UA151311U - Літак з вертикальним зльотом і посадкою - Google Patents

Abstract

Літак з вертикальним зльотом і посадкою містить фюзеляж з кабіною, у верхній частині фюзеляжу закріплені розміщені на ньому у формі трикутника три кільцеві вентилятори, при цьому в кожному кільці співвісно встановлені по два двигуни з повітряними гвинтами, крім того, літак має два крила, виконані трикутними зі зрізаними кінцями, і стабілізатор, закріплені на нижній частині фюзеляжу таким чином, що вертикальні площини крил і стабілізатора знаходяться на лініях осей вентиляторів, на нижній частині крил закріплені елевони, а на нижній частині стабілізатора встановлено кермо напрямку. При цьому на зовнішніх вертикальних торцях кожного крила та стабілізатора розташовані посадкові пневматичні амортизаційні ніжки, крім того, в фюзеляжі розміщена система управління літаком, а на крилах є місце для оснащення його знімними вузлами підвіски озброєння.

Description

Корисна модель належить до авіації, а саме до літаків вертикального зльоту та посадки (ЛВЗП), і може бути використана як літальний апарат вертикального зльоту та посадки безаеродромного базування. Основною сферою застосування пропонованого ЛВЗП є організація повітряних перевезень без прив'язки до існуючої аеродромної мережі та без необхідності будівництва нових злітно-посадкових смуг.

Відомо безліч проєктів ЛВЗП, що з'явилися у 2-й половині 20-го століття (Ружицький 6.1.

Американські літаки вертикального зльоту. - М.: ТОВ "Видавництво Астрель", 2000. - 192 б.: іл.,

Хафер К., Закс Г. Техніка вертикального зльоту та посадки. Пров. з ним. - М: Мир, 1985. - 376 с., іл.). При цьому з самого початку всі компонування ЛВЗП, що розроблялися, можна було віднести до двох різних типів: ЛВЗП, що зберігають горизонтальне положення фюзеляжу як у крейсерському польоті, так і на режимах вертикального зльоту та посадки (ВЗП), як правило, за рахунок повороту силової установки та/або повітряних гвинтів і "Тайлсітери" або, буквально, "що сідають на хвіст" - ЛВЗП, що не мають поворотних силових установок та/або повітряних гвинтів, і повністю повертаються у вертикальне положення на режимах ВЗП. Безперечною перевагою "тайлсіттерів" вважалася більш висока вагова ефективність та надійність, оскільки у них були відсутні механізми повороту двигунів та гвинтів. Тому такі ЛВЗП привернули увагу військових. Так, фірма "Локхід" розробляла проєкт ЛВЗП ХЕМ-1 Баітоп для ВМФ США (Ружицький Є.І. Американські літаки вертикального зльоту. - М. ТОВ "Видавництво Астрель", 2000. - 192 с.: іл). Особливістю цього ЛВЗП було вертикальне положення при знаходженні землі перед зльотом і після посадки. Для цього ЛВЗП мав Х-подібне хвостове оперення, оснащене опорами шасі. Вертикальний зліт і посадка (ВЗП) виконувалися за рахунок тяги повітряного гвинта, розташованого в носовій частині фюзеляжу, що приводиться в обертання газотурбінним двигуном (ВМД). Після вертикального зльоту ЛВЗП поступово повертався в горизонтальне становище та виконував крейсерський політ як звичайний літак. Перевагою даного технічного рішення є можливість досягнення в крейсерському польоті високої аеродинамічної якості та хороших льотно-технічних характеристик за рахунок великого подовження крила.

Головний недолік полягає в низькій ефективності і поганій керованості на режимах ВЗП, оскільки тут управління рухом ЛВЗП забезпечується тільки відхиленням аеродинамічних керм,

Зо що обдуваються струменем гвинта. Для створення необхідних керуючих моментів потрібна висока швидкість в струмені, а досягти її можна тільки збільшенням навантаження на площу гвинта, що ометається, що знижує ККД гвинта і збільшує витрату палива на режимах ВЗП.

Відомо також літальний апарат (ЛА), званий квадрокоптером, що належить до класу мультикоптерів, що є функціональним аналогом вертольота (Єрохін Е., Коломієць А.

