RU2789425C1 - Aircraft with a hybrid power plant - Google Patents

Aircraft with a hybrid power plant Download PDF

Info

Publication number
RU2789425C1
RU2789425C1 RU2022129825A RU2022129825A RU2789425C1 RU 2789425 C1 RU2789425 C1 RU 2789425C1 RU 2022129825 A RU2022129825 A RU 2022129825A RU 2022129825 A RU2022129825 A RU 2022129825A RU 2789425 C1 RU2789425 C1 RU 2789425C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
power plant
aircraft
wing
landing
takeoff
Prior art date
Application number
RU2022129825A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Лонгенович Болсуновский
Николай Николаевич Брагин
Николай Петрович Бузоверя
Роман Григорьевич Лепешенков
Олег Эдуардович Сорокин
Иван Леонидович Чернышев
Original Assignee
Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ")
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") filed Critical Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ")
Application granted granted Critical
Publication of RU2789425C1 publication Critical patent/RU2789425C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: aircraft construction.
SUBSTANCE: invention relates to the field of aircraft construction, in particular to the development of cargo, passenger and multi-purpose short takeoff and landing aircraft, providing cargo and passenger transportation, rescue operations, etc. in areas with an underdeveloped airfield network and requiring a transportation shoulder of more than 600…1000 km. The aircraft with a hybrid power plant contains a fuselage, a wing, a power plant, a distributed electrical power plant located on a deflectable flap. The distributed power plant is made in the form of impellers, each of which is placed in a separate air intake attached to the lower part of the deflectable flap, which can be rotated about the rotation axis located downstream from the trailing edge of the wing at a distance of 20-30% of the wing chord.
EFFECT: proposed aircraft provides high aerodynamic characteristics (lift coefficient Su) when interacting with a sustainer power plant in takeoff and landing modes, can significantly reduce emissions of harmful substances into the atmosphere, reduce noise levels, improve operational characteristics and basing conditions (reduction in the length of the take-off, landing, descent and climb distance), can provide a cruising flight speed of up to 760 km/h and a practical range of up to 3000 km.
1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области самолетостроения, в частности к разработке грузовых, пассажирских и многоцелевых самолетов короткого взлета и посадки, обеспечивающих грузопассажирские перевозки, спасательные операции и т.п. в районах со слаборазвитой аэродромной сетью и требующих плечо перевозок более 600…1000 км.The proposed invention relates to the field of aircraft building, in particular to the development of freight, passenger and multi -purpose aircraft of short take -off and landing, ensuring cargo -passenger transportation, rescue operations, etc. in areas with an underdeveloped airfield network and requiring a transportation shoulder of more than 600 ... 1000 km.

Предлагаемое изобретение относится к авиационной технике, в частности к применяемым на летательных аппаратах (ЛА) крыльях с воздушными винтами, убирающимися из обтекающего летательный аппарат потока воздуха. Воздушные винты могут убираться из потока для уменьшения аэродинамического сопротивления ЛА в полете в случае, когда для полета не требуется создание тяги.The proposed invention relates to aviation equipment, in particular, to the aircraft (LA) wings with air screws removed from the flow of air flow flowing. Air screws can get out of the stream to reduce the aerodynamic resistance of the la in flight in the case when the creation is not required for the flight.

Известны несколько компоновок летательных аппаратов с крылом и воздушными винтами, убирающимися из потока.Several layouts of aircraft with wing and air screws that are removed from the flow are known.

Известны работы NASA и авиакомпании МВЛ Cape Air (Graham Warwick "Is Just First Step" Aviation Week & Space Technology, Jun 26, 2015) по формированию облика легкого самолета, использующего для увеличения подъемной силы на взлете и посадке эффект обдувки крыла с помощью дополнительных воздушных винтов перед передней кромкой крыла. Для уменьшения потерь тяги и минимизации сопротивления, не требуемых в крейсерском полете, дополнительные воздушные винты должны убираться из потока.The work of NASA and the international airline Cape Air (Graham Warwick "Is Just First Step" Aviation Week & Space Technology, Jun 26, 2015) is known for the formation of the appearance of a light aircraft that uses the effect of blowing the wing with the help of additional air to increase lift during takeoff and landing. The screws in front of the front edge of the wing. To reduce thrust losses and minimize drag not required in cruise flight, additional propellers must be removed from the flow.

