Самолет-амфибия с вертикальным взлетом и посадкой

 

Изобретение относится к авиастроению и может быть использовано для создания новых типов многофункциональных летательных аппаратов. Сущность изобретения состоит в том, что самолет-амфибия имеет фюзеляж с крыльями, движители с горизонтально расположенными лопастями и двигатель, причем над фюзеляжем в носовой и хвостовой частях установлены две килевые надстройки обтекаемой формы. В каждой из последних с обеих сторон встроены по два редуктора движителей. Эти редукторы имеют расположенные на внутренних концевиках осей лопастей рабочие конические шестерни. Последние кинематически связаны суммарным передаточным отношением 2:1 посредством двух конических шестерен и сателлитного вала с невращающейся центральной конической шестерней. Эта шестерня посажена на ось, заторможенную червячным редуктором, связанным с выходным валом дистанционно управляемого реверсивного привода. Лопасти имеют возможность совершения ими циклоидной траектории движения в воздушном потоке. Наружные цапфы осей лопастей в каждом движителе, могут быть посажены в подшипниках в объединяющей их кольцевой обойме обтекаемой формы. Самолет может иметь дополнительный двигатель, при этом двигатели могут связываться между собой продольным валом с концевыми муфтами. Технический результат от реализации изобретения состоит в повышении эксплуатационных характеристик самолета. 3 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к авиастроению и может быть использовано при создании новых типов многофункциональных летательных аппаратов.

Известен самолет-амфибия с вертикальным взлетом и посадкой, содержащий фюзеляж с крыльями, движители с горизонтально расположенными лопастями и двигатель (US, N 5265827A, кл. B 64 C 29/00, опублик. 30.11.93).

Однако известный самолет-амфибия с вертикальным взлетом и посадкой обладает низкими эксплуатационными качествами.

Технический результат от реализации описываемого изобретения заключается в повышении эксплуатационных характеристик самолета-амфибии с вертикальным взлетом и посадкой.

Такой технический результат достигается тем, что у самолета-амфибии с вертикальным взлетом и посадкой, содержащего фюзеляж с крыльями, движители с горизонтально расположенными лопастями и двигатель, согласно изобретению над фюзеляжем в носовой и хвостовой частях установлены две килевые надстройки обтекаемой формы, в каждой из которых с обеих сторон встроены по два редуктора движителей, содержащие расположенные на внутренних концевиках осей лопастей рабочие конические шестерни, каждая из которых кинематически связана суммарным передаточным отношением 2 : 1 посредством двух конических шестерен и сателлитного вала с невращающейся центральной конической шестерней, посаженной на ось, заторможенную червячным редуктором, связанным с выходным валом дистанционно управляемого реверсивного привода.

Лопасти совершают циклоидную траекторию движения в воздушном потоке и постоянно ориентированы на образуемую продолжением сходящихся собственных плоскостей условную линию, лежащую на цилиндре вращения их осей, в связи с чем каждая лопасть (поочередно) при совпадении ее оси с этой линией расположена своей плоскостью касательно к цилиндру вращения, а находясь с противоположной стороны, - перпендикулярно, т.е. с ориентацией плоскостью на центральную ось движителя.

У такого самолета целесообразно в каждом движителе наружные цапфы осей лопастей сажать в подшипники в объединяющей их кольцевой обойме обтекаемой формы.

Кроме того, такой самолет может быть выполнен с дополнительным двигателем, а двигатели могут быть связаны между собой продольным валом с посаженными на его концах муфтами, разомкнутыми при работе обоих двигателей.

При самопроизвольной или вынужденной остановке в полете одного из двигателей наличием продольного вала с муфтами сохраняется возможность продолжения полета на пониженной скорости и устранения в полете небольших неполадок в любом двигателе.

Кроме того, у такого самолета его крылья могут быть выполнены складными, а под околофюзеляжными частями крыльев могут быть размещены частично входящие в углубления фюзеляжа выдвигаемые поплавки обтекаемой формы с несущими стойками, причем внешние крыльевые секции, выполненные поворотными, и несущие стойки выдвигаемых поплавков могут быть соединены со штоками гидроцилиндров.

