КРЫЛО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С УБИРАЮЩИМСЯ ВОЗДУШНЫМ ВИНТОМ
WING OF AIRCRAFT WITH RETRACTING AIR SCREW

Предлагаемое изобретение относится к авиационной технике, в частности к применяемым на летательных аппаратах (ЛА) воздушным винтам, убирающимся из обтекающего летательный аппарат потока воздуха. Воздушные винты могут убираться из потока для уменьшения аэродинамического сопротивления ЛА в полете в случае, когда для полета не требуется создание тяги. К таким ЛА можно отнести мотопланеры, некоторые классы авиамоделей, беспилотные ЛА (БПЛА) и разрабатываемые самолеты новых схем с распределенными силовыми установками.
Известен мотопланер STEMME S-10 (www.stemme.de) с воздушным винтом, убирающимся в нишу носовой части фюзеляжа, образованную выдвижным носовым обтекателем и основной конструкцией фюзеляжа. Недостатками устройства являются размещение механизма складывания лопастей воздушного винта в наиболее нагруженной комлевой части лопасти и сложность конструкции, снижающая надежность, а также значительная по площади часть диска винта, закрытая носовым обтекателем, не создающая тяги.
Известны мотопланеры: Composit Viva (www.compositairplanes.cz) и Alisport Slient-2 (www.alisport.com), на которых уборка лопастей воздушных винтов осуществляется вдоль носовой части фюзеляжа в специальные ниши. Недостатком, как и в предыдущем случае, является размещение механизма складывания лопастей воздушного винта в наиболее нагруженной комлевой части лопасти. Также в полете при вращении воздушного винта создается дополнительное аэродинамическое сопротивление от обдувки винтом ниш на фюзеляже, предназначенных для уборки лопастей.
Известен мотопланер Shempp Hirth Arcus Е (www.schempp-hirth.com), у которого двигатель и воздушный винт расположены на стойке над фюзеляжем и при планировании убираются в отсек внутри фюзеляжа. Недостатком в данном случае является необходимость иметь значительный дополнительный объем внутри ЛА для размещения воздушного винта и двигателя в убранном положении, в полете при работе воздушного винта создается дополнительное аэродинамическое сопротивление от стойки, несущей на фюзеляже двигатель с винтом, а также сложность конструкции.
Известны работы NASA и авиакомпании МВЛ Cape Air (Graham Warwick "Is Just First Step" Aviation Week & Space Technology, Jun 26, 2015) по формированию облика легкого самолета, использующего для увеличения подъемной силы на взлете и посадке эффект обдувки крыла с помощью дополнительных воздушных винтов перед передней кромкой крыла (Фиг. 1). Для уменьшения потерь тяги и минимизации сопротивления, не требуемых в крейсерском полете, дополнительные воздушные винты должны убираться из потока. В настоящее время в исследованиях NASA по программе LEAPTech (Joby Aviation (www.jobyaviation.com) изучается вариант конструкции складного многолопастного воздушного винта (Фиг. 2), принятого за прототип как наиболее близкого к предлагаемому изобретению. Конструкция состоит из мотогондолы двигателя установленной перед передней кромкой крыла, многолопастного воздушного винта, механизма складывания каждой лопасти, работающего таким образом, что, размещаясь вокруг поверхности мотогондолы, лопасти образуют с ней единое целое (Фиг. 2). Недостатком конструкции является размещение механизма складывания лопасти в наиболее ее нагруженной комлевой части, имеющего сложную конструкцию, снижающую надежность. Также выступающая в воздушный поток мотогондола увеличивает аэродинамическое сопротивление в полете и может привести к срыву потока в стыке мотогондолы с крылом, определенную сложность представляет собой проектирование лопасти воздушного винта с учетом формы поверхности мотогондолы.
Задачей и техническим результатом предлагаемого изобретения является разработка конструкции крыла летательного аппарата с убирающимся воздушным винтом, использование которой увеличивает эффективность и надежность работы вспомогательной/дополнительной силовой установки.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что на крыле летательного аппарата с убирающимся воздушным винтом, включающем в себя передний и задний лонжерон, предкрылок, двигатель, воздушный винт, лопасти воздушного винта, двигатель воздушного винта установлен на переднем лонжероне крыла таким образом, что при выпущенном предкрылке плоскость вращения воздушного винта располагается между предкрылком и передним лонжероном крыла, при этом воздушный винт выполнен двухлопастным и его лопасти составляют одно целое с втулкой винта с возможностью их размещения внутри предкрылка с ориентацией вдоль размаха крыла при остановленном двигателе и убранном предкрылке.
