RU2720746C1 - Rotorcraft - Google Patents

Rotorcraft Download PDF

Info

Publication number
RU2720746C1
RU2720746C1 RU2019130666A RU2019130666A RU2720746C1 RU 2720746 C1 RU2720746 C1 RU 2720746C1 RU 2019130666 A RU2019130666 A RU 2019130666A RU 2019130666 A RU2019130666 A RU 2019130666A RU 2720746 C1 RU2720746 C1 RU 2720746C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wing
propeller
angle
rotorcraft
wings
Prior art date
Application number
RU2019130666A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Николаевич Яковченко
Дмитрий Викторович Казаков
Владимир Сергеевич Литвинов
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью «Оптиплейн Беспилотные Системы»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью «Оптиплейн Беспилотные Системы» filed Critical Общество с ограниченной ответственностью «Оптиплейн Беспилотные Системы»
Priority to RU2019130666A priority Critical patent/RU2720746C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2720746C1 publication Critical patent/RU2720746C1/en
Priority to PCT/RU2020/050226 priority patent/WO2021066681A1/en

Links

Images

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/22Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C29/00Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Toys (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: invention relates to the field of aviation, particularly to the rotorcrafts designs. Rotorcraft comprises fuselage including rotary tail beam, front and rear wings secured on fuselage, engine groups each including motor and propeller arranged in tricopter configuration. Two air screws are fixed on ends of front wing, one air screw is fixed on tail boom. Front and rear wings are made in tandem pattern, wherein value of wing carry-over is equal to -90 % to -400 % of average aerodynamic chord. Angle of installation of front and rear wings is from 2° to 10°. Fore wing extension is not less than 3, rear wing extension is not less than 4. Angle of front motors front engine rotor motors clearance is 10 to 45 degrees.
EFFECT: higher lift of aircraft.
7 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Техническое решение относится к области авиации, в частности, к конструкциям винтокрылов.The technical solution relates to the field of aviation, in particular, to the design of rotorcraft.

Из уровня техники известны подобные гибридные решения, например, квадплейн, представляющий собой самолет, на который установлены четыре воздушных винта с вертикальной тягой, обеспечивающие только вертикальный полет. Основным недостатком квадплейновой схемы является неустойчивость при боковом и заднем ветре на малых скоростях ввиду высокой парусности крыльев и слабой винтомоторной группы вертикального полета, у которой не хватает мощности парировать изменению воздушной среды. The prior art such hybrid solutions are known, for example, quadplein, which is an airplane on which four vertical propellers are installed, providing only vertical flight. The main disadvantage of the quadplen diagram is the instability in lateral and rear winds at low speeds due to the high windage of the wings and the weak rotor-motor group of vertical flight, which lacks the power to fend off changes in the air environment.

Известен беспилотный винтокрылый летательный аппарат, содержащий две консоли переднего крыла, каждая из которых включает подвижную и неподвижную части и две консоли заднего крыла. На подвижных частях переднего крыла установлены два винта, оси которых направлены горизонтально, и в хвостовой части установлен один винт с вертикально направленной осью. Основной корпус аппарата вмещает блок управления, блок связи, систему датчиков, GPS-приемник. Патент US на изобретение № 9709993, МПК B64C39/02; G05D1/00; G05D1/10, опубликован 18.07.2017. Known unmanned rotorcraft containing two front wing consoles, each of which includes a movable and fixed parts and two rear wing consoles. Two screws are installed on the moving parts of the front wing, the axes of which are directed horizontally, and one screw with a vertically directed axis is installed in the rear part. The main body of the device contains a control unit, a communication unit, a sensor system, a GPS receiver. US patent for the invention No. 9709993, IPC B64C39 / 02; G05D1 / 00; G05D1 / 10, published July 18, 2017.

Недостатками данного технического решения являются отсутствие функции поворота хвостовой балки (такой аппарат не обладает достаточной маневренностью) и конструкция крыльев, при которой аппарат не обладает достаточно высокими аэродинамическими качествами. The disadvantages of this technical solution are the lack of a tail boom rotation function (such a device does not have sufficient maneuverability) and the wing design, in which the device does not have sufficiently high aerodynamic qualities.

Кроме того, для вертикального взлета аппарата, чтобы все винты приняли вертикальную ось, необходимо повернуть подвижные части крыльев на 900. Конструкция при этом теряет часть своей подъемной силы.In addition, for the vertical take-off of the device, so that all the screws accept the vertical axis, it is necessary to rotate the movable parts of the wings by 90 0 . The design at the same time loses part of its lifting force.

Известно техническое решение, выбранное в качестве ближайшего аналога, представляющее собой летательный аппарат вертикального взлета и посадки, включающий фюзеляж с хвостовой балкой, винты, подключенные к двигателям, образующие трикоптерную схему. Данный аппарат также включает переднее и заднее крылья, при этом заднее крыло установлено ниже переднего. В аппарате предусмотрены автоматический блок управления винтами для обеспечения маневренности, система обеспечения безопасной посадки. Заявка FR на патент №2830839, МПК: B64C29/00, опубликована 18.04.2003.A technical solution is known, selected as the closest analogue, which is an aircraft of vertical take-off and landing, including a fuselage with a tail boom, screws connected to the engines, forming a tricopter pattern. This unit also includes front and rear wings, with the rear wing mounted below the front. An automatic screw control unit is provided in the apparatus for ensuring maneuverability, and a system for ensuring a safe landing. Patent Application FR No. 2830839, IPC: B64C29 / 00, published April 18, 2003.

Отличительными признаками заявляемого решения являются тандемная схема расположения переднего и заднего крыльев, при отрицательном значении выноса крыла. Distinctive features of the proposed solution are the tandem arrangement of the front and rear wings, with a negative value of the extension of the wing.

