Конвертоплан
Владельцы патента RU 2456209:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ-КАИ) (RU)
Изобретение относится к авиации, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Конвертоплан содержит фюзеляж, крыло, двигатели, оперение, шасси. На крыле располагаются пилоны, выполненные с возможностью вращения. На пилонах установлены два передних двигателя. Задний двигатель установлен на киле-пилоне. Стойки шасси совмещены с пилонами крыла и килем соответственно. Обеспечивается балансировка летательного аппарата на всех режимах полета. 4 ил.
Настоящее изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано для проектирования и производства беспилотной и транспортной авиации.
Конвертопланы имеют неоспоримые преимущества в транспортировании, до конца не реализованные в технических решениях в настоящее время.
Из существующего уровня техники известны разнообразные схемы конвертопланов, например. Bell V-22 Osprey, Bell/Aguste BA609, Hiller XC-142A (конвертоплан Bell-Boeing V22-Osprey - URL http://atikot.my1.ru/news/2009-07-03-487. Bell/Agusta BA609 - URL http://ru.wikipedia.org/wiki/Bell/Agusta_BA609. Beating Gravity - Vought-Hiller-Ryan XC-142A - URL http://www.unrealaircraft.com/gravity/vhr_XC-142A.php), которые являются двухрежимными аппаратами, способными совершать полет как самолет, т.е. двигатели создают тягу, необходимую для движения вперед на заданной высоте с заданной скоростью; при движении крыло создает подъемную силу, за счет преобладания над весом которой аппарат совершает подъем, и как вертолет, у которого тяга двигателей, преодолевая вес, обеспечивает подъем аппарата, а движение вперед обеспечивается либо наклоном несущего винта, либо дополнительно обдуваемым оперением, и которым присущ переход от вертолетного режима к самолетному через поворот двигателей или крыла, с размещенными на нем двигателями.
Известными недостатками этих аппаратов является то, что конструктивно центры масс двигателей не установлены на одной оси с центром масс конвертоплана, что приводит к крайней продольной неустойчивости и плохой управляемости аппарата. Кроме того, в случае с поворотным крылом поворот крыла во время полета на угол 90° приводит к срыву потока на крыле и катастрофическому уменьшению подъемной силы. Следует отметить, что только один Bell V-22 Osprey находится в серийном производстве, что говорит о несовершенстве ранее предложенных конструктивных схем.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является конвертоплан (патент US 6607161 В1, опубл. 19.08.2003, US C1. 244/7, МПК B64C 37/00, Convertible aircraft with tilting rotors), включающий фюзеляж, крыло, оперение, двигатели, установленные на концах крыла, шасси. В патенте также представлена схема управления. Переход от вертолетного режима к самолетному возможен поворотом двигателей.
Недостатками данного технического решения является то, что установлены вертолетные винты большого диаметра, имеющие большие ограничения по скорости полета в сравнении с самолетными малых диаметров, и вертолетные втулки с автоматами перекоса, необходимые для управления по тангажу на режиме висения, взлета и посадки, что значительно усложняет и утяжеляет конструкцию, так как в основной фазе полета - крейсерском режиме - эти втулки с автоматами перекоса являются «мертвым» грузом и сами по себе являются чрезвычайно сложными техническими элементами. При повороте мотогондолы, с размещенным в ней двигателем, крыло попадает в зону обдува пропеллера, что приводит к уменьшению его к.п.д. и является еще одним недостатком.
Решаемой задачей является создание перспективного летательного аппарата для транспортирования, простой конструкции, сбалансированного на всех режимах полета, способного совершать горизонтальный полет, вертикальные взлет и посадку и зависать на одном месте. Полезность конвертоплана заключается в возможности взлета/посадки практически на любой подходящей по габаритам площадке и в сокращении времени транспортирования за счет возможности максимально близко доставить целевую нагрузку до пункта назначения.
