RU2810988C1 - Летательный аппарат вертикального взлета и посадки - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к пилотируемым или беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки содержит кольцевое крыло аэродинамического профиля, в центральной области которого установлены центробежный вентилятор, выполненный с возможностью нагнетания воздуха в радиальном направлении на нижнюю горизонтальную поверхность кольцевого крыла, и над ним - осевой лопастной вентилятор, выполненный с возможностью подачи воздуха на вход центробежного вентилятора. По всему периметру кольцевого крыла установлены плоские щитки, каждый из которых выполнен с возможностью изменения угла между нижней плоскостью дискового крыла и щитками в диапазоне от 60 до 180°. Центробежный и осевой лопастной вентиляторы выполнены с возможностью вращения их роторов в противоположные стороны. Обеспечивается упрощение конструкции летательного аппарата, его маневрирование в горизонтальной плоскости, уменьшение вибраций летательного аппарата при его эксплуатации. 2 ил.

Description

Изобретение относится к авиационной технике, в частности, к пилотируемым или беспилотным летательным аппаратам (далее - ЛА) вертикального взлета и посадки, предназначенных для автономного или управляемого перемещения людей или грузов в воздушном пространстве.

Известен ЛА вертикального взлета и посадки, содержащий конусное кольцевое крыло аэродинамического профиля, в центральной области которого установлены центробежный вентилятор, выполненный с возможностью нагнетания воздуха в радиальном направлении на нижнюю поверхность конусного кольцевого крыла, и над ним - осевой лопастной вентилятор, выполненный с возможностью подачи воздуха на вход центробежного вентилятора (см. заявку РФ на изобретение № 2000101530, МПК В64С 39/06, публ.10.11.2001).

К недостаткам известного ЛА можно отнести необходимость использования для перемещения ЛА в горизонтальном направлении дополнительного маршевого двигателя, что усложняет конструкцию ЛА в целом, так как требует как наличия самого двигателя, так и дополнительной системы управления ориентацией этого двигателя. Также предлагается для горизонтального перемещения ЛА изменять угол атаки конусного кольцевого крыла, однако не раскрыто конструктивное выполнение осуществления данной функции. Кроме того, в известном ЛА отсутствует уравновешивание реактивных моментов вращающихся роторов вентиляторов, что приводит к нежелательным вибрациям ЛА при его эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является ЛА вертикального взлета и посадки, содержащий конусное кольцевое крыло аэродинамического профиля, в центральной области которого установлены центробежный вентилятор, выполненный с возможностью нагнетания воздуха в радиальном направлении на нижнюю поверхность конусного кольцевого крыла, и над ним - осевой лопастной вентилятор, выполненный с возможностью подачи воздуха на вход центробежного вентилятора (см патент РФ на изобретение № 2305649, МПК В64С 39/06, публ.10.09.2007).

К недостаткам известного ЛА можно отнести необходимость использования для перемещения ЛА в горизонтальном направлении дополнительного маршевого двигателя, что усложняет конструкцию ЛА в целом, так как требует как наличия самого двигателя, так и дополнительной системы управления ориентацией этого двигателя. Кроме того, в известном ЛА отсутствует уравновешивание реактивных моментов вращающихся роторов вентиляторов, что приводит к нежелательным вибрациям ЛА при его эксплуатации.

Предлагаемое изобретение направлено на решение технической проблемы и достижение технического результата, состоящего в упрощении конструкции ЛА, обеспечивающей маневрирование ЛА в горизонтальной плоскости, а также в уменьшении нежелательных вибраций ЛА при его эксплуатации.

Данный технический результат достигается тем, что в ЛА вертикального взлета и посадки, содержащем кольцевое крыло аэродинамического профиля, в центральной области которого установлены центробежный вентилятор, выполненный с возможностью нагнетания воздуха в радиальном направлении на нижнюю горизонтальную поверхность кольцевого крыла, и над ним - осевой лопастной вентилятор, выполненный с возможностью подачи воздуха на вход центробежного вентилятора, по периферии по всему периметру кольцевого крыла установлены плоские щитки, каждый из которых выполнен с возможностью изменения угла между нижней плоскостью дискового крыла и щитками в диапазоне от 60° до 180°, а центробежный и осевой лопастной вентиляторы выполнены с возможности вращения их роторов в противоположные стороны.

Выполнение нижней поверхности кольцевого крыла горизонтальной, как показали экспериментальные исследования, наиболее эффективно обеспечивает маневрирование ЛА в горизонтальной плоскости, так как при выполнении нижней поверхности наклонной в полости под кольцевым крылом возникают турбулентное движение, которое препятствует перемещению ЛА в вертикальной и горизонтальной плоскости.

Выполнение по периферии дискового крыла нескольких щитков, каждый из которых может изменять положение в независимости друг от друга в диапазоне от 60° до 180°, обеспечивает маневрирование ЛА в горизонтальной плоскости, так как при подъеме щитка/щитков до горизонтального положения (180°) в определенном месте по периферии кольцевого крыла в этом месте происходит снижение давления под крылом по сравнению с давлением в остальной области, что приводит к появлению горизонтальной тяги в сторону поднятых или открытых плоских щитков. Угол менее 60° нецелесообразен, так как давление, создаваемое под нижней плоскостью, будет действовать на меньшую площадь нижней поверхности, что уменьшает величину подъемной силы.