В известном техническом решении, заднее крыло, по габаритам и конструктивно, значительно отличается от переднего и за счет своей конструкции не участвует в создании подъемной силы. Кроме того, оно находится ниже уровня переднего крыла. Такая конструкция крыльев не обеспечивает достаточно высоких аэродинамических показателей. In the known technical solution, the rear wing, in size and structurally, differs significantly from the front and due to its design does not participate in the creation of lifting force. In addition, it is below the level of the front wing. This design of the wings does not provide a sufficiently high aerodynamic performance.

Технический результат заявляемого технического решения проявляется в улучшении аэродинамических свойств аппарата за счет схемы тандемных крыльев, в которой, благодаря размещению переднего крыла ниже уровня заднего, уменьшается взаимное влияние крыльев друг на друга, что обеспечивает увеличение подъемной силы аппарата.The technical result of the claimed technical solution is manifested in improving the aerodynamic properties of the device due to the tandem wing scheme, in which, due to the placement of the front wing below the rear level, the mutual influence of the wings on each other is reduced, which ensures an increase in the lifting force of the device.

Технический результат достигается тем, что в винтокрылом летательном аппарате, содержащем фюзеляж, включающий хвостовую балку, выполненную поворотной, переднее и заднее крылья, закрепленные на фюзеляже, винтомоторные группы, каждая из которых включает мотор и воздушный винт, установленные в трикоптерной конфигурации, при этом два воздушных винта закреплены на концах переднего крыла, один воздушный винт закреплен на хвостовой балке, переднее и заднее крылья выполнены по тандемной схеме, при этом значение выноса крыла является отрицательным. Вынос крыла может быть равен от -90% до -400% от средней аэродинамической хорды. Угол установки переднего и заднего крыльев может быть равен от 20 до 100. Удлинение переднего крыла может быть равно не менее 3, удлинение заднего крыла может быть равно не менее 4. Угол выкоса моторов винтомоторной группы переднего крыла может быть равен от 100 до 450. Воздушный винт может быть установлен на хвостовой балке сверху или снизу от нее.The technical result is achieved by the fact that in a rotary-wing aircraft containing a fuselage, including a tail boom, rotatable, front and rear wings mounted on the fuselage, rotor-motor groups, each of which includes a motor and propeller mounted in a tricopter configuration, while two propellers are fixed at the ends of the front wing, one propeller is mounted on the tail boom, the front and rear wings are made in tandem pattern, while the value of the wing offset is negative. The extension of the wing can be equal to from -90% to -400% of the average aerodynamic chord. The angle of installation of the front and rear wings can be from 2 0 to 10 0 . The elongation of the front wing can be at least 3, the lengthening of the rear wing can be at least 4. The angle of mowing of the engines of the propeller group of the front wing can be from 10 0 to 45 0 . The propeller can be mounted on the tail boom above or below it.

В целях описания заявляемого технического решения использованы следующее определения. In order to describe the claimed technical solution, the following definitions are used.

Винтомоторная группа – воздушный винт, установленный на оси вращения мотора и приводимый в действие путем вращения оси мотора.Propeller group - a propeller mounted on the axis of rotation of the motor and driven by rotation of the axis of the motor.

Тандемная схема крыльев – схема, при которой два крыла, предназначенных для создания подъемной силы, расположены одно за другим и разнесены по высоте фюзеляжа.Tandem wing pattern - a pattern in which two wings, designed to create lift, are located one after the other and spaced apart along the height of the fuselage.

Трикоптерная конфигурация – конфигурация летательного аппарата, который выполняет полёт и маневрирование в воздухе с помощью трех несущих винтов, каждый из которых приводится в движение отдельным мотором (двигателем).Tricopter configuration - the configuration of an aircraft that performs flight and maneuvering in the air using three rotors, each of which is driven by a separate motor (engine).

Несущий винт — воздушный винт с вертикальной осью вращения, либо с осью вращения, приближенной к вертикали (с отклонением на угол, не превышающий 450), обеспечивающий подъёмную силу винтокрылому летательному аппарату, позволяющий выполнять управляемый горизонтальный и вертикальный полёт и совершать вертикальный взлёт и посадку. Main rotor - a propeller with a vertical axis of rotation, or with a axis of rotation close to the vertical (with a deviation of an angle not exceeding 45 0 ), providing lift to the rotorcraft, allowing controlled horizontal and vertical flight and vertical take-off and landing .

Вынос крыла - размещение одного крыла перед другим. Вынос крыла считается положительным, когда верхнее крыло находится впереди, и отрицательным, когда вперед выступает нижнее крыло. Вынос крыла измеряется в процентах САХ (средняя аэродинамическая хорда), выступающего вперед крыла.Wing removal - placing one wing in front of another. The wing extension is considered positive when the upper wing is in front, and negative when the lower wing projects forward. The wing extension is measured as a percentage of the MAR (average aerodynamic chord) protruding forward of the wing.

Средняя аэродинамическая хорда крыла (САХ) - хорда такого прямоугольного крыла, которое имеет одинаковые с данным крылом площадь, величину полной аэродинамической силы и положение центра давления (ЦД) при равных углах атаки.The average aerodynamic chord of the wing (SAX) is the chord of a rectangular wing that has the same area as the wing, the total aerodynamic force and the position of the center of pressure (CP) at equal angles of attack.

Центральная хорда крыла - хорда крыла в базовой плоскости летательного аппарата. The central wing chord is the wing chord in the base plane of the aircraft.

