RU2742496C2 - Vertical take-off and landing aircraft - Google Patents

Vertical take-off and landing aircraft Download PDF

Info

Publication number
RU2742496C2
RU2742496C2 RU2018139761A RU2018139761A RU2742496C2 RU 2742496 C2 RU2742496 C2 RU 2742496C2 RU 2018139761 A RU2018139761 A RU 2018139761A RU 2018139761 A RU2018139761 A RU 2018139761A RU 2742496 C2 RU2742496 C2 RU 2742496C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fuselage
flight
tail
landing
aircraft
Prior art date
Application number
RU2018139761A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2018139761A (en
RU2018139761A3 (en
Inventor
Александр Александрович Горшков
Original Assignee
Александр Александрович Горшков
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 Александр Александрович Горшков filed Critical Александр Александрович Горшков
Priority to RU2018139761A priority Critical patent/RU2742496C2/en
Publication of RU2018139761A publication Critical patent/RU2018139761A/en
Publication of RU2018139761A3 publication Critical patent/RU2018139761A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2742496C2 publication Critical patent/RU2742496C2/en

Links

Images

Classifications

    • 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
    • B64C29/02Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft having its flight directional axis vertical when grounded

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Toys (AREA)

Abstract

FIELD: aviation.SUBSTANCE: invention relates to aviation, in particular to structures of vertical take-off and landing aircraft. The vertical take-off and landing aircraft (VTOLA) comprises a fuselage, a wing and an air propeller of a variable step, the axis of which is arranged along the longitudinal axis of the fuselage. The VTOLA also comprises a tail chassis which provides for the vertical position of the longitudinal axis of the fuselage during take-off and landing in the form of long, hingedly attached hydraulic cylinders to the fuselage. The air propeller is arranged in the nose part of the fuselage and is provided with a percussion rifle. The tail fairing, which is devoid of tail fin, is capable of remotely controlled folding and laying in flight, and the hydraulic cylinders of the chassis are capable of being removed in flight under the above-mentioned tail fairing.EFFECT: ensured is reduction in aerodynamic resistance of the aircraft and increase in speed, economy and range of the flight.3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к авиации безаэродромного базирования и может быть применено в малой авиации для создания транспортных средств, способных составить достойную альтернативу существующим легким самолетам, вертолетам и легковым автомобилям.The invention relates to aerodromeless aviation and can be used in small aircraft to create vehicles capable of making a worthy alternative to existing light aircraft, helicopters and passenger cars.

Идея вертикального взлета и посадки сопровождает весь период существования авиации. При этом преследуется цель - создать транспортное средство, совмещающее в себе все достоинства автомобиля, самолета и вертолета, устранив при этом их недостатки. У автомобиля недостатком является потребность в дорогах и сравнительно малая скорость передвижения, у самолета это потребность в аэродромах и невозможность совершить аварийную посадку в любом месте, а у вертолета это невысокая экономичность передвижения и принципиально ограниченная скорость. Хотелось бы иметь транспортное средство, сочетающее в себе высокую скорость и экономичность передвижения, как у самолета с возможностью обходится без аэродромов и дорог, как у вертолета, и при этом обеспечить достаточную для гражданского применения безопасность.The idea of vertical take-off and landing accompanies the entire period of aviation's existence. In this case, the goal is to create a vehicle that combines all the advantages of a car, an airplane and a helicopter, while eliminating their disadvantages. The disadvantage of a car is the need for roads and a relatively low speed of movement, for an airplane it is a need for airfields and the inability to make an emergency landing anywhere, and for a helicopter it is low efficiency of movement and a fundamentally limited speed. I would like to have a vehicle that combines high speed and economy of movement, like an airplane, with the ability to do without airfields and roads, like a helicopter, and at the same time provide sufficient security for civilian use.

Решение этой задачи до середины двадцатого века сдерживалось отсутствием достаточно легкого двигателя. С появлением газотурбинного двигателя необходимые весовые и энергетические параметры могут быть обеспечены. Созданы действующие СВВП, например HARRIER и ЯК-141 с тягой от ТРД, а также СВВП с пропеллерной тягой от ТВД, взлетающие с хвоста (см. например: masterok.livejornal.com/3435854/.html). Однако все они не пригодны для широкого гражданского применения, т.к. не обеспечивают достаточную безопасность на этапах взлета и посадки. Причина этого состоит в применении, для управления навзлетно-посадочном и переходном режимах, газодинамических рулей, действующих от воздуха, отбираемого от газотурбинного маршевого двигателя, который всегда может отказать.Until the middle of the twentieth century, the solution to this problem was constrained by the lack of a sufficiently light engine. With the advent of a gas turbine engine, the necessary weight and energy parameters can be provided. Operating VTOL aircraft have been created, for example, HARRIER and Yak-141 with thrust from a turbojet engine, as well as VTOL aircraft with propeller thrust from a theater engine, taking off from the tail (see for example: masterok.livejornal.com/3435854/.html). However, all of them are not suitable for widespread civilian use. do not provide sufficient safety during take-off and landing. The reason for this is the use of gas-dynamic rudders to control the landing and landing and transient modes, acting from the air taken from the gas turbine propulsion engine, which can always fail.

Предпринимались попытки применения в малой авиации роторно-поршневых двигателей Ванкеля и др., которые достаточно легкие. Однако в них не обеспечивается приемлемый моторесурс.Attempts were made to use Wankel and others rotary piston engines, which are quite light, in small aircraft. However, they do not provide an acceptable service life.

В последние годы наметились пути создания сверхлегких поршневых двигателей, использующих хорошо зарекомендовавшую себя на практике классическую цилидро-поршневую группу с кривошипно-шатунным механизмом. Из опубликованных сведений по этому направлению работ можно пока сослаться только на патент РФ №2645369, приоритет от 2015 г. В связи с этим ведется разработка возможных вариантов применения сверхлегких ДВС в безаэродромной авиации.In recent years, ways have been outlined for creating ultralight piston engines using the well-proven classic piston-cylinder group with a crank mechanism. From the published information on this area of work, it is still possible to refer only to the patent of the Russian Federation No. 2645369, priority from 2015. In this regard, the development of possible options for the use of ultralight internal combustion engines in non-aerodrome aviation is underway.

Предметом предлагаемого изобретения является принципиальная схема летательного аппарата, позволяющая решить указанную задачу. В современной авиации нашли применение схемы, решающие лишь отдельные проблемы. Например, крыло отлично, с высокой экономичностью, решает проблему полета в крейсерском режиме, и это используется в самолетах. Несущий винт неплохо решает задачу взлета и посадки. Однако скорость горизонтального полета у несущего винта, если его использовать в режиме косой обдувки, ограничена величиной, составляющей приблизительно четвертую часть от концевой окружной скорости вращения винта. А т.к. концевая скорость по условиям аэродинамики и прочности может лишь приблизиться к скорости звука, то максимальныя скорость полета классического вертолета составляет около 250 км/час. Кроме того, т.к. основной полет вертолета происходит в режиме косой обдувки несущего винта, вертолет, как транспортное средство, не экономичен, что обусловлено работой элементов несущего винта, в среднем, в неоптимальных режимах обтекания, как по углу атаки, так и по скорости (угол атаки лопасти сильно изменяется по окружности, а скорость изменяется в широком диапазоне - и по окружности вращения и по радиусу, так что оптимальное значение имеется лишь в небольшом проценте случаев.The subject of the present invention is a schematic diagram of an aircraft that allows you to solve this problem. In modern aviation, schemes have been used that solve only individual problems. For example, the wing perfectly, with high efficiency, solves the problem of cruising flight, and this is used in airplanes. The main rotor does a good job of taking off and landing. However, the level flight speed of the main rotor, if used in the oblique blowing mode, is limited to a value that is approximately one quarter of the terminal peripheral rotor speed. And since the terminal speed in terms of aerodynamics and strength can only approach the speed of sound, then the maximum flight speed of a classic helicopter is about 250 km / h. In addition, since the main flight of the helicopter takes place in the mode of oblique blowing of the main rotor, the helicopter, as a vehicle, is not economical, which is due to the operation of the elements of the main rotor, on average, in non-optimal modes of flow, both in angle of attack and in speed (the angle of attack of the blade varies greatly around a circle, and the speed varies over a wide range - both around the circle of rotation and along the radius, so that the optimal value is available only in a small percentage of cases.