Известны самолет Ан-28, разработанный ОКБ им. Антонова (см. www.aviawiki.com\antonov\an-28) и его аналоги (DO-228NG, DHC-6-400, L-410UVP-E20, С-212-400 и др). В штатном варианте самолеты имеют длину разбега 300÷400 м. Поскольку расчетным случаем является отказ двигателя, потребная для них длина ВПП составляет значение 550÷900 м. Крейсерский полет самолеты осуществляют на высоте до 3 км со скоростью 300÷400 км/час и имеют максимальную дальность полета (перегоночную) 1300÷1800 км. Самолеты выполнены по нормальной аэродинамической схеме с механизированным по задней кромке крылом большого удлинения. Силовая установка с турбовинтовыми двигателями (ТВД) и винтами относительно большого диаметра размещена на обдуваемом струей от винтов крыле. Самолеты содержат фюзеляж, в котором расположены кабина экипажа, оборудование, грузопассажирская кабина. Горизонтальное и вертикальное оперение установлено на хвостовой части фюзеляжа.Known aircraft An-28, developed by OKB. Antonov (see www.aviawiki.com\antonov\an-28) and its analogues (DO-228NG, DHC-6-400, L-410UVP-E20, C-212-400, etc.). In the standard version, the aircraft have a takeoff run of 300÷400 m. Since the design case is an engine failure, the runway length required for them is 550÷900 m. The maximum flight range (mitigation) is 1300 ÷ 1800 km. The aircraft are made according to the normal aerodynamic scheme with a high elongation wing mechanized along the trailing edge. The power plant with turboprop engines (TVD) and relatively large diameter propellers is placed on a wing blown by a jet from propellers. Aircraft contain a fuselage in which the cockpit, equipment, cargo-passenger cabin are located. Horizontal and vertical tail mounted on the rear fuselage.

Известны также и гибридные самолеты короткого взлета и посадки, содержащие на крыльях двигатели гибридной силовой установки (патент РФ №2577931 МПК В64С 29/00; 27/28 от 20.03.2016)Also known are hybrid short takeoff and landing aircraft containing hybrid power plant engines on the wings (RF patent No.

Недостатками указанных самолетов являются большой относительный вес планера и, как следствие, относительно малые крейсерская скорость (до 400 км/час) и дальность полета (до 1500 км). Кроме того, величина дистанции взлета и посадки составляет более 550 м.The disadvantages of these aircraft are the large relative weight of the airframe and, as a consequence, relatively low cruising speed (up to 400 km/h) and flight range (up to 1500 km). In addition, the take-off and landing distance is more than 550 m.

Известен проект самолета Onera Amhere (Франция, www.onera.fr\Fiche_AMPERE_VA) с распределенной электрической силовой установкой, в которой используется 32 электрических туннельных вентиляторов, установленных над передней кромкой крыла. Самолет рассчитан на дальность полета 400…500 км со скоростью 200…250 км/час.Known project aircraft Onera Amhere (France, www.onera.fr\Fiche_AMPERE_VA) with a distributed electric power plant, which uses 32 electric tunnel fans installed above the leading edge of the wing. The aircraft is designed for a flight range of 400…500 km at a speed of 200…250 km/h.

Недостатком указанного самолета являются малые крейсерская скорость и дальность полета.The disadvantage of this aircraft is small cruising speed and flight range.

