БАЛАНСИРНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности, к мотодельтапланам, и может быть использована в дельтапланерном спорте, в хозяйственных целях, например, для обработки растений химикатами с воздуха или в качестве транспортного средства в труднодоступных районах, а также в военных целях.
Известно шасси легкого летательного аппарата, имеющее трубчатую раму в виде равнобедренного треугольника с тремя колесами, по крайней мере, один удлиненный элемент и, по крайней мере, одну подвижную часть, установленную на удлиненном элементе с возможностью перемещения по нему и соединенную с ним при помощи соединительных элементов, которые содержат также одну распорку, установленную на удлиненном элементе и связанную с ним продольно; распорка имеет конец, смежный с подвижной частью, которая может упираться в этот конец (см. заявку Франции №2560853, опубл. 13.09.1985).
Недостатками известного устройства является низкая безопасность на режимах взлета и посадки летательного аппарата, поскольку трехколесное шасси не обладает достаточной устойчивостью и может приводить к заваливанию аппарата в направлении сторон равнобедренной треугольной рамы, особенно при посадке на пересеченной либо специально не подготовленной для этого местности без использования взлетно-посадочных полос, а также низкая надежность ввиду невозможности обеспечения достаточного прочностного режима продольных элементов данного типа конструкции шасси в динамике при посадке аппарата с высоко расположенным крылом. Недостатками известного устройства являются также низкие эксплуатационные и функциональные возможности по причине раздельности управления аппаратом на земле и в воздухе.
Известен аппарат для сельскохозяйственного опрыскивания, содержащий трубчатую раму, по крайней мере, с одним сиденьем, в вершинах которой расположены узлы крепления колес, передний рулевой колесный узел управления, двигатель с воздушным винтом, установленный на трубчатой раме, несущей трубчатую стойку, верхняя часть которой через шарнир соединена с крылом типа дельтаплана с рулевой трапецией, расположенную в нижней части крыла. Кроме того, устройство содержит три колеса. Кроме того, устройство содержит вспомогательную металлическую конструкцию, шарнирно соединенную с несущей трубчатой стойкой, выполненной в виде плоского треугольника; опрыскивающий аппарат содержит шарнирно соединенные два трубчатых элемента, один из которых шарнирно соединен основной конструкцией; каждый трубчатый элемент содержит разбрызгивающие сопла; первый трубчатый элемент может перемещаться между рабочим и нерабочим положениями с помощью гидродомкрата, причем его перемещение передается второму трубчатому элементу через канатно-блочную систему (см. заявку Великобритании №2144965, 20.03.1985).
Недостатком известного устройства являются низкая надежность и безопасность полетов на режимах взлета и посадки по причине неустойчивости трехколесного шасси, способствующего опрокидыванию аппарата при возникновении незначительных боковых моментов при действии на аппарат сил, не проходящих по продольной оси, а также низкая надежность ввиду нерациональной конструкции трубчатой рамы, испытывающей большие нагрузки в вертикальном направлении. Кроме того, недостатками являются низкие эксплуатационные возможности ввиду раздельности и несвязанности между собой управления крылом в воздухе и на земле и поворотом рулевых колес на земле, что усложняет управление аппаратом на взлетно-посадочных режимах и снижает надежность и безопасность его эксплуатации. Кроме того, к недостаткам известного устройства относятся низкие функциональные возможности ввиду того, ч то его невозможно использовать в наземном варианте в качестве аэромобиля или аэросаней по причине трудности управления и низкой устойчивости ввиду использования лишь трех колес, создающих, кроме того, три колеи, что значительно снижает эффективность применения устройства в наземном варианте.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран балансирный летательный аппарат, содержащий трубчатую раму, по крайней мере, с одним сиденьем, в вершинах которой расположены узлы крепления колес, рулевой колесный узел управления, двигатель с воздушным винтом, установленный на трубчатой раме, несущей трубчатую стойку, верхняя часть которой через шарнир соединена с крылом типа дельтаплана с рулевой трапецией, расположенную в нижней части крыла, причем узлы управления рулевыми колесами и рулевая трапеция выполнены совмещенными, в узел управления рулевыми колесами дополнительно введены телескопическая рулевая колонка, узел крепления к трапеции и рулевой передаточный механизм, узел крепления к трапеции размещен на оси рулевого элемента, рулевая колонка соединена одним концом с осью рулевого элемента, а другим концом с рулевым передаточным механизмом, размещенным в передней части четырехугольной трубчатой рамы и соединенным с рулевыми тягами передней пары колес, а рулевая трапеция крыла соединена с узлом крепления к трапеции, (см. патент РФ №2089462, опубл. 10.09.1997).