В преобразуемых в полете летательных аппаратах - конвертопланах, не удовлетворительно решается переходный режим полета, т.е. процесс разгона, имеющий место от вертолетного взлета до набора скорости, достаточной для работы крыла. Разгон происходит по горизонтали, а воздушный поток, обтекающий аппарат быстро меняется от вертикального до горизонтального направления. Крыло и винт нужно ориентировать по потоку, отслеживая его угол. При этом можно переориентировать весь аппарат, или только его несущую часть - крыло и винт, не меняя ориентацию фюзеляжа. Но при этом возникают две проблемы. Во-первых, процесс разгона затягивается, т.к. на начальном этапе за разгон отвечает только небольшая горизонтальная компонента тяги винта. Во вторых, разгон происходит вблизи земли, что делает проблематичным обеспечение безопасности в случае отказа двигателя, несущей системы или системы управления. При этом имеется опасное сочетание малой высоты и не достаточно высокой скорости. В третьих, успешной переориентации несущих систем конвертоплана мешает большая инерционность перемещаемых частей аппарата и быстрое изменение характеристик органов управления.In aircraft convertible in flight - tiltrotors, the transient flight regime is not satisfactorily solved, i.e. the acceleration process that takes place from a helicopter takeoff to a speed gain sufficient for wing operation. Acceleration occurs horizontally, and the air flow around the vehicle rapidly changes from vertical to horizontal direction. The wing and propeller must be oriented with the flow, keeping track of its angle. In this case, it is possible to reorient the entire apparatus, or only its supporting part - the wing and the propeller, without changing the orientation of the fuselage. But this raises two problems. Firstly, the overclocking process is delayed, because at the initial stage, only a small horizontal component of the propeller thrust is responsible for acceleration. Second, acceleration occurs near the ground, making it problematic to ensure safety in the event of engine, support, or control system failure. At the same time, there is a dangerous combination of low altitude and not high enough speed. Thirdly, the successful reorientation of the tiltrotor bearing systems is hindered by the large inertia of the moving parts of the vehicle and the rapid change in the characteristics of the controls.

В силу вышеуказанных причин, наиболее предпочтительными для решения поставленной задачи являются аппараты, имеющие схему самолета, причем существенно не трансформируемую в части несущих систем и в части режимов функционирования. Это схемы СВВП, взлетающих с хвоста. Такая схема применима только для маломестных аппаратов. Однако это вполне удовлетворяет потребностям независимого перемещения, как это доказано практикой автомобилизации, где более всего развиваются легковые автомобили.For the above reasons, the most preferable for solving the task at hand are vehicles with an airplane layout, which is not substantially transformable in terms of bearing systems and in terms of operating modes. These are schemes of VTOL aircraft taking off from the tail. This scheme is applicable only for small devices. However, this fully satisfies the needs of independent movement, as proven by the practice of motorization, where passenger cars are most developed.

Наиболее близким к предлагаемому вариантом схемы безаэродромного летательного аппарата является СВВП по пат. РФ №2430859, приоритет от 2008 г. Он содержит фюзеляж с расположенным на нем небольшим крылом, а также содержит хвостовое шасси, обеспечивающее вертикальную ориентацию продольной оси фюзеляжа в режимах взлета и посадки. В хвостовой части фюзеляжа установлен толкающий воздушный винт изменяемого шага в кожухе, а также крестообразный (бомбовый) стабилизатор с рулями, обеспечивающими управление по всем трем каналом - крена, курса и тангажа. Безопасность на всех этапах полета обеспечивается небольшим ориентирующим парашютом, расположенным в носовой части фюзеляжа, а также тем, что хвостовое шасси выполнено в виде длинных телескопических гидроцилиндров, обеспечивающих гашение скорости парашютирования при достаточно широкой опорной базе приземления при ветровом сносе. При этом в крейсерском режиме, гидроцилиндры ориентируются вдоль потока, чем минимизируется их аэродинамическое сопротивление, что необходимо для достижения высоких скоростей полета.Closest to the proposed version of the scheme of an aerodromeless aircraft is VTOL according to US Pat. RF No. 2430859, priority from 2008. It contains a fuselage with a small wing located on it, and also contains a tail landing gear that provides vertical orientation of the longitudinal axis of the fuselage in take-off and landing modes. In the tail section of the fuselage, a variable-pitch pushing propeller is installed in the casing, as well as a cruciform (bomb) stabilizer with rudders that provide control over all three channels - roll, course and pitch. Safety at all stages of flight is ensured by a small orienting parachute located in the nose of the fuselage, as well as by the fact that the tail landing gear is made in the form of long telescopic hydraulic cylinders that provide parachuting speed damping with a sufficiently wide landing base during wind drift. At the same time, in cruising mode, the hydraulic cylinders are oriented along the stream, thereby minimizing their aerodynamic resistance, which is necessary to achieve high flight speeds.

В процессе дальнейшей разработки данной схемы СВВП выявлены следующие ее недостатки:In the process of further development of this VTOL aircraft scheme, the following disadvantages were identified:

1. Влияние близости земли на характеристики расположенных в хвосте рулей, что создает большую нестационарную помеху по каналам управления курсом, тангажем и креном на первой секунде взлета и на последних секундах приземления. Это усложняет управление не только в ручном, но и в автоматическом режиме.1. Influence of the proximity of the ground on the characteristics of the rudders located in the tail, which creates a large non-stationary interference in the heading, pitch and roll control channels in the first second of takeoff and in the last seconds of landing. This complicates control not only in manual but also in automatic mode.

2. Повышенное аэродинамическое сопротивление, создаваемое кожухом винта, пилонами крепления кожуха, кронштейнами крепления гидроцилиндров шасси, а также крестообразным стабилизатором самолета, на больших скоростях полета. Причем, даже расположенные вдоль направления полета гидроцилиндры шасси дают большое сопротивление, т.к. вблизи поверхности фюзеляжа направление потока иное.2. Increased aerodynamic drag created by the propeller casing, casing attachment pylons, chassis hydraulic cylinders attachment brackets, as well as the aircraft's cruciform stabilizer at high flight speeds. Moreover, even the landing gear hydraulic cylinders located along the direction of flight give great resistance, because the direction of flow is different near the fuselage surface.

3. Ограниченные возможности увеличения диаметра винта.3. Limited possibilities to increase the screw diameter.

Перечисленные недостатки известной схемы увеличивают потребную мощность двигателя, снижают транспортную экономичность, скорость и дальность полета, усложняют обеспечение безопасности при взлете и посадке.The listed disadvantages of the known scheme increase the required engine power, reduce transport efficiency, flight speed and range, and complicate safety during takeoff and landing.

Целью изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков известной схемы СВВП.The aim of the invention is to eliminate the above disadvantages of the known scheme of VTOL aircraft.

Предлагается СВВП, содержащий фюзеляж, а также закрепленные на нем крыло и воздушный винт изменяемого шага, ось которого расположена вдоль продольной оси фюзеляжа. Также имеется хвостовое шасси, обеспечивающее вертикальное расположение продольной оси фюзеляжа при взлете и посадке, а также система, служащая для смягчения удара при аварийном приземлении, выполненная в виде длинных шарнирно прикрепленных к фюзеляжу гидроцилиндров, соединенных по концам между собой растяжками. Цель изобретения достигается тем, что указанный воздушный винт расположен в носовой части фюзеляжа и снабжен автоматом перекоса, а указанные гидроцилиндры хвостового шасси помещены в конусообразный хвостовой обтекатель, выполненный с возможностью оперативного складывания и раскладывания в полете.A VTOL aircraft is proposed, containing a fuselage, as well as a wing and a variable-pitch propeller fixed on it, the axis of which is located along the longitudinal axis of the fuselage. There is also a tail landing gear, which provides a vertical position of the longitudinal axis of the fuselage during take-off and landing, as well as a system serving to mitigate the impact during an emergency landing, made in the form of long hydraulic cylinders pivotally attached to the fuselage, connected at the ends by stretch marks. The purpose of the invention is achieved in that the specified propeller is located in the nose of the fuselage and is equipped with a swash plate, and the specified hydraulic cylinders of the tail landing gear are placed in a tapered tail fairing, made with the possibility of operational folding and unfolding in flight.

