RU2849103C1 - Комплект для преобразования легкого серийного самолёта в гибридный самолёт с вертикальным взлётом и посадкой - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям многовинтовых летательных аппаратов. Устройство предназначено для преобразования легкого серийного самолёта, с верхним расположением крыла с подкосом и передней рулевой стойкой, в самолёт с вертикальным взлётом и посадкой для обеспечения вертикального взлёта, посадки и низкоскоростного маневрирования в воздухе. Устройство содержит пилоны, закреплённые на верхнюю поверхность крыльев параллельно главной оси самолёта, на законцовках каждого пилона закреплены по две винтомоторные группы, состоящие из электромоторов, двух соосных, разнонаправленно вращающихся, толкающих и тяговых двухлопастных, воздушных винтов. При этом пилоны в месте контакта с креплением имеют антивибрационный демпфер, с помощью прижимных коннекторов пилон поджат и зафиксирован к верхнему коннектору, который соединен со структурным креплением. При этом структурное крепление закреплено к переднему и заднему лонжеронам крыла самолёта в месте соединения подкосов. Верхний коннектор, прижимной коннектор, структурное крепление изготовлены из листового материала, соединены между собой и представляют собой сборочную единицу. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям многовинтовых летательных аппаратов. Устройство предназначено для преобразования легкого серийного самолёта, с верхним расположением крыла с подкосом и передней рулевой стойкой, в самолёт с вертикальным взлётом и посадкой для обеспечения вертикального взлёта, посадки и низкоскоростного маневрирования в воздухе.

Аналогичные решения известны, см., например, описание летательного аппарата, выполненное с возможностью вертикального взлета (патент RU 2704771 C2, опубл. 2019 г.), в котором описано разрабатываемое воздушное судно с фиксированным крылом, маршевым и подъемными движителями, подъемные винты которых скрываются внутри пилона при горизонтальном полёте для уменьшения лобового сопротивления. Однако, это не комплект для преобразования уже произведённых серийных самолётов, а разрабатываемый «с нуля» летательный аппарат.

Известна система для преобразования самолёта, имеющего основные двигатели и предназначенного для горизонтального взлета и посадки, в гибридный комбинированный самолёт с вертикальными взлетом и посадкой (ближайший аналог, прототип, см. описание патента на изобретение РФ №2218290, опубл. 2003), содержащая гидравлическую силовую установку, соединенную с основными двигателями и предназначенную для привода в действие, по меньшей мере, одного лопастного несущего винта для вертикального взлета и посадки, при этом она снабжена, по меньшей мере, одним дополнительным двигателем, предназначенным для установки в хвостовой и/или нижней части самолёта с возможностью постепенного наклона и поворота между двумя крайними вертикальным и горизонтальным положениями, при этом средства перемещения вперед самолёта выполнены с возможностью отключения во время вертикального взлета и посадки и на переходной стадии и подключения во время полета, а, по меньшей мере, один лопастной несущий винт и, по меньшей мере, один дополнительный двигатель выполнены с возможностью включения во время вертикального взлета и посадки, а также на переходной стадии и отключения во время самоподдерживаемого горизонтального полета.

Известная система сложна в установке и требует значительных доработок конструкции самолёта, кроме этого не раскрывает конструкцию креплений комплекта для преобразования самолёта.

Предлагаемое изобретение устраняет эти недостатки, обеспечивая простоту установки, минимальное вмешательство в конструкцию и систему управления самолёта и высокую энергоэффективность за счёт комбинации электрических подъёмных винтомоторных групп и штатного двигателя.

Технический результат заключается в возможности преобразования легкого серийного самолёта, с верхним расположением крыла с подкосом и передней рулевой стойкой, в самолёт с вертикальным взлётом и посадкой для обеспечения вертикального взлёта, посадки и низкоскоростного маневрирования в воздухе без значительных изменений конструкции самолёта.

Технический результат достигается тем, что устройство для преобразования легкого серийного самолёта в гибридный самолёт с вертикальным взлётом и посадкой содержит пилоны, закреплённые на верхнюю поверхность крыльев параллельно главной оси самолёта, на законцовках каждого пилона закреплены по две винтомоторные группы, состоящие из электромоторов, двух соосных, разнонаправленно вращающихся, толкающих и тяговых двухлопастных, воздушных винтов, при этом пилоны в месте контакта с креплением имеют антивибрационный демпфер, с помощью прижимных коннекторов пилон поджат и зафиксирован к верхнему коннектору, который соединен со структурным креплением, при этом структурное крепление закреплено к переднему и заднему лонжеронам крыла самолёта в месте соединения подкосов. Верхний коннектор, прижимной коннектор, структурное крепление изготовлены из листового материала, соединены между собой и представляют собой сборочную единицу.