Недостатком известного устройства являются недостаточная надежность и безопасность полетов по причине сложности конструкции и отсутствия дублирующих элементов-ограничителей хода отклонений рессор.
Задачей заявленной полезной модели является повышение надежности и безопасности, улучшение эксплуатационных характеристик и расширение функциональных возможностей летательного аппарата за счет улучшения технологии изготовления и значительного уменьшения количества собираемых деталей и крепежных элементов, а именно каждая стойка узлов крепления колес и передняя и задняя трубчатые элементы рамы выполнены не из двух, а из одной профильной прямоугольной трубы большего сечения, внутрь которых вставляются концы рессор и там закрепляются. Для повышения жесткости и живучести летательного аппарата в случае очень грубой посадки и сильного удара о землю колесами, при которой возможен перелом рессор, вводятся дублирующие металлические элементы ограничители хода отклонений рессор. Для оптимизации прочности и веса конструкции и для повышения надежности летательного аппарата верхние трубы боковин рамы летательного аппарата выполняют с изгибом кверху в месте максимальной нагрузки. Для повышения путевой устойчивости летательного аппарата во время взлетно-посадочных режимов переднюю часть четырехугольной трубчатой рамы вместе со стойками узлов крепления передних колес выполняют наклоненными в вертикальной плоскости. Для увеличения сектора обзора пилота во время полета и для повышения безопасности ручное рулевое колесо выполняют в виде рулевого штурвала без верхней дужки.
Задача достигается тем, что в известном балансирном летательном аппарате, содержащем трубчатую раму, по крайней мере, с одним сиденьем, в вершинах которой расположены узлы крепления колес, рулевой колесный узел управления, двигатель с воздушным винтом, установленный на трубчатой раме, несущей трубчатую стойку, верхняя часть которой через шарнир соединена с крылом типа дельтаплана с рулевой трапецией, расположенную в нижней части крыла, узлы управления рулевыми колесами и рулевая трапеция выполнены совмещенными, а в узел управления рулевыми колесами дополнительно введены телескопическая рулевая колонка, узел крепления к трапеции и рулевой передаточный механизм, узел крепления к трапеции размещен на оси рулевого элемента, рулевая колонка соединена одним концом с осью рулевого элемента, а другим концом с рулевым передаточным механизмом, размещенным в передней части четырехугольной трубчатой рамы и соединенным с рулевыми тягами передней пары колес, а рулевая трапеция крыла соединена с узлом крепления к трапеции, согласно заявленной полезной модели, передняя часть четырехугольной трубчатой рамы вместе со стойками узлов крепления передних колес выполнены наклоненными в вертикальной плоскости.
Соединения телескопической рулевой колонки с одного конца со штурвалом и рулевым передаточным механизмом с другого конца могут быть выполнены карданными.
В аппарат дополнительно может быть введен чехол, размещенный на рулевой колонке, охватывающий карданные соединения.
На фиг. 1 схема балансирного летательного аппарата; на фиг. 2 изображен вид сбоку аппарата; на фиг. 3 пример выполнения рулевого передаточного механизма и конструкция узлов передних колес; на фиг. 4 схема рулевой колонки с шарнирами, рулевым элементом (рулевым штурвалом) и узлом крепления к трапеции; на фиг. 5 изображены стойки узлов крепления колес с вырезом труб с левой стороны для показа рессоры и изображены ограничители хода отклонения рессор; на фиг. 6 изображены продольные элементы трубчатой рамы; на фиг. 7 показан угол наклона элементов рамы.