Указанное выполнение СВВП позволяет увеличить диаметр воздушного винта с соответствующим уменьшением потребной мощности на взлет и посадку. Автомат перекоса, установленный на винте увеличенного диаметра, позволяет осуществлять управление самолетом по тангажу и курсу, освобождая от этой функции хвост самолета. Кроме того, за счет переднего расположения винта, управление креном может быть возложено на элероны крыла, обдуваемого в данном случае винтом. Таким образом, хвост может быть выполнен с заостренным обтекателем, без каких либо рулей и стабилизаторов. Гидроцилиндры хвостового шасси могут быть убраны под хвостовой обтекатель фюзеляжа. Это уменьшает аэродинамическое сопротивление ненесущих элементов самолета, которое, при больших скоростях полета, составляет большую часть полного аэродинамического сопротивления летательного аппарата. Таким образом, обеспечивается повышение аэродинамического совершенства, летательного аппарата, позволяющее увеличить скорость полета и повысить экономичность полета, уменьшается потребная мощность двигателя на вертикальный взлет и посадку, увеличивается полезная грузоподъемность и максимальная дальность полета.The specified implementation of the VTOL aircraft allows you to increase the diameter of the propeller with a corresponding decrease in the required power for takeoff and landing. The swashplate, mounted on a propeller with an increased diameter, allows the aircraft to be controlled in pitch and heading, freeing the tail of the aircraft from this function. In addition, due to the forward position of the propeller, the roll control can be assigned to the ailerons of the wing, which is blown in this case by the propeller. Thus, the tail can be made with a pointed fairing, without any rudders and stabilizers. The tail landing gear cylinders can be retracted under the fuselage tail fairing. This reduces the aerodynamic drag of the non-bearing elements of the aircraft, which, at high flight speeds, constitutes the majority of the total drag of the aircraft. Thus, an increase in the aerodynamic perfection of the aircraft is provided, which makes it possible to increase the flight speed and increase the efficiency of flight, the required engine power for vertical take-off and landing decreases, and the payload and maximum flight range increase.

В частном варианте осуществления предлагаемого СВВП хвостовой обтекатель выполнен в виде гибкой конусообразной надувной оболочки. При этом возможность развертывания хвостового обтекателя перед посадкой и свертывания после взлета обеспечивается тем, что гибкая оболочка хвостового обтекателя снабжена расположенными вдоль образующей конуса разрезами и механизмом плотного автоматического их соединения и разъединения.In a particular embodiment of the proposed VTOL aircraft, the tail fairing is made in the form of a flexible cone-shaped inflatable shell. In this case, the possibility of deploying the tail fairing before landing and folding after take-off is ensured by the fact that the flexible shell of the tail fairing is provided with cuts located along the generatrix of the cone and a mechanism for their tight automatic connection and disconnection.

В частном варианте выполнения указанный механизм плотного соединения и разъединения краев оболочки содержит расположенные на одном из соединяемых краев оболочки зубья, а на другом - соответствующие им впадины. Причем зубья снабжены на сопрягаемых поверхностях сквозными отверстиями с фасками, а оси отверстий, при соединении краев оболочки, совпадают между собой, образуя канал, которому может перемещаться соединительный элемент, выполненный, например, в виде троса с закругленным концом, соединенного с установленной на неподвижном основании барабаном, обеспечивающим возможность вдвигания троса в канал и выдвигания его. При вдвигании троса в канал соединяемые края оболочки соединятся под действием вдвигаемого троса, конец которого самоцентрируется при вдвигании, упираясь в фаски отверстий в зубьях. Таким образом обеспечивается возможность дистанционного соединения и разъединения краев оболочки, т.е. застегивание и расстегивание, как с помощью замка «молния». Однако по сравнению с «молнией», здесь, кроме возможности автоматизации процесса обеспечивается высокая прочность и надежность соединения, по принципу так называемого многоушкового соединения. Также обеспечивается достаточная герметичность соединения за счет двух непрерывных кромок, идущих параллельно вдоль всего соединения. Указанными кромками обеспечивается также ориентация соединяемых оболочек по вращению, что необходимо для получения гладкой наружной поверхности обтекателя без выступов и впадин.In a particular embodiment, the specified mechanism for tightly connecting and separating the edges of the shell contains teeth located on one of the joined edges of the shell, and on the other - corresponding depressions. Moreover, the teeth are provided on the mating surfaces with through holes with chamfers, and the axes of the holes, when connecting the edges of the shell, coincide with each other, forming a channel to which a connecting element can move, made, for example, in the form of a cable with a rounded end connected to a fixed base drum, providing the ability to push the cable into the channel and pull it out. When the cable is pushed into the channel, the connecting edges of the shell will be connected under the action of the push-in rope, the end of which self-centers when pushing in, resting on the chamfers of the holes in the teeth. Thus, it is possible to remotely connect and disconnect the edges of the shell, i.e. fastening and unbuttoning as with a zipper. However, in comparison with "lightning", here, in addition to the possibility of automating the process, high strength and reliability of the connection is provided, according to the principle of the so-called multi-lug connection. The joint is also sufficiently sealed by two continuous edges running parallel along the entire joint. The said edges also provide rotation orientation of the shells to be connected, which is necessary to obtain a smooth outer surface of the fairing without protrusions and depressions.

Изобретение поясняется нижеследующим описанием примеров конструктивного выполнения и шестью фигурами.The invention is illustrated by the following description of structural examples and six figures.

На фиг. 1 изображен предлагаемый СВВП в полетной конфигурации.FIG. 1 shows the proposed VTOL aircraft in flight configuration.

На фиг. 2 показан вид с носа в полетной конфигурации.FIG. 2 shows a nose view in flight configuration.

На фиг. 3 изображен предлагаемый СВВП в разрезе в конфигурации, соответствующей стоянке на земле.FIG. 3 shows the proposed VTOL aircraft in section in a configuration corresponding to parking on the ground.

Штрихпунктирной линией с одной точкой показано расположение гидроцилиндров шасси внутри хвостового обтекателя.The single-dot dash-and-dot line shows the location of the landing gear cylinders inside the tail fairing.

Штрихпунктирной линией с двумя точками показано положение гидроцилиндров перед посадкой или сразу после взлета.The dash-and-dot line with two dots shows the position of the hydraulic cylinders before landing or immediately after takeoff.

Штриховой линией показано предельно возможное отклонение гидроцилиндров, достигаемое после аварийной посадки без двигателя.The dashed line shows the maximum possible deflection of the hydraulic cylinders achieved after an emergency landing without an engine.

На фиг. 4 показана конструкция механизма соединения и разъединения краев гибкой надувной оболочки хвостового обтекателя.FIG. 4 shows the design of the mechanism for connecting and disconnecting the edges of the flexible inflatable shell of the tail fairing.

На фиг. 5 дано сечение плоскостью А-А, показанной на фиг. 4.FIG. 5 is a sectional view taken along the plane A-A shown in FIG. 4.

На фиг. 6 изображена траектория полного полетного цикла предлагаемого СВВП с векторными диаграммами действующих на аппарат сил в каждой из характерных фаз полета.FIG. 6 shows the trajectory of the full flight cycle of the proposed VTOL aircraft with vector diagrams of forces acting on the vehicle in each of the characteristic phases of the flight.

Т - сила тяги винта. Fy - подъемная сила крыла. Fx - полная сила аэродинамического сопротивления. Р - сила веса аппарата.T is the propeller thrust force. Fy is the lift of the wing. Fx is the total aerodynamic drag force. P is the force of the weight of the apparatus.

Предлагаемый СВВП содержит фюзеляж 1, имеющий каплеобразную форму с конусообразной заостренной хвостовой частью. Крыло 2 снабжено отклоняемыми поверхностями 3 и 4 с независимым двухканальным управлением, чем обеспечивается возможность одновременного совмещения ими двух функций - функции элеронов и функции закрылков. В носовой части фюзеляжа установлен воздушный винт 5 с расположенным в его втулке 6 автоматом перекоса 7, обеспечивающим возможность управляемого изменения общего шага винта, а также, так называемого, циклического шага винта, как это имеет место у несущего винта вертолета. В принципе, устройство автомата перекоса ничем не отличается от вертолетного. Лопасти винта 5 имеют крутку, оптимизированную для крейсерской скорости полета.The proposed VTOL aircraft contains a fuselage 1, which has a drop-like shape with a tapered tapered tail section. Wing 2 is equipped with deflectable surfaces 3 and 4 with independent two-channel control, which makes it possible for them to simultaneously combine two functions - aileron function and flap function. In the forward part of the fuselage, an air propeller 5 is installed with a swashplate 7 located in its sleeve 6, which provides the ability to controllably change the total pitch of the propeller, as well as the so-called cyclic pitch of the propeller, as is the case with the main rotor of a helicopter. In principle, the swashplate device is no different from a helicopter one. The propeller blades 5 have a twist that is optimized for cruising flight speed.

