МАХОЛЕТ
FLYWHEEL PLANE

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к машущекрылым летательным аппаратам (МЛА) - махолетам, использующим в полете машушие крылья для создания подъемной силы и тяги.
Известны многочисленные устройства машущих крыльев и приводов МЛА, конечной целью которых является осуществление технического машущего полета (см. патент РФ №131228, МКИ B64C 33/02. Крылья для орнитоптера, 1960 г.; см. патент РФ №187533, МКИ B64C 33/02. Моторный махоциклет, заяв. 1966 г. опуб. в БИ №20; см. «Энциклопедия» - раздел «Авиация» под ред. Г.П.Свищева). МЛА весьма многообразны по принципам действия и конструктивному устройству: от простого махания с параллельными сами себе перемещениями профилей сечений до сложных - с овало- или восьмеркообразными «гребными» машущими движениями с изменением углов установки φ всего крыла (угол между центральной хордой крыла и базовой осью X МЛА) и/или местных углов установки или крутки φ(z) крыла (угол между местной хордой и базовой плоскостью крыла) в процессе махания путем самоустановки. Сравнивая эти устройства МЛА друг с другом, находим не только преимущества одного перед другим, но и недостатки в практической реализации предложенных устройств с целью осуществления машущего полета. Главным недостатком МЛА является одинаковое создаваемое сопротивление воздуха на крыло как при движении его вниз, так и при движении его вверх, при этом подъемная сила крыла МЛА (как результирующая за цикл взмаха), по сравнению с его массой, очень мала. Для увеличения подъемной силы необходимо увеличить потребляемую мощность или частоту взмаха крыла.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство машущих крыльев с циклической круткой и управлением по крену с приводом, состоящее из податливых на кручение крыльев и соединенных в противофазе кривошипно-шатунно-коромысловых механизмов, двуплечими рычагами-коромыслами которых являются лонжероны или силовые кромки податливых на кручение крыльев, причем 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, вызывая закономерную крутку крыльев в процессе махания для обеспечения углов атаки сечений крыла в потоке, а управляемый угол установки оси махания крыльев создает независимый от машущего движения дополнительный перекос крыла относительно оси верхних шарниров шатуна для управления по крену (см.пат. РФ №2298509, МКП B64C 33/02. Устройство машущих крыльев с циклической круткой и управлением по крену. №2005116139/11; заяв.30.05.2005 г.; опуб. 10.05.2007 г.).
Недостатком конструкции прототипа является уравновешивание суммарных сил веса и сопротивления МЛА за цикл взмаха вверх-вниз, что влечет за собой увеличение потребляемой мощности и уменьшение аэродинамических качеств летательного аппарата.
Задачей изобретения является уменьшение сопротивления МЛА со стороны воздушной массы при движении крыла вверх и увеличение сопротивления МЛА со стороны воздушной массы (увеличение подъемной силы) при движении крыла вниз.
Для решения поставленной задачи в махолет, состоящий из двух крыльев, расположенных зеркально на одной базовой оси и закрепленных шарнирно, имеющих внешний каркас, соединенный шатунами с приводом, состоящим из кривошипа и коромыслового механизма, введены новые признаки: площадь крыла внутри каркаса состоит из сегментов, каждый сегмент имеет по своему центру ось, закрепленную концами к каркасу крыла в лобовой и хвостовой его частях с возможностью поворачиваться на этих концах оси вместе с сегментом, причем концы осей всех сегментов крыла в лобовой части каркаса объединены между собой с помощью рычагов-шарниров, которые связаны с механизмом, состоящим из шатунов, кривошипа и коромыслового механизма таким образом, что при движении крыльев вверх все сегменты крыльев имеют возможность поворачиваться на угол 90° относительно плоскости крыльев, пропуская воздушную массу (воздушный поток) в образовавшиеся щели, а при движении крыльев вниз все сегменты крыльев имеют возможность поворачиваться в исходное положение, плотно прилегая друг к другу частью сегмента, и составляют площадь крыльев для захвата воздушной массы.
Таким образом, по сравнению с прототипом, махолет, содержащий два аэродинамических крыла, состоящих из сегментов, закрепленных на осях, объединенные между собой, с возможностью поворачиваться с помощью рычагов-шарниров в зависимости от махания крыльев вверх или вниз, соответственно поворачиваясь ребром или плоскостью, давая тем самым возможность прохождения воздушного потока в щели или захватывая воздушный поток всей площадью крыльев, имеет более высокие аэродинамические качества за счет меньшего сопротивления воздушного потока при взмахе крыльев вверх и максимального захвата воздушного потока при взмахе крыла вниз, осуществляя технический машущий полет.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:
Фиг.1 - общий вид.
