АППАРАТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ
VERTICAL TAKE-OFF AND LANDING AIRCRAFT

Изобретение относится к области авиастроения, а именно к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки различного назначения.
Известен летательный аппарат вертикального взлета и посадки Curtiss Wright VZ-7 (США), состоящий из прямоугольного центрального планера, на котором размещены открытый пост управления и кресло пилота. В передней части планера справа и слева размещены угловые редукторы, на валах которых закреплены воздушные винты с возможностью их вращения. В хвостовой части планера также справа и слева размещены угловые редукторы с воздушными винтами, имеющими возможность вращения. Воздушные винты посредством редукторов и валов связаны с силовой установкой, размещенной внутри планера. Такая кинематическая схема обеспечивает синхронизацию оборотов всех четырех винтов. Управление таким аппаратом обеспечивается путем дифференциального изменения тяги передних и задних винтов пропорционально их шагу, задаваемому командными органами управления, см. Всемирную сеть Internet file://E:/TMP/Curtiss-Wright VZ-7.htm/. Однако данная конструкция аппарата вертикального взлета и посадки не дает уверенной безопасности пилоту в случае неисправностей и отказа работы двигателя. Данный аппарат обладает низкой скоростью полета при чрезвычайно малом потолке, который им достигался.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является выбранный в качестве прототипа аппарат вертикального взлета и посадки, описанный в патенте RU №2458822 от 20.08.2012 г.
Данный аппарат вертикального взлета и посадки содержит корпус круглой формы или в форме эллипса с выпуклой верхней поверхностью и плоской нижней поверхностью с выступающей вниз его центральной частью, где расположены кабина с системой управления и силовой отсек. В корпусе симметрично относительно продольной и поперечной осям, между кабиной и краем корпуса, выполнены четыре вертикальных кольцевых сквозных отверстия, внутри отверстий вдоль их диаметров, расположенных вдоль продольной и поперечной осям корпуса, проходят четыре оси из труб с площадками в центральной части, на которых закреплены четыре угловые редуктора, на выходных валах которых в горизонтальной плоскости закреплены четыре воздушные винта, симметрично осям этих отверстий, а концы осей из труб установлены в подшипниковых опорах, закрепленных на краях этих отверстий, что обеспечивает возможность поворота двух воздушных винтов вокруг продольной оси корпуса, а двух других воздушных винтов вокруг поперечной оси корпуса. Приводные валы угловых редукторов соединены с введенными внутрь осей из труб трансмиссионными валами от главного редуктора. Такая конструкция позволяет каждому воздушному винту, раздельно от других воздушных винтов, с помощью своего механизма поворота, смонтированного на выступающем за подшипниковую опору внутреннем конце оси из труб, на которой закреплен угловой редуктор с этим воздушным винтом, поворачиваться из горизонтальной плоскости в вертикальную плоскость. С лобовой и кормовой сторон корпуса вдоль продольной оси смонтированы лобовой и кормовой механизмы поворота, на выходных валах которых установлены симметрично продольной оси в вертикальной плоскости два воздушных винта, имеющие возможность каждый, раздельно от другого, с помощью своего механизма поворота поворачиваться из вертикальной плоскости к горизонтальной плоскости. Вращение всех шести воздушных винтов осуществляется от двух двигателей, один из которых основной рабочий и двигатель, используемый в качестве пускового и аварийного в случае отказа основного рабочего двигателя, через трансмиссию, а двигатели установлены в силовом отсеке летательного аппарата. Работа механизмов поворота воздушных винтов осуществляется с помощью гидропривода. Все воздушные винты способны изменять общий шаг как совместно, так и раздельно. На нижней поверхности силового отсека выполнены четыре выдвижных шасси летательного аппарата.
Конструкция данного летательного аппарата, с двумя двигателями и передачей от них мощности на шесть разнесенных воздушных винтов через один главный редуктор и идущие от него трансмиссионные валы, не предполагает передачу на воздушные винты большой мощности, что соответственно не может обеспечить большой грузоподъемности и больших габаритных размеров летательного аппарата. Технической задачей заявляемого изобретения является создание конструкции летательного аппарата вертикального взлета и посадки с более высокими силовыми и размерными характеристиками.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении грузоподъемности, габаритных размеров летательного аппарата вертикального взлета и посадки при обеспечении высокого уровня безопасности полета.
