Махолет

Полезная модель относится к авиационной технике. Махолет содержит полужесткий каркас, два машущих крыла, хвостовой стабилизатор, приводы машущих крыльев и двигатель. При этом каждое машущее крыло содержит подвижный осевой ограничитель, основной и вспомогательный лонжероны, цевье, нервюры, стрингеры и маятниковую опору и выполнено с возможностью изменения его жесткости и геометрии. Кроме того, крылья соединены друг с другом с помощью эластичной мембраны, а приводы машущих крыльев выполнены в виде двух кривошипно-шатунных механизмов махового движения крыльев, обеспечивающих синхронное движение крыльев. Технический результат заключается в увеличении надежности устройства, уменьшении массы конструкции и обеспечении возможности управления во время полета геометрией формы крыла. 3 з.п. ф-лы, 4 илл.

Полезная модель относится к авиационной технике и может быть применено при конструировании махолетов, которые могут быть использованы в виде самостоятельного летательного аппарата для наблюдения за поверхностью земли с высоты в лесном и сельском хозяйстве, геологии, топографии и в других областях деятельности. Кроме того, настоящее устройство может устанавливаться в виде движителя на легкие летательные аппараты такие, как дельтапланы или планеры.

Одной из важных проблем конструирования крыла махолетов является минимизация отрицательной подъемной силы при взмахе крыла вверх и отсутствие возможности управления в процессе полета геометрической формой крыльев.

Из «Уровня техники» известен махолет, описанный в патенте РФ 2043950, кл. В64С 33/00, опубл. 20.09.1995. В крыле известного махолета используется система клапанов, вмонтированных в плоскость крыла, которые при движении крыла вверх открываются и пропускают сквозь себя воздух, а при движении крыла вниз закрываются и обеспечивают образование подъемной силы.

Недостатком такой конструкции является ее сложность, связанная с большим количеством подвижных деталей и то, что суммарная площадь клапанов в итоге оказывается сравнительно небольшой и сопротивление воздуха при движении крыла вверх остается значительным.

Также известна модель летательного аппарата, в которой уменьшение отрицательной подъемной силы достигается разворотом плоскости крыла при его движении вверх (см. А.С. СССР 1818274, кл. В64С 33/00, опубл. 30.05.1993).

Недостатком конструкции является невозможность ее непосредственного использования при изготовлении летающих микрообъектов. Другим недостатком является ее сложность, связанная с тем, что к сложному движению крыла добавляется необходимость поворота вокруг дополнительной оси.

Наиболее близким аналогом является устройство машущих навстречу друг другу тандемно расположенных крыльев летательного аппарата с приводом, содержащее податливые на кручение крылья и соединенные в противофазе кривошипно-шатунно-коромысловвые механизмы, двуплечими рычагами-коромыслами которых являются лонжероны или силовые кромки податливых на кручение крыльев. Кривошипы механизмов посредством трехшарнирных шатунов-подкосов связаны с парами коромысел-лонжеронов каждого крыла так, что возможны возвратно-угловые перемещения с отставанием друг от друга, что создает циклический перекос лонжеронов между собой, вызывающий закономерную крутку крыльев в процессе махания для обеспечения углов атаки сечений крыла в потоке. Управляемый угол установки оси махания крыльев создает независимый от машущего движения дополнительный перекос крыла относительно оси верхних шарниров шатуна для управления по крену (см. патент РФ 2298509, кл. В64С 33/02, опубл. 10.05.2007).

Такая конструкция может работать только с небольшой амплитудой махов, поскольку изменяющийся угол, образованный лонжероном и шатуном, обеспечивает силовой момент для скручивания в небольшой амплитуде. Таким образом, для получения подъемно-тяговой силы, достаточной для обеспечения полета, необходимо увеличить количество махов за единицу времени, что может привести к резонансу крыльев и разрушению устройства.

Задачей настоящей полезной модели является устранение вышеуказанных недостатков.

Технический результат заключается в увеличении надежности устройства, уменьшении массы конструкции и обеспечении возможности управления во время полета геометрией формы крыла.

Технический результат обеспечивается тем, что махолет содержит полужесткий каркас, два машущих крыла, хвостовой стабилизатор, приводы машущих крыльев и двигатель. При этом каждое машущее крыло содержит подвижный осевой ограничитель, основной и вспомогательный лонжероны, цевье, нервюры, стрингеры и маятниковую опору и выполнено с возможностью изменения его жесткости и геометрии. Кроме того, крылья соединены друг с другом с помощью эластичной мембраны, а приводы машущих крыльев выполнены в виде двух кривошипно-шатунных механизмов махового движения крыльев, обеспечивающих синхронное движение крыльев.

