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.
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.