Поставленная техническая задача в летательном аппарате вертикального взлета и посадки, содержащем корпус круглой формы или в форме эллипса с выпуклой верхней поверхностью и плоской нижней поверхностью с выступающей вниз его центральной частью, где расположены кабина с системой управления и силовой отсек, выдвижные шасси, автопилот, парашюты с пиропатроном, откидной обтекаемый прозрачный купол, систему видеообзора, пороховые аварийные двигатели, гидравлическую систему, оси из труб с поворотными механизмами и угловыми редукторами и опорами, лобовой и кормовой поворотные механизмы, достигается тем, что в корпусе симметрично относительно продольной и поперечной осям между кабиной и краем корпуса выполнены четыре вертикальные сквозные отверстия в форме овалов, малые оси симметрии двух из которых расположены вдоль продольной оси симметрии корпуса и двух других расположены вдоль поперечной оси симметрии корпуса. Внутри этих отверстий вдоль их малых осей симметрии установлены поворотные оси из труб. Летательный аппарат снабжен силовой установкой, состоящей из не менее четырех двигателей, от которых вращение через промежуточные редукторы, трансмиссионные валы, угловые редукторы, лобовой и кормовой поворотные механизмы передается на не менее чем шесть воздушных винтовентиляторов. Все двигатели установлены в силовом отсеке, причем не менее двух из них преимущественно установлены параллельно продольной оси симметрии корпуса и не менее двух других двигателей преимущественно установлены параллельно поперечной оси симметрии корпуса. Трансмиссионные валы с двигателями и промежуточными редукторами соединяются через муфты и шарниры равных угловых скоростей. Все воздушные винтовентиляторы способны изменять общий шаг как совместно, так и раздельно.
Кроме того, дополнительно отличия могут состоять в том, что:
- силовая установка состоит из восьми двигателей, четыре двигателя из которых преимущественно установлены параллельно продольной оси симметрии корпуса и другие четыре двигателя преимущественно установлены параллельно поперечной оси симметрии корпуса;
- силовая установка состоит из двенадцати двигателей, шесть двигателей из которых преимущественно установлены параллельно продольной оси симметрии корпуса и другие шесть двигателей преимущественно установлены параллельно поперечной оси симметрии корпуса;
- силовая установка состоит из шестнадцати двигателей, восемь двигателей из которых преимущественно установлены параллельно продольной оси симметрии корпуса и другие восемь двигателей преимущественно установлены параллельно поперечной оси симметрии корпуса;
- вращение от двигателей через трансмиссии передается на десять воздушных винтовентиляторов способных изменять общий шаг как совместно, так и раздельно, из которых восемь воздушных винтовентиляторов расположены по два в каждом из четырех вертикальных сквозных овальных отверстий и установлены на двух выходных валах каждого из четырех угловых редукторов;
- двигатели установлены в силовом отсеке преимущественно параллельно продольной оси симметрии корпуса либо преимущественно параллельно поперечной оси симметрии корпуса.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен летательный аппарат, вид сбоку с частично снятой обшивкой боковой и верхней поверхностей корпуса; на фиг.2 изображен летательный аппарат, вид сверху с частично снятой обшивкой верхней поверхности корпуса.
