ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к области авиации, а именно летательным аппаратам вертикального взлета и посадки.
Классические конструктивные схемы летательных аппаратов вертикального взлета типа вертолетов имеют ряд недостатков, которые приводят к снижению безопасности полетов. Наличие дорогостоящих и сложных деталей в случае их отказа неизбежно приводит к аварии и гибели экипажа и пассажиров. К тому же, при развитии любой аварийной ситуации у вертолетов практически 90% случаев авиационных происшествий включают в себя касание поверхности земли или объектов окружающей среды несущим и хвостовыми винтами с последующим разрушением вертолета.
В качестве одного из направлений развития вертолетной авиации может быть выбрано использование конструктивных особенностей беспилотников, в том числе, четырехдвигательных беспилотников (квадрокоптеров). Схемы беспилотников и их программное обеспечения известны своей устойчивостью, простотой и технологичностью. Данные решения исключают опасность попадания под неуправляемое вращение из-за ошибки пилотирования или разрушения трансмиссии, также они в целом являются экономичнее.
Известна конструкция летательного аппарата (патент Китая №204279927, 22.04.2015 г.), содержащего корпус в центральной части, рычаги с воздушными винтами на концах, которые могут разворачиваться из горизонтального положения в вертикальное.
Расположение винтов за пределами корпуса летательного аппарата увеличивает вероятность их зацепления за предметы объекты окружающей среды, что повышает риск развития аварийной ситуации.
Известна конструкция аппарата вертикального взлета и посадки (патент РФ №2458822, 20.08.2012 г.), принятого за наиболее близкий аналог к заявляемому решению, содержащего корпус круглой формы или в форме эллипса с выпуклой верхней частью и плоской нижней поверхность с выступающей вниз его центральной частью, где расположены кабина с системой управления и силовой отсек с установленными в нем двумя двигателями, от которых вращение передается через трансмиссию на шесть воздушных винтов, способных совместно или раздельно изменять общий шаг, из которых четыре воздушных винта со смонтированными вокруг них аэродинамическими профилированными кольцами установлены внутри четырех вертикальных кольцевых сквозных отверстий в корпусе в горизонтальной плоскости и симметрично осям этих отверстий с возможностью каждого воздушного винта раздельно от других поворачиваться из горизонтальной плоскости в вертикальную плоскость, причем два воздушных винта поворачиваются относительно продольной оси корпуса, а два других воздушных винта поворачиваются относительно поперечной оси корпуса, при этом четыре вертикальных кольцевых сквозных отверстия выполнены в корпусе между кабиной и краем корпуса симметрично относительно продольной и поперечной осей корпуса, а пятый и шестой воздушные винты установлены с лобовой и кормовой сторон корпуса в вертикальной плоскости симметрично продольной оси корпуса с возможностью каждого воздушного винта раздельно от другого поворачиваться из вертикальной плоскости к горизонтальной плоскости, кроме того, на нижней поверхности выступающей центральной части корпуса выполнены четыре выдвижные шасси, а также летательный аппарат дополнительно снабжен не менее чем одним аварийным парашютом с пиропатроном, закрепленным в центральной части на верхней поверхности корпуса и накрытым откидным обтекаемым прозрачным куполом, а также установленными на нижней поверхности корпуса четырьмя пороховыми аварийными двигателями и смонтированными под прозрачным обтекаемым куполом на нижней поверхности выступающей центральной части корпуса и с задней стороны кабины видеокамерами системы обзора.
Расположение части несущих винтов за пределами корпуса летательного аппарата не позволяет обеспечить необходимый уровень безопасности полета и посадки ввиду возможности зацепления за окружающие объекты. Расположение кабины пилота и системы управления в выступающей вниз центральной части корпуса делает аппарат громоздким, а работу двигателей более сложной ввиду необходимости точного соблюдения режимов переключения между ними для обеспечения балансировки, что в итоге также приводит к снижению безопасности полета летательного аппарата.
Задачей полезной модели является упрощение конструкции летательного аппарата.
Техническим результатом полезной модели является повышение безопасности полета за счет выполнения летательного аппарата в едином корпусе без выступающих частей.
Технический результат достигается при использовании летательного аппарата, содержащего корпус, являющийся крылом, встроенную кабину, двигатели с несущими винтами, обеспечивающие вертикальные взлет и посадку и расположенные внутри корпуса, в его нижней части, при этом нижняя часть корпуса имеет защитную сетку.
Корпус, являющийся крылом, имеет трапецеидальную форму, то есть выполняется в форме толстого крыла малого удлинения, что позволяет обеспечить сбалансированное действие аэродинамических сил (патент РФ №2347715, 27.02.2009 г.) и создать подъемную силу в несколько раз выше, чем тонкое крыло, при этом возможные срывы воздушных потоков при использовании подобной формы крыла исключаются за счет использования двигателей, осуществляющих вертикальный взлет и посадку. В итоге, конструкция летательного аппарата является не только устойчивой, но и позволяет экономить расход топлива и увеличить дальность полета.
Двигатели с несущими винтами расположены внутри корпуса в нижней его части, которая имеет защитную сетку, которая, с одной стороны, обеспечивает доступ воздуха для работы двигателей, с другой стороны, защищает их от возможности поломки при касании или столкновении с землей или зацеплении с объектами окружающей среды, что повышает безопасность посадки летательного аппарата и увеличивает срок его эксплуатации.
Для работы двигателей с несущими винтами могут быть использованы различные типы двигателей, например, газотурбинные двигатели и поршневые двигатели.
