Летательный аппарат вертикального взлёта
Полезная модель относится к авиационной технике, а именно к летательным аппаратам вертикального взлета, обладающим признаками самолета и вертолета, и может быть использовано для создания модульных беспилотных летательных аппаратов. Летательный аппарат вертикального взлета содержит фюзеляж, расположенные по обеим его сторонам трапециевидные крылья, первый и второй маршевые двигатели. В каждом крыле выполнен вертикальный воздушный канал, в котором расположен подъемный вентилятор. Оба маршевых двигателя установлены в импеллерных блоках. Импеллерные блоки закреплены с возможностью поворота и фиксации в горизонтальном или вертикальном положениях на оконечной части воздухозаборников. Воздухозаборники проходят вдоль всего фюзеляжа по обеим его сторонам под крыльями. В горизонтальном положении импеллерные блоки являются продолжением воздухозаборников. Полезная модель позволяет повысить маневренность и эффективность работы летательного аппарата. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.
Полезная модель относится к авиационной технике, а именно к летательным аппаратам вертикального взлета, обладающим признаками самолета и вертолета, и может быть использовано для создания модульных беспилотных летательных аппаратов.
Из уровня техники известен летательный аппарат вертикального взлета, содержащий фюзеляж, расположенные по обеим его сторонам трапециевидные крылья с вертикальными воздушными каналами, в каждом из которых расположен подъемный вентилятор, и первый маршевый двигатель (см. патент US 4125232, кл. B64C 29/00, опубл. 14.11.1978). Недостатками известного устройства является то, что в состав силовой установки входит только один маршевый двигатель и его отказ делает невозможной нормальную посадку в режиме самолета, при этом конструкция подъемных вентиляторов не позволяет использовать их для создания продольной тяги, кроме того, отказ одного из них делает невозможной посадку в режиме вертолета, что снижает общую надежность летательного аппарата.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков. Технический результат полезной модели заключается в повышении маневренности и эффективности работы летательного аппарата. Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что летательный аппарат вертикального взлета, содержащий фюзеляж, расположенные по обеим его сторонам трапециевидные крылья с вертикальными воздушными каналами, в каждом из которых расположен подъемный вентилятор, и первый маршевый двигатель, снабжен вторым маршевым двигателем, причем оба маршевых двигателя установлены в импеллерных блоках, которые закреплены с возможностью поворота и фиксации в горизонтальном или вертикальном положениях на оконечной части воздухозаборников, проходящих вдоль всего фюзеляжа по обеим его сторонам под крыльями, при этом в горизонтальном положении импеллерные блоки являются продолжением воздухозаборников. Летательный аппарат может быть снабжен полетным контроллером и выполнен беспилотным. Подъемные вентиляторы установлены с возможностью поворота сервоприводом плоскости их вращения. Крылья предпочтительно установлены с возможностью изменения угла атаки. Импеллерные блоки предпочтительно выполнены съемными. Каждое крыло предпочтительно снабжено съемной сужающейся оконечной секцией, закрепленной с возможностью установки с помощью сервопривода параллельно или перпендикулярно крылу. Вертикальные воздушные каналы в крыльях могут быть снабжены створками диафрагменного типа или поворотными створками-жалюзи. Фюзеляж может быть снабжен убирающимися лыжным или колесным шасси.
На фиг. 1 представлен предлагаемый летательный аппарат с горизонтально расположенными импеллерными блоками, вид сверху;
на фиг. 2 - с вертикально расположенными импеллерными блоками, вид сбоку;
на фиг. 3 - с горизонтально расположенными импеллерными блоками и оконечными секциями, установленными параллельно крыльям, - режим самолета, вид сверху;
на фиг. 4 - с вертикально расположенными импеллерными блоками и оконечными секциями, установленными перпендикулярно крыльям, -режим вертолета, вид сверху;
на фиг. 5 - то же, что на фиг. 4, вид сзади;
на фиг. 6 - то же, что на фиг. 4, вид сбоку.
Предлагаемый летательный аппарат вертикального взлета состоит из фюзеляжа 1, расположенных по обеим его сторонам трапециевидных крыльев 2 и съемных импеллерных блоков 3 с маршевыми двигателями, которые закреплены с возможностью поворота и фиксации в горизонтальном (режим самолета) или вертикальном (режим вертолета) положениях на оконечной части воздухозаборников 4. Воздухозаборники 4 прикреплены к фюзеляжу 1 посредством консолей 5 и проходят вдоль всей его длины по обеим сторонам под крыльями 2. В горизонтальном положении импеллерные блоки 3 являются продолжением воздухозаборников 4. Для этого блоки 3 закрепляют на нижней кромке воздухозаборников 4, и выполняют их входную часть и оконечную часть воздухозаборников 4 ответными (например, с угловой отсечкой - см. фиг. 1-6). В качестве маршевых двигателей могут быть использованы импеллеры с приводом от бесколлекторных электродвигателей с внутренним ротором, импеллеры с приводом от двигателя внутреннего сгорания или микро турбореактивные двигатели.