Мультикоптери: новий вид. ПЕр:/Лумли.цам.ги/апісіез/тийсоріег5.раї Липень, 2016). Підйомна сила у квадрокоптера створюється чотирма повітряними гвинтами, розташованими у вершинах чотирикутника, як правило квадрата, і приводяться у обертання індивідуальними електродвигунами (ЕД). Тому як джерело енергії використовуються акумуляторні батареї (АКБ) або паливні елементи, що розташовуються, як правило, в геометричному центрі апарата. Там же знаходяться система управління та корисне навантаження. Важливою особливістю квадрокоптера є те, що осі обертання повітряних гвинтів не повертаються відносно його конструкції, а керуючі сили та моменти створюються лише шляхом зміни тяги гвинтів. Цим квадрокоптер принципово відрізняється від вертольота, для управління яким необхідне оснащення несучого гвинта механічним пристроєм управління загальним та циклічним кроком, званим у вітчизняній літературі автоматом перекосу (АП). Разом з тим, невід'ємним елементом конструкції квадрокоптера є електронна автоматична система поліпшення стійкості (АСУУ), що вимірює за допомогою датчиків (гіроскопів та акселерометрів) параметри руху ЛА та регулює тягу гвинтів шляхом зміни миттєвої потужності (і частоти обертання) ЕД приводів. Саме малий час перехідних процесів, властивий ЕД, забезпечує квадрокоптеру прийнятні характеристики стійкості та керованості при використанні повітряних гвинтів без АП. Таким чином, квадрокоптер, зберігаючи функціональність та ефективність вертольота, виявляється простіше за конструкцією, надійнішою в експлуатації та дешевшим за вартістю.

Основними недоліками квадрокоптера є мала дальність і тривалість польоту, що з недостатньо високої енергоємністю сучасних АКБ. Крім того, як і вертоліт, квадрокоптер має невисоку максимальну швидкість польоту, зазвичай, не більше 100 км/год. Таким чином, квадрокоптер здатний забезпечити високу ефективність режимів ВЗП, але програє класичній літаковій схемі в крейсерському польоті.

З рівня техніки не виявлено найближчого аналога, тотожного пропонованому.

В основу корисної моделі поставлено задачу забезпечення високої ефективності режимів вертикального зльоту та посадки зі збереженням хороших льотно-технічних характеристик у крейсерському польоті.

Поставлена задача вирішується тим, що в літаку з вертикальним зльотом і посадкою, що містить фюзеляж з кабіною пілота, у верхній частині фюзеляжу закріплені розміщені на ньому у формі трикутника три кільцеві вентилятори, при цьому в кожному кільці співвісно встановлені по два двигуни з повітряними гвинтами, крім того, літак має два крила, виконані трикутними зі зрізаними кінцями, і стабілізатор, закріплені на нижній частині фюзеляжу таким чином, що вертикальні площини крил і стабілізатора знаходяться на лініях осей вентиляторів, на нижній частині крил закріплені елевони, а на нижній частині стабілізатора встановлено кермо напрямку, при цьому на зовнішніх вертикальних торцях кожного крила та стабілізатора розташовані посадкові пневматичні амортизаційні ніжки, крім того, в фюзеляжі розміщена система управління літаком, а на крилах є місце для розташування вузлів підвіски озброєння.

Кабіна пілота може бути виконана герметичною.

Кабіна пілота може бути виконана відкритою.

Система управління літаком може бути виконана механічною.

Система керування літаком може бути виконана на автопілоті.

Система керування літаком може бути виконана безпілотною.

Виконання полегшеної конструкції з потужними електродвигунами в сукупності з переліченими вище ознаками запропонованої корисної моделі дозволить швидко привести даний агрегат у рух, виконати поставлене завдання і здійснити посадку в практично будь-якому місці Крило з великою площею дає велику підйомну силу при горизонтальному русі зі швидкістю понад 150 км/год., при цьому дозволяє заощаджувати витрати електроенергії та збільшує дальність польоту. Велика площа ометання повітряних гвинтів та низький центр тяжіння забезпечує стійкість при вертикальному зависанні та русі на малих швидкостях.

Використання повітряних кільцевих вентиляторів підвищує безпеку експлуатації і збільшує тягу на 2095 ії ККД системи в цілому. В результаті підвищується підйомна сила, збільшуються швидкісні можливості та ефективність керування. Значно знижується рівень шуму апарата в міських умовах і дальність виявлення при спеціальних операціях.

Зо Пропонована корисна модель пояснюється кресленнями.

На фіг. 1 схематично зображено загальний вигляд літака.

На фіг. 2 етап руху літака-фаза І. Вертикальний зліт.

