Самолет вертикального взлета и посадки
VERTICAL TAKE-OFF AND LANDING AIRCRAFT

Самолет вертикального взлета и посадки (СВВП) предназначен для перевозки пассажиров и грузов.
Изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано в качестве средства для доставки грузов и пассажиров с неподготовленных площадок ограниченного размера.
Известен способ перевозки грузов и пассажиров с неподготовленных площадок ограниченного размера, но имеющих уклон не более 3°÷5° к горизонту с помощью вертолетов или конвертопланов, например вертолет производства РФ типа Ми-8 или конвертоплан производства США V-22 "Оспри". С. Мицкевич «Результаты войсковых испытаний транспортно десантного самолета V-22 "Оспри"» «Зарубежное военное обозрение» №11(656) 2001 г., стр 33-38.
Недостатком и вертолета и конвертоплана является невозможность причаливания в вертикальной стенке, из-за опасности касания лопастями за препятствие. Также вертолеты и конвертопланы не приспособлены к посадке на наклонные поверхности с уклоном более 3°÷5° к горизонту. Общим недостатком и вертолета и конвертоплана в области безопасности полета является катастрофическое развитие ситуации при поломке хотя бы одной из лопастей несущего или рулевого винтов. Для конвертоплана катастрофическое развитие ситуации происходит также при отказе механизма поворота хотя бы одной винтомоторной группы при переходе из горизонтального полета к режиму вертикального снижения. Из-за большого диаметра лопастей конвертоплан не способен выполнить посадку по-самолетному.
Наиболее близким к заявляемому техническому решению по технической сущности и достигаемому техническому результату является проект производства США экспериментальный самолет вертикального взлета и посадки (СВВП) VZ-3RY /Яндекс/Ryan VZ-3RY/Википедия. Самолет имеет фюзеляж, крыло малого удлинения, два винта установленных на крыле, причем диаметр винта равен размаху консоли крыла, закрылки по всей длине консоли и вертикальные плоскости на концевой нервюре. Вертикальный взлет VZ-3RY обеспечивается отклонением закрылков крыла малого удлинения на 90° относительно горизонта.
Описанный способ принят за прототип изобретения.
Недостатки прототипа: невозможность обеспечить безопасность полета при отказе (поломки) хотя бы одной из лопастей, в результате ситуации происходит не только сильная вибрация конструкции из-за несбалансированности вращающихся лопастей, но и несимметрия тяги, которая вызывает опрокидывание самолета относительно продольной оси X на режимах вертикального полета. По результатам летных испытаний самолета VZ-3RY были выявлены проблемы с устойчивостью и управляемостью на режимах вертикального взлета-посадки, а также на переходных режимах к горизонтальному полету и обратно. Эти недостатки обусловлены конструкцией планера с крылом малого удлинения, но с закрылками, которые отклоняют поток почти 90°.
Технической задачей изобретения является исключение несбалансированности тяги винтомоторных групп двух двигателей при отказе любого из элементов силового привода (двигателя) или трансмиссии.
Поставленная задача решается следующим образом: самолет вертикального взлета и посадки содержащий фюзеляж, силовую установку, подъемно-маршевые винты, создающие вертикальную тягу на взлете имеет установленые кольцевые крылья под углом 15° к горизонту, причем внутри кольцевого канала крыла установлены соосные винты, а на задней верхней кромке каждого кольцевого крыла установлены поворотные створки в виде цилиндрических секторов, которые способны отклонить поток воздуха от винтов на 75° вниз, при этом устойчивость и управляемость самолета на всех режимах полета обеспечивается с помощью поворотных винтов в кольцевых насадках, которые установлены на законцовках стабилизатора.
На фиг. 1 изображен общий вид самолета в режиме горизонтального полета, сечение по левому кольцевому крылу.
На фиг. 2 изображен общий вид самолета в режиме горизонтального полета
На фиг. 3 изображена общий вид самолета в режиме вертикального полета, сечение по правому кольцевому крылу.