Базовая плоскость аппарата - плоскость базовой системы координат летательного аппарата, относительно которой большинство элементов летательного аппарата расположено симметрично слева и справа.The base plane of the apparatus is the plane of the basic coordinate system of the aircraft, with respect to which most elements of the aircraft are located symmetrically to the left and right.

Угол установки крыла - угол между центральной хордой крыла и базовой осью летательного аппарата.The angle of the wing - the angle between the central chord of the wing and the base axis of the aircraft.

Удлинение крыла - отношение размаха крыла к его средней аэродинамической хорде.Wing lengthening is the ratio of the wing span to its average aerodynamic chord.

Угол выкоса мотора - угол продольного наклона оси мотора (совпадает с осью воздушного винта), относительно вертикали. Mowing angle of the motor - the angle of the longitudinal inclination of the axis of the motor (coincides with the axis of the propeller), relative to the vertical.

Винтокрылые летательные аппараты, являясь гибридами коптеров и самолетов, сочетают в себе преимущества и тех, и других. Имеют возможность зависать над объектом, маневренны в полете, при этом имеют большую дальность, по сравнению с коптерами.Rotary-wing aircraft, being hybrids of copters and aircraft, combine the advantages of both. They have the ability to hover over the object, maneuverable in flight, while having a greater range, compared with copters.

Переднее и заднее крылья, расположенные по тандемной схеме, способствуют достижению оптимальных аэродинамических параметров, позволяют получить большую площадь несущей поверхности. Преимуществом тандемных крыльев по сравнению с не тандемными крыльями (обычным бипланом) является сниженное взаимное влияние крыльев друг на друга (снижение негативного перераспределения давления воздушного потока и влияния спутного потока с переднего крыла на заднее, которое снижает подъемную силу задних крыльев). В результате, подъёмная сила, действующая на аппарат существенно выше, а аэродинамическое сопротивление существенно ниже, по сравнению с бипланом.The front and rear wings, arranged in a tandem pattern, contribute to the achievement of optimal aerodynamic parameters, allow to obtain a large bearing surface area. The advantage of tandem wings compared to non-tandem wings (a conventional biplane) is the reduced mutual influence of the wings on each other (reduction of the negative redistribution of air flow pressure and the influence of the satellite flow from the front wing to the rear wing, which reduces the lifting force of the rear wings). As a result, the lifting force acting on the device is significantly higher, and the aerodynamic drag is significantly lower compared to the biplane.

Благодаря поворотной хвостовой балке, аппарат может выполнять повороты и маневрирование в полете по дуге с малым радиусным расстоянием за счет изменения вектора тяги хвостового воздушного винта. Thanks to the rotatable tail boom, the device can perform turns and maneuver in flight along an arc with a small radius distance due to a change in the thrust vector of the tail propeller.

При отрицательном выносе крыла, то есть когда переднее крыло размещено ниже уровня заднего, обеспечивается уменьшение взаимного влияния крыльев друг на друга, минимизация интерференции набегающего на заднее крыло потока и спутного потока переднего крыла. Экспериментально установлено, что оптимальные и допустимые значения этого показателя находятся в диапазоне от -90% до -400%. В модели конструкции с выносом крыла, равном ниже предела -90% возникла интерференция, которая привела к ухудшению аэродинамических качеств аппарата, при этом вынос крыла выше предела -400% привел к необоснованному превышению длины фюзеляжа перед размахом крыла, и как следствие, к утяжелению аппарата и к ухудшению его аэродинамических характеристик. При выносе крыла в -115% летательный аппарат показал стабильный полет на летных испытаниях.With a negative wing extension, that is, when the front wing is located below the rear level, the mutual influence of the wings on each other is reduced, minimizing the interference of the flow incident on the rear wing and the satellite flow of the front wing. It was experimentally established that the optimal and permissible values of this indicator are in the range from -90% to -400%. In the design model with a wing offset below the -90% limit, interference arose that led to a deterioration in the aerodynamic performance of the device, while a wing extension above the -400% limit unreasonably exceeded the fuselage length in front of the wing span, and as a result, the weight of the device and to the deterioration of its aerodynamic characteristics. With a wing extension of -115%, the aircraft showed stable flight flight tests.

Угол установки переднего и заднего крыла, равный от 20 до 100, обеспечивает достижение максимального аэродинамического качества переднего и заднего крыла, соответственно, на скоростях, близких к крейсерской. Экспериментально установлено, что угол установки любого из крыльев менее 20 приведет к недостатку подъемной силы аппарата, при этом увеличение этого угла до более чем 100 станет причиной большого лобового сопротивления летательного аппарата и срыва потока с крыла. The angle of installation of the front and rear wings, equal from 2 0 to 10 0 , ensures maximum aerodynamic quality of the front and rear wings, respectively, at speeds close to cruising. It was experimentally established that the angle of installation of any of the wings is less than 2 0 will lead to a lack of lift of the apparatus, while an increase in this angle to more than 10 0 will cause a large drag of the aircraft and a stall from the wing.

Значение удлинения переднего крыла не менее 3, а заднего не менее 4, способствует уменьшению индуктивного сопротивления, а также обеспечивает оптимальный размер концевых хорд переднего крыла, для установки кронштейнов двигателей. Важным в конструкции аппарата является угол выкоса моторов переднего крыла. Нахождение его показателя в пределах от 100 до 450, позволяет достичь оптимальных аэродинамических характеристик аппарата. Экспериментально установлено, что угол установки воздушного винта менее 100 приводит к недостаточной горизонтальной тяге аппарата, а более 450 приводит к ухудшению эффективности воздушного винта, связанном с увеличением влияния набегающего потока.The elongation value of the front wing is at least 3, and the rear wing is at least 4, helps to reduce inductive resistance, and also provides the optimal size of the end chords of the front wing, for installing engine brackets. Important in the design of the apparatus is the mowing angle of the front wing motors. Finding its indicator in the range from 10 0 to 45 0 allows you to achieve optimal aerodynamic characteristics of the device. It was experimentally established that the angle of installation of the propeller less than 10 0 leads to insufficient horizontal thrust of the apparatus, and more than 45 0 leads to a deterioration in the efficiency of the propeller, associated with an increase in the influence of the incoming flow.