На фіг. З етап руху літака Фаза ІІ. Розгін та набір висоти зі зміною положення від вертикального до горизонтального.

На фіг. 4 етап руху літака Фаза ІІІ. Горизонтальний політ. (15-18 градусів).

На фіг. 5 етап руху літака Фаза ІМ. Для посадки апарат уповільнюється та змінює положення з горизонтального на вертикальне.

На фіг. 6 етап руху літака Фаза У. Посадка у вертикальному положенні.

Літак з вертикальним зльотом і посадкою містить фюзеляж 1 з герметичною кабіною 2. На верхній частині фюзеляжу 1 закріплені, розміщені у формі трикутника, три кільцевих вентилятори 3, 4, 5. У кожному кільці вентиляторів 3, 4, 5 співвісно встановлені по два двигуни з повітряними гвинтами, а саме, у вентиляторі З встановлені двигуни з повітряними гвинтами 6, 7, у вентиляторі 4 встановлені двигуни з повітряними гвинтами 8, 9 і у вентиляторі 5 встановлені двигуни з повітряними гвинтами 10, 11. На нижній частині фюзеляжу 1 закріплені два крила 12, 13 ї стабілізатор 14. Крила 12, 13 виконані трикутними зі зрізаними кінцями і закріплені разом зі стабілізатором 14 на нижній частині фюзеляжу таким чином, що стабілізатор 14 знаходиться на лініях осей вентиляторів 3, 4, 5. На нижній частині крил 12, 13 закріплені елевони 15, 16 відповідно, а на нижній частині стабілізатора 14 встановлений кермо напрямку 17. На зовнішніх вертикальних торцях кожного крила 12, 13 і стабілізатора 14 розташовані посадкові пневматичні амортизаційні ніжки 18, 19, 20. В фюзеляжі 1 за кабіною пілота 2 розміщена система управління літаком 21, а на крилах 12, 13 є місце для оснащення вузлами підвіски озброєння. Система управління літаком може бути виконана механічною, з ручним керуванням, на автопілоті і безпілотною.

Кабіна для пілота може бути виконана відкритою. У цьому випадку людина сідає у крісло і пристібається ременями безпеки. Для польотів необхідне захисне екіпірування.

Пропонована корисна модель функціонує в такий спосіб.

Підйом літака здійснюється запуском всіх вентиляторів 3, 4, 5 рухової установки, гвинти 6, 7, 8, 9, 10, 11, які приводяться в обертання, внаслідок чого виникає підйомна сила у вертикальній площині, і літак піднімається в повітря. За допомогою системи управління, яка здійснюється 60 переведенням елевонів 15, 16 у нижнє положення, після чого літак з набором швидкості переходить в горизонтальне положення. При прийнятті горизонтального положення елевони 15, 16 переводять на нейтральне положення. Маневрування в горизонтальній площині здійснюють шляхом зміни положення керма напрямку 17, а для маневру вертикальної площини служать крила 12, 13 з елементи управління елевони 15, 16. Для посадки літака необхідно знизити оберти вентиляторів 3, 4, 5 і перевести елевони 15, 16 у верхнє положення, що забезпечить швидке скидання швидкості та прийняття вертикального положення агрегату. Після цього елевони 15, 16 переводять в нейтральне положення і шляхом підтримування певних обертів гвинтів 6, 7, 8, 9, 10, 11 здійснюється посадка на амортизаційні ніжки 18, 19, 20.

Даний апарат можна використовувати як універсальну платформу для виконання різних завдань, наведених нижче, а також для доставки вантажів. Військовий, рятувальний, поліцейський, пасажирський, що швидкість апарата може бути більше 300 км/ч. Може бути використано як цівільний міський апарат з автоматичним (безпілотним), дистанційним, ручним керуванням з герметичною кабіною з системою життєзабезпечення та клімат контролем, подушками безпеки та мультимедійною системою для переміщення одного пасажира на відстань до 100 км, для використання як таксі або приватного транспорту, як рятувальний апарат з лебідкою з автоматичним (безпілотним), дистанційним, ручним керуванням, з відкритою кабіною, для евакуації людей з тяжкодоступних місць при надзвичайних умовах, як пожежний апарат швидкого реагування з автоматичним (безпілотним), дистанційним керуванням, з капсулою, яка містить до 200 літрів засобу для гасіння пожежі, на високих поверхах багатоповерхівок чи в тяжкодоступних місцях, як поліцейських апарат з автоматичним (безпілотним), дистанційним, ручним керуванням, для швидкого реагування в умовах міста, швидкої доставки спецпризначенців, відеоспостереження за порушниками порядку, буде оснащений спецсигналами, прожекторами та спецзасобами.