Технический результат направлен на повышение эффективности конвертоплана. Технический результат достигается тем, что в конвертоплан, содержащий фюзеляж, крыло, двигатели, оперение, шасси, введены пилоны, выполненные с возможностью вращения и расположенные на крыле, при этом на них установлена пара передних двигателей, а задний двигатель установлен на киле-пилоне, причем стойки шасси совмещены с пилонами крыла и килем соответственно.
Преимуществом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является вынос двигателей на пилонах вперед от центра масс и ввод третьего двигателя в хвостовой части, которые позволяют эффективно управлять аппаратом по углу крена и тангажа на нулевых скоростях режимов взлета и посадки.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг.1 - представлен вид конвертоплана на взлетном/посадочном режиме,
на фиг.2 - представлен вид конвертоплана на крейсерском режиме,
на фиг.3 - представлен вид конвертоплана сверху,
на фиг.4 - представлен вид конвертоплана от носа,
где 1 - фюзеляж;
2 - крыло;
3 - передние двигатели в мотогондолах;
4 - хвостовой двигатель в мотогондоле, жестко закрепленный на киле;
5 - поворотный киль;
6 - стабилизатор;
7 - передние колеса шасси;
8 - заднее колесо шасси;
9 - поворотные пилоны;
10 - элероны;
11 - рули высоты;
12 - руль направления.
Предлагаемое изобретение содержит фюзеляж 1, который служит для размещения целевой нагрузки, элементов системы управления и других систем; крыло 2 с пилонами, с размещенными на нем двигателями служит для создания подъемной силы на крейсерском режиме; двигатели 3, расположенные на крыле и двигатель 4, расположенный на поворотном киле 5, которые служат для создания подъемной силы на режимах взлета/посадки и для создания тяги на крейсерском режиме.
Данное изобретение имеет несколько особенностей. Особенностью оперения является поворотный киль 5 и неподвижный стабилизатор 6. Шасси выполнено по схеме трехопорного шасси с задней опорой. Передние колеса шасси 7 крепятся на пилонах 9 передних двигателей 3, а заднее колесо шасси 8 - на поворотном киле 5.
Работает устройство следующим образом: на взлете/посадке двигатели 3, 4 занимают положение, показанное на Фиг.1. При этом расположение двигателей обеспечивает продольную, путевую и поперечную балансировку за счет расположения передних 3 и хвостового 4 двигателей относительно центра масс аппарата (ЦМ). При достижении высоты крейсерского полета аппарат зависает и двигатели 3, 4 поворотом пилонов 9 и поворотного киля 5 соответственно занимают положение, показанное на Фиг.2.
В процессе поворота двигателей 3, 4 происходит увеличение горизонтальной составляющей скорости. Крыло 2 при этом создает подъемную силу, компенсирующую уменьшение вертикальной составляющей тяги винтов.
По мере увеличения горизонтальной составляющей скорости полета и уменьшения вертикальной составляющей тяги винтов управление летательным аппаратом передается самолетным органам управления: рулям высоты 11 и элеронам 10. Поворотный киль 5 и руль направления 12 на всех режимах осуществляют управление аппаратом по рысканью.
Далее после поворота двигателей полет аппарата не отличается от полета самолета.
Для обеспечения устойчивости на переходном режиме от висения к горизонтальному полету управление движителями осуществляется с использованием САУ (системы автоматического управления).
По сравнению с известными аналогами заявляемое техническое решение имеет ряд технико-экономических преимуществ, а именно за счет изменения расстояния от двигателей до крыла, равного длине пилонов, на меньшую величину снизилось к.п.д. винтов передних двигателей на переходном режиме из-за попадания крыла в зону обдува пропеллера, и снижение веса аппарата на 7-12% за счет исключения вертолетных втулок с автоматами перекоса. К примеру, вес автоматов перекоса сверхлегкого вертолета общей массой 450 кг составляет 34 кг или 7,6%.
Конвертоплан, содержащий фюзеляж, крыло, двигатели, оперение, шасси, отличающийся тем, что в него введены пилоны, выполненные с возможностью вращения и расположенные на крыле, при этом на них установлена пара передних двигателей, а задний двигатель установлен на киле-пилоне, причем стойки шасси совмещены с пилонами крыла и килем соответственно.