Балансирный летательный аппарат (ЛА) содержит трубчатую раму 1 четырехугольной формы в плане, например, прямоугольной, каждый элемент которой состоит из прямоугольной трубы 2 два передних 3 и два задних 4 колеса; крыло 5, например, типа дельтаплана; штурвал 6 с осью 7, связанный через первый карданный шарнир 8 с одним концом телескопической рулевой колонки 9, другой конец которой через второй карданный шарнир 10 соединен с рулевым передаточным механизмом 11, расположенным в середине передней части трубчатой рамы 1, который, в свою очередь, связан через рулевые тяги 12 с поворотными узлами 13 крепления передних поворотных колес 3; рулевая трапеция 14 соединена верхней частью с крылом 5, а нижней перекладиной с узлом крепления 15, расположенным на оси 7 штурвала 6; продольные элементы 16 трубчатой рамы 1 проходят под центрами тяжести сидений 17 экипажа, а узлы крепления 13 и 18 передних 3 и задних 4 колес, соответственно, выполнены в виде стоек, каждая из которых состоит из прямоугольной трубы, причем с внешних сторон узлов 13 и 18 расположены колеса 3 и 4, а внутренние их концы соединены с вершинами трубчатой рамы 1 при помощи гибких пластинчатых рессор 19, кроме того аппарат содержит несущую трубчатую стойку 20, нижняя часть которой соединена с трубчатой рамой 1, а верхняя часть через шарнир 21 соединена с крылом 5; двигатель 22 с воздушным винтом 23 и топливный бак 24, расположенные за сиденьями 17 экипажа и соединенные с трубчатой рамой 1 и несущей стойкой 20; два подкоса 25, один конец каждого из которых соединен с трубой узла 18 со стороны колес 4, а другой конец соединен с трубой продольных элементов 16 трубчатой рамы 1; на рулевой колонке 9 размещен чехол. Передаточный рулевой механизм 11 (фиг. 3) может содержать ось с закрепленным на ней блоком, передний конец которой проходит через подшипник вращения, расположенный на силовом элементе передаточного механизма 11, соединенном с трубами продольных элементов 16 трубчатой рамы 1 в ее передней части; кроме того, содержит два подшипника скольжения, расположенных в силовых элементах передней части продольных элементов 16 рамы 1 напротив друг друга, через которые проходит трубчатая тяга; на блок намотан трос, концы которого закреплены на трубчатой тяге, к концам которой присоединены рулевые тяги, в зависимости от необходимого передаточного отношения трос может быть намотан непосредственно на ось.
Свои функции балансирный летательный аппарат (ЛА) выполняет следующим образом.
Управление аппаратом предусматривает четыре режима функционирования.
В первом режиме при посадке или взлете на наземных режимах руления управление аппаратом осуществляется путем поворота передних колес 3 (фиг. 3). Это производится поворотом штурвала 6 вокруг своей оси 7, связанного через первый карданный шарнир 8 с рулевой колонкой 9 и передающего через нее и затем через второй карданный шарнир 10 момент вращения на рулевой передаточный механизм 11, который преобразует вращательное движение штурвала 6 в поворот передней пары колес 3 путем передачи усилия через рулевые тяги 12, соединяющие рулевой передаточный механизм 11 с поворотными узлами 13 крепления передних колес 3, являющихся рулевыми. За счет распределения рулевых функций между двумя передними колесами 3, разнесенными на расстояние 1' от продольной оси, проходящей через центр тяжести аппарата, величины предельно допустимых опрокидывающих моментов в значительной степени увеличиваются при любых положениях рулевых колес 3 так, что заведомо с многократным запасом превышает значения возможных опрокидывающих моментов, возникающих от момента инерции ЛА при движении его на взлетно-посадочном режиме по пересеченной местности и рулении на участках сколь угодно большой кривизны, а также в значительной степени повышает устойчивость аппарата при действии бокового ветра, неравномерностей обтекания при подвижном крыле балансирного ЛА и других внешних воздействиях. На втором режиме полета в воздухе - управление аппаратом осуществляется следующим образом. Благодаря выполнению органов управления ЛА совмещенными в предлагаемом устройстве изменение положения крыла 5 относительно поперечной оси, связанное с увеличением либо уменьшением угла атаки производится поступательным воздействием на рулевой элемент 6 (штурвал) путем изменения длины телескопической рулевой колонки, что приводит к соответствующему перемещению рулевой трапеции 14 крыла 5, так как она через узел крепления 15 соединена с осью 7 рулевого элемента 6. Наклоны крыла "вправо-влево" относительно продольной оси аппарата производятся соответствующим перемещением "вправо-влево" рулевого элемента 6 (штурвала) и рулевой колонки 9 вместе с рулевой трапецией 14, что позволяет осуществлять карданное соединение рулевой колонки 9 с осью 7 рулевого элемента 6 (штурвала) через первый шарнир 8 и с рулевым передаточным механизмом 11 через второй шарнир 10. Таким образом, управление крылом 5 может осуществляться в воздухе без поворота колес 3.
