СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОДЪЁМНОЙ СИЛЫ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА (ВАРИАНТЫ) И ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
METHOD OF GENERATION OF LIFTING FORCE OF AIRCRAFT (VERSIONS) AND AIRCRAFT

Группа изобретений относится к способам создания подъемной силы летательных аппаратов и к конструкциям летательных аппаратов тяжелее воздуха, преимущественно вертикального взлета и посадки.
Известны летательные аппараты, использующие различные способы создания подъемной силы.
В настоящее время широко известны летательные аппараты, использующие способ создания подъемной силы, когда поток воздуха от вращающего в горизонтальной плоскости винта направляется вниз, тем самым создавая подъемную силу летательного аппарата. На таком принципе основан полет вертолета и других типов летательных аппаратов. Также часто используется способ создания подъемной силы, при котором вниз направляется газовая струя от работающего реактивного двигателя, например у ракеты.
Известен, например, способ формирования подъемной силы и устройство для его осуществления (патент РФ №2415052, опубл. 27.03.2011), которое содержит расположенную на выпуклой или конической поверхности ступенчатую регулярную активную поверхность, формируемую пьезоэлектрическими ленточными актюаторами, способными посредством приложенного управляющего электрического воздействия совершать маховые колебательные движения, вызывающие смещение частиц окружающей среды и формирующие область пониженного давления, обеспечивающую создание подъемной силы. Способ формирования подъемной силы заключается в использовании устройства.
Недостатком известного способа и устройства является сложность конструкции и недостаточная надежность работы в условиях обледенения.
Известно также устройство создания подъемной силы, содержащее, по меньшей мере, один корпус с несущей поверхностью и, по меньшей мере, одно средство для создания замкнутого объема с пониженным давлением над соответствующей поверхностью, в котором каждый корпус выполнен в виде камеры, открытой сверху и с дном, образующим несущую поверхность, а каждое средство для создания замкнутого объема выполнено в виде щелевого сопла, размещенного в стенке соответствующей камеры с возможностью создания плоской струи жидкости, перекрывающей открытую часть камеры с образованием в ее полости замкнутого объема (патент РФ на ПМ №38721).
Недостатком известного устройства является то, что оно применимо только для легких летательных аппаратов.
Более близким к заявляемой группе изобретений является способ создания подъемной или движущей силы для летательного аппарата вертикального взлета (патент РФ на ИЗ №2406650, опубл. 20.12.2010), в котором крыло выполняют полым в форме кольца, в центральной части которого через радиально-щелевое сопло создают поток воздуха, который нагнетают так, что он обеспечивает образование двух зон пониженного давления у верхней и нижней поверхностей внутренней полости крыла с возможностью регулирования разрежения клапанами. Воздух нагнетают в центральную полость крыла, которую разделяют винглетами на обеих стенках, с образованием равных сегментов. Воздух нагнетают через радиально-щелевое сопло, имеющее в разрезе форму конуса или сопла Лаваля. В каждом сегменте сверху и/или снизу крыла выполняют щели, ведущие в сегменты с возможностью перекрытия посредством клапанов. Направление и силу тяги регулируют посредством открытия/закрытия клапанов и регулирования скорости потоков через радиально-щелевое сопло.
Недостатком известного способа является то, что он создает в основном подъемную силу, но не позволяет обеспечить летательному аппарату высокую скорость полета.
Наиболее близким к заявляемой группе изобретений является способ увеличения подъемной силы аэродинамических поверхностей и уменьшения лобового сопротивления (патент РФ на ИЗ №2469911, опубл. 20.12.2012), в котором струя воздуха продвигается на верхнюю поверхность закрылка. Часть воздуха в воздушной струе отбирается через воздухозаборники из воздушного потока, обтекающего верхнюю поверхность неподвижной части крыла, расположенной перед закрылком выше по потоку. Воздушная струя, отбираемая за счет всасывания посредством воздухозаборников, усиливается струей сжатого воздуха, выдуваемого по каналу, который открыт непосредственно за воздухозаборниками ниже по потоку. При этом комбинированную струю, содержащую всосанный воздух и выдуваемую струю, эжектируют на верхнюю поверхность закрылка через выпускные отверстия, размещенные на заднем крае неподвижной части крыла. Крыло летательного аппарата выполнено с возможностью реализации способа.
Недостатком известного способа является то, что для увеличения подъемной силы используется только воздушный поток, обтекающий поверхность крыла.
Задачей группы изобретений является увеличение подъемной силы летательного аппарата не только за счет воздушного потока, обтекающего поверхность крыла или фюзеляжа, но и за счет потока газов из сопла реактивного двигателя летательного аппарата, что позволяет обеспечить вертикальный взлет.
Поставленная задача решается предлагаемой группой изобретений, включающей способы создания подъемной силы летательного аппарата и летательный аппарат, реализующий указанные способы. Первый вариант способа создания подъемной силы летательного аппарата путем использования газовой струи, выходящей из сопла реактивного двигателя летательного аппарата, включает направление струи газов от сопла двигателя в несущее устройство, снабженное газоводом, в котором установлены разъединитель и подъемные элементы, в которых при прохождении струи газов от двигателя создается подъемная сила за счет одно- или многократного изменения направления движения газов в подъемных элементах. Второй вариант способа создания подъемной силы включает использование встречного потока воздуха, который проходит через подъемные элементы, выполненные в виде решеток или сот, плавно изогнутых в продольном направлении в сторону земли и установленных внутри фюзеляжа или внутри его наружных выступов. Устройство для реализации указанного способа создания подъемной силы содержит летательный аппарат с реактивным двигателем и несущим устройством с газоводом, в котором установлены один или несколько подъемных элементов, выполненных, например, в виде протяженных сот, прямых или изогнутых по ходу движения газовой струи, причем изгиб подъемных элементов выполнен таким образом, чтобы создать подъемную силу, действующую на несущее устройство через подъемные элементы, кроме того, несущий элемент снабжен разъединителем газового потока, установленным в газоводе. Летательный аппарат снабжен дополнительными подъемными элементами, установленными внутри фюзеляжа или внутри его наружных выступов.
