Конвертоплан
CONVERTIPLANE

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Изобретение может быть использовано во всех областях традиционного применения самолетов, вертолетов, конвертопланов, беспилотных летательных аппаратов.
Известен конвертоплан (Патент RU №2456209 С1, МПК В64С 37/00 - 20.07.2012, Бюл. №20), включающий фюзеляж, крыло, двигатели, оперение, шасси. На крыле располагаются пилоны, выполненные с возможностью вращения. На пилонах установлены два передних двигателя. Задний двигатель установлен на киле-пилоне. Стойки шасси совмещены с пилонами крыла и килем соответственно. Обеспечивается балансировка летательного аппарата на всех режимах полета.
Недостатками данного технического решения являются низкая грузоподъемность, низкая дальность и продолжительность полета в силу низкого КПД силовых установок, т.к. они одновременно и подъемные, и маршевые, а также избыточная мощностью силовых установок в горизонтальном полете, как следствие вынужденная их эксплуатация при пониженных КПД.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является конвертоплан (Патент RU №2635431 С1, МПК В64С 37/00 - 13.11.2017, Бюл. №32), содержащий фюзеляж, переднее и заднее крылья, силовые установки, содержащие двигатели и воздушные винты, шасси, пилоны, выполненные с возможностью вращения, две подъемные силовые установки расположенные на пилонах с двумя степенями свободы по углам тангажа и рыска по бокам фюзеляжа, с возможностью фиксации положения и убираться при горизонтальном полете вперед или назад в ниши фюзеляжа. Маршевая силовая установка расположена на пилоне с двумя степенями свободы по углам крена и тангажа с возможностью фиксации положения в хвостовой части фюзеляжа. Данный патент принят за прототип.
Недостатками этого конвертоплана является уязвимость маршевой силовой установки, установленной в хвостовой части фюзеляжа, при взлете и посадке от неровностей подстилающей поверхности, также к недостаткам этого конвертоплана следует отнести высокую техническую сложность, высокий вес и большой занимаемый объем в фюзеляже пилонов подъемных силовых установок.
Задачей заявляемого изобретения является создание конвертоплана предназначенного для транспортирования, простой конструкции, сбалансированного на всех режимах полета, способного совершать горизонтальный полет, вертикальный взлет - посадку и зависать на одном месте. Полезность конвертоплана заключается в возможности взлета и посадки с минимальной по габаритам площадки и в сокращении времени транспортирования за счет возможности максимально близко доставить целевую нагрузку до потребителя
Технический результат - увеличение надежности конструкции, грузоподъемности, дальности, продолжительности полета и снижение стоимости конвертоплана.
Указанный технический результат достигается тем, что конвертоплан содержащий фюзеляж, пару крыльев: переднее и заднее, две подъемные силовые установки, содержащие двигатели и воздушные винты, расположенные на пилонах по бокам фюзеляжа и убираемые в горизонтальном полете в фюзеляж, маршевую силовую установку, содержащую двигатель и воздушный винт, установленную на пилоне, выполненном с возможностью вращения относительно углов крена и тангажа, киль и шасси, особенность заключается в том, что пилоны подъемных силовых установок имеют только одну степень свободы по углу рыска, маршевая же силовая установка в случае если она расположена не в носовой части фюзеляжа, располагается на передней или на задней кромке киля, на законцовке или в средней части киля.
Преимуществом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является снижение технической сложности, уменьшение себестоимости и увеличение надежности, а также снижение веса пустого и увеличение дальности и продолжительности полета, это обеспечивается переходом от двух степеней свободы к одной степени свободы у пилонов подъемных силовых установок, также это обеспечивается размещением пилона маршевой силовой установки на киле, кроме того количество килей сокращается с двух до одного.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - представлен общий вид конвертоплана, взлетно-посадочный режим полета (маршевая силовая установка установлена на задней кромке киля),
на фиг. 2 - представлен вид конвертоплана во время разгона (маршевая силовая установка установлена на задней кромке киля),
на фиг. 3 - представлен вид конвертоплана в горизонтальном полете.
Подъемные силовые установки убраны в ниши фюзеляжа.