Выполнение центробежного и осевого лопастного вентиляторов с возможностью вращения их роторов в противоположные стороны обеспечивает уравновешивание реактивных моментов в опорах вращающихся роторов вентиляторов и устраняет нежелательные вибрации ЛА при его эксплуатации. А также изменение частоты вращения любой из двух крыльчаток позволяет ЛА вращаться вокруг своей оси в любую сторону.

На Фиг.1 схематично в разрезе показан предлагаемый ЛА вертикального взлета и посадки;

на Фиг.2 - вид сверху на предлагаемый ЛА вертикального взлета и посадки.

ЛА вертикального взлета и посадки содержит кольцевое крыло 1 аэродинамического профиля (верхняя поверхность повторяет поверхность крыла самолета, а нижняя поверхность выполнена горизонтально плоской), в центральной области которого установлены центробежный вентилятор 4, выполненный с возможностью нагнетания воздуха в радиальном направлении на нижнюю поверхность кольцевого крыла 1, и над ним - осевой лопастной вентилятор 2, выполненный с возможностью подачи воздуха на вход центробежного вентилятора 4. По периферии по всему периметру ниже кольцевого крыла 1 установлены плоские щитки 3, каждый из которых могут изменять свое положение от 60° до 180° по отношению к нижней плоскости дискового крыла 1. Механизм изменения положения плоских щитков может быть выбран любым из числа известных, например, аналогичным механизму изменения угла наклона подкрылков самолета. Центробежный 4 и осевой лопастной 2 вентиляторы выполнены с возможностью вращения их роторов в противоположные стороны (аналогичным образом, как, например, винты вертолета). Также ЛА снабжен стойкой 7, соединенной с кольцевым крылом 1, и основанием 5, на котором установлен двигатель 6, обычно снабженный редуктором и механизмом привода известных конструкций (не показаны) вентиляторов 4 и 2. ЛА также может быть оснащен различными средствами для размещения грузов или людей (не показаны).

ЛА вертикального взлета и посадки работает следующим образом.

Воздушный поток, создаваемый относительно кольцевого крыла 1, создает подъемную силу за счет создаваемой разности давлений между нижней и верхней поверхностями крыла 1.

При необходимости осуществить вертикальный взлет при помощи установленного на основании 5 двигателя 6 вращают в противоположные стороны центробежный 4 и осевой лопастной 2 вентиляторы. При этом над верхней поверхностью кольцевого крыла 1 создают пониженное давление на входе в осевой лопастной 2 вентилятор, который направляет воздушный поток на вход центробежного вентилятора 4. Это пониженное давление способствует повышению подъемной силы кольцевого крыла 1. Центробежный вентилятор 4 нагнетает воздух в радиальном направлении на нижнюю поверхность кольцевого крыла 1, за счет такого воздействия воздушного потока создается повышенное давление. Предпочтительно, чтобы при вертикальном взлете плоские щитки 3 располагались под углом от 60° до 90° по отношению к нижней плоскости дискового крыла 1, что позволяет дополнительно повысить давление под нижней поверхностью крыла 1 за счет уменьшения скорости воздушного потока на периферии крыла 1, и, соответственно, преобразования ее в повышение давления. Угол менее 60°, как показано выше, нецелесообразен, так как давление, создаваемое под нижней плоскостью, будет действовать на меньшую площадь нижней поверхности, а более 90° - так как при этом поток воздуха будет отекать нижнюю поверхность крыла, не создавая на ней повышенного давления. Таким образом, у кольцевого крыла 1 возникает разница давлений (пониженное сверху крыла 1 и повышенное снизу крыла 1) и направленная вверх подъемная сила, за счет которой и происходит вертикальный взлет ЛА. Кроме того, при вертикальном взлете ЛА встречный воздушный поток обтекает кольцевое крыло 1, за счет аэродинамического профиля которого возникает дополнительная подъемная сила.

При необходимости осуществления перемещения ЛА в определенном направлении по горизонтали поднимают щиток/щитки 4 до горизонтального положения, то есть до угла 180° по отношению к нижней плоскости дискового крыла 1, например, под кольцевым крылом 1 в таком месте по периферии кольцевого крыла 1, куда следует осуществить перемещение ЛА. В этом месте происходит снижение давления под крылом 1, по сравнению с давлением в остальной области, что приводит к появлению горизонтальной тяги в сторону поднятых плоских щитков 3 и, соответственно, перемещению ЛА по горизонтали.

Предлагаемый ЛА вертикального взлета и посадки имеет возможность маневрирования в горизонтальной плоскости путем использования простых конструктивных средств, обеспечивающих такую возможность, а также не имеет нежелательных вибраций при его эксплуатации.

Claims (2)

1. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий кольцевое крыло аэродинамического профиля, в центральной области которого установлены центробежный вентилятор, выполненный с возможностью нагнетания воздуха в радиальном направлении на нижнюю поверхность кольцевого крыла, и над ним – осевой лопастной вентилятор, выполненный с возможностью подачи воздуха на вход центробежного вентилятора, отличающийся тем, что нижняя поверхность кольцевого крыла выполнена горизонтальной, по периферии по всему периметру и ниже кольцевого крыла установлены плоские щитки, каждый из которых выполнен с возможностью изменения его положения в диапазоне от 60 до 180° по отношению к нижней поверхности кольцевого крыла, причем центробежный и осевой лопастной вентиляторы выполнены с возможностью вращения их роторов в противоположные стороны.