ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ "LANNER"

Полезная модель относится к летальным аппаратам тяжелее воздуха, преимущественно может использоваться для аппаратов вертикального взлета и посадки, с возможностью выполнения укороченного взлета и посадки, взлета с разбегом, с возможностью зависания и висения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является летательный аппарат, известный из описания полезной модели «Летальный аппарат «Бродяга ЛА-01» по патенту 36347, МПК7 В64C 39/10, 2004.03.10, представляющий собой самолет, выполненный по схеме «летающее крыло», в плоскости которого расположены механизм создания подъемной силы, включающий в т.ч. силовые агрегаты, шасси, кабину, традиционные самолетные системы и механизм управления, расположенный по всей задней кромке крыла. В плоскости крыла выполнены три отверстия таким образом, что два из них располагаются в передней части крыла симметрично оси симметрии летального аппарата, третье отверстие расположено в задней части крыла на оси симметрии летательного аппарата, в отверстиях параллельно плоскости крыла установлены с возможностью поворота на 180° вокруг собственной оси кольца с профилированными каналами, в которых расположены взаимно пересекающиеся горизонтальная и вертикальная рулевые поверхности, имеющие отклоняемые и не отклоняемые участки поверхности и жестко закрепленные не отклоняемыми участками поверхности на стенках канала, несущие винты установлены перед не отклоняемыми взаимно пересекающимися горизонтальной и вертикальной рулевыми поверхностями и совместно с ними входящие в механизм создания управляющих моментов, при этом перед отверстиями, выполненными в передней части крыла, установлены цельно поворотные крылышки, входящие в механизм управления, при этом летательный аппарат дополнительно снабжен валом, через который осуществляется привод несущих винтов от силовых агрегатов и обеспечивается синхронная работа несущих винтов.
Кроме этого летальный аппарат дополнительно снабжен надувными резиновыми баллонами, установленными рядом с нишами шасси. Недостатками данного технического решения являются:
1. Наличие четырех опорного шасси не только усложняет ЛА и увеличивает вес (по сравнению с трех опорной схемой), но и увеличивает возможность попадания посторонних предметов, выброшенных из под носовых колес, в плоскости вращения винтов (особенно в хвостовой винт, т.к. посторонние предметы, выброшенные из-под передних колес вовнутрь может «засосать» хвостовой несущий винт).
2. Горизонтальное оперение (руль высоты), расположено за хвостовой системой «винт в кольце». «Винт в кольце» имеет возможность поворачиваться вокруг оси, и может располагаться горизонтально (при вертикальном взлете или посадке). При отказе двигателей, при переходе на режим парашютирования или планирования, горизонтальное оперение будет «затенять» система винт в кольце и эффективность управления горизонтальным оперением может быть сведена к нулю и иметь непредсказуемые последствия при управлении ЛА. Получается, что горизонтальное оперение не может обеспечивать управление ЛА во всех возможных режимах полета.
3. На данном ЛА установлены элевоны - выполняющие функции руля высоты и элеронов, а так же отсутствуют рулевые поверхности, работающие в режиме закрылков. Отсутствие закрылков не позволяет получать прирост подъемной силы крыла на взлете и посадке и как следствие посадочная и взлетная скорость без закрылков выше, чем с закрылками.
4. Данный летательный аппарат выполнен с круглым в плане разрезным крылом, состоящим из основного крыла и предкрылка. Передняя кромка основного крыла имеет форму параболы, на концах основного крыла установлены цельноповоротные элероны, а вдоль всего размаха основного крыла выполнен, по меньшей мере, один профилированный канал, оснащенный в нижней части клапаном, связанным с датчиком срыва тока на верхней части крыла. Предкрылок выполнен в виде четырех цельноповоротных секций с отрицательной деградацией, механизм управления, расположенный по всей задней кромке крыла, выполнен из элевонов, при этом элевоны правой и левой плоскости работают попарно и синхронно.
Из научных работ и аэродинамических продувок, а также из истории практической авиации известно, что круглое (в плане) крыло не штопорит, а устойчиво парашютирует, что является существенным фактором при использовании крыла на самолетах вертикального взлета и посадки и обеспечивает безопасность на всех режимах полета. Но все это относится к цельному (неразрезному) крылу. Поэтому, нельзя с уверенностью, без аэродинамических продувок, сказать, что сложное разрезное крыло, установленное на данном ЛА, в полной мере обладает аэродинамическими свойствами круглого крыла. Как следствие этого: усложнение, увеличение веса крыла может не привести к характеристикам простого круглого крыла. Следовательно, наиболее рациональным является установка простого круглого крыла со стандартной механизацией.
