находится под углом от 2 до 35 градусов к несущим плоскостям крыла или крыльев.
Способ управления полетом заявленного летательного аппарата, характеризующийся тем, что в момент взлета летательного аппарата в режиме висения с положительным углом тангажа от 2-х до 35-ти градусов для набора достаточной скорости на подъемных двигателях с целью осуществления перехода в самолетный режим полета осуществляют наклон всего летательного аппарата вперед до угла тангажа, обеспечивающего горизонтальный полет в самолетном режиме, после достижения необходимой скорости (1,1-1,5 скорости сваливания) подъемные двигатели отключают. После перехода в самолетный режим полета используют дополнительную силовую установку.
Краткое описание чертежей
На Фиг. 1 показано устройство летательного аппарата, вид сбоку, где:
1 - Плоскость круга подъемных винтов;
2 – Плоскость, в которой лежит основная несущая поверхность (крыло, крылья, несущий фюзеляж);
3 - Диапазон жесткого закрепления плоскости круга подъемных винтов от плоскости основных несущих поверхностей (2-35 градусов);
4 - Маршевая силовая установка.
На Фиг. 2 показано устройство летательного аппарата, вид сверху.
На Фиг. 3 показан пример выполнения аппарата с использованием минимального числа подъемных силовых установок - трех.
На Фиг. 4 показан пример выполнения аппарата с использованием большего, чем три, числа подъемных силовых установок на примере двух пар силовых установок.
На Фиг. 5 показан пример выполнения аппарата с использованием трех пар силовых установок.
Осуществление изобретения
Изобретение реализуется на базе аппарата вертикального взлета и посадки, в котором размещены маршевая силовая установка 4 (см. Фиг. 1, Фиг. 2) для горизонтального полета, две пары подъемных винтов 1 с отдельными силовыми установками для создания тяги в вертикальной оси в режиме висения.
В этом случае одна пара подъемных винтов 1 размещена на силовых балках за крылом 5, а другая пара подъемных винтов 1 - на силовых балках перед крылом 5 (см. пример на Фиг. 4).
Возможно выполнение аппарата таким образом, что одна пара подъемных винтов 1 размещена перед крылом 5 и один подъемный винт в задней части (см. Фиг. 3). Возможно и иное выполнение аппарата так, что он имеет три пары силовых установок - одну пару в передней части, одну пару в середине и одну пару в задней части (см. Фиг. 5). Плоскость вращения подъемных винтов 2 расположена под углом 3 к несущим плоскостям крыла 5 или крыльев, где возможный рабочий диапазон фиксации описанных углов составляет от 2 до 35 градусов.
Для большей эффективности вертикальной направленной тяги (см. Фиг. 1, Фиг. 2) задние винты 1 силовой установки для создания тяги в горизонтальной оси в переходном режиме могут быть установлены под основной несущей плоскостью 2 крыла 5 или крыльев, а передние винты 1 силовой установки для создания тяги в горизонтальной оси в переходном режиме установлены над основной несущей плоскостью 2 крыла 5 или крыльев.
Данная компоновка летательного аппарата вертикального взлета и посадки (см. Фиг. 1, Фиг. 2) включает в себя две пары подъемных силовых установок для создания тяги в вертикальной оси в режиме висения. Подъемные винты 1 (плоскость вращения винтов) при этом расположены под углами 3 к несущим плоскостям 2 (к крылу 5 или крыльям) таким образом, чтобы образовывалась положительная (направленная вперед) путевая составляющая в создаваемой ими вертикальной тяги. Рабочий диапазон описанных углов от 2-х до 35-ти градусов. В указанном диапазоне углов создается возможность набора необходимой горизонтальной скорости для самолета на подъемных винтах в горизонтальном положении без создания отрицательных углов атаки и с минимальными сопротивлениями. Также такое компоновочное решение дает возможность для создания аппаратов вертикального взлета и посадки гибридной схемы (с раздельными подъемными и маршевыми винтомоторными группами) с более высокими показателями энергоэффективности по сравнению с аналогами без наличия таких установочных углов подъемных винтов и другими схемами (конвертопланы).