Винт 5 соединен посредством редуктора с двигателем 8. Это может быть или турбовальный двигатель, или поршневой ДВС. Оптимальным является применение звездообразного поршневого ДВС с жидкостным охлаждением с использованием в качестве радиатора элементов наружной обшивки фюзеляжа, чтобы не ухудшать обтекаемость фюзеляжа. Расположенная впереди винта часть обтекателя фюзеляжа жестко соединена с основной частью фюзеляжа и в ней размещается парашют 9 (фиг3), служащий для торможения и ориентации аппарата при отказе двигателя. Парашют 9 не следует делать большим, чтобы не увеличивать угол ветрового сноса аппарата при аварийном приземлении, что чревато опасностью опрокидывания. Скорость аварийного приземления аппарата должна быть не меньше 20 м/сек. Соответствующая площадь парашюта для двухместного СВВП составит 10 м кв.The screw 5 is connected by means of a gearbox to the engine 8. It can be either a turboshaft engine or a piston internal combustion engine. Optimum is the use of a radial piston-type liquid-cooled internal combustion engine with the use of elements of the outer skin of the fuselage as a radiator, so as not to impair the streamlining of the fuselage. The part of the fuselage fairing located in front of the propeller is rigidly connected to the main part of the fuselage and it houses the parachute 9 (Fig. 3), which serves to decelerate and orient the vehicle in case of engine failure. Parachute 9 should not be made large, so as not to increase the wind drift angle of the vehicle during an emergency landing, which is fraught with the danger of capsizing. The emergency landing speed of the vehicle must be at least 20 m / s. The corresponding parachute area for a two-seater VTOL aircraft will be 10 square meters.

В хвостовой части СВВП расположено шасси, выполненное в виде длинных гидроцилиндров 10, прикрепленных шарнирно с силовому днищу 11 фюзеляжа (фиг.3). Нижние концы штоков гидроцилиндров соединены между собой силовыми растяжками 12 постоянной длины, располагающихся при стоянке на земле радиально. В полете гидроцилинды 10 убраны под хвостовой обтекатель 13 (см. штрихпунктирную с одной точкой). Для сдвигания и раздвигания гидроцилиндров 10 они снабжены сервоприводами 14. Для обеспечения компактного складывая растяжек 12 к ним прикреплены вспомогательные тросики 15, соединенные с не силовыми неуправляемыми лебедками 16, выполненными, например, с пружинными двигателями. При убирании гидроцилиндров под обтекатель, лебедки 16 подтягивают силовые растяжки 12 вверх, исключая их провисание.In the tail section of the VTOL aircraft there is a chassis made in the form of long hydraulic cylinders 10 pivotally attached to the power bottom 11 of the fuselage (Fig. 3). The lower ends of the rods of the hydraulic cylinders are connected to each other by power braces 12 of constant length, which are located radially when parked on the ground. In flight, the hydraulic cylinders 10 are retracted under the tail fairing 13 (see dot-and-dash with one point). To move and extend the hydraulic cylinders 10, they are equipped with servo drives 14. To ensure compact folding of the guy wires 12, auxiliary cables 15 are attached to them, connected to non-power uncontrolled winches 16, made, for example, with spring motors. When retracting the hydraulic cylinders under the fairing, winches 16 pull the power extensions 12 upward, eliminating their sagging.

Хвостовой обтекатель фюзеляжа выполнен в виде конусообразной гибкой надувной оболочки 17 (фиг. 1, фиг. 3). Вдоль образующих конуса, напротив расположения соответствующих гидроцилиндров 10, оболочка 17 имеет разрезы вдоль образующих конуса, распространяющиеся от основания конуса и до вершины, где оболочка прикреплена к растяжкам 12 в месте их пересечения между собой (фиг. 3). На краях разрезов имеются зубья 18 (см. фиг. 4), расположение которых соответствует впадинам на ответной части разреза. Зубья 18 на сопрягаемых поверхностях имеют отверстия 19 с фасками. Указанные отверстия при плотном смыкании между собой образуют непрерывный канал, в котором расположен с возможностью перемещения вдоль канала гибкий соединительный элемент 20, выполненный, например, в виде тросика с закругленным концом. Гибкий соединительный элемент 20 намотан на барабан 21 с прижимным роликом 22. И ролик, и барабан снабжены приводом вращения. Зубья 18 выполнены заодно с уплотнительными полосками 23, выполняющими также функцию ориентирования зубьев по вращению относительно оси соединительного элемента 20. Этим обеспечивается возможность выполнить наружную поверхность соединения без выступов и впадин, что необходимо для обтекаемости (см. фиг. 5). Данный механизм соединения и разъединения краев разреза оболочки обеспечивает высокую прочность и надежность соединения, а также возможность дистанционного управления процессом раскрывания и закрывания разрезов оболочки в полете (в отличие от замков типа «молния»).The tail fairing of the fuselage is made in the form of a conical flexible inflatable shell 17 (Fig. 1, Fig. 3). Along the generatrix of the cone, opposite the location of the respective hydraulic cylinders 10, the shell 17 has cuts along the generatrix of the cone, extending from the base of the cone to the top, where the shell is attached to the braces 12 at their intersection (Fig. 3). At the edges of the cuts there are teeth 18 (see Fig. 4), the location of which corresponds to the depressions on the counterpart of the cut. The teeth 18 on the mating surfaces have chamfered holes 19. These holes, when tightly closed with each other, form a continuous channel, in which a flexible connecting element 20, made, for example, in the form of a cable with a rounded end, is disposed for movement along the channel. The flexible connecting element 20 is wound on a drum 21 with a pinch roller 22. Both the roller and the drum are provided with a rotation drive. The teeth 18 are made in one piece with the sealing strips 23, which also perform the function of orienting the teeth in rotation relative to the axis of the connecting element 20. This makes it possible to make the outer surface of the connection without protrusions and depressions, which is necessary for streamlining (see Fig. 5). This mechanism for connecting and disconnecting the edges of the casing cut provides high strength and reliability of the connection, as well as the ability to remotely control the process of opening and closing the casing cuts in flight (as opposed to zipper locks).

Под днищем 11, в центре, расположена дополнительная система торможения при аварийной посадке. Она вступает в действие на последнем участке торможения, когда гидроцилиндры разошлись на угол более 30 градусов, при котором их действие становится неэффективным. В варианте, изображенном на фиг. 3, дополнительная система выполнена в виде сильфона 24, снабженного автоматическим клапаном ограничения давления.Under the bottom 11, in the center, there is an additional emergency landing braking system. It takes effect in the last braking section, when the hydraulic cylinders have diverged more than 30 degrees, at which their action becomes ineffective. In the embodiment shown in FIG. 3, the additional system is designed as a bellows 24 equipped with an automatic pressure limiting valve.

