БЕЗАЭРОДРОМНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ С ПОДЪЕМНО-НЕСУЩИМИ ТУРБОВЕНТИЛЯТОРНЫМИ ПЛОСКОСТЯМИ КАРУСЕЛЬНОГО ТИПА (ВАРИАНТЫ)
AERODROME-FREE AIRCRAFT WITH LIFTING-BEARING TURBO-BLOWER PLANES OF ROTARY TYPE /VERSIONS/

Изобретение относится к области летательных аппаратов (ЛА) со свойствами самолета и вертолета.
Известно техническое решение (пат. RU 2276043 С2, 2006 г.) выполнено по схеме биплан с нижней подъемно-несущей плоскостью, со встроенными турбовентиляторами (ТВ), с управляемым вектором тяги, с газовым приводом от маршевых турбореактивных двигателей (ТРД) в качестве газогенераторов. Изобретение выполнено в трех вариантах. Первый вариант содержит две подъемно-несущие полуплоскости, снабженные поворотными механизмами, позволяющими в самолетном режиме размещать полуплоскости в бортовых нишах фюзеляжа, выполненных в его верхней части. Для повышения надежности функционирования ТВ нижних подъемно-несущих полуплоскостей приводные трубопроводы от маршевых ТРД-газогенераторов объединены в общую газопроводящую систему. Для обеспечения функционирования маршевых ТРД в режиме газогенераторов они снабжены стыковочными газогенераторными узлами в виде простых разветвляющихся сопел с управляемой газовой заслонкой. Управление безаэродромным ЛА (БЛА) в вертолетном режиме производится на основе изменения вектора тяги ТВ и газоструйных рулей.
Особенностью известного изобретения является необходимость расположения бортовых ниш в верхней части фюзеляжа, что предопределяет выполнение верхней аэродинамической самолетной несущей плоскости как крыла типа «чайки». Хотя такого рода крылья достаточно широко применяются в гидросамолетостроении, тем не менее, подобное ограничение в ряде случаев затрудняет нахождение оптимальных решений.
Техническим результатом заявляемого изобретения является возможность создания на основе подъемно-несущих турбовентиляторных плоскостей (ПНТП) карусельного типа БЛА без каких-либо ограничений как на общую конфигурацию аэродинамических самолетных крыльев, так и на их расположение на фюзеляже ЛА. Изобретение закладывает практические основы для развития нового вида авиации - безаэродромной самолетной авиации.
Указанный технический результат достигается тем, что БЛА содержит передние и задние относительно аэродинамических самолетных крыльев ПНТП, располагаемые в маршевом скоростном полете продольно относительно фюзеляжа БЛА во внутренних его нишах или в наружных обтекателях, с возможностью их карусельного поворота в вертолетном режиме в поперечное положение с выведением при этом ТВ за пределы габаритных границ ЛА и создания вертикальной тяги при их функционировании. ПНТП выполняют неразъемными без разделения на полуплоскости с расположенными в центре трубчатой осью вращения и карусельным поворотным приводом, обеспечивающим силовую динамическую связь с фюзеляжем.
Заявляемое изобретение обеспечивает реализацию его на базе существующих серийных конструкций самолетов с сохранением при этом их хорошо отработанной аэродинамики, что существенно сокращает затраты на проектирование и производство БЛА. Заявляемое техническое решение позволяет также практически полностью или в значительной степени сохранить внутренние грузопассажирские объемы базовой конструкции самолета. При этом следует сказать, что некоторое уменьшение грузовых объемов не приведет к каким-либо отрицательным экономическим последствиям. Более того, возможность подключения к авиаперевозкам практически любого безаэродромного населенного пункта позволит существенно повысить интенсивность воздушного товарооборота, что с лихвой окупит некоторое уменьшение коммерческого объема заявляемого БЛА.
Изобретение выполнено в двух вариантах: с расположением ПНТП в бортовых нишах фюзеляжа и с расположением ПНТП в наружных обтекателях. Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, на которых показано:
Фиг.1. БЛА с расположением ПНТП в бортовых нишах фюзеляжа:
а) вид спереди;
б) вид сверху.
Фиг.2. БЛА с расположением ПНТП в наружных обтекателях:
а) вид спереди;
б) вид сверху.
