АППАРАТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ
VERTICAL TAKE-OFF AND LANDING AIRCRAFT

Изобретение относится к области авиастроения, а именно к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки различного назначения.
Известен летательный аппарат вертикального взлета и посадки Curtiss Wright VZ-7 (США), состоящий из прямоугольного центрального планера, на котором размещены открытый пост управления и кресло пилота. В передней части планера справа и слева размещены угловые редукторы, на валах которых закреплены воздушные винты с возможностью их вращения. В хвостовой части планера также справа и слева размещены угловые редукторы с воздушными винтами, имеющими возможность вращения. Воздушные винты посредством редукторов и валов связаны с силовой установкой, размещенной внутри планера. Такая кинематическая схема обеспечивает синхронизацию оборотов всех четырех винтов. Управление таким аппаратом обеспечивается путем дифференциального изменения тяги передних и задних винтов пропорционально их шагу, задаваемому командными органами управления, см. Всемирную сеть Internet file://E:/TMP/Curtiss-Wright VZ-7.htm/. Однако данная конструкция аппарата вертикального взлета и посадки не дает уверенной безопасности пилоту в случае неисправностей и отказа работы двигателя. Данный аппарат обладает низкой скоростью полета при чрезвычайно малом потолке, который достигался им.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по совокупности существенных признаков является выбранный в качестве прототипа самолет с вертикальным взлетом и посадкой, описанный в патенте WIPO № WO 2005037644, 2005. Самолет содержит корпус в форме плоского диска, в центральной части на верхней поверхности в корпусе расположена кабина с системой управления, а на нижней поверхности в корпусе находится силовой отсек. В корпусе между кабиной и краем диска концентрически расположены пять вертикальных кольцевых сквозных отверстий, в которых расположены воздушные винты, установленные на двигатели. Двигатели с винтами имеют возможность поворота с помощью гидравлической системы из горизонтальной в вертикальную плоскость, а передний двигатель с винтом, используемый еще и в качестве руля, через червячную передачу может поворачиваться на 90 градусов вокруг вертикальной оси. Четыре двигателя связаны попарно двумя поперечными осями, а сами оси соединены тросом. Это обеспечивает их совместный поворот из горизонтальной в вертикальную плоскость. Все двигатели связаны с помощью гидравлической системы с системой управления. Недостатками такого самолета являются его низкая маневренность на различных режимах полета из-за жестко связанных между собой всех двигателей с винтами, потеря управляемости самолета в случае выхода из строя двигателя с винтом, используемым в качестве руля, а также большой вес самолета ввиду большого количества двигателей и генератора.
Технической задачей заявляемого изобретения является создание конструкции летательного аппарата вертикального взлета и посадки с более высокими летными характеристиками.
Технический результат, обеспечиваемый изобретением, заключается в повышении маневренности летательного аппарата вертикального взлета и посадки и достижении более высокого уровня безопасности полета.