5. КПД четырехлопастного винта ниже чем кпд четырехлопастного соосного винта изменяемого шага, на четырехлопастном соосном винте отсутствуют крутящие моменты, возникающие при работе не соосных винтов и, как следствие у соосного винта отсутствует необходимость парировать крутящие моменты, т.к. они отсутствуют, что существенно упрощает управление ЛА.
Технической задачей полезной модели является создание конструкции летательного аппарата с устранением вышеперечисленных недостатков.
Техническим результатом является упрощение и оптимизация ЛА, увеличение надежности, безопасности и управляемости ЛА, увеличение его маневренности, увеличение полезного объема кабины в районе расположения необходимого центра тяжести.
Технический результат достигается тем, что ЛА, выполненный по схеме «летающее крыло» и имеющий круглое (в плане) крыло, в котором расположены: кабина (отсек полезной нагрузки), силовые агрегаты (возможно использование ДВС, электромоторов или комбинированной системы привода винтов: двс + генератор + электромоторы), 3-х опорное шасси, стандартные самолетные системы, механизмы, узлы и агрегаты, обеспечивающие функционирование ЛА, на задней кромке крыла (по всему размаху) расположены флапероны (выполняющие функции закрылков и элеронов).
В крыле ЛА выполнены три профилированных выреза, в которых расположены системы «винт в кольце», оснащенные четырехлопастными соосными винтами с возможностью реверса тяги. Одна система расположена на оси симметрии самолета, в хвостовой части крыла, за кабиной. Две другие расположены справа и слева от кабины в носовой части крыла.
На передней кромке крыла, перед двумя системами «винт в кольце» (передние винты), расположено цельноповоротное-горизонтальное оперение (ПГО).
Система «винт в кольце» с дополнительными управляющими поверхностями представляет собой винт, расположенный в профилированном кольце, внутри которого расположены взаимно пересекающиеся горизонтальная и вертикальная рулевые поверхности, имеющие отклоняемые и не отклоняемые участки поверхности и жестко закрепленные не отклоняемыми участками поверхности на внутренних стенках канала, несущий винт установлен перед не отклоняемыми взаимно пересекающимися горизонтальной и вертикальной рулевыми поверхностями и совместно с ними входит в механизм создания управляющих моментов. Также, профилированное кольцо разбито на 8 одинаковых частей, каждая из которых имеет спрямленный (прямой) хвостовой участок, а сама часть (в разрезе) представляет собой крыло с хвостовым отклоняемым элементом, при отклонении которого в ту или иную сторону (внутрь или наружу кольца) на участке кольца возникает аэродинамическая сила, направленная в ту или иную сторону (от плоскости участка). Комбинациями отклонений рулевых поверхностей определенных участков можно создавать большое количество вариантов аэродинамических сил, направленных в разные стороны.
Это позволяет получить общий прирост аэродинамических сил для создания управляющих моментов от системы «винт в кольце».
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 и фиг. 2 показан общий вид ЛА в изометрии; на фиг. 3 показан общий вид круглого (в плане) крыла в изометрии; на фиг. 4 показана система «винт в кольце»; на фиг. 5 показан вид сзади в изометрии на систему «винт в кольце» с механизацией задней кромки кольца; на фиг. 6 показан профилированный участок кольца с механизацией задней кромки кольца.
Номерами обозначены следующие позиции:
1. круглое (в плане) крыло;
2 кабина;
3 флапероны;
4 цельноповоротное горизонтальное оперение;
5 3-х опорное шасси;
6 четырехлопастной соосный винт;
7 горизонтальная и вертикальная рулевые поверхности;
8 профилированное кольцо;
9 участок кольца с управляющей поверхностью;
10 рулевые поверхности кольца;
11 отклоняемый участок (рулевая поверхность) взаимно перпендикулярных горизонтальной и вертикальной рулевых поверхностей;
12 не отклоняемый участок горизонтальной и вертикальной рулевой поверхности;
13 ось вращения системы «винт в кольце»;
14 Система винт в кольце №1;
15 Система винт в кольце №2;
16 Система винт в кольце №3
Заявляемый ЛА выполнен по схеме «летающее крыло», с круглым (в плане) крылом 1, с расположенными в нем кабиной 2. Вдоль задней кромки крыла расположены флапероны 3 (фиг. 1), которые выполняют функцию закрылков и элеронов. Такая схема позволяет затянуть срыв потока до очень больших углов атаки 45-50 градусов, при этом значение наибольшего коэффициента подъемной силы Су max оказывается существенно большим, чем у крыла обычного удлинения. Крыло 1 круглой формы не штопорит, а устойчиво парашютирует, что является существенным фактором для установки круглого (в плане) крыла 1 на ЛА вертикального взлета и посадки. Несомненным является преимущество крыла круглой формы при полете на режиме «экрана». ЛА оснащен 3-X опорным шасси 5 колеса основных стоек шасси 5 оснащены тормозными системами (на чертежах не показаны), а носовое колесо (на чертежах не показано) выполнено самоориентирующимся.