Благодаря наличию угла (от 2 до 35 градусов) наклона плоскостей круга подъемных воздушных винтов по отношению к несущим плоскостям (к крылу или крыльям) образуется положительная (направленная вперед) путевая составляющая в создаваемой ими вертикальной тяги. Это создает возможность набора необходимой горизонтальной скорости на подъемных винтах в горизонтальном положении без создания отрицательных углов атаки и с минимальными сопротивлениями.
Предлагаемая компоновка позволяет набирать достаточную скорость на подъемных двигателях для осуществления полета в самолетном режиме за счет незначительного наклона всего летательного аппарата вперед. При этом летательный аппарат изначально находится в режиме висения с положительным углом тангажа, а после наклона для разгона занимает горизонтальное положение, в котором он находится в самолетном режиме. После достижения необходимой скорости (1,1-1,5 скорости сваливания) подъемные двигатели полностью или частично отключаются без потери управления и без просадок и каких-либо значительных неконтролируемых эволюций летательного аппарата. Благодаря этому снижается расход топлива на переход из состояния вертикального полета в горизонтальный и осуществляется плавный переход из режима висения в самолетный режим с возможностью переключения на дополнительную (маршевую) силовую установку.
Claims (3)
1. Аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий маршевую силовую установку для горизонтального полета в самолетном режиме, как минимум от трех отдельных подъемных силовых установок для создания тяги в вертикальной оси в режиме висения, отличающийся тем, что подъемные винты закреплены таким образом, что плоскость их вращения находится под углом от 2 до 35 градусов к несущим плоскостям крыла или крыльев.
2. Способ управления полетом заявленного летательного аппарата, характеризующийся тем, что в момент взлета летательного аппарата в режиме висения с положительным углом тангажа от 2-х до 35-ти градусов для набора достаточной скорости на подъемных двигателях с целью осуществления перехода в самолетный режим полета осуществляют наклон всего летательного аппарата вперед до угла тангажа, обеспечивающего горизонтальный полет в самолетном режиме, после достижения необходимой скорости, равной 1,1-1,5 скорости сваливания, подъемные двигатели отключают.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что после перехода в самолетный режим полета используют дополнительную силовую установку.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016110050A RU2638221C2 (ru) | 2016-03-18 | 2016-03-18 | Летательный аппарат вертикального взлета и посадки и способ управления его полетом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016110050A RU2638221C2 (ru) | 2016-03-18 | 2016-03-18 | Летательный аппарат вертикального взлета и посадки и способ управления его полетом |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016110050A RU2016110050A (ru) | 2017-09-21 |
RU2638221C2 true RU2638221C2 (ru) | 2017-12-12 |
Family
ID=59930991
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016110050A RU2638221C2 (ru) | 2016-03-18 | 2016-03-18 | Летательный аппарат вертикального взлета и посадки и способ управления его полетом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2638221C2 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU181389U1 (ru) * | 2018-01-09 | 2018-07-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Модульная конструкция беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки с комбинированной силовой установкой |
RU2681423C1 (ru) * | 2017-12-19 | 2019-03-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Модульная конструкция беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки |
RU2770513C2 (ru) * | 2021-06-09 | 2022-04-18 | Общество с ограниченной ответственностью "ФЛАЙТЕР" | Летательный аппарат |
RU2771195C1 (ru) * | 2021-12-17 | 2022-04-28 | Кирилл Николаевич Яковченко | Винтокрылый беспилотный летательный аппарат тандемной схемы |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458822C1 (ru) * | 2011-05-18 | 2012-08-20 | Пётр Иванович Дуров | Аппарат вертикального взлета и посадки |