Трикоптерная схема винтов в сочетании с тандемным расположением крыльев с выкосом моторов в заявленном диапазоне позволяет выполнять вертикальный взлет и посадку аппарата, зависание на месте, а также горизонтальный полет на крыльях, создавая горизонтальную проекцию вектора тяги за счет выкоса оси воздушных винтов вперед, что не требует наличия дополнительных горизонтальных толкающих либо тянущих воздушных винтов, а также механического поворота винтов, крыльев или гондол, не требует наличия автомата перекоса.The tricycle propeller scheme in combination with the tandem arrangement of the wings with the engine mowing in the claimed range allows vertical take-off and landing of the device, hovering in place, as well as horizontal flight on the wings, creating a horizontal projection of the thrust vector by cutting the propeller axis forward, which does not require the presence of additional horizontal pushing or pulling propellers, as well as the mechanical rotation of screws, wings or nacelles, does not require a swashplate.

Установка воздушного винта на хвостовой балке сверху от нее дает большую безопасность воздушного винта при взлете и посадке за счет того, что снижается риск контакта винта с окружающими предметами. Установка воздушного винта на хвостовой балке снизу от нее дает большую подъемную силу, по причине отсутствия экранирования отбрасываемого винтом потока самой балкой.Installing a propeller on the tail boom above it gives greater propeller safety during take-off and landing due to the fact that the risk of propeller contact with surrounding objects is reduced. The installation of a propeller on the tail boom below it gives a large lifting force, due to the lack of screening of the flow of the propeller thrown by the propeller itself.

Заявляемое техническое решение далее поясняется с помощью фигур, на которых условно представлен один из возможных вариантов исполнения винтокрылого летательного аппарата. The claimed technical solution is further explained with the help of figures, which conventionally presents one of the possible options for the performance of a rotorcraft.

На фиг. 1 представлен вид винтокрылого летательного аппарата сверху.In FIG. 1 shows a top view of a rotorcraft.

На фиг. 2 представлен боковой вид винтокрылого летательного аппарата.In FIG. 2 shows a side view of a rotorcraft.

На фиг. 3 представлен вид переднего крыла винтокрылого летательного аппарата в плане.In FIG. 3 is a plan view of the front wing of a rotorcraft.

На фиг. 4 представлен вид заднего крыла винтокрылого летательного аппарата в плане.In FIG. 4 is a plan view of a rear wing of a rotorcraft.

На фиг. 1-4 изображен винтокрылый летательный аппарат (1), содержащий фюзеляж (2), хвостовую балку (3), переднее крыло (4) и заднее крыло (5), закрепленные на фюзеляже (2), два воздушных винта (6) винтомоторных групп переднего крыла (4), один воздушный винт (7) винтомоторной группы хвостовой балки (3).In FIG. Figures 1-4 show a rotary-wing aircraft (1) containing a fuselage (2), a tail boom (3), a front wing (4) and a rear wing (5), mounted on the fuselage (2), two propellers (6) of the propeller groups front wing (4), one propeller (7) of the propeller group of the tail boom (3).

На фигурах отмечены характеристики винтокрылого летательного аппарата (1):The figures show the characteristics of a rotorcraft (1):

- вынос крыла – T;- wing extension - T;

- угол установки переднего крыла (4) – αп.к.;- the angle of installation of the front wing (4) - α.p .;

- угол установки заднего крыла (5) - αз.к.;- the angle of installation of the rear wing (5) - αz.k .;

- размах переднего крыла (4) - Lп.к.;- front wing span (4) - Lp.k .;

- средняя хорда переднего крыла (4) - βп.к.; - middle chord of the front wing (4) - β.p .;

- размах заднего крыла (5) - Lз.к.;- the span of the rear wing (5) - Lz.k .;

- средняя хорда заднего крыла (5) - βз.к.;- middle chord of the hind wing (5) - βz.k .;

- угол выкоса переднего мотора (6) - αд;- mowing angle of the front engine (6) - αd;

- угол выкоса заднего мотора (7) - αз.д.- mowing angle of the rear motor (7) - αz.d.

Далее со ссылками на фигуры описана конструкция винтокрылого летательного аппарата (1).Next, with reference to the figures, the design of a rotorcraft (1) is described.

Винтокрылый летательный аппарат (1) содержит фюзеляж (2), хвостовую балку (3), переднее (4) и заднее (5) крылья, закрепленные на фюзеляже (2). На концах переднего крыла (4) установлены воздушные винты (6). На поворотной хвостовой балке (3) установлен воздушный винт (7). При этом воздушные винты (6) и (7) установлены в трикоптерной конфигурации. The rotorcraft (1) contains the fuselage (2), the tail boom (3), the front (4) and rear (5) wings, mounted on the fuselage (2). At the ends of the front wing (4), propellers (6) are installed. A rotary propeller (7) is mounted on the pivoting tail boom (3). In this case, the propellers (6) and (7) are installed in a tricopter configuration.