Действие предлагаемого СВВП отличается от действия обычного самолета, обладающего коэффициентом тяговооруженности больше единицы, способом создания управляющих и стабилизирующих моментов силы, что обусловлено отсутствием хвостового оперенья или необязательностью его наличия или использования в предлагаемом аппарате. На всех штатных режимах полета аппарат работает в условиях обтекания, близкого к продольному, т.е. с углами атаки крыла, не превышающими критические (менее 14 градусов), и с углами скольжения близкими к нулю. Задача пилотирования состоит в непрерывном поддержании этого условия. Отличие от пилотирования обычного самолета состоит в том, что скорость обтекания самолета в своем изменении по абсолютной величине может уменьшаться до нуля. Обычный самолет при этом сваливается, т.к. в стремлении противостоять силе тяжести летчик вынужден выводить крыло на закритические углы атаки, чтобы избежать ускорения к земле. В предлагаемом же самолете, обладающим запасом тяги до величины веса самолета, он может этого не делать, а просто прибавить тягу, удерживая крыло на рабочих углах атаки. При этом перемещение аппарата в пространстве относительно земли определяется векторной суммой четырех сил: силы гравитации земли, силы тяги винта, направленной вдоль продольной оси самолета, вектора подъемной силы крыла, направленной почти перпендикулярно плоскости крыла, и вектора суммарной силы аэродинамического сопротивления аппарата, направленной вдоль оси фюзеляжа назад. Если тяга винта может по абсолютной величине приближаться к величине силы тяжести, то можно достигнуть равновесия аппарата в воздухе при как угодно малой величине подъемной силы крыла. Достаточно лишь сориентировать аппарат по отношению к земле вертикально. Крыло на закритически малых скоростях полета может использоваться для нужд управления в меру оставшейся несущей способности крыла. Однако практически скорость осевого обтекания крыла в рассматриваемом случае никогда не доходит до нуля, т.к. при уменьшении скорости полета возрастает индуктивная скорость винта, доходящая на режиме висения до 20-30 м/сек. Этого достаточно, чтобы за счет элеронов 3 и 4 крыла компенсировать реактивный момент двигателя, прикладываемый от редуктора винта к фюзеляжу. Так мы получаем равновесие аппарата в режиме неподвижного висения относительно воздуха. Но это равновесие неустойчивое. Небольшое изменение любой из указанных сил приведет к отклонению результирующей силы от нуля, и появится вызванное этой силой ускорение аппарата в соответствующем направлении. Интеграл этой силы по времени покажет накопление скорости, а интеграл скорости покажет накопление смещения. Парировать этот процесс и удержать в допустимых пределах отклонение аппарата по перемещению можно, располагая тремя каналами управления. Если пользоваться самолетными представлениями, то необходимо управлять моментами по тангажу и по курсу, а также управлять величиной тяги винта. У самолета момент по тангажу создается рулем высоты хвостового оперенья, а момент по курсу - килем. Однако при малых скоростях полета, действие рулей на хвостовом оперенье может оказаться недостаточно эффективным. Особенно это относится к случаю близости земли, в частности во время взлета и приземления. Именно вследствие недостаточной эффективности рулей хвостового оперенья и при отсутствии возможности управления вектором тяги силовой установки самолет может при малой скорости полета свалиться и войти в штопор. Большой коэффициент тяговооруженности не всегда помогает избежать этого. В СВВП, взятом за прототип, выручает обдув хвостового оперенья расположенным в хвосте винтом. Однако это плохо работает вблизи земли. В предлагаемом же аппарате управляющие моменты по тангажу и курсу на всех режимах одинаково эффективно создаются автоматом перекоса. Если лопасти винта не имеют шарнирного закрепления, то действие автомата перекоса сводится к параллельному смещению вектора тяги относительно центра. В случае шарнирного закрепления лопастей возникает циклическое маховое отклонение лопасти с соответствующим завалом конуса ометания винта и, как следствие, возникает угловое отклонение действия суммарной центробежной силы лопастей на втулку с появлением плеча этой силы относительно центра инерции аппарата. В обоих случаях возникает момент тангажа или рыскания, который, в сочетании с управлением общим шагом винта, т.е. тягой, можно использовать для полноценного управления аппаратом как на режиме висения, где управление ничем не отличается от вертолетного, так и в самолетном режиме, где тот же автомат перекоса будет действовать не менее эффективно, чем рули хвостового оперенья. Так что, хвостовое оперенье оказывается ненужным и от него, с целью уменьшения аэродинамичекого сопротивления, которое очень критично влияет на экономические показатели полета на больших скоростях, следует отказаться, оставив лишь один идеальный фюзеляж, аэродинамика которого в случае предлагаемого СВВП не испорчена даже шасси, которое полностью убирается под общий обтекатель фюзеляжа.The action of the proposed VTOL aircraft differs from the action of a conventional aircraft, which has a thrust-to-weight ratio of more than one, in the method of creating control and stabilizing moments of force, which is due to the absence of a tail unit or the optionality of its presence or use in the proposed apparatus. In all standard flight modes, the vehicle operates in a flow close to longitudinal, i.e. with wing attack angles not exceeding critical (less than 14 degrees), and sliding angles close to zero. The task of piloting is to continuously maintain this condition. The difference from piloting a conventional aircraft is that the speed of the flow around the aircraft, in its change in absolute value, can decrease to zero. At the same time, an ordinary plane crashes because in an effort to resist gravity, the pilot is forced to move the wing to supercritical angles of attack in order to avoid acceleration towards the ground. In the proposed aircraft, which has a thrust reserve up to the weight of the aircraft, it may not do this, but simply add thrust, keeping the wing at the working angles of attack. In this case, the movement of the vehicle in space relative to the ground is determined by the vector sum of four forces: the force of gravity of the earth, the thrust force of the propeller directed along the longitudinal axis of the aircraft, the vector of the lifting force of the wing, directed almost perpendicular to the plane of the wing, and the vector of the total force of the aerodynamic drag of the vehicle, directed along the axis fuselage back. If the rotor thrust can be close to the magnitude of the gravity in absolute value, then the equilibrium of the apparatus in the air can be achieved at an arbitrarily small value of the wing lift. It is enough only to orient the apparatus vertically in relation to the ground. The wing at supercritically low flight speeds can be used for control needs to the extent of the remaining bearing capacity of the wing. However, in practice, the speed of axial flow around the wing in this case never reaches zero, because with a decrease in flight speed, the inductive speed of the rotor increases, reaching 20-30 m / s in hover mode. This is enough to compensate for the reactive torque of the engine applied from the propeller gearbox to the fuselage due to the ailerons 3 and 4 of the wing. So we get the balance of the apparatus in the mode of motionless hovering relative to the air. But this balance is unstable. A small change in any of these forces will lead to a deviation of the resulting force from zero, and there will be an acceleration of the vehicle caused by this force in the corresponding direction. The integral of this force over time will show the accumulation of speed, and the integral of the speed will show the accumulation of displacement. It is possible to counteract this process and keep the deviation of the apparatus along the movement within acceptable limits by having three control channels. If we use aircraft representations, then it is necessary to control the moments in pitch and heading, as well as to control the amount of propeller thrust. In an aircraft, the pitch moment is created by the tailplane's elevator, and the heading moment is created by the keel. However, at low flight speeds, the action of the rudders on the tail unit may not be effective enough. This is especially true in the case of the proximity of the ground, in particular during takeoff and landing. It is precisely because of the insufficient efficiency of the rudders of the tail assembly and in the absence of the possibility of controlling the thrust vector of the power plant, the aircraft can fall down and enter a spin at low flight speed. A large thrust-to-weight ratio does not always help to avoid this. In the VTOL aircraft, taken as a prototype, the blowing of the tail unit by the propeller located in the tail helps out. However, this does not work well near the ground. In the proposed apparatus, the pitch and heading control moments in all modes are equally effectively created by the swashplate. If the propeller blades are not hinged, then the action of the swashplate is reduced to a parallel displacement of the thrust vector relative to the center. In the case of hinged attachment of the blades, a cyclical swing deflection of the blade occurs with a corresponding blockage of the propeller throwing cone and, as a consequence, an angular deviation of the action of the total centrifugal force of the blades on the sleeve occurs with the appearance of a shoulder of this force relative to the center of inertia of the apparatus. In both cases, a pitching or yawing moment occurs, which, in combination with the control of the total propeller pitch, i.e. thrust can be used for full control of the vehicle both in hover mode, where control is no different from helicopter mode, and in airplane mode, where the same swashplate will operate no less effectively than the tail rudders. So, the tail unit turns out to be unnecessary from it, in order to reduce aerodynamic drag, which very critically affects the economic performance of flight at high speeds, should be abandoned, leaving only one ideal fuselage, the aerodynamics of which, in the case of the proposed VTOL aircraft, even the landing gear is not damaged, which completely retracts under the common fuselage fairing.

Некоторое отличие пилотирования в горизонтальном полете от самолетного может состоять в том, что пропеллер увеличенного диаметра создает ощутимые гироскопические силы, вследствие которых момент силы по тангажу вызывает не ускорение по тангажу, а угловую скорость по курсу, и, наоборот, момент рыскания вызывает появление скорости изменения угла тангажа. Т.е. возникает перекрестное взаимовлияние по данным каналам управления. Однако в случае шарнирного закрепления лопастей винта и наличия махового движения лопастей, гироскопические силы, как и на вертолете, воспринимаются воздухом и мало передаются на фюзеляж. Положительное влияние гироскопических сил состоит в стабилизации направлении продольной оси аппарата независящее от аэродинамических сил. Это компенсирует утрату возвращающих сил, имеющих место у аэродинамического стабилизатора при правильной центровке. Причем, даже аппарат с неустойчивостью управления по курсу и тангажу, в настоящее время, при повсеместном применении автопилотов, вполне применим. Однако в случае предлагаемого аппарата мы имеем дело не с неустойчивостью, а лишь с малой величиной аэродинамической составляющей сил стабилизации. Небольшая стабилизирующая сила в частности может иметь место за счет установки элеронов 3 и 4 под небольшим отрицательным углом атаки, как это имеет место у самолетов бесхвостой схемы. Однако в данном аппарате это не обязательно.Some difference between piloting in horizontal flight from an airplane flight may consist in the fact that a propeller with an increased diameter creates perceptible gyroscopic forces, due to which the moment of force in pitch causes not acceleration in pitch, but angular velocity along the course, and, conversely, the moment of yaw causes the appearance of the rate of change pitch angle. Those. there is cross-talk along these control channels. However, in the case of the hinged fastening of the propeller blades and the presence of the flapping motion of the blades, the gyroscopic forces, as in a helicopter, are perceived by the air and are little transmitted to the fuselage. The positive influence of gyroscopic forces consists in stabilizing the direction of the longitudinal axis of the vehicle, independent of aerodynamic forces. This compensates for the loss of restoring forces present in the aerodynamic stabilizer when properly centered. Moreover, even an apparatus with instability of control along the course and pitch, at present, with the widespread use of autopilots, is quite applicable. However, in the case of the proposed apparatus, we are not dealing with instability, but only with a small value of the aerodynamic component of the stabilization forces. A small stabilizing force, in particular, can take place due to the installation of ailerons 3 and 4 at a small negative angle of attack, as is the case with tailless aircraft. However, this is not necessary in this unit.

