Летательный аппарат вертикального взлета и посадки

Полезная модель относится к летательным аппаратам вертикального взлета-посадки, в частности к аппаратам с поворотными движителями. Решаемые задачи:
Обеспечение связи и обмена информацией в едином информационном поле (в зонах: ведения боевых действий, чрезвычайных ситуаций, техногенных катастроф, иной коллективной деятельности) при управлении любыми коллективами в реальном масштабе времени.
Решение транспортных задач (гражданских и военных)
Ведение радиоэлектронной и радиотехнической разведки, радиоэлектронной борьбы, обеспечение целеуказания, корректирования и управления средствами поражения, запущенными с других носителей во время военных операций.
Из уровня техники известен самолет вертикального влета и посадки со свободно поворотными движителями, представленный в патенте США US 3284027A, опубликованном 8 ноября 1966 г., состоящий из фюзеляжа, шасси, крыла малого удлинения, расположенного над фюзеляжем, двух винтов в кольцевых обтекателях, расположенных на консолях крыла, четырех двигателей, расположенных в крыле и хвостового оперение. В данном аппарате вращающий момент от двигателей на винты передается посредством механической трансмиссии, а поворот движителей вдоль оси перпендикулярной продольной плоскости симметрии летательного аппарата осуществляется независимо друг от друга посредством рулей, установленных в потоке за движителями и связанных с ними балансирным устройством.
Недостатком этого технического решения является то, что использование независимых рулей, при относительной простоте их конструкции, приводит к сложному управлению аппаратом в целом, сильно зависящему от внешних факторов полета, а наличие механической трансмиссии утяжеляет аппарат.
Также известен самолет со встроенной подъемно-движительной системой, представленный в патенте США US 7861967 В2, опубликованном 4 января 2011 г., состоящий из фюзеляжа, шасси, крыла, расположенного над фюзеляжем, двух винтов с двигателями (движителей), расположенных на консолях крыла, дополнительных консолей, закрепленных на движителях, хвостового оперения. В данном аппарате вращающий момент на винты передается непосредственно от двигателей, а поворот движителей осуществляется как единого целого вдоль оси перпендикулярной продольной плоскости симметрии летательного аппарата. Взлет и посадка осуществляются при вертикальном положении осей вращения винтов, а крейсерский полет, при положении осей вращения винтов в горизонтальной плоскости для создания винтами только тяги, при этом скорость вращения винтов в крейсерском полете ниже чем на режимах взлета посадки, чем и обуславливается его топливная эффективность.
Недостатками этого технического решения является то, что используются открытые винты достаточно большого диаметра, которые не позволяют использовать этот летательный аппарат в условиях ограниченного пространства, к тому же большой вес движителей и гироскопический момент винтов приводят к мощной, а, следовательно, и тяжелой системе поворота движителей, что сказывается на величине полезной нагрузки, а также сложность в обеспечении устойчивости аппарата на режимах взлета, посадки и переходных режимах полета.
Также известен многоцелевой самолет вертикального взлета и посадки, представленный в патенте RU 2283795 С1, опубликованном 21 марта 2005 г., состоящий из фюзеляжа, крыла W-образной формы в плане, силовой установки, включающей два двигателя, расположенных в гондолах на крыле, трех поворотных винтов в каналах, оснащенных узлами поворота, и V-образного хвостового оперения. В данном аппарате вращающий момент от двигателей на винты передается посредством механической трансмиссии. Взлет и посадка осуществляются при вертикальном положении осей вращения винтов, а крейсерский при их горизонтальном положении. За счет наличия третьего движителя повышается стабильность продольного управления и обеспечивается возможность парирования пикирующего момента на переходных режимах полета.
Недостатком этого технического решения является то, что используется достаточно тяжелая и сложная механическая трансмиссия.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является преобразуемый летательный аппарат с двумя поворотными вентиляторами, представленный в патенте US 20060022084 А1, опубликованном 02 февраля 2006 г., состоящий из фюзеляжа, шасси, крыла, расположенного над фюзеляжем, двух вентиляторов, расположенных на фюзеляже перед крылом, двух двигателей, расположенных в фюзеляже, переднего горизонтального оперения и хвостового оперения. В данном аппарате вращающий момент от двигателей на винты передается посредством механической трансмиссии. Взлет и посадка осуществляются при вертикальном положении осей вращения винтов, а крейсерский при их горизонтальном положении. Данный аппарат может быть принят в качестве прототипа при рассмотрении заявленного технического решения
Прототипу присущи недостатки аппаратов, описанных выше, то есть: тяжелая и сложная механическая трансмиссия, сложность в обеспечении устойчивости аппарата, низкая топливная эффективность.
Задачей предлагаемой компоновки беспилотного летательного аппарата вертикального взлета и посадки типа конвертоплан является повышение топливной эффективности, улучшение продольной устойчивости и управляемости аппарата на всех режимах полета.
Поставленная задача решается, а технический результат достигается путем создание современной конструкции летательного аппарата вертикального взлета и посадки, содержащего фюзеляж, двухкилевое хвостовое оперение, шасси, центроплан, дополнительные консоли, профилированные пилоны движителей, силовую установку, бортовое электрооборудование, а также системы управления и стабилизации, имеет отличительные особенности, которые заключаются в следующем.
