СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ
VTOL AIRCRAFT CONTROL

Изобретение относится к области авиации, а именно к способу управления ориентацией и направлением полета летательных аппаратов дискового типа вертикального взлета и посадки.
В настоящее время существует большое количество различных способов и конструктивных решений для управления полетом летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Они заключаются в изменении направления протекания аэродинамических потоков при помощи разного рода заслонок, закрылок, изменением положения и вектора тяги двигателя относительно корпуса и т.д.
Известен способ управления дистанционно-пилотируемым летательным аппаратом (Патент РФ №2021165, МПК В64С 29/00, В64С 15/00, 1994 г.) с соосными несущими винтами, заключающийся в регулировке курсового угла с помощью газодинамических органов управления, размещенных в хвостовой части летательного аппарата, угла крена - с помощью газодинамических органов управления, размещенных по бортам летательного аппарата, скорости полета - путем разворота летательного аппарата на необходимый отрицательный угол атаки с помощью газодинамической системы управления по тангажу, размещенной в хвостовой части летательного аппарата, и одновременно с разворотом по углу атаки изменением числа оборотов двигателя, а высоты полета - изменением числа оборотов двигателя.
Также известен способ управления летательным аппаратом (Патент РФ №2062246, МПК В64С 29/00, 1996 г.), предусматривающий использование тороидального фюзеляжа, концентричного с осью несущих винтов и образующего канал, имеющий входное отверстие для воздуха и два вращающихся в противоположном направлении несущих винта, расположенных внутри канала, образованного фюзеляжем, для вращения вокруг оси вращения, которая совпадает с осью фюзеляжа, и приложение дифференциального и общего шага к вращающимся в противоположные стороны несущим винтам для управления летательным аппаратом по рысканью, в котором осуществляют совместное изменение общего шага лопастей несущих винтов для управления подъемом летательного аппарата, циклическое изменение шага лопастей несущих винтов для управления летательным аппаратом по крену и тангажу и при полете вперед выборочное применение циклического шага для создания момента несущих винтов, действующего в направлении, противоположном моменту кабрирования фюзеляжа, вызываемому дифференциальным распределением вокруг тороидального фюзеляжа скорости воздушного потока, входящего в указанный канал несущих винтов.
Недостатком известных способов является необходимость наличия сложной системы распределения и направления газодинамических потоков, предполагающей большое количество задвижек и направляющих, имеющих сложный механический привод, что уменьшает надежность летательного аппарата.
Авторам не известны способы управления полетом, осуществляемые с помощью изменения положения центра масс летательного аппарата.
Техническим результатом является создание простого и надежного способа управления летательным аппаратом вертикального взлета и посадки.
Технический результат достигается тем, что в способе управления летательным аппаратом вертикального взлета и посадки, предусматривающем использование дискообразного или тороидального фюзеляжа с несущими винтами, ось вращения которых совпадает с осью фюзеляжа, расположенными внутри канала, образованного фюзеляжем, или выше его, в фюзеляже по периферии устанавливают тороидальный герметичный резервуар, заполненный жидкой средой, и средства, обеспечивающие перераспределение жидкой среды в тороидальном герметичном резервуаре, перераспределяют жидкую среду в тороидальном герметичном резервуаре, обеспечивая изменение и/или фиксацию положения центра масс летательного аппарата относительно оси приложения силы тяги двигателя, при этом точка приложения тяговой силы двигательного устройства расположена выше центра масс летательного аппарата. Зависание аппарата обеспечивают фиксацией положения центра масс летательного аппарата на линии приложения силы тяги двигателя при равенстве подъемной силы и силы тяжести, действующих на летательный аппарат. Движение по наклонной траектории вверх обеспечивают смещая центр масс летательного аппарата в направлении, совпадающем с необходимым направлением полета, и одновременно увеличивая силу тяги двигателя. Движение по наклонной траектории вниз обеспечивают смещая центр масс летательного аппарата в направлении, совпадающем с необходимым направлением полета, одновременно уменьшая силу тяги двигателя. Движение в горизонтальной плоскости обеспечивают смещая центр масс летательного аппарата в направлении, совпадающем с необходимым направлением полета, одновременно увеличивая или уменьшая силу тяги двигателя, пока ее вертикальная составляющая не станет равной гравитационной силе, действующей на летательный аппарат. Тороидальный герметичный резервуар может быть выполнен из эластичного материала, при этом перераспределение жидкой среды производят механическими средствами, изменяя форму тороидального герметичного резервуара. В качестве жидкой среды может быть применена магнитная жидкость, при этом перераспределение жидкой среды производят изменяя значения напряженности магнитного поля по длине тороидального герметичного резервуара, который выполнен из немагнитного материала.
На чертеже изображена схема возникновения пары сил и создания крена летательного аппарата при смещении центра масс с оси приложения силы тяги двигателя.
Способ реализуется следующим образом. После вертикального взлета летательного аппарата, точка приложения силы тяги двигателя которого расположена выше центра масс, перераспределяют жидкую среду в тороидальном герметичном резервуаре, смещая центр масс аппарата. Перераспределение жидкой среды производят механическими средствами, изменяя форму тороидального герметичного резервуара. При использовании в качестве жидкой среды магнитной жидкости перераспределение жидкой среды производят изменяя значения напряженности магнитного поля по длине тороидального герметичного резервуара, выполненного из немагнитного материала.
В результате перераспределения жидкой среды в тороидальном герметичном резервуаре центр масс аппарата смещается с линии приложения силы тяги двигателя (см. чертеж). Сила тяжести и сила тяги двигателя создают пару сил, момент которой вызывает крен корпуса до тех пор, пока вертикальная линия, проходящая через центр масс аппарата, не пересечется с линией, совпадающей с вектором силы тяги двигателя. В этом положении вектор силы тяги двигателя может быть представлен геометрической суммой двух сил, одна из которых, подъемная сила, направлена вертикально вверх и компенсирует силу тяжести, а вторая направлена в сторону крена летательного аппарата и приводит его в горизонтальное поступательное движение в направлении крена. В зависимости от соотношения подъемной силы и силы тяжести, действующей на летательный аппарат, он может набирать, сбрасывать высоту и(или), в случае если эти две силы уравновешивают друг друга, сохранять высоту полета неизменной. Зависание аппарата обеспечивают фиксацией положения центра масс летательного аппарата на линии приложения силы тяги двигателя при равенстве подъемной силы и силы тяжести, действующих на летательный аппарат. Движение по наклонной траектории вверх обеспечивают смещая центр масс летательного аппарата в направлении, совпадающем с необходимым направлением полета, и одновременно увеличивая силу тяги двигателя. Движение по наклонной траектории вниз обеспечивают смещая центр масс летательного аппарата в направлении, совпадающем с необходимым направлением полета, одновременно уменьшая силу тяги двигателя. Движение в горизонтальной плоскости обеспечивают смещая центр масс летательного аппарата в направлении, совпадающем с необходимым направлением полета, одновременно увеличивая или уменьшая силу тяги двигателя, пока ее вертикальная составляющая не станет равной гравитационной силе, действующей на летательный аппарат.
Положительным результатом изобретения является создание простого и надежного способа обеспечения заданной ориентации, стабилизации и управления траекторией движения аппарата вертикального взлета и посадки (в горизонтальном, вертикальном и наклонном направлениях) смещением центра масс летательного аппарата с оси приложения тяговой силы двигателя.