Устройство поясняется нижеследующим описанием и фигурами.

На фиг.1 показан общий вид устройства, где 1- легкий серийный самолёт, 2 - пилон, 3 - электромотор, 4 - установочная площадка, 5 - толкающий воздушный винт, 6 - тяговый воздушный винт, 7 - обтекатель.

На фиг.2 показана система крепления пилонов к силовому каркасу крыла, где 8 - верхний коннектор, 9 - прижимной коннектор, 10 - структурное крепление, 11, 12 - лонжероны крыла, 13 - антивибрационный демпфер, 14, 15 - подкосы.

На фиг.3 представлена конструкция креплений в разрезе, где 16 - гайка-полубочка, 17 - винт стягивающий, 18 - шайба-полубочка.

На фиг.4 показана общая конструкция креплений, на фиг.5 - пример выполнения верхнего коннектора 8, на фиг.6 - пример выполнения прижимного коннектора 9, на фиг.7 - пример выполнения структурного крепления 10.

Устройство предназначено для преобразования легкого серийного самолёта (1) с верхним расположением крыла и подкосами (14, 15) в гибридный летательный аппарат с фиксированным крылом с раздельной подъёмно-маршевой силовой установкой.

Устройство включает два пилона (2), выполненные, предпочтительно из композитного материала овального сечения и устанавливаемые с помощью креплений (8, 9, 10) на верхнюю поверхность крыла параллельно главной оси самолёта.

Восемь соосных винтомоторных групп (по четыре на каждый пилон), состоящие из: электромоторов (3); по два соосных, разнонаправленно вращающихся винтов на законцовках пилона (2): толкающего (5) и тягового (6) воздушных винтов, создающих силу, действующую на самолёт (1) в вертикальном направлении.

Система крепления пилонов к силовому каркасу крыла включает обтекатель (7); антивибрационные демпферы (13); верхний коннектор (8); прижимной коннектор (9); структурное крепление (10), закрепляется к структуре крыла, а именно сквозным болтовым соединением к лонжеронам крыла (11, 12) и подкосам (14, 15).

Бортовое оборудование включает: аккумулятор с системой управления, обеспечивающий 8-10 минут работы подъёмных винтов; полётный контроллер; схему распределения электропитания; электронные регуляторы оборотов каждого электродвигателя; бортовую систему управления в режиме квадрокоптера; систему радиоуправления и телеметрии; а снаружи размещаются видеокамера и антенны.

На законцовках каждого пилона (2), на установочных площадках (4), размещаются по две винтомоторные группы, состоящие из электромоторов (3), двух соосных, разнонаправленно вращающихся, толкающих (5) и тяговых (6) двухлопастных, воздушных винтов, предназначенные для создания подъемной силы, действующей на самолёт (1) в вертикальном направлении.

Заряд аккумулятора обеспечивает, по меньшей мере, взлёт, набор высоты, низкоскоростное маневрирование, снижение и посадку, в течении 8-10 минут, в зависимости от внешних воздействующих факторов. При наборе достаточной высоты, в зависимости от окружающего пространства, к работе подъемных винтомоторных групп (3, 5, 6) подключается маршевый, штатный двигатель самолёта (1), обеспечивающий горизонтальную силу тяги и за счёт набегающего потока воздуха на аэродинамические поверхности крыла, производит подъемную силу и равномерный самоподдерживающийся горизонтальный полёт. При наборе необходимой горизонтальной скорости для самоподдерживающегося полёта, электромоторы (3) переходят в рекуперативный режим для торможения вращения, затем двухлопастные винты (5, 6) фиксируются вдоль главной оси самолёта для уменьшения лобового сопротивления. При переходе в крейсерский режим полёта взлётный аккумулятор заряжается от генератора штатного двигателя самолёта (1). При заходе на посадку, снижается высота полёта и сбрасывается горизонтальная скорость с помощью пассивного вращения подъемных винтов (5, 6) и рекуперативного торможения, при достижения скорости сваливания самолёта винтомоторные группы (3, 5, 6) переходят в активный режим работы, производя низкоскоростное маневрирование и посадку самолёта (1).