БЛА с карусельными ПНТП, расположенными в нишах фюзеляжа (фиг.1), содержит переднюю 1 и заднюю 2 ПНТП со встроенными ТВ 3, обеспечивающими вертолетный режим полета, самолетную несущую плоскость 4 (СНП), обеспечивающую скоростной режим горизонтального полета, маршевые ТРД 5 с боковыми газоотводными отверстиями 6 двойных разветвляющихся сопел, трубопроводы 7 газогенераторного привода, продольный трубопровод 8 единой газовой магистрали, управляемые регулировочные клапаны 9, нормирующие газовые потоки на переднюю и заднюю ПНТП с целью компенсации возможного отклонения центра тяжести БЛА от проектного положения, стыковочные газопроводные поворотные узлы 10, обеспечивающие карусельные повороты ПНТП и прохождение газового потока на ТВ при их поперечном положении, а также силовую связь ПНТП с фюзеляжем, отводные трубопроводы 11, связывающие газопроводные поворотные узлы 10 с ТВ передней и задней ПНТП, газоструйную систему управления БЛА в вертолетном режиме (не показана). На фиг.1 ПНТП 1 и 2 приведены в поперечном положении, т.е. в вертолетном режиме. Их продольное положение в нишах фюзеляжа при скоростном самолетном режиме полета показано штрих-пунктирными линиями. Количество и мощность ТВ, так же как и ПНТП, определяется исходя из функциональных задач БЛА.
На фиг.1,б показана задняя ПНТП, содержащая по два ТВ с каждого борта. Это сделано с целью пояснить возможность выбора оптимальных решений, имея в виду, что некоторые параметры ТВ зависят от диаметра проходного отверстия. Кстати сказать, в приведенном на чертеже варианте площади проходных сечений ТВ переднее и задней ПНТП одинаковы.
Двойные разветвляющиеся сопла ТРД особенностей не имеют. Их задачей является переключение газового потока с помощью газовых заслонок между осевыми и боковыми осями ТРД в зависимости от режима полета БЛА. Регулировочные клапаны 9 снабжают автоматизированной и ручной системами управления. Ручная система управления является подстраховочной, и на нее переходят только при сбое регулировочной автоматики. Но и в этом случае ручную систему применяют только при недостаточной эффективности газоструйной системы управления, т.е. если она не может компенсировать сбой клапанной регулировочной автоматики.
Переход от вертикального полета к горизонтальному может быть произведен двумя способами. Первый способ заключается в изменении вектора тяги ТВ путем их поворота вокруг поперечной относительно БЛА оси. Таким образом можно осуществить как разгон БЛА после взлета, так и торможение, например, перед посадкой. Второй способ требует некоторой переразмеренности маршевых ТРД и обеспечения их механизмами реверсирования горизонтальной тяги. Впрочем в большинстве случаев переразмеренность маршевых ТРД можно заменить включением в их состав форсажных камер. При втором способе с помощью ТВ обеспечивают только вертикальный полет. Изменение параметров горизонтального полета производят через реактивную тягу маршевых ТРД на основе той ее избыточной мощности, которая не задействована на вертикальную тягу. Второй способ, как легко видеть, позволяет упростить конструктивные решения вертикального подъемно-несущего комплекса.
В целом механизмы рассматриваемого БЛА функционируют следующим образом. После запуска ТРД 5 переднюю и заднюю ПНТП 1 и 2 из продольного положения в нишах фюзеляжа с помощью карусельного поворотного узла 10 переводят в поперечное положение, как показано на фиг.1. Газовыми заслонками двойных разветвляющихся сопел перекрывают осевые сопла ТРД 5, и газовые потоки направляют в боковые газоотводные отверстия 6 и через трубопроводы 7 и 8 на ТВ передней и задней ПНТП. Форсируют работу ТРД и дальнейший полет и вертикальные маневры производят только на основе ПНТП и газоструйной системы управления. При достижении заданной высоты производят горизонтальный разгон БЛА на основе пропульсивной составляющей ТВ путем изменения их вектора тяги или за счет избыточной мощности ТРД. По мере увеличения скорости и возникновения аэродинамической подъемной силы на СНП 4 газовыми заслонками двойных разветвляющихся сопел перекрывают боковые газоотводные отверстия 6 и направляют газовый поток в осевые сопла маршевых ТРД, вследствие чего горизонтальная скорость БЛА возрастает. Переднюю и заднюю ПНТП из поперечного положения переводят в продольное, как показано на фиг.1,б штрих-пунктирными линиями, и БЛА переходит в режим маршевого скоростного полета.
