ГИБРИДНЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
HYBRID AIRCRAFT

Область техники
Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к конструкциям комбинированных летательных аппаратов вертикального взлета и посадки, и предназначено для транспортировки людей и грузов в труднодоступной местности с посадкой на склоны, рыхлые поверхности и на воду, а также может быть использовано для полетов в городских условиях с возможностью причаливания к высотным объектам, как средство для мониторинга, спасения и пожаротушения.
Предшествующий уровень техники
Известны комбинированные летательные аппараты, например: «Вертостат» (патент РФ на полезную модель № 63770 от 10 июня 2007 г.) и как прототип «Летательный аппарат аварийно-спасательный» (патент РФ на изобретение № 2 337 855 от 10 ноября 2008 г.; патент США № 8,177,159 В2 от 15 мая 2012 г.).
Указанные летательные аппараты в качестве подъемной силы при взлете-посадке используют несущий газ (гелий) и силу тяговых силовых установок (винты), а при горизонтальном полете - аэродинамику корпуса и крыльев. Прототип приспособлен для посадок на склоны, рыхлые поверхности и воду, причаливания к высотным объектам, но имеет большие габариты, что ограничивает возможности его использования в горах и в условиях плотной городской застройки, а также при сильном ветре.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание относительно простого и безопасного летательного аппарата вертикального взлета и посадки, позволяющего выполнять полеты в труднодоступной местности с посадкой на склоны, рыхлые поверхности и на воду, а также для полетов в городских условиях с возможностью причаливания к высотным объектам.
Эта задача решается тем, что вертоплан выполнен в виде конструкции, содержащей силовую раму, снизу которой расположена кабина. Сверху силовой рамы расположены по краям две продолговатые оболочки с гелием, подъемная сила которых по большей мере равна половине сухого веса для создания постоянно действующей метацентрической высоты, обеспечивающей устойчивость летательного аппарата. Габариты и форма оболочек обеспечивают аэродинамическую подъемную силу при горизонтальном полете и необходимую площадь парашютирования для плавного снижения в аварийной ситуации. Крепление оболочек снабжено устройством перемещения из верхнего положения в нижнее, необходимое для посадки на рыхлые поверхности и на воду, а также для снижения ветровой нагрузки при стоянке. Спереди и сзади силовой рамы между оболочками расположены два двигателя с винтами в защитных кольцах, создающие вертикальную подъемную силу, и органы управления. Задний винт для создания горизонтальной силы тяги вперед или назад снабжен устройством поворота в положения вертикальное - вперед и наклонное - назад.
Заявляемое изобретение поясняется примером его выполнения и функционирования, схематически изображенными на прилагаемых чертежах:
Фиг. 1. Вид вертоплана сбоку.
Фиг. 2. Вид вертоплана спереди.
Вертоплан (фиг. 1, фиг. 2) состоит из силовой рамы 1, двух оболочек с гелием 2, двух двигателей с винтами в защитных кольцах 3, устройства перемещения оболочек 4 и поворотного устройства заднего винта 5, органов управления 6, кабины для экипажа, пассажиров и грузов 7.
Во время стоянки оболочки 2 находятся в нижнем положении (фиг. 2), что обеспечивает минимальную ветровую нагрузку и необходимую устойчивость на рыхлой поверхности (снег, песок) или плавучесть на воде. Перед взлетом оболочки 2 переводятся устройством перемещения 4 в верхнее положение для создания постоянно действующей метацентрической высоты, обеспечивающей вертикальную устойчивость при объеме гелия, подъемная сила которого по большей мере равна половине сухого веса (около 20 процентов взлетной массы) летательного аппарата.
Основная подъемная сила при вертикальном взлете (около 80 процентов) создается двумя двигателями с винтами 3. После набора высоты вертоплан переводится в горизонтальный полет возрастающей горизонтальной силой тяги посредством плавного перевода устройством поворота 5 заднего винта 3 сначала в наклонное положение, а затем в вертикальное положение вперед; при этом вертоплан приподнимает нос для создания угла атаки (тангажа), обеспечивающего необходимую аэродинамическую подъемную силу. После достижения крейсерской скорости полета основная подъемная сила создается за счет аэродинамики оболочек 2 и передний двигатель 3 может отключаться с переводом винта в режим авторотации. В качестве органов управления 6 можно использовать рули, находящиеся под винтами в потоках воздуха. Перед посадкой включается передний двигатель с винтом, а задний винт плавно возвращается в горизонтальное положение. Для активного торможения или маневрирования задним ходом задний винт переводится в наклонное положение назад.
При аварийном отказе двигателей в полете вертоплан за счет аэродинамики оболочек 2 и авторотации винтов может планировать до ближайшей удобной площадки или плавно снижаться (парашютировать). При аварийной посадке на воду устройство перемещения 4 должно обеспечивать опережающий перевод оболочек 2 из верхнего положения в нижнее, чтобы исключить возможность временного затопления кабины.
После посадки на воду, на лед или снег вертоплан способен двигаться по их поверхности как глиссер или аэросани за счет силы тяги заднего двигателя с винтом. Аналогично прототипу вертоплан может совершать посадки на наклонные площадки с последующим взлетом с них, а также временно причаливать к высотным объектам.
Постоянно действующая метацентрическая высота, обеспечивающая устойчивость вертоплана, а также гарантия плавного снижения (парашютирования) в аварийной ситуации обеспечивают повышенную безопасность полетов, в том числе в сложных метеоусловиях. Простота конструкции исключает необходимость высоких требований к мощности и надежности двигателей, качеству и управляемости винтов, возможностям автоматики, что позволяет в несколько раз снизить стоимость и сроки изготовления вертоплана, а также расходы на его эксплуатацию по сравнению с вертолетами аналогичной грузоподъемности и производительности.
Перечень позиций:
1. Силовая рама
2. Оболочки с несущим газом
3. Двигатели с винтами в защитных кольцах
4. Устройства для перемещения оболочек
5. Устройство поворота заднего винта
6. Органы управления
7. Кабина.