Управление по крену, как уже говорилось, осуществляется элеронами 3 и 4. Т.е. оно остается обычным аэродинамическим. Однако вследствие того, что крыло расположено ближе к обдувающему его винту, нежели к земле, а также вследствие большого плеча действия элеронов, эффективность их остается достаточной для всех режимов полета с двигателем.Roll control, as already mentioned, is carried out by ailerons 3 and 4. That is, it remains conventional aerodynamic. However, due to the fact that the wing is located closer to the propeller blowing it than to the ground, and also due to the large shoulder of the ailerons, their effectiveness remains sufficient for all modes of flight with the engine.

При отказе двигателя следует немедленно выпустить парашют 9, который погасит остаточную воздушную скорость аппарата до небольшой величины, предотвратит вращение аппарата и сориентирует его продольную ось вертикально.In case of engine failure, parachute 9 should be immediately released, which will extinguish the residual airspeed of the vehicle to a small value, prevent the rotation of the vehicle and orient its longitudinal axis vertically.

Рассмотрим последовательно все этапы полетного цикла. Предстартовая конфигурация аппарата изображена на фиг.3. Кресла 25 и 26 установлены на шарнире, что позволяет экипажу удобно садиться на него и сходить на землю. Для взлета оба кресла опрокидывают, а затем закрывают двери 27 и 28. Двигатель запускают при установленном нулевом общем и нулевом циклическом шаге винта 5. Затем включают режим автоматической стабилизации числа оборотов двигателя, а также стабилизации углов крена, курса и тангажа (в системе координат, связанной с самолетом). Далее быстро вводят общий шаг винта до получения тяги, превосходящую вес аппарата (например, в 1,25 раза). При этом аппарат начинает ускоряться вверх с ускорением, равным разности между силой веса и силой тяги (например, 2,5 м/сек за секунду) (позиция «а» на фиг. 6). По мере увеличения скорости вертикального полета летчик вводит в действие крыло, управляя при этом, как обычно, тангажом, но используя вместо хвостового оперенья моменты, создаваемые автоматом перекоса. При этом углы атаки обтекания профиля крыла сохраняют в докритических пределах. Плавно возрастающая скорость полета обуславливает плавное возрастание подъемной силы крыла, и траектория полета будет плавно наклоняться. Она будет стремиться к горизонтали (позиции «b» и «с»). При этом можно плавно уменьшать тягу винта, и, на некоторой скорости, когда подъемная сила крыла станет равна весу, полет станет горизонтальным - самолетным (позиция «d»). Чтобы горизонтальный полет наступил раньше, следует заранее ввести закрылки, которые, в данном варианте выполнения, совмещены с элеронами 3 и 4. Т.е. следует к дифференциальному углу отклонения элеронов добавить постоянную составляющую. Развязка каналов элеронов и закрылков реализуется автопилотом. Человек управляет только задатчиком. При подходе к пункту назначения следует выполнить обратную последовательность изменения наклона траектории полета. Для этого следует плавно уменьшать скорость полета до нуля, не выходя при этом за рабочие углы атаки. При этом углы полета также будут изменяться в обратном направлении, чем при взлете. Т.е. самолет будет кабрировать, набирая высоту (позиция «f»). Отличие от взлетного режима здесь состоит в том, что тягу сначала уменьшают, а затем вводят лишь в пределах веса аппарата. Когда скорость полета уменьшиться до нуля, установится вертолетный режим висения (позиция «g»). Далее сдует произвести снижение в режиме висения. При этом сдует производить корректировку положения аппарата относительно земли для выхода в заданную точку приземления. Производить это следует за счет малых горизонтальных скоростей, не выводящих винт в режимы сильного скоса обдувки (особенно если лопасти не имеют маховых шарниров) (позиция «hʺ). Чтобы уменьшить высоту вертолетного спуска и уменьшить время, затрачиваемое на спуск, и не попасть в режим вихревого кольца, следует минимизировать исходную высоту предпосадочной эволюции, подходя к месту назначения в самолетном режиме со снижением (позиция «е»). Это даст экономию топлива, которое в вертолетном режиме расходуется быстрее. В вертолетном режиме снижения разрезы оболочки хвостового обтекателя фюзеляжа раскрывают и выпускают гидроцилиндры 10 шасси с помощью сервоприводов 14.Let's consider all stages of the flight cycle in sequence. The pre-launch configuration of the apparatus is shown in FIG. 3. Seats 25 and 26 are mounted on a hinge, which allows the crew to comfortably sit on and descend on the ground. For takeoff, both seats are overturned and then the doors 27 and 28 are closed. The engine is started at the set zero general and zero cyclic pitch of the propeller 5. Then the mode of automatic stabilization of the engine speed, as well as stabilization of the roll, course and pitch angles (in the coordinate system, associated with the aircraft). Then, the total pitch of the screw is quickly introduced until a thrust is obtained that exceeds the weight of the apparatus (for example, 1.25 times). In this case, the apparatus begins to accelerate upward with an acceleration equal to the difference between the weight force and the thrust force (for example, 2.5 m / s per second) (position "a" in Fig. 6). As the vertical flight speed increases, the pilot activates the wing, while controlling the pitch, as usual, but using the moments created by the swashplate instead of the tail unit. In this case, the angles of attack of the flow around the wing profile are kept within subcritical limits. Smoothly increasing flight speed causes a smooth increase in wing lift, and the flight path will tilt smoothly. It will tend to the horizontal (positions "b" and "c"). In this case, you can smoothly reduce the propeller thrust, and, at a certain speed, when the lift of the wing becomes equal to the weight, the flight becomes horizontal - airplane flight (position "d"). In order for horizontal flight to occur earlier, flaps must be introduced in advance, which, in this embodiment, are aligned with ailerons 3 and 4. That is, add a constant component to the differential aileron deflection angle. The decoupling of the aileron and flap channels is realized by the autopilot. Man controls only the master. When approaching a destination, reverse the flight path slope sequence. For this, the flight speed should be smoothly reduced to zero, without going beyond the working angles of attack. In this case, the flight angles will also change in the opposite direction than during takeoff. Those. the aircraft will pitch up, gaining altitude (position "f"). The difference from the takeoff regime here is that the thrust is first reduced and then introduced only within the weight of the vehicle. When the airspeed decreases to zero, the helicopter hover mode will be established (“g” position). Then it will blow off to make a decrease in hover mode. At the same time, it will blow off to correct the position of the apparatus relative to the ground to reach the specified landing point. This should be done at the expense of low horizontal speeds, which do not bring the propeller into the modes of a strong bevel of the blowing (especially if the blades do not have fly joints) (position "h"). To reduce the altitude of the helicopter descent and reduce the time spent on descent, and not to get into the vortex ring mode, the initial altitude of the pre-landing evolution should be minimized by approaching the destination in the airplane mode with descent (position "e"). This will save fuel, which is consumed faster in helicopter mode. In the helicopter mode of lowering, the sections of the shell of the tail fairing of the fuselage are opened and the hydraulic cylinders 10 of the chassis are opened using the servo drives 14.

Если отказ двигателя, системы управления или несущих элементов, произошел при высоте полета выше 20 метров, выбрасывается парашют 9, который тормозит аппарат относительно воздуха и ориентирует его в посадочное вертикальное положение. Управление местом приземления при этом возможно с помощью парашюта 9, если имеется достаточный запас высоты.If the engine, control system or load-bearing elements fail at a flight altitude above 20 meters, parachute 9 is thrown out, which brakes the vehicle relative to the air and orientates it to the vertical landing position. In this case, the control of the landing site is possible with the help of parachute 9, if there is a sufficient headroom.

Если отказ техники происходит на высоте менее 20 метров, то в этом случае аппарат уже находится во взлетно-посадочной конфигурации, а парашют не требуется, т.к. скорость падения с этой высоты находится в пределах возможностей безопасного торможения ее с помощью гидроцилиндров 10, рабочий ход торможения которых, вместе с ходом пневмосильфонов 24, составляет 2 м.If the equipment fails at an altitude of less than 20 meters, then the device is already in the takeoff and landing configuration, and the parachute is not required, because the speed of falling from this height is within the limits of its safe braking with the help of hydraulic cylinders 10, the braking stroke of which, together with the stroke of pneumatic bellows 24, is 2 m.

