Трехвинтовой конвертоплан
TRIPLE-SCREW CONVERTIPLANE

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано в конструкции многоцелевых конвертопланов.
Уровень техники
Известен легкий палубный конвертоплан мод. «Белл Х-22А» (США), представляющий из себя самолет, выполненный по схеме моноплана с фюзеляжем типа «полумонокок» прямоугольного сечения, с четырьмя прямыми крыльями, расположенными по тандемной (продольной) схеме. Переднее крыло является среднерасположенным, заднее - высокорасположенным. Вертикальное оперение однокилевое, без руля направления. Роль заднего оперения играет заднее крыло. Движителями являются четыре воздушных винта в поворотных кольцевых обтекателях. Обтекатели имеют возможность разворота от вертикального положения (вертикальный взлет) к горизонтальному (крейсерский полет или взлет с разбегом). Полный возможный угол поворота кольцевых каналов равен 95°. Силовая установка - четыре турбовальных газотурбинных двигателя, расположенных попарно на заднем крыле и работающих на общую трансмиссию, которая через систему валов и редукторов приводит во вращение винты в кольцевых каналах. Управление осуществляется изменением шага винтов и отклонением рулевых поверхностей в потоке воздуха от винтов. В режиме зависания продольная стабилизация достигается изменением шага передних и задних винтов, а поперечное управление - изменением шага левой и правой групп винтов. (Ружицкий Е.И. Американские самолеты вертикального взлета. // Серия: Современная авиация / Е.И Ружицкий. - М.: Изд-во ACT, 2010. - 190 с.).
Недостатком этого устройства является сложность реализации передачи вращательного момента от общей силовой установки к винтам и сложность технической реализации изменения шага винтов. Достоинством является компоновка, которая в режиме висения системой управления может рассматриваться как квадрокоптер.
Известен конвертоплан V-22 "Оспри" (США), представляющий собой моноплан, реализованный по схеме высокоплана с прямым крылом, с фюзеляжем типа «полумонокок», и винтами, соединенными через редуктор с двигателями, расположенными в поворотных мотогон долах на концах крыла. Хвостовое оперение двухкилевое. Угол поворота мотогондол составляет 110° (в гражданской модификации). С точки зрения системы управления, при вертикальном направлении вектора тяги данный конвертоплан может быть рассмотрен как двухвинтовой вертолет с поперечной схемой расположения винтов. (Bell Boeing V-22 Osprey The most in-demand aircraft with the United States Marine Corps. [Электронный ресурс]. - Режимдоступа: http://www.bellhelicopter.com/military/bell-boeing-v-22; V-22 OspreyTechnicalSpecifications. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.boeing.com/defense/v-22-osprey/#/capabilities).
Недостатком этого устройства является сложность стабилизации конвертоплана в момент переключения вектора тяги из вертикального полета в горизонтальный.
Наиболее близким по технической сущности является конвертоплан с двигателями и винтами, установленными в поворотных мотогондолах на крыльях, с двухкилевым хвостовым оперением, BellBoeingV-22 Osprey, выполненный по схеме высокоплана с прямым крылом.
Раскрытие изобретения
Задачей является упрощение системы управления полетом и повышение надежности и безопасности полета во время перехода из вертолетного режима в самолетный.
Это достигается тем, что в отличие от известных технических решений в систему добавляется третья силовая установка с вертикальным вектором тяги, которая используется для стабилизации конвертоплана во время вертолетного режима полета и перехода из вертолетного режима полета в самолетный. В режимах взлета, посадки, зависания и вертолетного режима с точки зрения системы управления конвертоплан можно рассматривать как трикоптер, а в режиме горизонтального полета, после отключения хвостового винта как двухвинтовой самолет.
Поставленная задача достигается за счет трехвинтового конвертоплана, состоящего из фюзеляжа с прикрепленным к нему крылом по схеме высокоплана, с двухкилевым хвостовым оперением и размещенными на передней кромке крыла мотогондолами с двигателями, винтами и поворотным механизмом, позволяющим изменять вектор тяги на 110° относительно горизонта для изменения режимов полета от самолетного (крейсерского), при котором направление вектора тяги является горизонтальным и подъемная сила создается за счет работы профиля крыла, до вертолетного, при котором основное направление вектора тяги является вертикальным и подъемная сила создается за счет воздушной массы, отбрасываемой винтами. При том  что имеется дополнительная силовая установка с горизонтальным расположением винта, размещенная в хвостовой части горизонтального килевого оперения и служащая для стабилизации летательного аппарата по тангажу в вертолетном режиме полета, управления направлением движения конвертоплана, а также снабженная поворотным механизмом, позволяющим отклонять вектор тяги в вертикальной плоскости для компенсации крутящего момента, создаваемого передними силовыми установками, и управления рысканьем летательного аппарата в вертолетном и переходных режимах полета.
Описание чертежей
На фиг. 1 представлена схема трехвинтового конвертоплана, вид сверху, с мотогондолами, развернутыми для работы в самолетном (крейсерском) режиме. На фиг. 2 представлена схема трехвинтового конвертоплана, вид сверху, с мотогондолами, развернутыми для работы в вертолетном режиме (взлет, посадка, зависание)
Осуществление изобретения
Устройство содержит фюзеляж (1), который служит для размещения целевой нагрузки с прикрепленным к нему крылом (2) по схеме высокоплана; на передней кромке крыла (2) размещены мотогондолы (3) с двигателями, винтами и поворотным механизмом, позволяющим изменять вектор тяги от -5° до +110° относительно горизонта; при самолетном (крейсерском) режиме полета основное направление вектора тяги является горизонтальным и подъемная сила создается за счет работы профиля крыла (2), а при полете в вертолетном режиме (зависание / вертикальный взлет и посадка) основное направление вектора тяги является вертикальным и подъемная сила создается за счет воздушной массы, отбрасываемой винтами; дополнительная силовая установка (4) с горизонтальным расположением винта, размещенная в хвостовой части горизонтального оперения, служит для стабилизации летательного аппарата по тангажу в вертолетном режиме полета; дополнительная силовая установка (4) имеет поворотный механизм, позволяющий отклонять вектор тяги в вертикальной плоскости для компенсации крутящего момента, создаваемого передними силовыми установками, и управления рысканьем летательного аппарата в вертолетном и переходных режимах полета.
Устройство работает следующим образом.
Во время изменения направления вектора тяги основных силовых установок (3) из горизонтального в вертикальный и обратно, а также для осуществления режимов зависания и вертикального взлета/посадки, для стабилизации конвертоплана по тангажу включается дополнительная силовая установка (4), которая позволяет системе управления режимами полета управлять конвертопланом не в режиме вертолета с двухвинтовой поперечной схемой, а в более простом, надежном и стабильном режиме трехвинтового вертолета с малым хвостовым несущим винтом (трикоптера), при этом стабилизация конвертоплана в горизонтальной плоскости (по тангажу) и управление направлением движения осуществляется путем изменения скорости вращения дополнительной силовой установки (4), а стабилизация и управление рысканьем конвертоплана осуществляются путем изменения направления тяги малого хвостового несущего винта в вертикальной плоскости.
Таким образом, заявляемое техническое решение увеличивает безопасность и повышает надежность летательного аппарата во время переходных режимов полета с одновременным упрощением механической части устройства.