Технический эффект достигается также тем, что на крыле летательного аппарата с убирающимся воздушным винтом, включающем в себя передний и задний лонжерон, закрылок, двигатель, воздушный винт, лопасти воздушного винта, двигатель воздушного винта установлен на заднем лонжероне крыла таким образом, что при выпущенном закрылке плоскость вращения воздушного винта располагается между задним лонжероном и закрылком, при этом воздушный винт выполнен двухлопастным и его лопасти составляют одно целое с втулкой винта с возможностью их размещения между задним лонжероном и закрылком с ориентацией вдоль размаха крыла при остановленном двигателе и убранном закрылке, а пространство между задним лонжероном и закрылком на верхней и нижней поверхности крыла закрывается раскладывающимися створками.
Технический эффект достигается также тем, что на крыле летательного аппарата с убирающимся воздушным винтом, включающем в себя передний и задний лонжерон, закрылок, лонжерон закрылка, двигатель, воздушный винт, лопасти воздушного винта, двигатель воздушного винта установлен на лонжероне закрылка таким образом, что при выпущенном закрылке плоскость вращения воздушного винта располагается между задним лонжероном крыла и закрылком, при этом воздушный винт выполнен двухлопастным и его лопасти составляют одно целое с втулкой винта с возможностью их размещения между задним лонжероном и закрылком с ориентацией вдоль размаха крыла при остановленном двигателе и убранном закрылке, а пространство между задним лонжероном и закрылком на верхней и нижней поверхности крыла закрывается раскладывающимися створками.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, на которых показаны принципиальные схемы уборки воздушного винта из обтекающего летательный аппарат потока воздуха и размещения составляющих элементов конструкции одного отдельно взятого воздушного винта на крыле в составе вспомогательной/дополнительной силовой установки летательного аппарата. Сама вспомогательная установка может состоять из различного числа вспомогательных/дополнительных двигателей, расположенных вдоль размаха крыла.
Фиг. 3 - схема расположения убирающегося воздушного винта при взлетно-посадочных режимах полета ЛА в случае размещения двигателя с винтом на переднем лонжероне крыла.
Фиг. 4 - схема расположения убирающегося воздушного винта в крейсерском режиме полета ЛА в случае размещения двигателя с винтом на переднем лонжероне крыла.
Фиг. 5 - схема расположения убирающегося воздушного винта при взлетно-посадочных режимах полета ЛА в случае размещения двигателя с винтом на заднем лонжероне крыла.
Фиг. 6 - схема расположения убирающегося воздушного винта в крейсерском режиме полета ЛА, в случае размещения двигателя с винтом на заднем лонжероне крыла.
Фиг. 7 - схема расположения убирающегося воздушного винта при взлетно-посадочных режимах полета ЛА в случае размещения двигателя с винтом на лонжероне закрылка.
Фиг.8 - схема расположения убирающегося воздушного винта в крейсерском режиме полета ЛА в случае расположения двигателя с винтом на лонжероне закрылка.
Устройство крыла с убирающимся воздушным винтом в случае размещения вспомогательного/дополнительного двигателя на переднем лонжероне крыла (Фиг. 3) включает в себя: вспомогательный/дополнительный двигатель 1, вал 2, втулку 3, лопасти воздушного винта 4, передний лонжерон крыла 5, предкрылок 6, поворотную створку предкрылка 7. На переднем лонжероне крыла 5 вдоль размаха крыла может расположиться более одного вспомогательных/дополнительных двигателей 1, составляющих энергетическую механизацию крыла. Работает устройство следующим образом. В процессе взлета и посадки ЛА происходит выпуск предкрылка крыла, запуск двигателей 1 и вращение воздушных винтов. При переходе от взлетной конфигурации к полетной двигатели 1 выключаются, воздушные винты останавливаются таким образом, что лопасти 4 занимают положение вдоль размаха крыла, предкрылок переводится в убранное положение. В результате этого конфигурация устройства приобретает вид, приведенный на Фиг. 4. Лопасти воздушного винта 4 и двигатель 1 закрыты от набегающего потока предкрылком 6 и поворотной створкой предкрылка 7, расположены внутри конструкции и не нарушают внешних обводов профиля крыла, не создавая дополнительного аэродинамического сопротивления в крейсерском полете.