В соответствии с частными случаями выполнения устройство имеет следующие конструктивные особенности.

Мембрана выполнена из кевларовой или карбоновой ткани.

Каркас выполнен из углепластика.

Конструкция машущих тандемно крыльев выполнена с возможностью изменения их жесткости и геометрии. Крылья планетарно вращаются вокруг базовой оси, изменяя геометрию в зависимости от скорости махолета. Они совершают маховые движения с увеличенной амплитудой маха до 180°. Трансформация формы крыла происходит за счет изменения натяжения стрингеров, которые закреплены между корпусом, маятниковой опорой и вершиной крыла. При махе вниз стрингеры натягиваются, закрепленная на лонжеронах опора выгибает крыло, и оно приобретает форму для создания подъемно-тяговой силы. Форма крыла корректируется в зависимости от скорости его движения на протяжении всего полета. Скручивание, выгибание и приобретение жесткости обеспечиваются путем натяжения стрингеров, а также их изменением векторной тяги на вершину крылу. При остановке крыла в процессе полета, свойства жесткости утрачиваются. Крыло приобретает свободную форму и под воздействием воздушного потока занимает пассивно положение наименьшего сопротивления.

Настоящая полезная модель поясняется следующими иллюстрациями:

Фиг.1 - изометрическое изображение махолета;

Фиг.2 - профиль крыла;

Фиг.3 - приводы машущих крыльев;

Фиг.4 - отображает принцип полета махолета;

Фиг.5 - схема изменения формы крыла.

Устройство содержит следующие конструктивные элементы:

1 - полужесткий каркас;

2 - машущее крыло;

3 - хвостовой стабилизатор

4 - привод машущего крыла;

5 - кривошип;

6 - зубчатая звездочка;

7 - цепь;

8 - подвижный осевой ограничитель;

9 - основной лонжерон;

10 - вспомогательный лонжерон;

11 - нервюра;

12 - стрингер;

13 - маятниковая опора;

14 - ступица;

15 - цевье;

16 - мембрана.

Махолет содержит полужесткий каркас 1 из углепластика, содержащий жесткий корпус с прикрепленным к нему хвостовым стабилизатором 3, два машущих крыла 2, приводы машущих крыльев 4 и двигатель. При этом соединения всех элементов каркаса 1 являются полужесткими за исключением соединений между цевьем и основанием основного лонжерона 9 и первой нервюрой 11.

Приводы машущих крыльев 2 состоят из двух кривошипов 5, которые устанавлены параллельно продольной оси устройства и с небольшим отклонением в противоположные стороны. Две звездочки 6 установлены соосно на коренные шейки шатунов, их синхронность вращения обеспечивается бесконечной (замкнутой) скрещенной в виде восьмерки роликовой цепью 7, установленной одновременно на обе зубчатые звездочки 6. Шатун выполнен заодно со ступицей 14, а свободный конец соединен с каркасом 1 через подвижную тягу.

Каждое крыло 2 выполнено из кевларовой или карбоновой ткани. При этом каждое машущее крыло 2 содержит подвижный осевой ограничитель 8, основной и вспомогательный лонжероны 9, 10, цевье 15, нервюры 11, стрингеры 12, выполненные из кевларового фала в комбинации с эластичным жгутом. Цевье 15 имеет свойство ограниченно поворачиваться в ступице 14, амплитудой до 90 градусов. Вспомогательный лонжерон 10 шарнирно соединен с основным лонжероном 9 и подвижным осевым ограничителем 8 в верхней части крыла 2, кроме того, он имеет ползунково-шарнирное соединение с нервюрой 11, образуя прямоугольный треугольник. Другие нервюры 11 шарнирно соединены с основным лонжероном 9, а также имеют ползунково-шарнирное соединение с вспомогательным лонжероном 10. Стрингеры 12 соединяют крылья 2 с корпусом через маятниковую опору 13, расходясь от каждого крыла 2 по направлению к корпусу веерообразно.

Крылья 2 соединены друг с другом с помощью эластичной мембраны 16, выполненной из кевларовой или карбоновой ткани с армированием эластичными жгутами.

Устройство работает следующим образом.