Крепление к крылу пилонов (2) состоит из обтекателя (7) и деталей (8, 9, 10) изготовленных из листового материала (сплава алюминия), соединенных между собой с помощью заклепок и представляющие собой сборочную единицу.

Пилоны (2) в месте контакта с креплением имеют антивибрационный резиновый или силиконовый демпфер (13). Верхний коннектор (8) расположен над пилоном (2) и охватывает наружную боковую часть крепления, несёт основную силовую нагрузку. Прижимной коннектор (9) поджимает пилон снизу к верхнему коннектору (8).

С помощью прижимных коннекторов (9) путём затягивания винта (17) с гайкой-полубочкой (16) и шайбой-полубочкой (18), сжимающего наклонные стенки прижимного коннектора (9), пилон (2) зажимается и фиксируется к верхнему коннектору (8), который соединен со структурным креплением (10) заклёпочными соединениями. Для упрощения монтажа и демонтажа пилона (2) демонтируются прижимные коннекторы (9), которые соединены со структурным креплением (10) разъемными болтовыми соединениями. Структурное крепление (10) крепится болтовым соединением непосредственно к переднему (11) и заднему (12) лонжеронам крыла самолёта в месте соединения подкосов (14, 15).

Принцип работы. Взлёт. Вертикальный взлёт осуществляются за счёт подъёмных винтов (5, 6).

Переход в горизонтальный полёт. При наборе достаточной высоты, в зависимости от окружающего пространства, к работе подъемных винтов (5, 6) подключается маршевый, штатный двигатель самолёта (1), обеспечивающий горизонтальную силу тяги. При наборе необходимой горизонтальной скорости для самоподдерживающегося полёта, электромоторы (3) переходят в рекуперативный режим для торможения вращения, затем двухлопастные подъемные винты (5, 6) фиксируются вдоль главной оси самолёта для минимизации лобового сопротивления.

Горизонтальный полёт. В крейсерском режиме полёта летательный аппарат двигается только за счёт штатного двигателя и набегающего воздушного потока на аэродинамическую поверхность крыла, обеспечивающий подъёмную силу. Подъемный аккумулятор осуществляет дозарядку от генератора маршевого двигателя самолёта (1).

Заход на посадку. Для снижения горизонтальной скорости подъёмные винты переходят в режим рекуперативного торможения, заряжая аккумулятор.

Посадка. При достижении скорости сваливания винтомоторные группы активируются для точного низкоскоростного маневрирования и мягкой посадки.

Преимущества. Простота установки. Устройство монтируется без значительных изменений конструкции самолёта.

Экономическая эффективность. Нет необходимости разрабатывать и производить воздушное судно. Для получения самолёта вертикального взлета и посадки (СВВП) достаточно переоборудовать б/у самолёт подходящей конфигурации.

Безопасность. Электронная система управления в режиме квадрокоптера позволяет осуществлять взлёт и посадку в автоматическом режиме, что исключает ошибку пилотов и «человеческий фактор».

Универсальность. Подходит для большинства легких самолётов с верхним расположением крыла.

Claims (2)

1. Устройство для преобразования легкого серийного самолёта в гибридный самолёт с вертикальным взлётом и посадкой, содержащее пилоны, закреплённые на верхнюю поверхность крыльев параллельно главной оси самолёта, на законцовках каждого пилона закреплены по две винтомоторные группы, состоящие из электромоторов, двух соосных, разнонаправленно вращающихся, толкающих и тяговых двухлопастных, воздушных винтов, при этом пилоны в месте контакта с креплением имеют антивибрационный демпфер, с помощью прижимных коннекторов пилон поджат и зафиксирован к верхнему коннектору, который соединен со структурным креплением, при этом структурное крепление закреплено к переднему и заднему лонжеронам крыла самолёта в месте соединения подкосов.

2. Устройство для преобразования легкого серийного самолёта в гибридный самолёт с вертикальным взлётом и посадкой по п.1, отличающееся тем, что верхний коннектор, прижимной коннектор, структурное крепление изготовлены из листового материала, соединены между собой и представляют собой сборочную единицу.