Устройство крыла с убирающимся воздушным винтом в случае размещения вспомогательного/дополнительного двигателя на заднем лонжероне крыла (Фиг. 5) включает в себя: вспомогательный/дополнительный двигатель 1, вал 2, втулку 3, лопасти воздушного винта 4, задний лонжерон крыла 8, раскладывающиеся створки на верхней и нижней поверхности крыла 9, закрылок 10. На заднем лонжероне крыла 8 вдоль размаха крыла может расположиться более одного вспомогательного/дополнительных двигателей 1, составляющих энергетическую механизацию крыла. Работает устройство следующим образом. В процессе взлета и посадки ЛА происходит выпуск закрылка 10 во взлетно-посадочное положение, складывание створок 9, освобождающих промежуток между задним лонжероном 8 и закрылком 10, запуск двигателей 1 и вращение воздушных винтов. При переходе от взлетно-посадочной конфигурации к полетной двигатели 1 выключаются, воздушные винты останавливаются таким образом, что лопасти 4 занимают положение вдоль размаха крыла, закрылок 10 переводится в убранное положение. Створки 9 раскладываются и закрывают промежуток между задним лонжероном 8 и закрылком 10 на нижней и верхней поверхности крыла. В результате этого конфигурация устройства приобретает вид, приведенный на Фиг. 6. Лопасти воздушного винта 4 и двигатель 1 закрыты от набегающего потока раскладывающимися створками 9, расположены внутри конструкции и не нарушают внешних обводов профиля крыла, не создавая дополнительного аэродинамического сопротивления в крейсерском полете.
Устройство крыла с убирающимся воздушным винтом в случае размещения вспомогательного/дополнительного двигателя на лонжероне закрылка (Фиг. 7) включает в себя: вспомогательный/дополнительный двигатель 1, вал 2, втулку 3, лопасти воздушного винта 4, закрылок 10, лонжерон закрылка 11, раскладывающиеся створки на верхней и нижней поверхности крыла 9. На лонжероне закрылка 11 вдоль размаха крыла может расположиться более одного вспомогательных/дополнительных двигателей 1, составляющих энергетическую механизацию крыла. Работает устройство следующим образом. В процессе взлета и посадки ЛА происходит выпуск закрылка 10, запуск двигателей 1 и вращение воздушных винтов. При переходе от взлетно-посадочной конфигурации к полетной двигатели 1 выключаются, воздушные винты останавливаются таким образом, что лопасти 4 занимают положение вдоль размаха крыла, закрылок 10 переводится в убранное положение. Створки 9 раскладываются и закрывают промежуток между задним лонжероном крыла 8 и закрылком 10 на нижней и верхней поверхности крыла. В результате этого конфигурация устройства приобретает вид, приведенный на Фиг. 8. Лопасти воздушного винта 4 и двигатель 1 закрыты от набегающего потока и не нарушают внешних обводов профиля крыла, не создавая дополнительного аэродинамического сопротивления в крейсерском полете.
Предложенные схемы вариантов крыла с убирающимся воздушным винтом могут быть аналогично использованы для оснащения убирающимися воздушными винтами других аэродинамических поверхностей летательного аппарата, например вертикального оперения, горизонтального оперения (в том числе цельноповоротных).
Простота и надежность предлагаемого устройства обеспечивается существующими и отработанными конструкциями устройств уборки-выпуска современных средств механизации крыла и применением воздушных винтов, не имеющих механизмов складывания лопастей.
Предлагаемое изобретение может быть использовано:
- на авиамоделях, мотопланерах, беспилотных ЛА;
- как элемент энергетической механизации крыла (средство увеличения подъемной силы на режимах взлета и посадки при обдувке крыла струями от воздушных винтов);
- как элемент вспомогательной силовой установки ЛА вертикального взлета и посадки на режимах вертикального взлета и посадки.