Крылья 2 моноблочного типа выполнены в виде силового каркаса, на который крепится обшивка, и установлены на фюзеляже 1 с помощью двухточечного крепления, обеспечивающего возможностью изменения угла атаки. Небольшая обратная стреловидность обеспечивает смещение срыва к корню крыла. Крылья 2 снабжены съемными сужающимися оконечными секциями 6, закрепленными с возможностью установки с помощью сервопривода параллельно или перпендикулярно крылу 2.
В каждом крыле 2 выполнен вертикальный воздушный канал 7, в котором на поворотном валу 8 с противовибрационными опорами в плоскости центра масс летательного аппарата расположен подъемный вентилятор 9. В качестве привода подъемных вентиляторов могут быть использованы бесколлекторные электродвигатели с внешним ротором или микро турбореактивные двигатели. Для компенсации реактивного момента используются вентиляторы разнонаправленного вращения. Плоскость вращения вентиляторов 9 регулируется сервоприводами, поэтому они могут использоваться для создания продольной тяги. Каналы 6 могут быть снабжены створками диафрагменного типа или поворотными створками-жалюзи (на чертежах не показаны).
Фюзеляж 1 может быть снабжен убирающимися лыжным или колесным шасси (на чертежах не показано). Ввиду незначительных массогабаритных характеристик аппарата тормозной системой шасси не оборудуется. Шасси закреплены на стойках амортизаторов пружинно-газового (фрикционного) типа, которые обеспечивают рассеивание энергии, возникающей при действии ударных нагрузок и ускоряют процесс затухания вертикальных колебаний, возникающих при касании аппаратом посадочной поверхности.
Летательный аппарат может быть выполнен беспилотным. Для этого его снабжают программируемым полетным контроллером (автопилотом) с системой стабилизации и управления. К контроллеру подключают блок акселерометров (систему стабилизации), гироскопы, блок оптической системы стабилизации, барометрический высотомер, ультразвуковой высотомер, барометрический датчик скорости, барометрический датчик абсолютного давления, инклинометр, магнитный компас, датчик температуры наружного воздуха и модуль системы глобального позиционирования. Исполнительными устройствами контроллера являются регуляторы подъемных и маршевых двигателей, сервоприводы углов атаки крыльев 2, сервоприводы изменения векторов подъемных вентиляторов 9, сервопривод изменения углов установки импеллерных блоков 3, сервоприводы элеронов и др. Система дистанционного управления аппаратом включает в себя телекамеру с двухстепенным карданным подвесом и электроприводами, приемники и передатчики системы дистанционного управления, антенны приемников и передатчиков, наземный пульт управления.
Аппарат оборудуется системой аварийной посадки, состоящей из блока управления, парашюта, исполнительного механизма отстрела парашюта, аварийного радиомаяка, аварийного светового маяка, аварийного маяка инфракрасного диапазона и ультразвукового зуммера. Электронные компоненты системы аварийной посадки имеют автономные независимые источники электроэнергии.
Кроме того летательный аппарат оборудуют блоком батарей бортового электропитания, распределителем питания, световым бортовым оборудованием и системой аварийной посадки (на чертежах не показаны).
Фюзеляж 1 имеет круглое сечение, обеспечивающее минимальное сопротивление, наименьшую площадь поверхности при заданном объеме и оптимальное распределение нагрузок при всех видах нагружения. В передней части фюзеляжа расположен носовой защитный обтекатель 10 бортовой телекамеры, выполненный в виде светопрозрачной полусферы, а по периметру - съемные секции обшивки цилиндрического и полуцилиндрического вида с заглушками отсека крепления навесных устройств, укладочного контейнера парашюта и технологическими люками (позициями не обозначены). Конструкция фюзеляжа 1 обеспечивает достаточную прочность и устойчивость к нагрузкам различного вида, расширение функциональности аппарата, стабилизацию температурного режима работы бортовой аппаратуры и повышение эксплуатационных возможностей применения в атмосферных условиях, отличающихся от нормальных (отрицательные температуры, повышенная влажность).
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Балансировка летательного аппарата на режиме взлета и посадки до достижения минимальной эволютивной скорости взлета и набор скорости до достижения безопасной скорости взлета обеспечиваются системой стабилизации автопилота за счет изменения векторов тяги подъемных вентиляторов 9:
по курсу - дифференциальным отклонением осей вращения подъемных вентиляторов 9 вперед-назад;
по крену - дифференциальным изменением оборотов подъемных вентиляторов 9 и маршевых двигателей;
по тангажу - синхронным отклонением подъемных вентиляторов 9 вперед-назад и изменением величины тяги подъемных вентиляторов 9 и маршевых двигателей.