При вертикальной посадке механизмы БЛА переводят в вертолетный режим, для чего снижают скорость горизонтального полета, поворачивают переднюю и заднюю ПНТП из продольного положения в поперечное, газовыми заслонками двойных разветвляющихся сопел перекрывают осевые сопла маршевых ТРД, т.е. переводят их в режим газогенераторов и дальнейший полет и посадочные маневры производят только на основе ПНТП и газоструйной системы управления.
Безопасность полета в вертолетном режиме обеспечивают за счет трубопровода 8 единой газоструйной системы. При останове одного из маршевых ТРД в режиме газогенератора газовый поток от работающего ТРД продолжает поступать на все ТВ передней и задней ПНТП. В этом случае газовой заслонкой перекрывают боковое отверстие 6 выбывшего из строя ТРД.
Безаэродромный летательный аппарат с подъемно-несущими турбовентиляторными плоскостями карусельного типа, расположенными в наружных обтекателях, относится к летательным аппаратам со свойствами самолета и вертолета.
Известно техническое решение (пат. RU 2276043 С2, 2006 г.) выполнено по схеме биплан с нижней подъемно-несущей плоскостью, со встроенными турбовентиляторами (ТВ), с управляемым вектором тяги, с газовым приводом от маршевых турбореактивных двигателей (ТРД) в качестве газогенераторов. Изобретение выполнено в трех вариантах. Первый вариант содержит две подъемно-несущие полуплоскости, снабженные поворотными механизмами, позволяющими в самолетном режиме размещать полуплоскости в бортовых нишах фюзеляжа, выполненных в его верхней части. Для повышения надежности функционирования ТВ нижних подъемно-несущих полуплоскостей приводные трубопроводы от маршевых ТРД-газогенераторов объединены в общую газопроводящую систему. Для обеспечения функционирования маршевых ТРД в режиме газогенераторов они снабжены стыковочными газогенераторными узлами в виде простых разветвляющихся сопел с управляемой газовой заслонкой. Управление безаэродромным ЛА (БЛА) в вертолетном режиме производится на основе изменения вектора тяги ТВ и газоструйных рулей.
Особенностью известного изобретения является необходимость расположения бортовых ниш в верхней части фюзеляжа, что предопределяет выполнение верхней аэродинамической самолетной несущей плоскости как крыла типа «чайки». Хотя такого рода крылья достаточно широко применяются в гидросамолетостроении, тем не менее, подобное ограничение в ряде случаев затрудняет нахождение оптимальных решений.
Техническим результатом заявляемого изобретения является возможность создания на основе подъемно-несущих турбовентиляторных плоскостей (ПНТП) карусельного типа БЛА без каких-либо ограничений как на общую конфигурацию аэродинамических самолетных крыльев, так и на их расположение на фюзеляже ЛА.
Указанный технический результат достигается тем, что БЛА содержит передние и задние относительно аэродинамических самолетных крыльев ПНТП, располагаемые в маршевом скоростном полете продольно относительно фюзеляжа БЛА в наружных его обтекателях, с возможностью карусельного поворота ПНТП в вертолетном режиме в поперечное положение и создания вертикальной тяги при их функционировании. ПНТП выполняют неразъемными без разделения на полуплоскости с расположенными в центре трубчатыми осями вращения и карусельными приводами, обеспечивающими их динамическую силовую связь с фюзеляжем.
Заявляемое изобретение создает возможности реализации его на базе существующих серийных конструкций самолетов с сохранением при этом их хорошо отработанной аэродинамики, что существенно сокращает затраты на проектирование и производство БЛА. Заявляемое техническое решение позволяет также полностью сохранить внутренние грузопассажирские объемы фюзеляжа за вычетом той их ничтожной практически части, которая приходится на приводные газопроводы.