на фиг. 4 - представлен вид конвертоплана во время разгона (маршевая силовая установка установлена на передней кромке киля),
где 1 - фюзеляж;
2 - переднее крыло;
3 - заднее крыло;
4 - киль;
5 - подъемные силовые установки;
6 - маршевая силовая установка;
7, 8 - дифференциальные аэродинамические рули;
9 - пилон подъемной силовой установки;
10 - пилон маршевой силовой установки;
11 - ниши фюзеляжа для уборки подъемных силовых установок.
Предлагаемое изобретение содержит фюзеляж 1, который служит для размещения целевой нагрузки, элементов системы управления и других систем; переднее крыло 2 и заднее крыло 3, киль 4, подъемные силовые установки 5, включающие двигатель и воздушный винт, размещенных на поворотных пилонах 9 по бокам фюзеляжа для создания подъемной силы на режимах взлета/посадки; маршевая силовая установка 6, включающая двигатель и воздушный винт, размещенная на поворотном пилоне 10 на передней или задней кромке киля, которая служит для создания тяги на всех режимах полета; дифференциальных аэродинамических рулей 7 и 8 для управления конвертопланом в горизонтальном полете; ниши фюзеляжа 11 для уборки подъемных силовых установок.
Данное изобретение имеет несколько особенностей:
1. На взлетно-посадочном режиме полета конвертоплан имеет фиксированный угол тангажа в диапазоне от 5 до 15 градусов. Разгон и торможение осуществляется наклоном всего конвертоплана вперед - назад, то есть скорость конвертоплана регулируется углом тангажа.
2. В случае расположения маршевой силовой установки не в носовой части фюзеляжа, она устанавливается как на передней кромке киля, в этом случае она комплектуется тянущим винтом, так и на задней кромке киля и в этом случае она комплектуется толкающим винтом.
3. Пилоны подъемных силовых установок имеют одну степень свободы.
Работает устройство следующим образом: различается два режима полета конвертоплана: взлетно-посадочный режим и горизонтальный полет.
Во взлетно-посадочном режиме (Фиг. 1) все три силовых установки работают и установлены в рабочее положение «вверх». Управление осуществляется углом тангажа конвертоплана, поворотом подъемных силовых установок относительно осей А (по углу рыска) и поворотом маршевой силовой установки относительно осей В и Г (по углам тангажа и крена). Отклонение осуществляется при помощи сервоприводов. Кроме того управление конвертопланом осуществляется изменением оборотов силовых установок.
После взлета конвертоплан наклоняется вперед, а маршевая силовая установка поворачиваются на некоторый угол для создания горизонтальной тяги (Фиг. 2). Этим самым достигается разгон конвертоплана до минимальной скорости горизонтального полета. После этого подъемные силовые установки останавливаются и убираются в ниши фюзеляжа поворотом мотогондол вокруг оси А (по углу рыска). При торможении наоборот, при работающих подъемных силовых установках, маршевая силовая установка занимает положение для создания отрицательной тяги, а конвертоплан устанавливается на положительный угол атаки.
В горизонтальном полете (Фиг. 3) подъемная сила создается крыльями, тяга создается маршевым двигателем, а управление осуществляется дифференциальными рулями (которые могут быть установлены как на переднем так и/или на заднем крыльях). При выходе из строя (или при исходном отсутствии) дифференциальных рулей управление осуществляется маршевой силовой установкой поворотом относительно осей В и Г. При выходе из строя маршевой силовой установки возможна посадка «по-планерному» под управлением дифференциальных рулей, либо (если есть) на парашюте.
По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение имеет ряд технико-экономических преимуществ, а именно:
1. Пилоны подъемных силовых установок имеют только одну степень свободы, что снижает вес пустого конвертоплана на 10% за счет отсутствия механизма поворота по углу тангажа и освобождает внутренние объемы фюзеляжа на 5%. Кроме того, уменьшается техническая сложность конструкции и увеличивается ее надежность.
2. Маршевая силовая установка в случае расположения в хвосте конвертоплана расположена на киле, что снижает требования качеству покрытия взлетно-посадочной площадки, увеличивает надежность маршевой силовой установки и позволяет не устанавливать шасси на конвертоплан, либо снижает требуемую высоту стоек шасси. В случае отсутствия шасси вес пустого снижается на 10%.