При достижении аппаратом скорости сваливания или минимальной скорости установившегося полета, на которой самолет управляем, импеллерные блоки 3 переводятся в горизонтальное положение, оконечные секции 6 крыльев 2 устанавливаются на углы, соответствующие полету в режиме самолет, подъемные вентиляторы 9 приводятся в режим горизонтального полета (сервоприводы арретируются, подъемные вентиляторы переводятся в режим авторотации). По окончании взлета и достижения скорости при наиболее выгодном угле набора высоты стабилизация аппарата и управление маневрами производится элеронами и изменением тяги маршевых двигателей.
При выполнении посадки в режиме вертолета или выполнении маневра занятия заданных координат и высоты (сохранения позиции), тяга маршевых двигателей снижается до достижения аппаратом минимальной эволютивной скорости захода на посадку со всеми работающими двигателями, при приближении скорости аппарата к скорости сваливания или минимальной скорости установившегося полета в посадочной конфигурации подъемные вентиляторы 9 переводятся в режим взлета-посадки (обороты повышаются до достижения полной тяги), сервоприводы углов установки подъемных вентиляторов 9 разарретируются. После достижения подъемными вентиляторами 9 полного значения тяги маршевые двигатели переводятся в режим взлета-посадки в режиме вертолета.
При достижении летательным аппаратом критической высоты оконечные секции 6 устанавливаются параллельно крыльям 6, шасси приводится в рабочее положение. После посадки и поступления на полетный контроллер сигналов от тензометрических датчиков подъемные вентиляторы 9 и маршевые двигатели переводятся в режим холостого хода в случае, когда посадка является одним из этапов программы полета или останавливаются (при окончании программы полета или команды оператора).
При посадке в режиме самолета в полной конфигурации летательного аппарата при достижении скорости ниже максимальной скорости выпускаются шасси. Импеллерные блоки 3 остаются в горизонтальном положении и обеспечивает заданное значение скорости. Подъемные вентиляторы 9 обеспечивают стабилизацию аппарата по крену и снижение ударно-динамических нагрузок на шасси при касании летательным аппаратом земли.
Управление траекторией полета летательного аппарата осуществляется в соответствии с заданной программой полета на основе вычисленных навигационных параметров.
Полезная модель позволяет создать малогабаритный модульный масштабируемый летательный аппарат для размещения и практического использования приборов, оборудования и устройств общего и специального назначения. Его конструкция обеспечивает:
возможность изменения взлетной, посадочной и полетной конфигурации летательного аппарата;
возможность вертикального взлета и посадки летательного аппарата с мобильной (стационарной) взлетно-посадочной платформы, взлетно-посадочной полосы, вертолетной площадки и неподготовленной площадки;
возможность взлета и посадки аппарата в режиме самолета с использованием взлетно-посадочной полосы или вертолетной площадки;
высокую маневренность аппарата с возможностью удержания заданных координат и высоты в автономном режиме и режиме ручного управления;
высокую надежность и управляемость на всех режимах полета;
возможность управления маневрами аппарата, работой навесного оборудования и интегрированных систем оператором наземной станции (удаленным экипажем);
возможность использования аппарата в качестве носителя нестандартного оборудования специального назначения в пределах полезной нагрузки.
Модульность конструкции позволяет изменять полетную конфигурацию и взлетно-посадочную схему в штатном режиме эксплуатации, исключающем проведение отдельных (специальных) технических мероприятий исходя из текущих задач и условий эксплуатации, что значительно повышает маневренность и эффективность работы летательного аппарата.
1. Летательный аппарат вертикального взлёта, содержащий фюзеляж, расположенные по обеим его сторонам трапециевидные крылья с вертикальными воздушными каналами, в каждом из которых расположен подъёмный вентилятор, и первый маршевый двигатель, отличающийся тем, что снабжён вторым маршевым двигателем, причём оба маршевых двигателя установлены в импеллерных блоках, которые закреплены с возможностью поворота и фиксации в горизонтальном или вертикальном положениях на оконечной части воздухозаборников, проходящих вдоль всего фюзеляжа по обеим его сторонам под крыльями, при этом в горизонтальном положении импеллерные блоки являются продолжением воздухозаборников.
2. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что снабжён полётным контроллером и выполнен беспилотным.
3. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что подъёмные вентиляторы установлены с возможностью поворота сервоприводом плоскости их вращения.
4. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что крылья установлены с возможностью изменения угла атаки.
5. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что импеллерные блоки выполнены съёмными.
6. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что каждое крыло снабжено съёмной сужающейся оконечной секцией, закреплённой с возможностью установки с помощью сервопривода параллельно или перпендикулярно крылу.
7. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что вертикальные воздушные каналы в крыльях снабжены створками диафрагменного типа или поворотными створками-жалюзи.
8. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что фюзеляж снабжён убирающимися лыжным или колесным шасси.