Известен проект самолета вертикального взлета и посадки Lilium, разработанный в Германии (см. felix.schoefer@lilium.com). Предполагается, что самолет будет оснащен электрической силовой установкой, осуществлять вертикальные взлет и посадку на площадку с твердым покрытием без дополнительной специальной подготовки и обеспечит полет на высоте до 3 км со скоростью до 300 км/час на дальность до 500 км. Самолет выполнен по схеме «бесхвостка» и содержит крыло, фюзеляж, энергетическую установку и линейки вентиляторных движителей на отклоняемых закрылках. Для балансировки самолета на режиме взлета и посадки применяются убираемые в полете в носовую часть фюзеляжа электровентиляторные подъемные двигатели. Самолет имеет практически прямое крыло умеренного удлинения.Known project of vertical takeoff and landing aircraft Lilium, developed in Germany (see felix.schoefer@lilium.com). It is assumed that the aircraft will be equipped with an electric power plant, carry out vertical takeoff and landing on a hard surface without additional special training and provide flight at an altitude of up to 3 km at a speed of up to 300 km/h for a range of up to 500 km. The aircraft is made according to the "tailless" scheme and contains a wing, a fuselage, a power plant and a line of fan propellers on deflectable flaps. To balance the aircraft in the takeoff and landing mode, electric-fan lifting engines retractable in flight into the nose of the fuselage are used. The aircraft has an almost straight wing of moderate elongation.

Недостатком указанного самолета являются малые крейсерская скорость и дальность полета.The disadvantage of this aircraft is small cruising speed and flight range.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является самолет короткого взлета и посадки (Патент РФ №2728017. МПК В64С 23/00, 05.06.2020 г.), взятый за прототип. Самолет короткого взлета и посадки, содержит крыло, фюзеляж, энергетическую установку и линейки вентиляторных движителей на отклоняемых закрылках, для сочленения крыла с фюзеляжем и размещения энергетической установки дополнительно содержит соединительный обтекатель, выполненный в виде профилированного корневого крыла малого удлинения с углами наклона 10…60° его сопрягаемых с фюзеляжем нижней и верхней поверхностей относительно горизонтальной плоскости, с относительной толщиной профиля 10…20%,Closest to the proposed invention is a short takeoff and landing aircraft (RF Patent No. 2728017. IPC B64C 23/00, 06/05/2020), taken as a prototype. Short takeoff and landing aircraft, contains a wing, a fuselage, a power plant and a line of fan propulsors on deflectable flaps, for articulating the wing with the fuselage and placing the power plant additionally contains a connecting fairing made in the form of a profiled root wing of small elongation with inclination angles of 10 ... 60 ° its lower and upper surfaces mating with the fuselage relative to the horizontal plane, with a relative profile thickness of 10 ... 20%,

Недостатком указанного самолета являются малые крейсерская скорость и дальность полета.The disadvantage of this aircraft are low cruising speed and range.

Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является разработка летательного аппарата с гибридной силовой установкой, обеспечивающего высокие аэродинамические характеристики (коэффициент подъемной силы Су) при взаимодействии с маршевой силовой установкой на взлетно-посадочных режимах, позволяющего уменьшить дистанцию взлета и посадки.The objective and technical result of the present invention is the development of an aircraft with a hybrid power plant that provides high aerodynamic characteristics (lift coefficient Su) when interacting with a sustainer power plant in takeoff and landing modes, which makes it possible to reduce the takeoff and landing distance.