Конструкция летательного аппарата вертикального взлета и посадки состоит из фюзеляжа поз. 1 фиг. 1, в головной части которого размещаются кабины экипажа, справа и слева от фюзеляжа установлены под углом 15° к горизонтали кольцевые крылья поз. 2 фиг. 1, в хвостовой части фюзеляжа установлен стабилизатор поз. 3, на законцовках которого установлены кольцевые насадки с соосными винтами поз. 4, поз. 5 ось вращения поворотной створки, поз. 6 и поз. 7 фиг. 2 и фиг. 3 соосные винты в кольцевом крыле, поз. 8 и поз. 9 фиг. 2 и фиг. 3 поворотные створки.
Силовая установка в составе двух двигателей размещается в фюзеляже, каждый двигатель имеет гидравлическую трансмиссию известной конструкции, с применением агрегатов высокого давления, гидравлическое давление по трубопроводам передается не только на маршевые гидродвигатели, но и на рулевые гидродвигатели в кольцевых насадках стабилизатора.
Сущность изобретения сводится к применению принципиально нового компоновочного решения при размещении подъемно-маршевых винтов в районе центра тяжести СВВП внутри кольцевого крыла, использованию для управления специальных рулевых винтов в кольцевых каналах на заоконцовках стабилизатора, которые разнесены на максимально большое расстояние от центра тяжести, тем самым обеспечивается максимальное плечо силы. Кольцевые каналы повышают эффективность винтов, а также предохраняют их от механических повреждений при контакте с препятствием. Рулевые винты в кольцевых каналах, разнесенные по оконечностям стабилизатора, полностью обеспечивают управление по всем трем осям, как в горизонтальном, так и в вертикальном полете на всех режимах полета. Так как основная тяга подъемно маршевых двигателей создается винтами, оси которых разнесены относительно плоскости симметрии аппарата в районе центра тяжести; то при отказе одного из винтов не происходит разбалансировки по тангажу, разбалансировка по крену компенсируется поворотом рулевых винтов в кольцевых каналах. Отказ одного из двигателей в горизонтальном полете не влияет на балансировку аппарата, так как мощность оставшегося двигателя передается на все винты с помощью гидравлической трансмиссии. Кольцевые крылья позволяют уменьшить габариты места стоянки.
Конструкция работает следующим образом: СВВП в положении "на стоянке" имеет конфигурацию, согласно фиг. 3: Для выполнения вертикального взлета поворотные створки поз. 8 и поз. 9 фиг. 3 повернуты в максимально отклоненное положение вниз, рулевые винты в кольцевых каналах поз. 4 фиг. 1 на стабилизаторе установлены вертикально. Кольцевое крыло поз. 2 фиг. 1, установленное под углом 15° к горизонтали обеспечивает вертикальную подъемную силу от тяги винтов до 25% от максимальной тяги, при этом горизонтальная тяга остается на уровне 96% от максимальной. При вертикальном взлете фюзеляж поз. 1 фиг. 3 занимает горизонтальное положение. В случае отказа одного из винтов в кольцевом крыле возникающий момент крена будет компенсирован за счет поворота кольцевых насадков на законцовках стабилизатора. Для перехода к горизонтальному полету фиг. 2 поворотные створки поз. 8 и поз. 9 фиг. 2, поворачиваясь относительно оси 5 фиг. 1, постепенно переводятся в убранное положение, а кольцевые насадки поз. 4 фиг. 1 на стабилизаторе устанавливаются вдоль потока.
Техническим результатом является получение самолета вертикального взлета и посадки, который при одинаковой полезной нагрузке и одинаковом запасе топлива по сравнению с вертолетом, а также и одинаковых двигателях позволяет доставлять груз с вдвое большей скоростью на вдвое большее расстояние. Но при этом имеет существенно более простую конструкцию за счет отказа от вертолетной винтомоторной группы (редуктор, втулка винта, узлы крепления лопастей, трансмиссия, автомат перекоса). Техническим результатом также является повышение безопасности полета, так как при отказе двигателя на взлете или посадке на вертикальном участке траектории возможна посадка на шасси с предельно допустимой перегрузкой, так как рулевые винты на стабилизаторе компенсируют момент крена.
Изобретение позволяет существенно снизить издержки на эксплуатацию на авиалиниях, на которых сейчас используются вертолеты и повысить безопасность полетов.