Третьим режимом являются моменты взлета и посадки, когда необходимо управлять аппаратом как путем изменения положения крыла 5, так и путем поворота передних колес 3. Благодаря тому, что органы управления ЛА выполнены совмещенными и конструкция их выполнена благодаря дополнительно введенным элементам так, что вращательное движение штурвала 6 не зависит от его поступательных движений вместе с рулевой колонкой 9 во все стороны, предлагаемое устройство позволяет управлять как крылом 5, так и поворотом колес 3 независимо и одновременно при помощи штурвала 6. Это в значительной степени облегчает управление аппаратом и не рассеивает внимание пилота на наиболее трудных режимах полета взлетно-посадочных, что повышает надежность и безопасность ЛА в том числе и при взлете-посадке в труднодоступных районах без специально подготовленной полосы. На четвертом режиме эксплуатации аппарат используют для езды по земле. Для этого отсоединяют съемное крыло 5, что позволяет использовать аппарат в качестве аэромобиля или аэросаней (зимой при установки лыж в узлы крепления 13 и 18 вместо колес 3 и 4). За счет выполнения узлов крепления передних 3 и задних 4 колес в виде стоек 13 и 18 соответственно и расположения вследствие этого продольных элементов 16 трубчатой рамы 1 под серединами сидений 17 экипажа, т.е. под их центрами тяжести как сидений 17, так и членов экипажа, происходит наиболее равномерно распределение нагрузки на всю конструкцию, что позволяет добиться максимальной прочности при заданных весогабаритных показателях.
Пример реализации передаточного механизма 11 приведен на фиг. и работает следующим образом.
Вращательное движение от штурвала 6 через соединенную с его осью 7 через первый карданный шарнир 8 рулевую колонку 9 передается через второй карданный шарнир 10 на ось 26 передаточного механизма 11. Ось вращается в подшипниках 27, закрепленных: в силовом элементе рамы 1 и в подпятнике, расположенных на передней стороне рамы 1. На ось 26 намотан трос 28, концы которого закреплены на трубчатой тяге 29, которая совершает поступательное движение вправо или влево в зависимости от направления вращения оси 26. Трубчатая тяга 29 скользит в подшипниках скольжения 30 и приводит в движение рулевые тяги 12, соединенные одними концами шарнирно с концами трубчатой тяги. Трубчатая тяга 29, перемещаясь, через рулевые тяги 12 воздействует на соединенные с последними поворотные оси передних колес 3. Такое решение при минимальных весогабаритных показателях и простоте реализации позволяет обеспечить достаточно большое передаточное отношение привода рулевых колес, что позволяет в значительной степени снизить нагрузки на штурвале 6 при повороте колес 3 и значительно упростить, тем, самым, управление аппаратом. На фиг. 5 показаны дублирующие металлические элементы 31 - ограничители хода отклонения рессор 19; расположены под рессорами 19 между стойками 18 и рамой, закрепляются на двух болтах с гайками; представляют собой пластину с двумя отверстиями на концах, через которые проходят болты крепления 32, (как минимум, одно из отверстий должно быть овальным, чтобы обеспечить достаточный свободный ход рессоры 19 под нагрузками в процессе эксплуатации). При перегрузке, когда рессора 19 изогнется до допустимого предела, дублирующий металлический элемент 31 воспримет усилие остальной части перегрузки на себя и не даст рессоре 19 сломаться. На фиг. 7 показан угол наклона в вертикальной плоскости трубчатых элементов передней части рамы с рессорами и со стойками узлов крепления передних колес; это необходимо для повышения путевой устойчивости летательного аппарата во время взлетно-посадочных режимов.
Рулевой элемент 6, изображенный на фиг. 4, выполнен в виде рулевого штурвала без верхней дужки для увеличения сектора обзора пилота во время полета и для повышения безопасности.