Решение поставленной задача и технический результат достигаются тем, что в летательном аппарате с гибридной силовой установкой, содержащим фюзеляж, крыло, энергетическую установку, распределенную силовую электрическую установку, расположенную на отклоняемом закрылке, распределенная силовая установка выполнена в виде импеллеров, каждый из которых помещен в отдельный воздухозаборник, прикрепленный в нижней части отклоняемого закрылка, выполненного с возможностью поворота относительно оси вращения, расположенной вниз по потоку от задней кромки крыла на расстоянии 20-30% хорды крыла, при этом энергетическая установка содержит не менее двух маршевых двигателей.The solution to the task and the technical result are achieved by the fact that in a aircraft with a hybrid power plant containing a fuselage, a wing, an energy unit, a distributed power electric installation located on a deflected closing, a distributed power plant is made in the form of impeller, each of which is placed in a separate an air intake attached to the lower part of the deflectable flap, made with the possibility of rotation about the axis of rotation, located downstream from the trailing edge of the wing at a distance of 20-30% of the wing chord, while the power plant contains at least two sustainer engines.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, на которых показаны принципиальные схемы уборки воздушного винта из обтекающего летательный аппарат потока воздуха и размещения составляющих элементов конструкции одного отдельно взятого воздушного винта на крыле в составе распределенной силовой электрической установки летательного аппарата. Распределенная силовая установка может состоять из различного числа движителей - импеллеров, расположенных вдоль размаха крыла.The proposed invention is illustrated by drawings, which show the schematic diagrams of the cleaning of the propeller from the air flow around the aircraft and the placement of the constituent structural elements of one individual propeller on the wing as part of the distributed electrical power plant of the aircraft. A distributed power plant may consist of a different number of propellers - impellers located along the wing span.

На фиг. 1 показан общий вид летательного аппарата в крейсерском режиме полета.In FIG. 1 shows a general view of the aircraft in cruise flight mode.

На фиг. 2 - показан общий вид летательного аппарата в посадочном режиме полета.In FIG. 2 - shows a general view of the aircraft in the landing flight mode.

На фиг. 3 - схема расположения отклоняемого закрылка с прикрепленным импеллером в воздухозаборнике в крейсерском режиме полета ЛА.In FIG. 3 - The location diagram of the deflected click with the attached impeller in the air intake in the cruising mode of the LA flight.

На фиг. 4 - схема расположения отклоняемого закрылка с прикрепленным импеллером в воздухозаборнике на взлетно-посадочном режиме полета ЛА.In FIG. 4 is a diagram of the location of the deflected flap with an attached impeller in the air intake in the takeoff and landing mode of the aircraft flight.

Самолет выполнен по нормальной аэродинамической схеме (см. фиг. 1, 2), и содержит фюзеляж 1; крыло 2; энергетическую установку, распределенную электрическую силовую установку, включающую воздухозаборники 3, и импеллеры 4.The aircraft is made according to a normal aerodynamic scheme (see Fig. 1, 2), and contains fuselage 1; wing 2; a power plant, a distributed electric power plant, including air intakes 3, and impellers 4.

Крыло самолета состоит из основного элемента 5, отклоняемого закрылка 6. интерцептора 7 (фиг. 3). Крыло выполнено прямолинейным по передней кромке.The wing of the aircraft consists of the main element 5, the deflected closing 6. The interceptor 7 (Fig. 3). The wing is made straight along the leading edge.

Распределенная силовая электрическая установка выполнена в виде импеллеров 4, каждый из которых помещен в отдельный воздухозаборник 3, прикрепленный в нижней части отклоняемого закрылка 6, выполненного с возможностью поворота относительно оси вращения, расположенной вниз по потоку от задней кромки крыла на расстоянии 20-30% хорды крыла. На фиг. 3, 4 ось вращения обозначена крестом, проходит перпендикулярно плоскости листа и соосна оси Z в принятой в аэродинамике трехмерной системе координат, связанной с ЛА.The distributed electrical power plant is made in the form of impellers 4, each of which is placed in a separate air intake 3, attached to the lower part of the deflectable flap 6, made with the possibility of rotation about the axis of rotation located downstream from the trailing edge of the wing at a distance of 20-30% of the chord wing. In FIG. 3, 4, the axis of rotation is marked with a cross, runs perpendicular to the plane of the sheet and is coaxial with the Z axis in the three-dimensional coordinate system adopted in aerodynamics, associated with the aircraft.