Крылья (4) и (5) аппарата (1) выполнены по тандемной схеме, при этом переднее крыло (4) расположено ниже заднего крыла (5), то есть вынос крыла отрицателен и равен от -90% до -400%. Предпочтительной является конструкция с выносом крыла, равным -109%. The wings (4) and (5) of the apparatus (1) are made in a tandem pattern, while the front wing (4) is located below the rear wing (5), that is, the wing extension is negative and is from -90% to -400%. Preferred is a design with a wing offset of -109%.

Угол αп.к. установки переднего крыла (4) заявляемого аппарата (1) равен от 2 до 100. Такой же диапазон имеет угол αз.к. установки заднего крыла (5). В преимущественном варианте, угол αп.к установки переднего крыла (4) равен 4.80, угол αз.к. установки заднего крыла (5) равен 40.Angle installation of the front wing (4) of the claimed apparatus (1) is from 2 to 10 0 . The angle αz.k. has the same range. installation of the rear wing (5). In a preferred embodiment, the angle αp to the installation of the front wing (4) is 4.8 0 , the angle αz.k. setting the rear wing (5) is 4 0 .

Удлинение переднего крыла (4), то есть, отношение размаха Lп.к. переднего крыла (4) к средней хорде βп.к. переднего крыла (4) не менее 3. Удлинение заднего крыла (5), соответственно, не менее 4.The extension of the front wing (4), that is, the span ratio L. of the front wing (4) to the middle chord β.p. front wing (4) not less than 3. Elongation of the rear wing (5), respectively, not less than 4.

Углы αд, αз.д. продольных наклонов осей воздушных винтов (6), (7) относительно вертикали равны от 100 до 450. Оптимальна конструкция аппарата с углами αд, αз.д. продольных наклонов осей воздушных винтов (6), (7) относительно вертикали, равными 150.Angles αd, αw the longitudinal slopes of the axes of the propellers (6), (7) relative to the vertical are from 10 0 to 45 0 . The optimal design of the apparatus with angles αd, αz.d. longitudinal slopes of the axes of the propellers (6), (7) relative to the vertical, equal to 15 0 .

Винтокрылый летательный аппарат (1) может также включать шасси и средства крепления полезной нагрузки, такой как камера, тепловизор и т. д.A rotorcraft (1) may also include a landing gear and means for securing a payload, such as a camera, thermal imager, etc.

Все заявляемые параметры и характеристики аппарата (1) были установлены экспериментальным и теоретическим методами. Допустимые пределы выбраны исходя из условия достижений наилучших аэродинамических характеристик при сохранении общих конструктивных особенностей (трикоптерная конфигурация воздушных винтов (6), (7) в совокупности с тандемной схемой крыльев (4) и (5)). Установленные необходимые данные занесены в Таблицу 1. All the claimed parameters and characteristics of the apparatus (1) were established by experimental and theoretical methods. The permissible limits are selected based on the conditions for achieving the best aerodynamic characteristics while maintaining the general design features (tricopter configuration of propellers (6), (7) in conjunction with the tandem wing pattern (4) and (5)). The established necessary data are listed in Table 1.

Таблица 1Table 1

Параметр/характеристикаParameter / Characteristic Нижний предел допустимых значенийLower limit Оптимальное значениеOptimal value Верхний предел допустимых значенийUpper limit ПримечаниеNote вынос крыла wing extension -90%...
при значениях выноса от -50% до -90% энергопотребление снижается незначительно. При значениях от -90% энергопотребление становится существенно меньше.
-90% ...
with values of removal from -50% to -90%, energy consumption decreases slightly. With values from -90%, energy consumption becomes significantly less.
-115%
минимальное значение энергопотребления.
-115%
minimum value of energy consumption.
…-400%
при значениях от -115% до -400% энергопотребление возрастает. При значениях свыше -400% энергопотребление растёт еще более существенно.
... -400%
at values from -115% to -400%, power consumption increases. With values over -400%, energy consumption is growing even more significantly.
В рамках исследований проводились полёты аппаратов со значением выноса от -50% до -500% с измерением энергопотребления при полёте на постоянной скорости, с одинаковой скоростью для всех экспериментов. Вынос крыла от 0% до -50% не исследовался, так как при этом воздушные винты, расположенные на переднем крыле, находятся близко к заднему крылу, либо частично перекрываются поверхностью заднего крыла, мешая нормальному обтеканию крыла и работе непосредственно воздушных винтов. As part of the research, flights were carried out with devices with a drift value of from -50% to -500% with energy consumption measured while flying at a constant speed, with the same speed for all experiments. The wing extension from 0% to -50% has not been investigated, since the propellers located on the front wing are close to the rear wing or partially overlap the surface of the rear wing, interfering with the normal flow around the wing and the operation of the propellers themselves.
αп.к. α.p. 2°…
при значениях αп.к. от 0° до 2.0° энергопотребление снижается незначительно. При значениях от 2.0° энергопотребление становится существенно меньше.
2 ° ...
at values of from 0 ° to 2.0 °, energy consumption is reduced slightly. At values from 2.0 °, power consumption becomes significantly less.
4.8°
минимальное значение энергопотребления.
4.8 °
minimum value of energy consumption.
…10°
энергопотребление возрастает. При значениях от 10.0° энергопотребление растёт ещё более существенно, появляются вибрации, связанные с турбулизацией и частичным срывом потока с крыла.
... 10 °
power consumption is increasing. At values from 10.0 °, energy consumption increases even more significantly, there are vibrations associated with turbulence and a partial stall of the flow from the wing.
В рамках исследований проводились полёты аппаратов со значением αп.к. от 0° до 12° с измерением энергопотребления при полёте на постоянной скорости, с одинаковой скоростью для всех экспериментов. Within the framework of the research, flights of vehicles with a value of α.p. from 0 ° up to 12 ° with the measurement of energy consumption when flying at a constant speed, with the same speed for all experiments.
αз.к. αz.k. 2°…
при значениях αз.к. от 0° до 2° энергопотребление снижается незначительно. При значениях от 2° энергопотребление становится существенно меньше.
2 ° ...
at values of a.s. from 0 ° to 2 °, energy consumption is reduced slightly. At values from 2 °, power consumption becomes significantly less.