Поставленная техническая задача достигается тем, что сконструированный летательный аппарат вертикального взлета и посадки содержит корпус круглой формы или в форме эллипса, с выпуклой верхней поверхностью и плоской нижней поверхностью с выступающей вниз его центральной частью, где расположены кабина с системой управления и силовой отсек. В корпусе симметрично относительно продольной и поперечной осей, между кабиной и краем корпуса, выполнены четыре вертикальных кольцевых сквозных отверстия, внутри отверстий вдоль их диаметров, расположенных вдоль продольной и поперечной осей корпуса, проходят четыре оси из труб с площадками в центральной части, на которых закреплены четыре угловые редуктора, на выходных валах которых в горизонтальной плоскости закреплены четыре воздушные винта, симметрично осям этих отверстий, а концы осей из труб установлены в подшипниковых опорах, закрепленных на краях этих отверстий, что обеспечивает возможность поворота двух воздушных винтов вокруг продольной оси корпуса, а двух других воздушных винтов вокруг поперечной оси корпуса. Приводные валы угловых редукторов соединены с введенными внутрь осей из труб трансмиссионными валами от главного редуктора. Такая конструкция позволяет каждому воздушному винту, раздельно от других воздушных винтов, с помощью своего механизма поворота, смонтированного на выступающем за подшипниковую опору внутреннем конце оси из труб, на которой закреплен угловой редуктор с этим воздушным винтом, поворачиваться из горизонтальной плоскости в вертикальную плоскость. Края корпуса и кромки вертикальных кольцевых сквозных отверстий округлены. С лобовой и кормовой сторон корпуса вдоль продольной оси смонтированы лобовой и кормовой механизмы поворота, на выходных валах которых установлены симметрично продольной оси в вертикальной плоскости два воздушных винта, имеющие возможность каждый, раздельно от другого, с помощью своего механизма поворота поворачиваться из вертикальной плоскости к горизонтальной плоскости. Вращение всех шести воздушных винтов осуществляется от двух двигателей, один из которых основной рабочий и двигатель, используемый в качестве пускового и аварийного в случае отказа основного рабочего двигателя, через трансмиссию, а двигатели установлены в силовом отсеке летательного аппарата. Работа механизмов поворота воздушных винтов осуществляется с помощью гидропривода. Все воздушные винты способны изменять общий шаг, как совместно так и раздельно. Вокруг четырех винтов, находящихся внутри отверстий корпуса, смонтированы аэродинамические профилированные кольца, закрепленные на осях из труб и используемые также в качестве защитных. На выпуклой верхней поверхности в центральной части корпуса смонтирован откидной обтекаемый прозрачный купол, под которым закреплен не менее чем один аварийный парашют летательного аппарата с пиропатроном, а по периметру под куполом установлены видеокамеры системы обзора, выведенные на монитор в кабину управления. На нижней поверхности силового отсека выполнены четыре выдвижных шасси летательного аппарата. На нижней поверхности по краю корпуса установлены четыре аварийных пороховых двигателя. Летательный аппарат снабжен автопилотом с функцией стабилизации горизонтального положения. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки изготавливается из материалов, применяемых в авиации. Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен летательный аппарат, вид сбоку с частично снятой обшивкой боковой и верхней поверхностей корпуса; на фиг.2 изображен летательный аппарат, вид сверху с частично снятой обшивкой верхней поверхности корпуса; на фиг.3 изображен летательный аппарат, вид спереди.
Летательный аппарат вертикального взлета и посадки содержит корпус 1 круглой формы или в форме эллипса, с выпуклой верхней поверхностью и плоской нижней поверхностью, с выступающей вниз его центральной частью, в которой расположены кабина с системой управления 17 и силовой отсек 2. Внутри силового отсека 2 установлен основной рабочий двигатель 18, соединенный через первую муфту сцепления 19, проходной вал промежуточного углового редуктора 26 и вторую муфту сцепления 33 с двигателем 20, используемым в качестве пускового и аварийного, а выходной вал промежуточного углового редуктора 26 соединен с главным трансмиссионным валом 21 (фиг.1). В корпусе 1 выполнены четыре вертикальных кольцевых сквозных отверстия 3, в которых расположены воздушные винты 4, 5, 6, 7. Воздушные винты 4, 5 закреплены каждый на выходном валу своего одного из двух угловых редукторов 23, а воздушные винты 6, 7 закреплены каждый на выходном валу своего одного из двух угловых редукторов 27, при этом четыре редуктора 23, 27 закреплены каждый на площадке своей поворотной оси из труб 24. Концы поворотных осей 24 установлены в подшипниковых опорах 25 и имеют выступающие за опоры подшипников 25 в сторону центра летательного аппарата концы, на которых смонтированы поворотные механизмы 11. Вокруг воздушных винтов 4, 5, 6, 7 установлены профилированные кольца 16. С лобовой и кормовой сторон корпуса 1 смонтированы лобовой и кормовой механизмы поворота 10, на выходных валах которых установлены воздушные винты 8, 9, один из которых 8, тянущий, а второй 9, толкающий. В центральной части корпуса 1, над кабиной 17, установлен главный редуктор 22, входной вал которого через главный шарнир равных угловых скоростей 31 соединен с выходным концом главного трансмиссионного вала 21, а четыре выходных вала главного редуктора 22 соединены каждый через свой шарнир равных угловых скоростей 28 со своим одним из четырех трансмиссионных валов 29, выходные концы которых введены внутрь четырех осей из труб 24 и соединены с приводными валами двух угловых редукторов 23 и двух угловых редукторов 27. Проходные валы двух угловых редукторов 27 каждый через свой трансмиссионный вал 30 соединены с приводными валами лобового и кормового механизмов поворота 10 (фиг.2). На верхней выпуклой поверхности корпуса 1 в центральной части установлен откидной обтекаемый прозрачный купол 32, под которым смонтированы не менее чем один аварийный парашют 12 с пиропатроном и видеокамеры 13 системы обзора (фиг.3). С нижней стороны по краю корпуса 1 установлены четыре пороховых аварийных двигателя 14. На нижней поверхности выступающей части корпуса 1 выполнены четыре выдвижных шасси 15 и смонтированы две видеокамеры 13 системы обзора. С задней стороны кабины 17 смонтированы две видеокамеры 13 системы обзора.