Таким образом гибридная силовая установка предложенного самолета, состоит из энергетической установки и распределенной силовой установки с импеллерами, при этом энергетическая установка содержит не менее двух маршевых двигателей.Thus, the hybrid power plant of the proposed aircraft consists of an energy installation and a distributed power plant with impeller, while the power plant contains at least two marching engines.

На крейсерских режимах полета распределенная силовая установка, состоящая из воздухозаборников 3 и импеллеров 4 расположена снизу крыла (под крылом), где интерференция наиболее благоприятна. На режимах взлета закрылок 6 с прикрепленным импеллером в воздухозаборнике отклоняют путем поворота вокруг указанной оси вращения на угол δ=10÷15° так, что верхняя поверхность обечайки мотогондолы распределенной силовой установки касается задней кромки интерцептора 7 (на фиг. не показано). На режиме посадки закрылок с прикрепленным импеллером в воздухозаборнике отклоняют путем поворота вокруг указанной оси вращения на угол δ=30÷40° так, что импеллеры 4 устанавливаются за основным элементом 5 крыла (фиг. 4) над верхней поверхностью интерцептора 7 и дают дополнительную подъемную силу за счет реактивной и суперциркуляционной составляющих.In cruising flight modes, a distributed power plant, consisting of air intakes 3 and impellers 4, is located below the wing (under the wing), where the interference is most favorable. In take-off modes, the flap 6 with an attached impeller in the air intake is deflected by turning around the specified axis of rotation at an angle δ=10÷15° so that the upper surface of the shell of the engine nacelle of the distributed power plant touches the rear edge of the spoiler 7 (not shown in Fig.). In the landing mode, the flap with an attached impeller in the air intake is deflected by turning around the specified axis of rotation at an angle δ=30÷40° so that the impellers 4 are installed behind the main element 5 of the wing (Fig. 4) above the upper surface of the spoiler 7 and provide additional lift due to the reactive and supercirculation components.

Таким образом, задача и технический результат изобретения достигаются за счет предложенной конструкции и положения распределенной электрической силовой установки, на крейсерских режимах полета установленной на нижней поверхности крыла, где интерференция наиболее благоприятна, а на режимах взлета и посадки за счет поворота закрылка устанавленной над верхней поверхностью основного элемента крыла, при этом импеллеры в воздухозаборниках установлены за основным элементом крыла давая дополнительную подъемную силу за счет реактивной и суперциркуляционной составляющей.Thus, the objective and the technical result of the invention are achieved due to the proposed design and position of the distributed electric power plant, in cruising flight modes installed on the lower surface of the wing, where the interference is most favorable, and in takeoff and landing modes due to the rotation of the flap mounted above the upper surface of the main wing element, while the impellers in the air intakes are installed behind the main wing element, giving additional lift due to the reactive and supercirculation component.

Использование энергетической установки и рациональное расположение электрической силовой установки с импеллерами в воздухозаборниках, их взаимодействии обеспечивает достижение высоких несущих свойств крыла на взлетно-посадочных режимах, снижение лобового сопротивления на крейсерских режимах полета и высокого уровня весового и аэродинамического совершенства самолета.The use of a power plant and the rational arrangement of an electric power plant with impellers in the air intakes, their interaction ensures the achievement of high load-bearing properties of the wing in takeoff and landing modes, a decrease in drag in cruising flight modes and a high level of weight and aerodynamic perfection of the aircraft.

Расчетно-проектные исследования показывают, что по сравнению с прототипом самолет, выполненный в соответствии с предложенным техническим решением, обеспечивает длину разбега и пробега на 10% меньше, может обеспечить крейсерскую скорость полета до 760 км/час и практическую дальность до 3000 км.Settlement and design studies show that, compared with the prototype, the aircraft made in accordance with the proposed technical solution provides the length of the run and run by 10% less, can provide cruising flight speed up to 760 km/h and a practical range of up to 3000 km.