Двигатель осуществляет вращение двух зубчатых звездочек 6, объединенных цепью 7. При этом шатуны циклично качают основные лонжероны 9 крыльев 2, раскачивая их. Хвостовой стабилизатор 3 выполняет функцию гашения опрокидывающих моментов при махе крыльев 2, поскольку при этом линия центра давления крыльев 2 смещается от центра тяжести устройства вперед или назад. Кроме того, при маховых движениях крыльев 2 проявляется сильный крутящий момент, направленный по курсу полета. Ему препятствуют конструктивные элементы крыльев 2. Сила упругости элементов устройства превышает лобовое сопротивление махолета, что обеспечивает его поступательное движение.

При повороте и формировании из фазы «мах вверх» для маха вниз крыло 2 поворачивается принудительно в вертикальном положении, при этом вытесняющий воздух создает реактивную струю в противоположную сторону направления движения.

Крылья 2 устройства совершают в воздухе сложную траекторию движения, близкую к овалу. Рабочий продуктивный ход начинается при махе вниз. Натягиваясь, стрингеры 12 принуждают крыло 2 поворачиваться вокруг оси лонжерона. Подвижный осевой ограничитель 8 придает дополнительную жесткость крыльям 2, облегчающую управление геометрической формой в процессе маха и исключающую неконтролируемую деформацию крыльев.

При махе вниз угловая скорость крыла 2 выше угловой скорости кривошипа 5. Не совпадение орбит между крылом 2 и стрингерами 12 придает крылу 2 дополнительное ускорение в начале такта и снижается равномерно по мере сближения орбит, параллельно меняется геометрия крыла 2. Орбиты вращения стрингеров 12 и вершины крыла 2 пересекаются в месте изменения направления движения крыла 2, лонжероны распрямляются полностью. Следует отметить, что в начале фазы «мах вниз» в увеличивающее пространство между крыльев втягивается воздух со стороны направления движения, что придает аппарату дополнительное ускорение.

Вершина крыла прекращает движение «мах вниз», но корень лопасти продолжает опускаться. Крыло 2 утрачивает жесткость и пассивно принимает форму для наименьшего лобового сопротивления. Эластичная мембрана 16, соединяющая коренные нервюры 11 крыльев 2, может иметь положительный угол атаки и функционирует, как самостоятельное крыло. Она служит для предотвращения срыва потока воздуха в конце фазы «мах вниз» и проникновения воздуха снизу при втягивании его в клиновидное пространство.

В положении основного рабочего хода передний стрингер 12 ограничивает скручивание крыла 2. Далее воздействие стрингеров 12 прекращается, крыло 2 утрачивает жесткость, и разворачивается вокруг основного лонжерона 9.

При махе вверх цевье 15 крыла 2 поворачивается, и крыло 2 принимает положение параллельно потоку воздуха. Схлопывание крыльев 2 происходит при повороте нервюр 11 вдоль продольной оси устройства, при этом вырабатывается приобретенная кинетическая энергия.

Предлагаемая конструкция позволяет значительно уменьшить массу и поперечное сечение крыльев 2 путем распределения нагрузки через стрингеры 12 и меняющей жесткости крыла 2. Кроме того. Использование эффекта схлопывания лопастей «эффект бабочки» значительно увеличивает тяговые свойства устройства.

Увеличенная амплитуды качения и относительная легкость крыла позволяет увеличить количество махов за единицу времени. В процессе эксплуатации устройства резонансно-динамического удара не возникает, поскольку приобретенная кинетическая энергия крыльев 2 поглощается при схлопывании и амортизации о «воздушную подушку». На протяжении всего маха вниз крыло 2 меняет свою конфигурацию в зависимости от угловой скорости, адоптируется для создания подъемно-тяговой силы и изменяет угол атаки.

1. Махолет, содержащий полужесткий каркас, два машущих крыла, хвостовой стабилизатор, приводы машущих крыльев и двигатель, при этом каждое машущее крыло содержит подвижный осевой ограничитель, основной и вспомогательный лонжероны, цевье, нервюры, стрингеры и маятниковую опору и выполнено с возможностью изменения его жесткости и геометрии, кроме того, крылья соединены друг с другом с помощью эластичной мембраны, а приводы машущих крыльев выполнены в виде двух кривошипно-шатунных механизмов махового движения крыльев, обеспечивающих синхронное движение крыльев.

2. Махолет по п.1, характеризующийся тем, что мембрана выполнена из кевларовой ткани.

3. Махолет по п.1, характеризующийся тем, что мембрана выполнена из карбоновой ткани.

4. Махолет по любому из пп.1-3, характеризующийся тем, что полужесткий каркас выполнен из углепластика.