Наличие выдвигаемых поплавков, образующих на плаву совместно с герметизированной нижней частью фюзеляжа тримаран, обеспечивает создание высокой остойчивости при посадке самолета на воду, а посадка внешних цапф осей лопастей на подшипники и объединение кольцевой обоймой обтекаемой формы обеспечивают уменьшение вибраций.

Выполнение внешних крыльевых секций поворотными и соединение их и несущих стенок выдвигаемых поплавков со штоками гидроцилиндров облегчают взлет и посадку самолета на небольшой площади, маневрирования на суше или на воде, а также обеспечивают удобную парковку в ангаре.

Изобретение поясняется чертежами, где фиг.1a - циклоидные траектории движения лопастей движителей при взлете и посадке самолета-амфибии при угле ориентации лопастей, равном нулю; фиг.1b, фиг.1c, фиг.1d - схемы соотношения подъемной F_в и тянущей F_г сил в зависимости от изменения угла и угловой скорости _p ; фиг.1e - схема образования максимальной тянущей силы F_гmax (при угле = 90^o и нулевой силе F_в); фиг.2a - предлагаемый самолет, вид спереди; фиг. 2b - то же, вид сзади, со сложенными крыльями и выдвинутыми поплавками (на воде); фиг.2c - самолет, находящийся на воде, вид сбоку; фиг. 2d - схема траекторий взлета и посадки описываемого самолета: I - наклонная траектория; II - вертикальная траектория; фиг.3a - самолет, вид спереди; фиг.3b - вид сбоку на один из движителей описываемого самолета;
фиг. 3c - вид в плане на диск, с обрывами, связывающий между собой лопасти одного из движителей описываемого самолета;
фиг.3d - схема подключения всех движителей самолета к одному из его двигателей.

Описываемый самолет содержит фюзеляж 1, движители 2 и 3 с горизонтальными лопастями 4, двигатель 5 и складные крылья, состоящие из неподвижной околофюзеляжной части 6 и внешней поворотной 7 секции.

Самолет-амфибия дополнительно имеет движители 8, 9, установленные так же, как и движители 2, 3 в килевых надстройках 10, 11 обтекаемой формы, размещенных над фюзеляжем 1 в носовой и хвостовой частях. В каждой из этих надстроек встроены с обеих сторон по два редуктора 12 движителей с расположенными внутри валами 13 и рабочими коническими шестернями 14, расположенными на внутренних концевиках осей лопастей 4. Каждая из этих шестерен кинематически связана суммарным передаточным отношением 2 : 1 посредством конической шестерни 15, сателлитного вала 16 и конической шестерни 17 с невращающейся центральной шестерней 18, посаженной на ось 19, заторможенную червячным редуктором, имеющим шестерню 20 и винт 21, связывающий этот червячный редуктор с выходным валом реверсивного привода 22. Кожух 23 редуктора 12 соединен с конической шестерней 24, воспринимающей через коническую шестерню 25 крутящий момент от переднего 5 или дополнительного заднего 26 двигателя. Части 6 снизу снабжены выдвигаемыми поплавками 27 обтекаемой формы. Несущие стойки поплавков 27 соединены со штоками гидроцилиндров. Внешние концевые цапфы 28 лопастей 4 через подшипники 29 связаны диском 30. Валы двигателей 5 и 26 снабжены нормально замкнутыми муфтами 31, 32, кинематически связанными между собой посредством нормально разомкнутых муфт 33, 34 при работе обеих двигателей 5 и 26 и продольного вала 35.

Самолет-амфибия эксплуатируется следующим образом.

Перед вертикальным взлетом с помощью приводов 22 лопасти 4 движителей выставляются при нулевом угле (фиг. 1a).