Двигатели с несущими винтами являются поворотными. Их разворот может быть осуществлен в процессе полета: то есть на земле указанные двигатели имеют вертикальную направленность для обеспечения вертикального взлета, а для движения они разворачиваются до горизонтального состояния. Также угол поворота двигателей может быть и установлен заранее при изготовлении и выбран любым из промежутка 0-90 градусов. Тогда установленный угол будет сохраняться постоянным как при взлете и посаде, так и при полете. При этом взлет летательного аппарата происходит за счет увеличения тангажа летательного аппарата. В данном случае используется разность тяг двух передних и двух задних двигателей, при которой плоскость вращения винтов двигателей параллельна поверхности земли, а вертикальная составляющая тяги максимальна.
Выполнение корпуса в виде единого монолитного крыла с расположением всех функциональных элементов внутри него позволяет упросить конструкцию при повышении аэродинамических характеристик и обеспечении безопасного полета и посадки.
На фиг. 1 приведен общий вид летательного аппарата, на фиг. 2 - вид летательного аппарата сбоку, на фиг. 3 - двигатели с несущими винтами, на фиг. 4 - изображение летательного аппарата с шасси лыжного типа с амортизаторами, на фиг. 5 - использование парашютной системы при посадке летательного аппарата.
Летательный аппарат содержит корпус 1, являющийся крылом, встроенную кабину 2, двигатели с несущими винтами 3, обеспечивающие вертикальные взлет и посадку и расположенные внутри корпуса.
Нижняя часть корпуса 1 может иметь защитную сетку 4.
В момент старта летательного аппарата двигатели с несущими винтами 3 подвешены вертикально.
Так как плоскость вращения несущих винтов двигателей неподвижна, а двигатели жестко закреплены в люльках (фиг. 3), в которых они способны разворачиваться из вертикального положения в горизонтальное, то точка приложения полной аэродинамической силы каждого из двигателей 3 находится в месте их крепления к фюзеляжу, то есть центр тяжести конструкции располагается намного ниже точки приложения полной аэродинамической силы, что свидетельствует об устойчивости конструкции.
После вертикального взлета и зависания летательного аппарата производится увеличение скорости и набор высоты. При достижении скорости 60 км/час производится поворот двигателей с несущими винтами 3 в горизонтальное положение (по полету) по оси-шарниру, находящемуся в нижней части двигателя. При этом уменьшается вертикальная составляющая тяги несущих винтов, увеличивается угол атаки всего летательного аппарата, и начинает возрастать подъемная сила корпуса 1, являющегося крылом, которая компенсирует это падение. Одновременно растет горизонтальная составляющая часть тяги, скорость летательного аппарата возрастает.
В конструкции летательного аппарата предусмотрены интерцепторы в передней и задней части корпуса 1, являющегося крылом. Они обеспечивают надежное управление устройством после его разгона и поворота двигателей с несущими винтами 3 на 90 градусов в горизонтальное положение. В дальнейшем летательный аппарат превращается в обычный четырехмоторный легкий самолет, управляемый интерцепторами. В процессе полета квадрокоптерное управление, предназначенное для вертикального взлета, отключается, и работают только интерцепторы.
В указанном летательном аппарате можно использовать приборное оборудование (указатель оборота двигателей, указатель шага винта) от вертолета МИ-8.
Встроенная кабина 2 (грузовая, пилотская) при данном типе расположения двигателей с несущими винтами 3 может быть выполнена достаточно просторной. При общей высоте конструкции, например, 2,5 м общая высота внутри кабины составляет около 1,8 м, что обеспечивает необходимый уровень комфорта находящихся пассажиров.
Вход в кабину можно организовать позади, по опускающемуся трапу, по примеру выполнения входа в салон вертолета МИ-8.
Все силовые детали и обшивка корпуса 1, являющегося крылом, выполняются из композиционных материалов. Если в качестве материи использовать ткань типа «келавр», то корпус аппарата будет в состоянии противостоять стрелковому оружию, то есть в таком случае аппарат превращается в летающую БМД, которая, высадив десант, в состоянии поддержать его сверху огнем, а после завершения операции оперативно эвакуировать личный состав.
По внешнему краю летательного аппарата расположен кольцевой лонжерон, который соединен с другими лонжеронами в единое целое, придавая таким образом жесткость всей конструкции.
Летательный аппарат также может иметь шасси лыжного типа 5 с амортизаторами (фиг. 4), выполненное из композита, справа и слева по основному направлению полета под корпусом 1, являющимся крылом. Крепятся указанные шасси (высотой 1 м) к кольцевому лонжерону.
Конструкция летательного аппарата при использовании выхлопной системы двигателей можно решить проблему противообледенения несущих винтов при отрицательных температурах.
Справа и слева от кабины 2 находятся выстреливаемые парашюты 6 для спасения конструкции вместе с экипажем при нештатной ситуации (фиг. 5). Срабатывание (выстреливание) этих парашютов может быть запрограммировано также, как в самолетах вертикального взлета при превышении определенного крена в случае отказа одного или более двигателей или вручную наземным операторам или летчиком.
Разрабатываемая конструкция может быть реализована в трех вариантах:
1. Беспилотный и пилотируемый летательный аппарат;
2. Легкий пилотируемый вертолет (летчик и пассажиры);
3. Экраноплан (пилот, пассажиры, дополнительный груз).
Использование заявляемой конструкции позволяет получить летательный аппарат с повышенным уровнем безопасности полета и посадки, повышенной экономичностью расхода топлива, увеличенной дальностью полета, что дает ему преимущества перед известными аналогами.