Заявлений літак може використовуватися на полі бою та у воєнний час, а саме - розвідка, патрулювання, десантування, евакуація поранених з поля бою, бомбардування наземних цілей, знешкодження повітряних цілей, знешкодження надводних цілей, використання як літака- снаряда, вантажного транспорту. Велика вантажопідйомність (більше 200 кг) дозволяє зробити бронювання (захист від куль калібром до 7,62 мм) життєво важливих вузлів та механізмів апарата.

Зо Переваги літака - велика максимальна (350 км/ч) та крейсерська (7250 км/ч) швидкості, економічність, низький рівень шуму, висока стійкість в будь-якому режимі польоту, безпечність (при відмові одного з двигунів в кожному вентиляторі інший працюватиме в аварійному режимі), також всі апарати мають аварійну парашутну рятувальну систему для безпечної посадки апарата разом з пасажиром або вантажем. Відсутність на борту рідкого палива та інших горючих речовин підвищує живучість апарата при вогні зі стрілецької зброї, що дає можливість залишатися в польоті навіть у разі прямих попадань у будь-які деталі літака крім двигунів, повітряних гвинтів, основних плат та електроніки, життєво важливих органів пілота "у цьому випадку можливий варіант перехоплення управління оператором або автономним ПЗ апарата та евакуація із зони бойових дій), а також основних систем управління апаратом.

Використання повністю електричної рухової системи дає значну перевагу перед реактивно- бензиновими конкурентами за рахунок відсутності теплового сліду в інфрачервоному діапазоні (гарячих двигунів, вихлопу, реактивного струменя), що дозволить уникнути наведення систем

ППО супротивника та значно знизить можливість виявлення за рахунок тепловізорів та інших систем в інфрачервоному діапазоні. Ще одна перевага конструкції - це низька вартість апарата та експлуатації.

Використання запропонованої конструкції літака дозволить забезпечити високий рівень універсальності застосування, шляхом виключення необхідності будівництва спеціальних аеродромів та забезпечення експлуатації навіть з необладнаних майданчиків (у тому числі з рибальських суден, з грунтових майданчиків, наприклад, у сільській місцевості тощо). Крім того, запропонована корисна модель характеризується високою маневреністю, має гарні швидкісні характеристики, підйомну силу та ефективність управління.

Claims (5)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Літак з вертикальним зльотом і посадкою, що містить фюзеляж з кабіною, у верхній частині фюзеляжу закріплені розміщені на ньому у формі трикутника три кільцеві вентилятори, при цьому в кожному кільці співвісно встановлені по два двигуни з повітряними гвинтами, крім того, літак має два крила, виконані трикутними зі зрізаними кінцями, і стабілізатор, закріплені на нижній частині фюзеляжу таким чином, що вертикальні площини крил і стабілізатора 60 знаходяться на лініях осей вентиляторів, на нижній частині крил закріплені елевони, а на нижній частині стабілізатора встановлено кермо напрямку, при цьому на зовнішніх вертикальних торцях кожного крила та стабілізатора розташовані посадкові пневматичні амортизаційні ніжки, крім того, в фюзеляжі розміщена система управління літаком, а на крилах є місце для оснащення його знімними вузлами підвіски озброєння.

2. Літак за п. 1, який відрізняється тим, що кабіна виконана герметичною.

З. Літак за п. 1, який відрізняється тим, що кабіна виконана відкритою.

4. Літак за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що система управління літаком виконана механічною.

5. Літак за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що система керування літаком виконана на автопілоті.

б. Літак за будь-яким із пп. 1-3, який відрізняється тим, що система керування літаком виконана безпілотною. 433 длтеесссєтн о? рання й М я Шан шк ск о й» Х ж ХМ ДЕН т оди в ї ва маш ШЕ Пов НИЙ оо оо І Ше хо Ши Н р нн ща НО: я я її по а Я

Ж. 1 : дн но ШК Гі і ше 12 рі ання х шкі : ІЗ фени, В В | ЕК ун нен ЦЕ Та ЗЕ хх ЩОКУ ще НЕ и ний ЗІ ще Дні і. ши ее ШИ п те ; хв ї А в ЩЕ І ше: і КЕ Еш в. Ен

Фіг. 1