БЛА с карусельными ПНТП, расположенными в наружных обтекателях, показан на фиг.2. Он содержит расположенные в неподвижных обтекателях 12 и 13 переднюю 1 и заднюю 2 ПНТП со встроенными ТВ 3, обеспечивающими в поперечном положении вертолетный режим полета, самолетную аэродинамическую несущую плоскость 4 (СНП), обеспечивающую скоростной режим горизонтального полета, маршевые ТРД 5 с боковыми газоотводными отверстиями 6 двойных разветвляющихся сопел, трубопроводы 7 газогенераторного привода, продольный объединительный трубопровод 8 единой газовой магистрали, управляемые регулировочные клапаны 9, нормирующие газовые потоки на переднюю и заднюю ПНТП с целью компенсации возможного отклонения центра тяжести БЛА от проектного положения, стыковочные газопроводные узлы 10, обеспечивающие карусельные повороты ПНТП и прохождение газового потока на ТВ при поперечном положении ПНТП, отводные трубопроводы, связывающие газопроводные узлы 10 с ТВ, и газоструйную систему управления БЛА в вертолетном режиме (не показаны). На чертежах ПНТП 1 и 2 приведены в продольном положении, т.е. в режиме скоростного горизонтального полета, их поперечное положение в вертолетном режиме показано штрих-пунктирными линиями. Количество и мощность ТВ, так же как и ПНТП, определяют исходя из функционального назначения БЛА.
Двойные разветвляющиеся сопла ТРД особенностей не имеют. Их задачей является переключение газового потока с помощью газовых заслонок между осевыми и боковыми осями ТРД в зависимости от режима полета БЛА. Регулировочные клапаны 9 снабжают автоматизированной и ручной системами управления. Ручная система управления является подстраховочной и на нее переходят только при сбое регулировочной автоматики клапанов 9. Но и в этом случае ручную систему применяют только при недостаточной эффективности газоструйной системы управления, т.е. при неспособности ее компенсировать сбой клапанной регулировочной автоматики.
Переход от вертикального полета к горизонтальному может быть произведен двумя способами. Первый способ заключается в изменении вектора тяги ТВ путем их поворота вокруг поперечной относительно БЛА оси. Таким образом можно осуществить как разгон БЛА после взлета, так и торможение, например, при посадке. Второй способ требует некоторой переразмеренности маршевых ТРД и обеспечения их механизмами реверсирования горизонтальной тяги. При этом следует заметить, что в большинстве случаев переразмеренность маршевых ТРД можно заменить включением в их состав форсажных камер. При втором способе с помощью ТВ обеспечивают только вертикальный полет, изменение параметров горизонтального полета производят через реактивную тягу маршевых ТРД на основе той ее избыточной мощности, которая не задействована на вертикальную тягу ПНТП. Второй способ, как легко видеть, позволяет существенно упростить конструктивные решения вертикального подъемно-несущего комплекса.
В целом механизмы рассматриваемого БЛА функционируют следующим образом. После запуска ТРД переднюю и заднюю ПНТП из продольного положения в нишах фюзеляжа с помощью карусельного поворота вокруг трубчатой оси поворотного узла 10 переводят в поперечное положение, как показано на фиг.2, а), б) штрих-пунктирными линиями. Газовыми заслонками двойных разветвляющихся сопел перекрывают осевые сопла ТРД и их газовые потоки направляют в боковые газоотводные отверстия 6 и через трубопроводы 7 и 8 на ТВ передней и задней ПНТП. Форсируют работу ТРД и дальнейший полет и вертикальные маневры производят только на основе ПНТП и газоструйной системы управления. При достижении заданной высоты производят горизонтальный разгон БЛА на основе пропульсивной составляющей ТВ путем изменения их вектора тяги или за счет избыточной мощности ТРД. По мере увеличения скорости и возникновения достаточной аэродинамической подъемной силы на СНП 4 газовыми заслонками двойных разветвляющихся сопел перекрывают боковые газоотводные отверстия 6 и направляют газовые потоки в осевые сопла ТРД, вследствие чего горизонтальная скорость БЛА возрастает. Переднюю и заднюю ПНТП из поперечного положения переводят в продольное, как показано на фиг.2 сплошными линиями, т.е. размещают в наружных обтекателях фюзеляжа и БЛА переходит в режим маршевого скоростного полета.
При вертикальной посадке механизмы БЛА переводят в вертолетный режим, для чего снижают скорость горизонтального полета, переводят переднюю и заднюю ПНТП из продольного в поперечное положение, газовыми заслонками двойных разветвляющихся сопел перекрывают осевые сопла маршевых ТРД, т.е. переводят их в режим газогенераторов и дальнейший полет и вертикальные маневры производят только на основе ТРД и газоструйной системы управления.
Безопасность полета в вертолетном режиме обеспечивают за счет продольного трубопровода 8 единой газовой магистрали. При останове одного из маршевых ТРД в режиме газогенератора газовый поток от функционирующего ТРД продолжает поступать на все ТВ передней и задней ПНТП. В этом случае газовой заслонкой перекрывают боковое отверстие 6 вышедшего из строя ТРД.