В летательном аппарате установлены шесть независимых электрических вентиляторов-движителей, четыре из которых расположены на краях центроплана по два симметрично относительно плоскости симметрии летательного аппарата и установлены на профилированных пилонах выполненных по двух балочной схеме, причем передняя балка, к которой крепится вентилятор-движитель, сплошная, а задняя состоит из сегментов между которыми установлена его профилированная кольцевая обечайка, а два других вентилятора-движителя расположены в носовой части фюзеляжа по одному симметрично относительно плоскости симметрии летательного аппарата на соединенных с вынесенной балкой профилированных пилонах, при этом крепление профилированных пилонов с вентиляторами-движителями к центроплану и вынесенной балке осуществлено посредством четырех независимо управляемых узлов поворота с возможностью поворота пилонов с вентиляторами-движителями на угол до 90°÷95° от горизонтального положения, причем силовая установка выполнена в виде двух приводных двигателей и по меньшей мере одного генератора электрического тока, соединенного посредством бортового электрооборудования с вентиляторами-движителями, аккумуляторными батареями, системами управления и стабилизации летательного аппарата.
Кроме того вентиляторы-движители, расположенные в носовой части установлены ниже, чем четыре вентилятора-движителя центроплана на величину не менее диаметра вентилятора-движителя, при этом в тракт вентилятора-движителя встроены четыре аэродинамических руля.
В данной конструкции конвертоплана предложено свое решение расположения шасси, в котором две передние стойки шасси жестко закреплены на носовых поворотных пилонах и поворачиваются вместе с ними, а две задние стойки шасси жестко закреплены на центроплане и не убираются в полете.
В фюзеляже расположены аккумулятор и запас топлива силовой установки, и в нем имеется вырез для крепления внешнего подвесного контейнера.
Предложенные технические решения направлены на увеличения аэродинамических качеств аппарата как при вертикальном взлете, так и в горизонтальном полете. Применение электрической трансмиссии обеспечивает повышение топливной эффективности за счет размещения двух движителей и улучшение продольной устойчивости и управляемости аппарата в горизонтальном полете. Электротрансмиссия это система, в которой двигатели, расположенные на консолях крыла малого удлинения, приводят в действие генераторы электрической энергии, которая по силовым электрокабелям распределяется с помощью системы управления по шести электродвигателям, приводящим во вращение рабочие колеса вентиляторов-движителей, при этом двигатели работают на режиме максимальной эффективности независимо от режима полета. Часть электрической энергии идет на питание движителей, часть на питание электрооборудования аппарата, также некоторая часть может быть запасена в бортовых аккумуляторных батареях и расходоваться по мере необходимости снижая нагрузку на генераторы. Движители поворачиваются с помощью поворотных узлов, независимо по правому и левому борту аппарата, а также между движителями, расположенными на крыле и в носовой части фюзеляжа. Повороты движителей регулируются системами управления и стабилизации. Преимуществами данной компоновки является:
Возможность применения БПЛА с ограниченных площадок, внутри лесных массивов и горных ущелий;
Вертикальный взлет и посадка БПЛА без применения дополнительных стартовых устройств;
Возможность посадки БПЛА в зоне патрулирования; Компоновка и конфигурации представляемого летательного аппарата показана на следующих рисунках:
фиг. 1 - Общая компоновка;
фиг. 2 -Конфигурации БПЛА на различных режимах полета;
фиг. 3 - Компоновка пилонов.
Беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки типа конвертоплан содержит фюзеляж 1, который имеет углубление для крепления подвесного многофункционального контейнера, центроплан 2, силовую установку из двух двигателей 3, закрепленных на центроплане и соединенных с ними одного или более генераторов электрического тока (на фигурах не показан), используемых для питания электроприводов вентилятора и бортового электрооборудования ЛА, дополнительные консоли 4, двухкилевое хвостовое оперение 5, шасси 6, шесть электрических вентиляторов-движителей 7, каждый из которых состоит из рабочего колеса с поворотными лопатками, спрямляющего аппарата, профилированной обечайки, электродвигателя в качестве привода вентилятора и воздушных рулей 8 встроенных в тракт движителей, профилированные пилоны движителей 9, четыре независимо управляемых узла поворота, блок аккумуляторных батарей, систему управления и систему стабилизации ЛА. При этом центроплан 2 расположен над фюзеляжем 1 и жестко соединен с ним. Четыре вентилятора-движителя расположены на краях центроплана по два симметрично относительно плоскости симметрии ЛА и установлены на профилированных пилонах, выполненных по двух балочной схеме, причем передняя балка, к которой крепится вентилятор-движитель, сплошная, а задняя состоит из сегментов между которыми установлена его профилированная кольцевая обечайка. На крайних вентиляторах-движителях 4, расположенных на крыле, жестко закреплены дополнительные консоли 6. Еще два вентилятора-движителя 4 расположены в носовой части фюзеляжа по одному симметрично относительно плоскости симметрии летательного аппарата на профилированных пилонах, соединенных с вынесенной балкой, при этом крепление профилированных пилонов с вентиляторами-движителями к центроплану и вынесенной балке осуществляется посредством четырех независимо управляемых узлов поворота. Независимо управляемые узлы поворота обеспечивают поворот вентиляторов-движителей 4 вокруг оси перпендикулярной плоскости симметрии ЛА из горизонтального положения в вертикальное (от 0° до 90°÷95°).
Управление ЛА происходит как поворотом вентиляторов-движителей 4 для режимов взлета, посадки и висения, так и воздушными рулями движителей на всех режимах полета через систему управления и систему стабилизации ЛА и благодаря воздушным рулям управление ЛА в продольном и поперечном направлении происходит без крена аппарата в целом. Двухкилевое хвостовое оперение 7 предназначено для аэродинамической стабилизации и управления ЛА.
Шасси в рабочем положении используются при взлете и посадке летательного аппарата, при этом задние стойки шасси всегда находятся в одном положении, они постоянно закреплены вертикально, а передние стойки шасси при переходе режима полета из вертикального в горизонтальный переводятся (убираются) из вертикального в горизонтальное положение одновременно с поворотом вентиляторов -движителей.