минимальное значение энергопотребления.
4 °
minimum value of energy consumption.
…10°
при значениях от 4° до 10° энергопотребление возрастает. При значениях от 10° энергопотребление растёт ещё более существенно, появляются вибрации, связанные с турбулизацией и частичным срывом потока с крыла.
... 10 °
at values from 4 ° to 10 °, energy consumption increases. At values from 10 °, energy consumption increases even more significantly, vibrations associated with turbulence and partial stall of the flow from the wing appear.
В рамках исследований проводились полёты аппаратов со значением αз.к. от 0° до 12° с измерением энергопотребления при полёте на постоянной скорости, с одинаковой скоростью для всех экспериментов. Within the framework of the research, flights of vehicles with a value of a.s. from 0 ° up to 12 ° with the measurement of energy consumption when flying at a constant speed, with the same speed for all experiments.
Lп.к./
βп.к.
Lp./
β.p.
3
при удлинении меньше 3 энергопотребление повышено вследствие большого лобового сопротивления крыла.
Так же происходит избыточное затенение воздушного потока от передних воздушных винтов.
3
when lengthening less than 3, energy consumption is increased due to the large drag of the wing.
Excessive shading of the airflow from the front propellers also occurs.
-- -- При удлинении более 3 затенение воздушного потока от передних воздушных винтов минимально, а также размер концевой хорды оптимален для конструкции кронштейна двигателя.With an elongation of more than 3, the shading of the air flow from the front propellers is minimal, and the size of the end chord is optimal for the design of the engine bracket.
Lз.к./
βз.к.
L.s./
βz.k.
4
при удлинении менее 4 энергопотребление повышено вследствие большого лобового сопротивления крыла и неоправданного утяжеления конструкции крыла.
4
when lengthening less than 4, energy consumption is increased due to the high drag of the wing and unjustified weighting of the wing structure.
-- -- При удлинении более 4 индуктивное сопропротивление существенно ниже.With an elongation of more than 4, the inductive resistance is significantly lower.
αдαd 10°…
при значении менее 10° энергопотребление не меняется и приближенно равняется энергопотреблению при висении. При значении угла от 10° энергопотребление значительно уменьшается.
10 ° ...
at a value of less than 10 °, energy consumption does not change and approximately equals the energy consumption when hanging. With an angle of 10 ° or more, power consumption is significantly reduced.
15°
минимальное значение энергопотребления.
15 °
minimum value of energy consumption.
…45°
при значениях от 15° до 45° энергопотребление возрастает, но при этом остаётся существенно ниже, чем энергопотребление при висении. При значении угла более 45° энергопотребление возрастает ещё более существенно.
... 45 °
at values from 15 ° to 45 °, energy consumption increases, but at the same time remains significantly lower than the energy consumption when hanging. With an angle of more than 45 °, energy consumption increases even more significantly.
В рамках исследований проводились полёты аппаратов со значением угла выкоса αд от 5° до 60° с измерением энергопотребления при полёте на установившейся скорости. As part of the research, flights were carried out with devices with a mowing angle αd from 5 ° to 60 ° with the measurement of energy consumption when flying at a steady speed.
αз.д.a.s.d. 10°…

при значении менее 10° энергопотребление не меняется и приближенно равняется энергопотреблению при висении. При значении угла от 10о энергопотребление значительно уменьшается.
10 ° ...

at a value of less than 10 °, energy consumption does not change and approximately equals the energy consumption when hanging. With an angle of 10 ° or more, power consumption is significantly reduced.
15°
минимальное значение энергопотребления.
15 °
minimum value of energy consumption.
…45°
при значениях от 15° до 45° энергопотребление возрастает, но при этом остаётся существенно ниже, чем энергопотребление при висении. При значении угла более 45о энергопотребление возрастает ещё более существенно.
... 45 °
at values from 15 ° to 45 °, energy consumption increases, but at the same time remains significantly lower than the energy consumption when hanging. When the value of the angle 45 of the power consumption increases even more significantly.
В рамках исследований проводились полёты аппаратов со значением угла выкоса αз.д. от 5° до 60° с измерением энергопотребления при полёте на установившейся скорости. Within the framework of the research, flights were carried out with the mowing angle α s.d. from 5 ° to 60 ° with the measurement of energy consumption when flying at a steady speed.

Один из предпочтительных вариантов использования заявленного винтокрылого летательного аппарата (1) продемонстрирован далее на примере.One of the preferred uses of the claimed rotorcraft (1) is shown below by example.

Аппарат (1) может использоваться в промышленности для аэрофото- и видеосъемки, тепловизионной съемки с воздуха в качестве беспилотного летательного аппарата. С его помощью можно проводить мониторинг территорий и рабочих процессов, диагностировать состояние объектов инфраструктуры и промышленности: зданий и сооружений, трубопроводов, ЛЭП, дорог, техники и т.д.The apparatus (1) can be used in industry for aerial and video shooting, thermal imaging from the air as an unmanned aerial vehicle. With it, you can monitor territories and work processes, diagnose the state of infrastructure and industry: buildings and structures, pipelines, power lines, roads, equipment, etc.