RU129485U1 (ru) * | 2012-12-26 | 2013-06-27 | Яков Александрович Колесник | Соосный скоростной вертолет |
RU2547950C1 (ru) * | 2013-12-19 | 2015-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "Измерон-В" (ООО НПП "Измерон-В") | Квадролет |
US20160031554A1 (en) * | 2014-07-30 | 2016-02-04 | Siniger LLC | Control system for an aircraft |
US20160052626A1 (en) * | 2014-08-19 | 2016-02-25 | Aergility LLC | Hybrid gyrodyne aircraft employing a managed autorotation flight control system |
-
2016
- 2016-03-18 RU RU2016110050A patent/RU2638221C2/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2458822C1 (ru) * | 2011-05-18 | 2012-08-20 | Пётр Иванович Дуров | Аппарат вертикального взлета и посадки |
RU129485U1 (ru) * | 2012-12-26 | 2013-06-27 | Яков Александрович Колесник | Соосный скоростной вертолет |
RU2547950C1 (ru) * | 2013-12-19 | 2015-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью научно-производственное предприятие "Измерон-В" (ООО НПП "Измерон-В") | Квадролет |
US20160031554A1 (en) * | 2014-07-30 | 2016-02-04 | Siniger LLC | Control system for an aircraft |
US20160052626A1 (en) * | 2014-08-19 | 2016-02-25 | Aergility LLC | Hybrid gyrodyne aircraft employing a managed autorotation flight control system |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Энциклопедия "Авиация", ЦАГИ им. проф. Н.Е.Жуковского, изд. "Большая Российская Энциклопедия", Москва, 1994, с.130, 138, 139, 501. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2681423C1 (ru) * | 2017-12-19 | 2019-03-06 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Модульная конструкция беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки |
RU181389U1 (ru) * | 2018-01-09 | 2018-07-11 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Модульная конструкция беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки с комбинированной силовой установкой |
RU2770513C2 (ru) * | 2021-06-09 | 2022-04-18 | Общество с ограниченной ответственностью "ФЛАЙТЕР" | Летательный аппарат |
WO2022260555A1 (ru) * | 2021-06-09 | 2022-12-15 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Флайтус" | Летательный аппарат |
RU2771195C1 (ru) * | 2021-12-17 | 2022-04-28 | Кирилл Николаевич Яковченко | Винтокрылый беспилотный летательный аппарат тандемной схемы |
WO2023113652A1 (ru) * | 2021-12-17 | 2023-06-22 | Кирилл Николаевич ЯКОВЧЕНКО | Винтокрылый беспилотный летательный аппарат тандемной схемы |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016110050A (ru) | 2017-09-21 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2670356C2 (ru) | Выполненный с возможностью вертикального взлета летательный аппарат | |
US11174016B2 (en) | Compound rotorcraft with propeller | |
US20200108919A1 (en) | Quiet Redundant Rotorcraft | |
EP3188966B1 (en) | Tilt winged multi rotor | |
US8256704B2 (en) | Vertical/short take-off and landing aircraft | |
US20160046369A1 (en) | Aircraft and methods for operating an aircraft | |
RU2638221C2 (ru) | Летательный аппарат вертикального взлета и посадки и способ управления его полетом | |
RU2716391C2 (ru) | Беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки | |
EP2394914A1 (en) | A rotorcraft with a coaxial rotor system | |
KR20200105530A (ko) | 수직 이착륙(vtol) 공중 비행체 | |
RU2682756C1 (ru) | Конвертоплан | |
KR101755278B1 (ko) | 하이브리드 프로펠러 장치를 구비하는 고정익 수직 이착륙 무인기 | |
US20170113795A1 (en) | Quad Rotor Aircraft With Fixed Wing And Variable Tail Surfaces | |
EP3368413B1 (en) | Air vehicle and method and apparatus for control thereof | |
CN105000174A (zh) | 带操作舵面的倾转机身式混合多态飞行器 | |
RU2700323C2 (ru) | Аэромеханический способ управления конфигурацией и режимом полета конвертируемого летательного аппарата (конвертоплана) | |
RU2641952C1 (ru) | Самолёт вертикального взлёта и посадки | |
EP3647191B1 (en) | Bidirectional aircraft rotor | |
RU2407675C1 (ru) | Вертолет продольной схемы | |
RU127364U1 (ru) | Скоростной комбинированный вертолет | |
CN105000179A (zh) | 倾转机身式混合多态飞行器 | |
KR101697681B1 (ko) | 고정 로터형 드론 | |
RU142287U1 (ru) | Система стабилизации конвертоплана | |
RU2456208C1 (ru) | Конвертоплан | |
RU2746770C1 (ru) | Летательный аппарат вертикального взлета и посадки и способ управления его полетом |