СПОСОБ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ДИСКОВОГО КРЫЛА
METHOD TO CONVERT DISK WING

Изобретение относится к области авиационной и космической техники, в частности к самолето- и вертолетостроению, и может быть использовано для создания крыла преобразуемого летательного аппарата (ЛА) с вертикальным взлетом и посадкой, а также систем вертикальной посадки космических кораблей и ступеней ракет на дисковом крыле.
Известны различные способы создания скоростных летательных аппаратов, имеющих возможность вертикального взлета и посадки, а следовательно, и системы преобразования несущих винтов при переходе на режимы горизонтального полета и обратно (Авиация: Энциклопедия, М.: Большая Российская Энциклопедия, 1994 - 736 с.) [стр.446].
Наиболее близким к предлагаемому изобретению, взятым за прототип, может быть «Крыло самолета Павловых», патент РФ №2101215, представляющее собой оболочку в виде диска, из которого на взлете и посадке выдвигаются лопасти вертолетного типа, превращая диск-крыло в несущий винт, вращаемый реактивными газами, вытекающими из сопел крыла или от вала винта. Система уборки лопастей в крыло представляет собой барабан для наворачивания тросов, расположенный на оси вращения диска-крыла, к которому этими тросами прикреплены лопасти, выдвигающиеся инерционными силами в воздушный поток через фильеры в крыле и превращающие крыло в несущий винт, и убирающиеся в крыло после взлета или посадки самолета за счет торможения барабана и наворачивания на него тросов вращающимся крылом, имеющим в этом случае угловую скорость больше, чем у барабана.
Основным недостатком системы уборки и выпуска лопастей этого крыла является их крепление с помощью тросов, которые способны воспринимать только растяжение, не имеют демпфирования ни в вертикальной и особенно в горизонтальной плоскости. Кроме того, трос в зонах его крепления к барабану и к лопасти имеет ограничения кривизны, в то время как должен выдерживать многократные нагрузки от сил инерции лопасти на взлете и посадке при больших оборотах крыла, создающих околозвуковые скорости на концах лопастей, хотя и может служить инструментом уборки и выпуска лопастей, происходящих на малых оборотах несущего винта.
Судя по рисунку прототипа, ось «трос-лопасть» имеет излом в фильере, связанный с тем, что оси лопастей на вертолетном режиме перемещаются по конусной поверхности. Этот излом создает большую поперечную нагрузку, загружающую крыло практически на его периметре. Для создания необходимой прочности крыла приходится увеличивать его массу, которая, в свою очередь, увеличивает центробежные силы, также загружающие крыло.
И, наконец, дисковое крыло малого удлинения имеет низкое качество в дозвуковом полете, от которого напрямую зависит расход топлива.
Предлагаемое изобретение представляет собой способ преобразования дискового крыла в несущий винт, свободный от указанных недостатков прототипа. Для этого кроме барабана, на который сворачивается трос при уборке лопастей, на оси крыла устанавливается втулка несущего винта с присоединенными к ней балками-торсионами, соединяющими втулку с фильерами. На завершающей стадии выдвижения из крыла лопасти своей комлевой частью соединяются с фильерами, после чего система «торсион-лопасть» представляет собой единый стержень, воспринимающий растягивающую нагрузку лопасти. Маховые движения лопасти в этом случае вызывают изгиб двухопорного торсиона, управление углом атаки - его закручивание. Для возможности осуществления этих движений фильеры соединяются с крылом сферическими эластомерными подшипниками, имеющими центр вращения в центре фильеры и способными передавать на крыло поперечную нагрузку лопасти. Для ограничения взмаха лопасти тяга управления углом атаки смещена от плоскости фильеры на расстояние h (чертеж).
В дозвуковом полете, когда вращение остановлено, из диска по лонжеронам, прикрепленным к валу и опоре крыла, выдвигаются консоли крыла, превращающие диск в крыло среднего или даже большого удлинения. Консоли выдвигаются из крыла через опоры, с помощью которых можно управлять углом атаки обеих консолей симметрично для изменения их подъемной силы с целью уменьшения угла атаки и лобового сопротивления диска, или обратносимметрично для управления креном. Расположение консолей крыла непосредственно в диске связано с тем, что после выдвижения они находятся в невозмущенном потоке, образуя единое крыло, а связанное с этим утяжеление диска увеличивает его кинетическую энергию и улучшает характеристики несущего винта в режиме авторотации.
Предлагается втулку несущего винта располагать ниже диаметральной плоскости диска-крыла настолько, чтобы угол конусности, описываемый торсионами, был равен углу конусности ометаемой лопастями поверхности при перегрузке взлета и посадки, чтобы на этих режимах постоянная составляющая поперечной нагрузки в фильере воспринималась растяжением торсиона.
Если дисковое крыло предназначено для полета или маневра в режиме несущего винта с перегрузками больше взлетных, положение втулки несущего винта можно выполнять регулируемым по высоте.
Торсион крепления лопасти может быть выполнен телескопически входящим в лопасть при уборке ее в диск.
Консолями крыла могут служить и лопасти, если они имеют соответствующую изгибную жесткость и чечевицеобразный профиль с одинаковыми характеристиками обтекания с носовой и с хвостовой частей.
На чертеже представлен один из вариантов предлагаемого изобретения с лопастями, частично убранными в диск.
Здесь:
1 - диск-крыло;
2 - лопасть;
3 - барабан;
4 - трос;
5 - фильера;
6 - эластомерный подшипник;
7 - вал винта (крыла);
8 - втулка несущего винта;
9 - торсион;
10 - тормоз;
11 - тяга управления;
12 - лонжерон;
13 - опора крыла;
14 - каретка;
15 - консоль крыла.