Летательный аппарат вертикального взлета и посадки работает следующим образом. При стоянке летательный аппарат опирается на четыре колеса выдвижных шасси 15. Перед выполнением взлета пилот производит запуск пускового двигателя 20, от которого через муфты сцепления 19, 33 и промежуточный угловой редуктор 26 запускается основной рабочий двигатель 18, после запуска которого пусковой двигатель 20 отключается. При вертикальном взлете практически вся потребная для взлета мощность передается от основного рабочего двигателя 18 на воздушные винты 4, 5, 6, 7, которые вращаются с взлетной частотой. Углы общего шага воздушных винтов 8, 9 устанавливаются пилотом с помощью системы управления таким образом, чтобы эти винты не создавали силы тяги. Подъем летательного аппарата и его висение над поверхностью обеспечивается путем дифференциального изменения тяги воздушных винтов 4, 5, 6, 7 пропорционально их шагу и устанавливается пилотом с помощью системы управления. После подъема пилот убирает шасси 15 и начинает разгон летательного аппарата вперед, с режима висения, путем увеличения углов общего шага воздушных винтов 8, 9 и после достижения летательным аппаратом скорости горизонтального полета, при которой аэродинамическая подъемная сила удерживает летательный аппарат в самолетном режиме полета, увеличение его скорости производится поворотом воздушных винтов 4, 5 из горизонтального в вертикальное положение с помощью системы управления. При этом практически вся мощность основного рабочего двигателя 18 передается на воздушные винты 8, 9, 4, 5, а воздушные винты 6, 7 используются для разворотов летательного аппарата по курсу. Разворот производится путем перевода воздушных винтов 6 или 7 из горизонтального в вертикальное положение. Разворот можно выполнить также с помощью изменения шага лопастей воздушных винтов 4 и 5 дифференциально, то есть с увеличением шага на одном из винтов и с соответствующим уменьшением шага на другом. Создаваемый таким образом путевой момент разворачивает летательный аппарат в нужную сторону. Для набора высоты или снижения пилот изменяет угол поворота воздушных винтов 8, 9 или общий шаг воздушных винтов 6, 7. Летательный аппарат может двигаться в обратном направлении без разворота, для чего воздушные винты 4, 5, 6, 7 пилот переводит в горизонтальное положение, а для торможения летательного аппарата воздушные винты 8, 9 переводит в реверсивный режим, изменяя их общий шаг, и после остановки летательный аппарат производит движение назад за счет обратной тяги воздушных винтов 8, 9 и поворота воздушных винтов 4, 5 на обратное движение. Маневрирование летательного аппарата может производиться различными комбинациями установки воздушных винтов и изменением углов их общего шага. При посадке летательного аппарата пилот уменьшает скорость полета и при снижении аэродинамической подъемной силы переводит воздушные винты 4, 5, 6, 7 в горизонтальное положение и по мере снижения горизонтальной скорости полета летательный аппарат переводит в режим висения и после выпуска шасси 15 приземляет.