Все это в комплексе с винтами изменяемого шага с функцией реверса винтов позволяет обеспечить маневры ЛА на земле, включая движение задним ходом. Тормозные системы правого и левого основных колес можно включать как вместе, так и раздельно.
При использовании ЛА с водной поверхности, возможно использование поплавков (не показаны), или вмонтированных в нижнюю часть круглого (в плане) крыла 1 трех надувных поплавков (не показаны), которые закрыты створками круглого (в плане) крыла 1 и приводятся в действие (надуваются) по команде пилота.
Расположенное вдоль передней кромки крыла цельноповоротное-горизонтальное оперение (ПГО) 4 принимает участие в управлении ЛА по крену (в режиме ножницы - один вверх, другой вниз) и по тангажу (работают синхронно вверх или вниз). Данный элемент управления участвует в управлении ЛА на всем протяжении горизонтального полета и не принимает участие в управлении при вертикальном взлете.
Основными элементами управления ЛА, задействованными на всех режимах полета, являются три системы «винт в кольце» 14, 15, 16 (фиг. 4), которые используются для получения прироста тяги несущего четырехлопастного соосного винта 6 (фиг. 4), расположенного в профилированном кольце 8 (фиг. 4), снижения шумности винта и получение требуемых управляющих моментов при управлении ЛА, а также для защиты несущего четырехлопастного соосного винта 6 от возможных повреждений посторонними предметами. Система «винт в кольце» с дополнительными рулевыми поверхностями 10 (фиг. 5) представляет собой винт, расположенный в профилированном кольце в котором расположены взаимно пересекающиеся горизонтальная и вертикальная рулевые поверхности 7 (фиг. 4), имеющие отклоняемые 11 (фиг. 5) и не отклоняемые участки поверхности 12 (фиг. 5) и жестко закрепленные не отклоняемыми участками поверхности 12 на внутренних стенках канала, несущий винт установлен перед не отклоняемыми взаимно пересекающимися горизонтальной и вертикальной рулевыми поверхностями 12 и совместно с ними входит в механизм создания управляющих моментов. Профилированное кольцо 8 разбито на 8 одинаковых частей 9 (фиг. 5), каждая из которых имеет спрямленный (прямой) хвостовой участок, а сама часть (в разрезе) (фиг. 6) представляет собой крыло с хвостовым отклоняемым элементом - рулевыми поверхностями кольца 10 (фиг. 6), при отклонении которого в ту или иную сторону (внутрь или наружу кольца) на участке кольца возникает аэродинамическая сила, направленная в ту или иную сторону (от плоскости участка). Комбинациями отклонений рулевых поверхностей определенных участков можно создавать большое количество вариантов аэродинамических сил, направленных в разные стороны. Система «винт в кольце» выполнена полностью поворотной и имеет возможность поворачиваться вокруг оси 13, перпендикулярной плоскости симметрии ЛА (фиг. 4).
Для посадки ЛА на воду могут использоваться: поплавки (на чертежах не показано), надувные баллоны (не показаны), расположенные в специальных нишах круглого (в плане) крыла 1.
Основным преимуществом такой системы управления является то, что все управляющие поверхности системы «винт в кольце» расположены в зоне интенсивного обдува винтом и, как следствие управляющие моменты от отклоняемых рулевых поверхностей 11 возникают с началом работы винта, даже если скорость ЛА будет равна нулю (в это время рулевые поверхности, расположенные на крыле: флапероны 3 и ПГО 4 не работают). При работе системы «винт в кольце» за счет разного сочетания отклонений управляющих поверхностей можно получить большое число разнонаправленных сил, которые в совокупности трех систем «винт в кольце», 14, 15, 16 (фиг. 2) дадут большое количество вариантов управляющих моментов для управления ЛА, эффективных на малых и нулевых скоростях ЛА, что увеличивает надежность системы управления в целом и, особенно на режимах медленного взлета и висения.
Предлагаемый ЛА позволяет осуществлять непосредственное управление подъемной силой, боковыми силами без необходимости отклонения ЛА по углам тангажа, рыскания и крена, что должно обеспечить летчику возможность изменения траектории полета без переходных режимов, запаздывания и забросов, а также выполнять необычные маневры, основанные на разделении поступательного и вращательного движений.