Claims (1)

Летательный аппарат с гибридной силовой установкой, содержащий фюзеляж, крыло, энергетическую установку, распределенную силовую электрическую установку, расположенную на отклоняемом закрылке, отличающийся тем, что распределенная силовая установка выполнена в виде импеллеров, каждый из которых помещен в отдельный воздухозаборник, прикрепленный в нижней части отклоняемого закрылка, выполненного с возможностью поворота относительно оси вращения, расположенной вниз по потоку от задней кромки крыла на расстоянии 20-30% хорды крыла.An aircraft with a hybrid power plant, containing a fuselage, a wing, a power plant, a distributed power plant located on a deflectable flap, characterized in that the distributed power plant is made in the form of impellers, each of which is placed in a separate air intake attached to the lower part of the deflected flap. a flap configured to rotate about an axis of rotation located downstream from the trailing edge of the wing at a distance of 20-30% of the wing chord.
RU2022129825A 2022-11-17 Aircraft with a hybrid power plant RU2789425C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2789425C1 true RU2789425C1 (en) 2023-02-02

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012047327A1 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 Oliver Vtol, Llc Three wing, six tilt-propulsion units, vtol aircraft
RU2577931C1 (en) * 2015-01-13 2016-03-20 Дмитрий Сергеевич Дуров Hybrid short takeoff and landing aircraft
RU2724940C2 (en) * 2016-01-15 2020-06-26 Аурора Флайт Сайенсиз Корпорейшн Vertical take-off and landing aircraft with hybrid power plant
RU2728017C2 (en) * 2018-12-05 2020-07-28 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" Short take-off and landing aircraft

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012047327A1 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 Oliver Vtol, Llc Three wing, six tilt-propulsion units, vtol aircraft
RU2577931C1 (en) * 2015-01-13 2016-03-20 Дмитрий Сергеевич Дуров Hybrid short takeoff and landing aircraft
RU2724940C2 (en) * 2016-01-15 2020-06-26 Аурора Флайт Сайенсиз Корпорейшн Vertical take-off and landing aircraft with hybrid power plant
RU2728017C2 (en) * 2018-12-05 2020-07-28 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" Short take-off and landing aircraft

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11634222B2 (en) Vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle having foldable fixed wing and based on twin-ducted fan power system
RU2440916C1 (en) Aircraft in integral aerodynamic configuration
US8186617B2 (en) Aircraft having a lambda-box wing configuration
US7900865B2 (en) Airplane configuration
EP3718886B1 (en) Aircraft having embedded engines
US20110309202A1 (en) Wingtec Holding Limited
US20110260008A1 (en) Fluid flow control device for an aerofoil
US3995794A (en) Super-short take off and landing apparatus
US4125232A (en) Vertical take-off and landing (VTOL) aircraft with fixed horizontal variable-pitched rotors
US3329376A (en) Short takeoff and landing aircraft
RU2550589C1 (en) Convertible vertical take-off and landing aircraft (versions)
Petrov Aerodynamics of STOL airplanes with powered high-lift systems
RU2391254C2 (en) Supersonic aircraft (versions)
RU2789425C1 (en) Aircraft with a hybrid power plant
US20220380025A1 (en) Download reducing winglets for aircraft having a rotor producing downwash and method of operating the same
RU2604951C1 (en) Short takeoff and landing aircraft
Ransone An overview of experimental VSTOL aircraft and their contributions
RU2696681C1 (en) Aircraft wing
RU2728017C2 (en) Short take-off and landing aircraft
RU2776193C1 (en) Supersonic aircraft
Englar et al. Experimental development and evaluation of pneumatic powered-lift super-STOL aircraft
RU2562259C1 (en) Airborne vehicle
RU2757693C1 (en) Vertical take-off and landing aircraft with propellers on rotary wing flaps
RU2753443C1 (en) Supersonic aircraft
RU196128U1 (en) Supersonic Civil Aircraft