Предлагаемая группа изобретений иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показана схема летательного аппарата с двигателем и несущим элементом с тремя подъемными элементами, на фиг.2 - вид А на фиг.1 несущего элемента, на фиг.3 - показан профиль подъемных элементов, на фиг.4 - показано оптимальное расположение двигателя (двигателей) на фюзеляже летательного аппарата, на фиг.5 - вариант летательного аппарата с двумя подъемными элементами, на фиг.6 - сечение крыла или выступа на фюзеляже, снабженного подъемными элементами, на фиг.7 и 8 - летательный аппарат с крыльями, снабженными подъемными элементами.
Летательный аппарат преимущественно вертикального взлета содержит фюзеляж 1, снабженный реактивным двигателем 2, на выходе газовой струи которого установлен несущий элемент 4, в котором расположены: первый подъемный элемент 3, второй подъемный элемент 5, третий подъемный элемент 6, разъединитель 7 газового потока, газовод 8. Центр масс летательного аппарата находится ниже несущего элемента 4. Летательный аппарат имеет также шасси 9 и хвостовое оперение 10. Возможно исполнение летательного аппарата как без крыльев (фиг.1), так и с крыльями 11 или выступами на фюзеляже (фиг.7, 8). Подъемные элементы 3, 5, 6 выполнены в виде решетки или сот 12 (фиг.2), изогнутых в сторону земли для создания подъемной силы (фиг.3). Выполнение подъемного элемента в виде решетки или сот обеспечивает струйное движение газового потока и устраняет турбулентность. Подъемный элемент 5 имеет решетку или соты, изогнутые под углом А (фиг.1) к направлению движения газового потока от двигателя, подъемный элемент 3 имеет решетку с изогнутыми сотами. В крыльях 11 или выступах на фюзеляже также могут быть выполнены подъемные элементы 13, которые имеют плавный изгиб в сторону земли (фиг.7).
Способ создания подъемной силы по первому варианту заключается в том, что поток газов из сопла реактивного двигателя поступает непосредственно в газовод несущего элемента, образующего одно целое с фюзеляжем летательного аппарата, а в газоводе установлен один или несколько подъемных элементов, выполненных в виде решетки или сот, имеющих или не имеющих продольного изгиба, которые направляют поток газа таким образом, что он создает подъемную силу. Способ по второму варианту использует также встречный поток воздуха за счет дополнительных подъемных элементов, установленных в фюзеляже или в его выступах или крыльях.
Предлагаемый летательный аппарат реализует предлагаемый способ создания подъемной силы следующим образом. При взлете летательного аппарата включаются реактивные двигатели (двигатель) и газовый поток из сопла двигателя направляется в газовод 8, при этом газы проходят сначала через первый подъемный элемент 3 и при изменении направления движения газов (фиг.3) на угол Δ создается подъемная сила. Выйдя из подъемного элемента 3, поток газа по газоводу проходит к третьему подъемному элементу 6, отражается от разъединителя 7 и выходит наружу вертикально вниз, создавая подъемную силу. При увеличении подачи топлива в двигатель подъемная сила также увеличивается и летательный аппарат поднимается вертикально вверх. При достижении заданной высоты разъединитель 7 закрывает вход в подъемный элемент 6 и газовый поток от элемента 3 проходит к подъемному элементу 5, проходит через изогнутые соты и создает дополнительную подъемную силу, после чего выходит наружу и создает реактивную горизонтальную тягу. Летательный аппарат начинает горизонтальный полет. При достижении конечного пункта разъединитель 7 открывает вход в подъемный элемент 6 и перекрывает газовод к подъемному элементу 5. Газ выходит из элемента 6 вертикально вниз, создавая подъемную силу, удерживающую летательный аппарат на данной высоте. Уменьшая подачу топлива в двигатель и уменьшая тем самым подъемную силу, обеспечивают медленное снижение и посадку летательного аппарата (вертикальный взлет и посадка). Несущий элемент 4 образует одно целое с фюзеляжем 1, поэтому подъемная сила от подъемных элементов 3, 5, 6 передается на несущий элемент 4 и от него на фюзеляж 1. В случае выполнения летательного аппарата без подъемного элемента 6 (фиг.5) взлет и посадка происходят как в обычном самолете, при этом длина разбега уменьшается. Возможен и вариант выполнения летательного аппарата с крыльями (фиг.7, 8) или выступами на фюзеляже. Крылья 11 в этом случае имеют подъемные элементы 13, выполненные в виде решетки или сот с плавным изгибом в сторону земли. При полете встречный поток воздуха попадает в подъемные элементы 13 крыла и принудительно изменяет направление движения струй, проходящих через решетку (соты) 13, без срыва потока на любой скорости, создавая дополнительную подъемную силу.
Группа изобретений позволяет создать летательный аппарат с вертикальным взлетом и посадкой как без крыльев, так и с крыльями, при этом за счет использования газового потока из сопла реактивного двигателя и подъемных элементов указанной конструкции увеличивается подъемная сила, снижается расход горючего и увеличивается дальность и скорость полета.