Летательный аппарат вертикального взлета и посадки содержит корпус 1 круглой формы или в форме эллипса, с выпуклой верхней поверхностью и плоской нижней поверхностью, с выступающей вниз его центральной частью, в которой расположены кабина с системой управления 17 и силовой отсек 2. Внутри силового отсека 2 установлены четыре двигателя 18, выходные валы которых соединены с входными валами четырех промежуточных редукторов 16 через муфты 19 (фиг.1). В корпусе 1 выполнены четыре вертикальные овальные сквозные отверстия 3, в которых расположены воздушные винтовентиляторы 4-7. Воздушные винтовентиляторы 4, 5 закреплены каждый на выходном валу своего одного из двух угловых редукторов 22, а воздушные винтовентиляторы 6, 7 закреплены каждый на выходном валу своего одного из двух угловых редукторов 23, при этом четыре редуктора 22, 23 закреплены каждый на площадке своей поворотной оси из труб 24. С лобовой и кормовой сторон корпуса 1 смонтированы лобовой и кормовой механизмы поворота 10, на выходных валах которых установлены воздушные винтовентиляторы 8, 9, их привод осуществляется от выходных валов двух редукторов 23 через трансмиссионные валы 26. Выходные валы четырех промежуточных редукторов 16 соединены каждый со своим одним из четырех трансмиссионных валов 20 через четыре шарнира равных угловых скоростей 21, а выходные концы четырех трансмиссионных валов 20 введены внутрь каждый своей одной из четырех осей из труб 24 и соединены с приводными валами двух угловых редукторов 22 и двух угловых редукторов 23 (фиг.2).
Летательный аппарат вертикального взлета и посадки работает следующим образом. При стоянке летательный аппарат опирается на четыре колеса выдвижных шасси 15. Перед выполнением взлета пилот производит запуск двигателей 18 от которых через промежуточные редукторы 16, трансмиссионные валы 20 и угловые редукторы 22, 23 вращение передается на воздушные винтовентиляторы 4-7. При вертикальном взлете практически вся потребная для взлета мощность передается от двигателей 18 на воздушные винтовентиляторы 4-7, которые вращаются с взлетной частотой. Углы общего шага воздушных винтовентиляторов 8, 9 устанавливаются пилотом с помощью системы управления таким образом, чтобы эти винтовентиляторы не создавали силы тяги. Подъем летательного аппарата и его зависание над поверхностью обеспечиваются путем дифференциального изменения тяги воздушных винтовентиляторов 4-7 пропорционально их шагу и устанавливаются пилотом с помощью системы управления. После подъема пилот убирает шасси 15 и начинает разгон летательного аппарата вперед, с режима зависания, путем увеличения углов общего шага воздушных винтовентиляторов 8, 9 и после достижения летательным аппаратом скорости горизонтального полета, при которой аэродинамическая подъемная сила удерживает летательный аппарат в самолетном режиме полета, увеличение его скорости производится поворотом воздушных винтовентиляторов 4, 5 из горизонтального в вертикальное положение с помощью системы управления. При этом практически вся мощность двигателей 18 передается на воздушные винтовентиляторы 8, 9, 4, 5, а воздушные винтовентиляторы 6, 7 используются для разворотов летательного аппарата по курсу. Разворот производится путем перевода воздушных винтовентиляторов 6 или 7 из горизонтального в вертикальное положение. Разворот можно выполнять также с помощью изменения шага лопастей воздушных винтовентиляторов 4 и 5 дифференциально, то есть с увеличением шага на одном винтовентиляторе и с соответствующим уменьшением шага на другом. Создаваемый таким образом путевой момент разворачивает летательный аппарат в нужную сторону. Для набора высоты или снижения пилот изменяет угол поворота воздушных винтовентиляторов 8, 9 или общий шаг воздушных винтовентиляторов 6, 7. Летательный аппарат может двигаться в обратном направлении без разворота, для чего воздушные винтовентиляторы 4-7 пилот переводит в горизонтальное положение, а для торможения летательного аппарата воздушные винтовентиляторы 8, 9 переводятся в реверсивный режим, изменяя их общий шаг, и после остановки летательный аппарат производит движение назад за счет обратной тяги воздушных винтовентиляторов 8, 9 и поворота воздушных винтовентиляторов 4, 5 на обратное движение. Маневрирование летательного аппарата может производиться различными комбинациями установки воздушных винтовентиляторов и изменением углов их общего шага. При посадке летательного аппарата пилот уменьшает скорость полета и при снижении аэродинамической подъемной силы переводит воздушные винтовентиляторы 4-7 в горизонтальное положение, а по мере снижения горизонтальной скорости полета пилот переводит летательный аппарат в режим зависания и после выпуска шасси 15 приземляет.