Фиг.2 - кинематическая схема работы горизонтальных и вертикальных рычагов, шарниров и кривошипно-шатунно-коромыслового механизма.
Фиг.3 - кинематическая схема работы горизонтальных рычагов, шарниров и сегментов крыла.
Махолет, состоящий из двух крыльев 1, расположенных зеркально на одной базовой оси 2 и закрепленных шарнирно, имеющих внешний каркас 3, соединенный шатунами 4 с приводом, состоящим из кривошипа 5 и коромыслового механизма 6. Площадь крыла внутри каркаса 3 состоит из сегментов 7, каждый сегмент 7 имеет по своему центру ось 8, закрепленную концами к каркасу 3 крыльев 1 в лобовой и хвостовой его частях с возможностью поворачиваться на этих концах оси 8 вместе с сегментом 7, причем все концы осей 8 всех сегментов 7 крыльев 1 в лобовой части каркаса 3 объединены между собой с помощью горизонтального рычага 9, который связан через шарнир 10 с вертикальным рычагом 11, который соединен с механизмом, состоящим из шатунов 4, кривошипа 5 и коромыслового механизма 6 таким образом, что при движении крыльев 1 вверх все сегменты 7 крыльев 1 имеют возможность поворачиваться на угол 90° относительно плоскости крыльев 1, пропуская воздушную массу (воздушный поток) в образовавшиеся щели, а при движении крыльев 1 вниз все сегменты 7 имеют возможность поворачиваться в исходное положение, плотно прилегая друг к другу краями 12 сегментов 7, и составляют площадь крыльев 1 для захвата воздушной массы.
Махолет работает следующим образом. Начальное состояние МЛА - горизонтально расположенные крылья 1. Сегменты 7 плотно прилегают друг к другу краями 12. При вращении кривошипы 5 посредством шатунов 4 сообщают связанным с ними крыльям 1 основное маховое движение вниз, захватывая воздушную массу всей площадью крыльев 1 до прихода кривошипа 5 в нижнюю точку. После перехода этой точки шатуны 4 начинают поднимать крылья 1 вверх с одновременным поворотом вертикального рычага 11, шарниров 10, которые воздействуют на горизонтальные рычаги 9, а через них на сегменты 7, поворачивая их на угол 90° относительно плоскости крыльев 1, открывая пространства (щели) для прохода воздуха через крылья 1, уменьшая, тем самым, сопротивление крыльев 1 воздушному потоку. В верхней точке кривошипа 5, когда шатуны 4 начинают опускать крылья 1 вниз, поворачиваются рычаги 9 и 11, шарниры 10, а с ними возвращаются в исходное состояние и сегменты 7, поворачивая их на осях 8, которые плотно прилегают друг к другу краями 12 и составляют площадь крыльев 1 для захвата воздуха, создавая подъемную силу для полета.
Меняя частоту махания, т.е. мощность привода, можно осуществлять различные режимы полета: подъем, горизонтальное планирование или парение, снижение.
В условиях пилотируемого полета возможен не только зависимый алгоритм работы горизонтальных 9 и вертикальных 11 рычагов с шарнирами 10 и кривошипно-шатунно-коромысловым механизмом, состоящим из кривошипа 5, шатунов 4 и коромыслового механизма 6, но и автономно на режимах горизонтального планирования и парения:
- повороты сегментов крыльев на небольшие углы (до 90°) для быстрого снижения;
- повороты сегментов на малые углы одной половины крыла (левой или правой от базовой оси X МЛА) для обеспечения управления по тангажу;
- неполная амплитуда взмаха крыльев для коррекции парения без поворота сегментов крыльев на какой-либо угол или с поворотом на малые углы;
- полная амплитуда взмаха крыльев для коррекции парения с управляемым углом поворота сегментов крыльев;
- затормаживание крыльев в крайних, «мертвых» положениях для создания жесткости несущих крыльев при длительном парении.
Форма и профиль сегмента могут быть различной конфигурации, например с утолщением в передней части каркаса крыла и сходящим на нет в хвостовой части каркаса крыла, для улучшения аэродинамических свойств или унификации элементов конструкции с широким использованием наиболее дешевых в производстве штампованных и литых деталей.