Гибкие оболочки хвостового обтекателя могут надуваться с использованием скоростного напора, отбираемого в носовой части фюзеляжа. Этого давления будет достаточно, чтобы избежать появления аэроупругих колебаний оболочки, т.е. флаттера обшивки. Этому способствует армирование оболочки высокомодульным кордом.Flexible tail cone shells can be inflated using a high-velocity head taken from the forward fuselage. This pressure will be sufficient to avoid the appearance of aeroelastic vibrations of the shell, i.e. flutter plating. This is facilitated by the reinforcement of the casing with a high modulus cord.

Ниже приведены расчетные оценки технических параметров предлагаемого СВВП, достигаемые в вышеописанном примере его выполнения.Below are the estimated estimates of the technical parameters of the proposed VTOL aircraft, achieved in the above example of its implementation.

Двигатель поршневой звездообразный двухтактный восьми цилиндровый с турбовентиляторной избыточной продувкой и впрыском бензина в цилиндр.The engine is a piston radial two-stroke eight-cylinder with a turbofan over-purge and gasoline injection into the cylinder.

Максимальная мощность двигателя -200 квт.The maximum engine power is 200 kW.

Рабочий объем - 2,5 л.Working volume - 2.5 liters.

Номинальная мощность 110 квт при 60 об/сек.Rated power 110 kW at 60 r / s.

Удельный расход топлива 0,3 кг/кВт час.Specific fuel consumption 0.3 kg / kWh.

Масса конструкции двигателя 40 кг.The mass of the engine structure is 40 kg.

Диаметр блока цилиндров (по снованиям свечей) - 550 мм. (Параметры двигателя получены масштабированием параметров опытного образца несколько меньшей мощности).The diameter of the cylinder block (according to the bases of the candles) is 550 mm. (The engine parameters are obtained by scaling the parameters of the prototype of a slightly lower power).

Взлетная масса СВВП - 300 кг.The takeoff weight of the VTOL aircraft is 300 kg.

Число мест - 2.Number of seats - 2.

Коэффициент полезной нагрузки 0,5.Payload ratio 0.5.

Диаметр винта 2 м.Screw diameter 2 m.

Хорда лопасти для двухлопастного варианта - 0,18 м.The blade chord for the two-bladed version is 0.18 m.

Коэффициент тяговооруженности - 1,25.The thrust-to-weight ratio is 1.25.

Максимальная тяга винта - 3750 ньютон.The maximum propeller thrust is 3750 Newtons.

Максимальное ускорение вверх на взлете - 2,5 м /сек кв.The maximum acceleration up on takeoff is 2.5 m / s sq.

Мощность на валу винта в начале вертикального взлета с ускорением 2,5 м/сек кв. при плотности воздуха 1,2 кг /м куб. и КПД винта в режиме висения 60% - 160 квт.Power on the propeller shaft at the beginning of vertical take-off with an acceleration of 2.5 m / s sq. with an air density of 1.2 kg / m3 and the efficiency of the propeller in hovering mode 60% - 160 kW.

Индуктивная скорость потока в плоскости винта в режиме висения - 25 м/сек.Inductive flow velocity in the plane of the propeller in hovering mode - 25 m / s.

Минимальная скорость горизонтального полета с закрылками - 40 м/сек=145 км/час.The minimum level flight speed with flaps is 40 m / s = 145 km / h.

Время набора скорости горизонтального полета в режиме ускорения по вертикали - 16 сек.The climb time for horizontal flight in vertical acceleration mode is 16 sec.

Расход топлива в режиме вертикального взлета - 45 кг/час = 12,5 г/сек.Fuel consumption in vertical take-off mode - 45 kg / h = 12.5 g / sec.

Затраты топлива на вертикальный взлет без плавного введения в действие крыла - 200 г. Fuel consumption for vertical take-off without smooth activation of the wing - 200 g.

Примерный суммарный расход топлива на взлет и посадку по оптимальной глиссаде (т.е. с кабрированием от минимально возможной высоты) - 0,5 кг.The approximate total fuel consumption for takeoff and landing along the optimal glide path (i.e. with pitching up from the lowest possible height) is 0.5 kg.

Скорость аварийного парашютирования - 20 м /сек.Emergency parachuting speed - 20 m / sec.

Необходимая площадь ориентирующего парашюта при Сх парашюта 1,25 - 10 м. кв.The required area of the orienteering parachute with the Cx parachute is 1.25 - 10 square meters.

Перегрузка при аварийной посадке без двигателя - 10 G.G-force during emergency landing without engine - 10 G.

Размах крыла - 3 м.Wingspan - 3 m.

Площадь крыла - 1,6 м кв.Wing area - 1.6 sq. M.

Профильный коэффициент сопротивления крыла - Сх кр. - 0,01Wing drag profile - Cx cr. - 0.01

Мидельное сечение фюзеляжа - 0,8 м кв.The midsection of the fuselage is 0.8 square meters.

Сх фюзеляжа - 0, 07.Fuselage Cx - 0, 07.

Принимая плотность воздуха 1,2 и скорость полета 140 м/сек = 500 км/час, получаем:Taking an air density of 1.2 and a flight speed of 140 m / s = 500 km / h, we get:

Индуктивная скорость скоса потока крыла - 0,6 м/сек.The inductive speed of the wing bevel is 0.6 m / s.

Соответствующая мощность индуктивного сопротивления крыла - 1.8 квт.The corresponding power of the wing inductive resistance is 1.8 kW.

Мощность профильного сопротивления крыла на 500 км/час - 27 квт.The power of the wing profile resistance at 500 km / h is 27 kW.

Мощность аэродинамического сопротивления фюзеляжа - 94 квт.The aerodynamic drag power of the fuselage is 94 kW.

Принимая для среднеплана интерференцию крыла с фюзеляжем равной нулю, получаем полную мощность аэродинамического сопротивления полета на скорости 500 км/час и плотности воздуха 1,2 кг/м куб:Taking the interference of the wing with the fuselage to be zero for the midplane, we obtain the total power of the aerodynamic drag of flight at a speed of 500 km / h and an air density of 1.2 kg / m3:

1,8+27+94=123 квт.1.8 + 27 + 94 = 123 kW.

Если крутку лопастей винта оптимизировать на 500 км/час, то КПД винта может составить 73%.If the twist of the propeller blades is optimized by 500 km / h, then the efficiency of the propeller can be 73%.

При этом мощность на валу составит 170 квт.In this case, the shaft power will be 170 kW.

Соответствующий часовой расход топлива - 50 кг/час.The corresponding fuel consumption per hour is 50 kg / h.

Удельный расход топлива - 10 кг/ 100 км.Specific fuel consumption - 10 kg / 100 km.

Дальность полета, соответствующая запасу топлива на борту 30 кг, составит 300 км.The flight range corresponding to a 30 kg of fuel on board will be 300 km.

Однако если высоту полета увеличить до 7000 м, где плотность воздуха, а следовательно и аэродинамические сопротивления, вдвое меньше, то удельный расход топлива уменьшиться до 5 кг на 100 км, а дальность увеличиться до 600 км.However, if the flight altitude is increased to 7000 m, where the air density, and hence the aerodynamic drag, is half as much, then the specific fuel consumption will decrease to 5 kg per 100 km, and the range will increase to 600 km.

Если дополнительно к этому уменьшить скорость полета в два раза, т.е. до 250 км/час, то удельный расход топлива уменьшиться в 4 раза - до 1,25 кг на 100 км, а дальность возрастет до 1200 км. В этих оценках мы можем пренебречь возрастанием мощности индуктивного сопротивления крыла, т.к. оно, как приведено выше, очень мало. Кроме того, можно не учитывать и возрастание профильного Сх крыла, т.к. крыло площадью 1,6 м. кв. взято с большим запасом несущей способности (скоростной напор у земли доходит до 12000 Па).If in addition to this, the flight speed is halved, i.e. up to 250 km / h, then the specific fuel consumption will decrease by 4 times - to 1.25 kg per 100 km, and the range will increase to 1200 km. In these estimates, we can neglect the increase in the power of the inductive resistance of the wing, since it is, as stated above, very small. In addition, the increase in the wing profile Cx can also be ignored, since wing with an area of 1.6 sq. m. taken with a large margin of bearing capacity (the velocity head at the ground reaches 12000 Pa).

В силу сказанного вполне реально довести высоту полета и до 10000 м, где плотность воздуха в 3 раза меньше, чем на земле. При этом удельный расход топлива то же уменьшится в 3 раза, по сравнению с земным, и составит (на скорости 500 км/час) 3,3 кг на 100 км, а дальность возрастет до 900 км.In view of the above, it is quite realistic to bring the flight altitude up to 10,000 m, where the air density is 3 times less than on the ground. At the same time, the specific fuel consumption will also decrease by 3 times, compared to the terrestrial, and will amount (at a speed of 500 km / h) 3.3 kg per 100 km, and the range will increase to 900 km.