Благодаря вертикальному взлету и посадке аппарату (1) не требуются специальная площадка или устройство для взлета, достаточно площадки 2 кв. м. Возможность зависать над точкой помогает рассмотреть объект более детально. Маневренность позволяет летать в ограниченном пространстве и не тратить заряд на дополнительные расстояния в разворотах. Дальность полета аппарата позволяет совершать облеты больших территорий и протяженных объектов. Due to the vertical take-off and landing, the apparatus (1) does not require a special platform or device for take-off, a 2-square-meter area is sufficient. m. The ability to hover over a point helps to consider the object in more detail. Maneuverability allows you to fly in a confined space and not spend charge on extra distances in turns. The flight range of the device allows you to fly over large areas and extended objects.

В горизонтальном полете аппарат (1) наклоняется вперед, чтобы угол между плоскостью вращения воздушных винтов (6), (7) и вектором скорости становился больше. Так воздушные винты (6), (7) создают горизонтальную проекцию тяги и аппарат (1) летит горизонтально. In horizontal flight, the apparatus (1) leans forward so that the angle between the plane of rotation of the propellers (6), (7) and the velocity vector becomes larger. So the propellers (6), (7) create a horizontal projection of the thrust and the apparatus (1) flies horizontally.

При этом сопротивление набегающих потоков на заднее крыло (5) минимизировано за счет его расположения, выше уровня переднего крыла (4). In this case, the resistance of incident flows to the rear wing (5) is minimized due to its location above the level of the front wing (4).

С помощью вращения хвостовой балки (3), аппарат (1) выполняет повороты и маневрирование в полете. За счет увеличения или снижения скорости вращения винтов (6) и (7) относительно друг друга, аппарат (1) изменяет угол тангажа.By rotating the tail boom (3), the apparatus (1) performs turns and maneuvers in flight. By increasing or decreasing the speed of rotation of the screws (6) and (7) relative to each other, the apparatus (1) changes the pitch angle.

Представленные фигуры, описание конструкции и использования винтокрылого летательного аппарата не исчерпывают возможные варианты исполнения и не ограничивают каким-либо образом объем заявляемого технического решения. Возможны иные варианты исполнения и использования в объеме заявляемой формулы. В зависимости от назначения, винтокрылый летательный аппарат (1) может быть изготовлен разных размеров, цветов и конфигураций.The presented figures, the description of the design and use of the rotorcraft do not exhaust the possible options for performance and do not limit in any way the scope of the claimed technical solution. Other options for execution and use in the scope of the claimed formula are possible. Depending on the purpose, the rotorcraft (1) can be made in different sizes, colors and configurations.

Винтокрылый летательный аппарат имеет по параметрам минимальную шумность, минимальные электромагнитные наводки, относительную простоту расположения высокочастотных элементов за счет заднего крыла, не имеющего силовых токоведущих элементов. Так же упрощается оптимизация под различные схемы работы аэродинамических плоскостей и повышается доступность вариаций конструктивно-силовых схем агрегатов. Заявляемая трикоптерная аэродинамическая схема винтокрылого летательного аппарата с неподвижными тандемными крыльями является наиболее оптимальной для использования в проекте гибридного летательного аппарата при переходном и гибридном режимах.The rotorcraft has the parameters of minimum noise, minimum electromagnetic interference, the relative simplicity of the arrangement of high-frequency elements due to the rear wing, which does not have power current-carrying elements. It also simplifies optimization for various schemes of operation of aerodynamic planes and increases the availability of variations of structural and power schemes of units. The inventive tricopter aerodynamic design of a rotorcraft with fixed tandem wings is the most optimal for use in the design of a hybrid aircraft in transition and hybrid modes.

Claims (7)

1. Винтокрылый летательный аппарат, содержащий фюзеляж, включающий хвостовую балку, выполненную поворотной, переднее и заднее крылья, закрепленные на фюзеляже, винтомоторные группы, каждая из которых включает мотор и воздушный винт, установленные в трикоптерной конфигурации, при этом два воздушных винта закреплены на концах переднего крыла, один воздушный винт закреплен на хвостовой балке, отличающийся тем, что переднее и заднее крылья выполнены по тандемной схеме, при этом значение выноса крыла является отрицательным. 1. A rotorcraft containing a fuselage, including a tail boom, rotatable, front and rear wings mounted on the fuselage, propeller groups, each of which includes a motor and propeller mounted in a tricopter configuration, while two propellers are fixed at the ends front wing, one propeller is mounted on the tail boom, characterized in that the front and rear wings are made in tandem pattern, while the value of the wing offset is negative. 2. Винтокрылый летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что вынос крыльев равен от -90% до -400% от средней аэродинамической хорды.2. A rotary-wing aircraft according to claim 1, characterized in that the wing extension is from -90% to -400% of the average aerodynamic chord. 3. Винтокрылый летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что угол установки переднего и заднего крыльев равен от 2° до 10°.3. The rotorcraft according to claim 1, characterized in that the angle of installation of the front and rear wings is from 2 ° to 10 °. 4. Винтокрылый летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что удлинение переднего крыла равно не менее 3, удлинение заднего крыла не менее 4.4. The rotorcraft according to claim 1, characterized in that the elongation of the front wing is at least 3, the elongation of the rear wing is at least 4. 5. Винтокрылый летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что угол выкоса моторов винтомоторных групп переднего крыла равен от 10° до 45°. 5. The rotorcraft according to claim 1, characterized in that the mowing angle of the engines of the propeller groups of the front wing is from 10 ° to 45 °. 6. Винтокрылый летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что воздушный винт хвостовой балки установлен сверху.6. The rotorcraft according to claim 1, characterized in that the tail rotor propeller is mounted on top. 7. Винтокрылый летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что воздушный винт хвостовой балки установлен снизу.7. The rotorcraft according to claim 1, characterized in that the tail rotor propeller is installed from below.
RU2019130666A 2019-09-30 2019-09-30 Rotorcraft RU2720746C1 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130666A RU2720746C1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Rotorcraft
PCT/RU2020/050226 WO2021066681A1 (en) 2019-09-30 2020-09-14 Rotary-wing aircraft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019130666A RU2720746C1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Rotorcraft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2720746C1 true RU2720746C1 (en) 2020-05-13