Внешние поворотные секции 7 складных крыльев поднимаются с помощью гидросистем (не показаны) в верхнее положение. При одновременном увеличении частоты вращения движителей 2, 3, 8 и 9 до номинальной и отрыве от земной или водной поверхности на несколько градусов изменяется угол ориентации лопастей 4: у левых движителей 2 и 8 в одну сторону, а у правых движителей 3 и 9 - в противоположную, в результате чего самолет-амфибия в режиме висения начинает медленно разворачиваться на месте в сторону нужного направления следования, после чего углы уменьшаются до нуля. Затем при увеличении частоты вращения и одновременном увеличении угла у всех четырех движителей (см. фиг. 1a). Самолет начинает набирать высоту по траектории, изображенной поз. "I" на фиг.2d. Возможен также вариант выбора вертикального набора высоты по траектории, изображенной поз. "II" на фиг.2d, что, по мнению авторов изобретения, является более предпочтительно.

Затем при наборе необходимой высоты и выходе на рейсовую скорость из-за добавления подъемной силы крыльев угол ориентации лопастей 4 плавно снижается (см. фиг.1c), при этом суммарное значение силы 4F_г возрастает. Посадка на твердую поверхность (в том числе и на палубу судна) осуществляется в обратной последовательности.

При посадке на воду перед касанием ее поверхности дополнительно выпускаются поплавки 27 с помощью несущих их стоек и штоков гидроцилиндров (на чертеже не показаны). Эти поплавки 27 выпускаются вместо шасси колес.

Самолет при полете или режиме висения сохраняет устойчивость по тангажу и крену при неравномерном (особенно продольном) размещении грузов или людей внутри фюзеляжа, причем с помощью незначительного изменения угла ориентации лопастей 4 или параметра в одном или двух движителях этот дисбаланс смещенного центра тяжести и подъемных сил легко компенсируется.

Основными областями использования самолета-амфибии являются следующие:
челночные рейсы между аэропортами, аэровокзалами, противоположными берегами рек и заливов, связь с пригородными населенными пунктами и местами массового отдыха;
доставка людей и больших грузов (в том числе подвешенных снизу и негабаритных) в горные, лесные, болотистые и др. регионы; аварийно-спасательные работы с воздуха;
подъем без посадки и вывод ценной древесины из труднодоступной чащи леса, в том числе растущего на крутых склонах и вдали от мест лесосплава или дорог;
эффективная доставка грузов из стоящих на рейде судов и наоборот - с посадкой на палубу или швартовкой к борту;
другие применения на транспорте и в строительстве (особенно высотном).

Формула изобретения

1. Самолет-амфибия с вертикальным взлетом и посадкой, содержащий фюзеляж с крыльями, движители с горизонтально расположенными лопастями и двигатель, отличающийся тем, что над фюзеляжем в носовой и хвостовой частях установлены две килевые надстройки обтекаемой формы, в каждой из которых с обеих сторон встроены по два редуктора движителей, содержащие расположенные на внутренних концевиках осей лопастей рабочие конические шестерни, каждая из которых кинематически связана суммарным передаточным отношением 2 : 1 посредством двух конических шестерен и сателлитного вала с невращающейся центральной конической шестерней, посаженной на ось, заторможенную червячным редуктором, связанным с выходным валом дистанционно управляемого реверсивного привода, при этом лопасти имеют возможность совершения ими циклоидной траектории движения в воздушном потоке.

2. Самолет-амфибия по п.1, отличающийся тем, что в каждом движителе наружные цапфы осей лопастей посажены в подшипниках в объединяющей их кольцевой обойме обтекаемой формы.

3. Самолет-амфибия по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с дополнительным двигателем, а двигатели связаны между собой продольным валом с посаженными на его концах муфтами, разомкнутыми при работе обеих двигателей.

4. Самолет-амфибия по п.1, отличающийся тем, что его крылья выполнены складными, а под околофюзеляжными частями крыльев размещены частично входящие в углубления фюзеляжа выдвигаемые поплавки обтекаемой формы с несущими стойками, причем внешние крыльевые секции, выполненные поворотными, и несущие стойки выдвигаемых поплавков соединены со штоками гидроцилиндров.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3