Соответственно, при снижении скорости полета до 250 км/час удельный расход топлива на 10 000 метровой высоте уменьшится еще в 4 раза - до 0,83 кг на 100 км, а дальность полета, при 30 кг запасе топлива на борту, увеличится до 3600 км.Accordingly, when the flight speed is reduced to 250 km / h, the specific fuel consumption at 10,000 meters will decrease by another 4 times - to 0.83 kg per 100 km, and the flight range, with 30 kg of fuel on board, will increase to 3600 km ...

Таким образом, как транспортное средство, СВВП не только в состоянии уменьшить затраты на содержание дорог, но может иметь значительное превосходство над автомобилем, как по скорости, так и по экономичности. В отношении же безопасности, самолеты уже сейчас безопаснее автомобиля. Этому способствуют, в частности, более благоприятные возможности к автоматизации воздушного движения по сравнению с наземным.Thus, as a vehicle, VTOL aircraft are not only able to reduce the cost of road maintenance, but can have a significant superiority over a car, both in speed and in economy. In terms of safety, airplanes are already safer than cars. This is facilitated, in particular, by the more favorable opportunities for air traffic automation compared to ground traffic.

Claims (3)

1. Самолет вертикального взлета и посадки (СВВП), содержащий фюзеляж, закрепленные на нем крыло и воздушный винт изменяемого шага, ось которого расположена вдоль продольной оси фюзеляжа, а также содержащий хвостовое шасси, обеспечивающее вертикальное расположение продольной оси фюзеляжа при взлете и посадке, выполненное в виде длинных шарнирно прикрепленных к фюзеляжу гидроцилиндров, соединенных по концам между собой растяжками, отличающийся тем, что указанный воздушный винт расположен в носовой части фюзеляжа и снабжен автоматом перекоса, хвостовой обтекатель фюзеляжа выполнен с возможностью дистанционно управляемого складывания и раскладывания в полете, а гидроцилиндры шасси выполнены с возможностью убирания в полете под указанный хвостовой обтекатель.1. A vertical take-off and landing aircraft (VTOL) containing a fuselage, a wing and a variable-pitch propeller attached to it, the axis of which is located along the longitudinal axis of the fuselage, and also containing a tail landing gear, providing a vertical arrangement of the longitudinal axis of the fuselage during takeoff and landing, made in the form of long hydraulic cylinders pivotally attached to the fuselage, connected at the ends with each other by stretch marks, characterized in that the specified propeller is located in the nose of the fuselage and is equipped with a swash plate, the tail fairing of the fuselage is made with the possibility of remotely controlled folding and unfolding in flight, and the landing gear hydraulic cylinders are made with the possibility of retraction in flight under the specified tail fairing. 2. СВВП по п. 1, отличающийся тем, что указанный хвостовой обтекатель выполнен в виде гибкой надувной оболочки с прорезями вдоль образующих, расположенных напротив соответствующих гидроцилиндров и снабжен механизмом дистанционно управляемого раскрывания и соединения краев прорезей.2. VTOL aircraft according to claim 1, characterized in that said tail fairing is made in the form of a flexible inflatable shell with slots along generatrices located opposite to the corresponding hydraulic cylinders and is equipped with a mechanism for remotely controlled opening and connection of the edges of the slots. 3. СВВП по п. 2, отличающийся тем, что указанный механизм раскрывания и соединения краев прорезей гибкой надувной оболочки хвостового обтекателя содержит расположенные на одном из соединяемых краев оболочки зубья, а на другом - соответствующие им впадины, причем зубья снабжены на сопрягаемых поверхностях сквозными отверстиями с фасками, а оси отверстий при соединении краев оболочки совпадают между собой, образуя канал, по которому может перемещаться гибкий соединительный элемент, соединенный с приводным барабаном.3. VTOL aircraft according to claim 2, characterized in that said mechanism for opening and connecting the edges of the slots of the flexible inflatable shell of the tail fairing contains teeth located on one of the connected edges of the shell, and on the other - corresponding depressions, and the teeth are provided on the mating surfaces with through holes with chamfers, and the axes of the holes when connecting the edges of the shell coincide with each other, forming a channel through which a flexible connecting element connected to the drive drum can move.
RU2018139761A 2018-11-09 2018-11-09 Vertical take-off and landing aircraft RU2742496C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139761A RU2742496C2 (en) 2018-11-09 2018-11-09 Vertical take-off and landing aircraft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139761A RU2742496C2 (en) 2018-11-09 2018-11-09 Vertical take-off and landing aircraft

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2018139761A RU2018139761A (en) 2020-05-12
RU2018139761A3 RU2018139761A3 (en) 2021-01-19
RU2742496C2 true RU2742496C2 (en) 2021-02-08

Family

ID=70734729

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018139761A RU2742496C2 (en) 2018-11-09 2018-11-09 Vertical take-off and landing aircraft

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2742496C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805888C2 (en) * 2021-05-17 2023-10-24 Александр Александрович Горшков Vertical take-off and landing aircraft

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2093422C1 (en) * 1994-02-08 1997-10-20 Венидикт Павлович Сафронов Vertical takeoff and landing flying vehicle
RU84342U1 (en) * 2009-03-12 2009-07-10 Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" MULTI-DISPLACEMENT UNMANNED AIRCRAFT
KR101663792B1 (en) * 2014-12-17 2016-10-07 한국항공우주연구원 Ducted fan for vehicle
RU2643063C2 (en) * 2016-04-26 2018-01-30 Дмитрий Сергеевич Дуров Unmanned aircraft complex
US20180050792A1 (en) * 2016-08-19 2018-02-22 Bell Helicopter Textron Inc. Aircraft having Radially Extendable Tailboom Assembly

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2093422C1 (en) * 1994-02-08 1997-10-20 Венидикт Павлович Сафронов Vertical takeoff and landing flying vehicle
RU84342U1 (en) * 2009-03-12 2009-07-10 Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" MULTI-DISPLACEMENT UNMANNED AIRCRAFT
KR101663792B1 (en) * 2014-12-17 2016-10-07 한국항공우주연구원 Ducted fan for vehicle
RU2643063C2 (en) * 2016-04-26 2018-01-30 Дмитрий Сергеевич Дуров Unmanned aircraft complex
US20180050792A1 (en) * 2016-08-19 2018-02-22 Bell Helicopter Textron Inc. Aircraft having Radially Extendable Tailboom Assembly

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2805888C2 (en) * 2021-05-17 2023-10-24 Александр Александрович Горшков Vertical take-off and landing aircraft

Also Published As

Publication number Publication date
RU2018139761A (en) 2020-05-12
RU2018139761A3 (en) 2021-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20240166260A1 (en) Folded wing multi rotor
US20190185155A1 (en) Vertical takeoff and landing aircraft
US6974105B2 (en) High performance VTOL convertiplanes
US6086016A (en) Gyro stabilized triple mode aircraft
US11485477B2 (en) Flying apparatus
US5086993A (en) Airplane with variable-incidence wing
US4695012A (en) Aerial load-lifting system
US6655631B2 (en) Personal hoverplane with four tiltmotors
CA2996633C (en) A variable pitch rotor, a gyro stabilized aircraft and a wind-driven power generator using the variable pitch rotor, and a stationary launching device
US7874513B1 (en) Apparatus and method for vertical take-off and landing aircraft
US4601444A (en) Aerial load-lifting system
CN102126553B (en) Vertically taking off and landing small unmanned aerial vehicle
RU2629475C1 (en) High-speed turbofan combined helicopter
JP2003512253A (en) Airplane and airplane control method
CA3057560A1 (en) Vertical takeoff and landing aircraft
EP2668097A1 (en) Apparatus and method for vertical take-off and landing aircraft
US12006030B2 (en) Distributed electric propulsion modular wing aircraft with blown wing and extreme flaps for VTOL and/or STOL flight
RU2618832C1 (en) Multirotor high-speed combined helicopter
USRE36487E (en) Airplane with variable-incidence wing
WO2014007883A1 (en) Aircraft with freewheeling engine
CN103057702A (en) Jet-propelled rotor helicopter
KR20220107982A (en) Air Vehicle Configurations
RU2550589C1 (en) Convertible vertical take-off and landing aircraft (versions)
RU2653953C1 (en) Unmanned high-speed helicopter-airplane
RU2742496C2 (en) Vertical take-off and landing aircraft