Family

ID=70735449

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019130666A RU2720746C1 (en) 2019-09-30 2019-09-30 Rotorcraft

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2720746C1 (en)
WO (1) WO2021066681A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771195C1 (en) * 2021-12-17 2022-04-28 Кирилл Николаевич Яковченко Rotary-wing unmanned aerial vehicle of tandem scheme
RU214067U1 (en) * 2022-07-11 2022-10-11 Сергей Александрович Мосиенко HIGH SPEED SUPER-MANEUVERABLE UNPILOTED HELICOPTER

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2830839A1 (en) * 2001-10-12 2003-04-18 Jean Joseph Picq Vertical take off and landing aircraft has three propellers mounted at wing tips and on tail respectively
RU152795U1 (en) * 2015-01-28 2015-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт прикладных проблем" (ФГУП "ГосНИИПП) AIRCRAFT
US20150344134A1 (en) * 2014-06-03 2015-12-03 Juan Gabriel Cruz Ayoroa High Performance VTOL Aircraft
CN107697279A (en) * 2017-10-16 2018-02-16 江富余 Vert afterbody high-speed helicopter
RU2656957C1 (en) * 2017-05-22 2018-06-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калмыцкий государственный университет имени Б.Б. Городовикова" Triple-screw convertiplane
US20180297695A1 (en) * 2015-10-16 2018-10-18 4Front Robotics Ltd. Rotary wing aircraft

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10040548B2 (en) * 2016-06-28 2018-08-07 Saeid A. ALZAHRANI Multi-mode aerial vehicle

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2830839A1 (en) * 2001-10-12 2003-04-18 Jean Joseph Picq Vertical take off and landing aircraft has three propellers mounted at wing tips and on tail respectively
US20150344134A1 (en) * 2014-06-03 2015-12-03 Juan Gabriel Cruz Ayoroa High Performance VTOL Aircraft
RU152795U1 (en) * 2015-01-28 2015-06-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт прикладных проблем" (ФГУП "ГосНИИПП) AIRCRAFT
US20180297695A1 (en) * 2015-10-16 2018-10-18 4Front Robotics Ltd. Rotary wing aircraft
RU2656957C1 (en) * 2017-05-22 2018-06-07 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калмыцкий государственный университет имени Б.Б. Городовикова" Triple-screw convertiplane
CN107697279A (en) * 2017-10-16 2018-02-16 江富余 Vert afterbody high-speed helicopter

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2771195C1 (en) * 2021-12-17 2022-04-28 Кирилл Николаевич Яковченко Rotary-wing unmanned aerial vehicle of tandem scheme
WO2023113652A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 Кирилл Николаевич ЯКОВЧЕНКО Rotary-wing unmanned aerial vehicle with tandem wing configuration
RU214067U1 (en) * 2022-07-11 2022-10-11 Сергей Александрович Мосиенко HIGH SPEED SUPER-MANEUVERABLE UNPILOTED HELICOPTER
RU221457U1 (en) * 2023-09-20 2023-11-08 Общество с ограниченной ответственностью "КВИНТЭССЕНЦИЯ" VERTICAL TAKE-OFF UNMANNED AIRCRAFT WITH FLEXIBLE DELTOID WING
RU222627U1 (en) * 2023-10-17 2024-01-15 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Юго-Западный государственный университет" Unmanned aerial vehicle

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021066681A1 (en) 2021-04-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9499266B1 (en) Five-wing aircraft to permit smooth transitions between vertical and horizontal flight
EP3140190B1 (en) Vtol aircraft
RU2670356C2 (en) Aircraft capable of vertical take-off
RU2627261C2 (en) Vertical takeoff aircraft
US5145129A (en) Unmanned boom/canard propeller v/stol aircraft
US20060113425A1 (en) Vertical take-off and landing aircraft with adjustable center-of-gravity position
JP2023526963A (en) vertical take-off and landing aircraft
RU141669U1 (en) VERTICAL TAKEOFF AND LANDING FLIGHT
EP2394914A1 (en) A rotorcraft with a coaxial rotor system
JPH06293296A (en) Pilotless aircraft for effecting vertical take off and landing and level cruise flight
WO2007110833A1 (en) Convertible aircraft
KR101933003B1 (en) A Vertical Take off and Landing Quadrotor Drone having A Fixed Wing
EP3299280B1 (en) Foldable aircraft with anhedral stabilizing wings
CN109018342B (en) Cycloidal fan wing device, cycloidal fan wing tilting aircraft and control method
US11772789B2 (en) Tail sitter
WO2017042291A1 (en) Aircraft for transport and delivery of payloads
CN107963209A (en) Tandem wing tilting rotor wing unmanned aerial vehicle
RU2641952C1 (en) Vertical take-off and landing aircraft
RU2720746C1 (en) Rotorcraft
CN108583867B (en) Torque self-balancing three-duct fan bionic aircraft
US20200387170A1 (en) System and method for enhanced altitude control of an autogyro
CN114026023A (en) Vertical takeoff and landing aircraft and related control method
US11919633B2 (en) Convertiplane
CN113415406A (en) Wing interval adjusting module, aircraft comprising same and aircraft control method
CN208216991U (en) Fixed-wing rotor one unmanned plane