ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО С ТРЕМЯ КОМПОЗИТНЫМИ КРЫЛЬЯМИ
VEHICLE WITH THREE COMPOSITE WINGS

Область техники изобретения
Данное изобретение относится к компоновке из трех композитных крыльев для воздушных, водных, наземных или космических транспортных средств.
Уровень техники изобретения
В рамках уровня техники данного изобретения существует патент Аргентины AR247163 «ASSEMBLY OF COMPOSITE WINGS FOR AIRCRAFT» («Компоновка из композитных крыльев для самолета») того же автора, что и представленный, в котором показано одно из передних крыльев, которые находятся в нижнем или переднем положении относительно фюзеляжа или фюзеляжей, двигаясь в направлении назад и вверх, соединяясь во внешней части с другими двумя крыльями; центральные крылья находятся в верхней и центральной части фюзеляжа или фюзеляжей, соединяясь во внешней части с другими двумя крыльями; задние крылья находятся в верхнем и заднем положении относительно руля-фюзеляжа(ей), двигаясь в направлении вперед и вниз, соединяясь во внешней части с другими двумя крыльями. Следовательно, в этом патенте 3 крыла всегда расположены в трех разных плоскостях и в трех разных положениях. Соединение крыльев в их соответствующих законцовках обеспечивается краевыми пластинами.
Описание изобретения
Настоящее изобретение относится к компоновке из трех крыльев, соединенных краевыми пластинами или без них, для воздушных/водных/наземных или космических транспортных средств для снижения индуктивного сопротивления и интерференционного сопротивления и обеспечения большей маневренности, независимости в дизайне фюзеляжа, необязательной установки силовой системы, необязательной системы шасси, повышения максимальной скорости и снижения минимальной скорости, с возможностью достижения нулевой скорости или парения. Компоновка также обеспечивает возможность полета вперед, назад, в стороны, вверх и вниз, или вращения вокруг осей транспортного средства.
Изобретение компоновки из крыльев, соединенных краевыми пластинами или без них, можно применять в отношении разных типов транспортных средств, таких как воздушные транспортные средства, такие как самолет, беспилотный самолет, модель, дроны, модельные самолеты и т.д.; вертолеты и т.д.; водные транспортные средства, такие как самолет-амфибия, вертолет-амфибия и т.д.; наземные транспортные средства, такие как машины, мотоциклы и т.д., или космические транспортные средства, такие как корабли, шаттлы и т.д.; для транспортных задач, таких как перевозка грузов, пассажиров, оборудования и т.д.; работ, таких как фумигация, надзор; с возможностью управления человеком, без человека или автоматического управления и т.д.; она имеет три крыла.
Следовательно, в данном изобретении описана компоновка из трех композитных крыльев для воздушных, водных, наземных или космических транспортных средств, которая сформирована:
- передними композитными крыльями,
- центральными композитными крыльями и
- задними композитными крыльями,
причем указанные передние композитные крылья расположены в нижнем и переднем положении относительно фюзеляжа или фюзеляжей транспортного средства, двигаясь в направлении назад и вверх,
причем указанные передние композитные крылья соединены во внешней части с указанными центральными композитными крыльями и указанными задними композитными крыльями,
причем указанные передние композитные крылья имеют стреловидность и положительное поперечное V и выполнены с двумя силовыми установками (1) в них, наклоняемыми плоскостями (2), рулями высоты-элеронами и средствами повышения подъемной силы (3) с целью соединения указанных центральных и задних композитных крыльев,
причем указанные центральные композитные крылья расположены в верхней части фюзеляжа или фюзеляжей указанного транспортного средства,
причем указанные центральные композитные крылья соединены во внешней части с указанными задними композитными крыльями и указанными передними композитными крыльями,
причем указанные центральные композитные крылья имеют стреловидность и поперечное V и выполнены с двумя силовыми установками (11) в них, наклоняемыми плоскостями (12), рулями высоты-элеронами и средствами повышения подъемной силы (4) и законцовками крыльев (5),
причем указанные задние крылья расположены в верхнем и заднем положении относительно руля-фюзеляжа или рулей-фюзеляжей указанного транспортного средства, двигаясь в направлении вперед и вниз,
причем указанные задние крылья соединены во внешней части с указанными передними крыльями и указанными центральными композитными крыльями,
причем указанные стреловидные задние композитные крылья с отрицательным поперечным V выполнены с системой силовых установок (6) в них и в соединении с рулем или рулями (7), наклоняемыми плоскостями (8), рулями высоты-элеронами и средствами повышения подъемной силы (9) с целью соединения с центральными и задними композитными крыльями.
Как видно, в отличие от существующих решений, с помощью настоящего изобретения, посредством разных специфических конфигураций, можно обеспечить улучшения или преимущества воздушных, водных, наземных или космических транспортных средств, такие как:
• Повышение жесткости конструкции за счет соединения самих крыльев без пластин или их эллиптической/кольцевой формы, что приводит к снижению массы транспортного средства и, следовательно, большей дальности (полета) или меньшей энергии для такой же дальности.
• Повышение аэродинамического совершенства за счет соединения самих крыльев без пластин или их эллиптической/кольцевой формы, т.е. большей дальности (полета) или меньшей энергии для такой же дальности. Улучшение аэродинамических характеристик посредством изменения клиновидности и удлинения. Возможность обеспечения конструктивных конфигураций для разных типов полета посредством изменения клиновидности и/или удлинения трех композитных крыльев.
• Улучшение стабильности при низких и высоких скоростях посредством изменения стреловидности центрального крыла. А также повышение или снижение низких и высоких скоростей посредством изменения стреловидности центрального крыла. Кроме того, возможность улучшения стабильности посредством изменения поперечного V центрального крыла.
• Путем повышения подъемных сил центральных и задних крыльев можно получить существенное изменение ЦТ (центра тяжести) транспортного средства.
• Путем размещения системы силовой установки в соединение руля(ей) и задних крыльев улучшается аэродинамическое совершенство, что приводит к большей дальности (полета) или меньшей энергии для такой же дальности.
• Возможность установки силовой установки в крыльях в дополнении к фюзеляжу позволяет выполнять маневры, такие как: вертикальные взлет и посадка; движение вперед и назад с положительным/отрицательным углом «фюзеляжа», с положительным/отрицательным виражом, левым/правым рулем; вращение вокруг его оси на 360° с положительным/отрицательным углом «фюзеляжа», с положительным/отрицательным виражом; латеральное движение с положительным/отрицательным углом «фюзеляжа», с положительным/отрицательным виражом, левым/правым рулем. Эти маневры и их комбинации. Другими словами, маневры, которые не могут осуществлять другие конструкции.
• Возможность увеличения площади поверхности крыла с сохранением жесткости конструкции позволяет устанавливать солнечную систему зарядки для питания электрической системы (аккумуляторов, двигателей и т.д.).
• Возможность построения из разных типов материалов с оптимизацией массы при заданной структурной жесткости конструкции.
• Ввиду того, что сами крылья являются самоподдерживающей конструкцией, это позволяет обеспечивать независимость того, что  устанавливать в качестве воздушной, наземной, водной или космической транспортной системы для перевозки грузов (пассажиров, оборудования и т.д.).
• В соответствии с разноплановостью движений, которые обеспечивает конструкция, можно устанавливать разные типы шасси или аналогичных механизмов.
Эти и другие преимущества станут очевидны в свете подробного описания изобретения.
Краткое описание графических материалов
На Фиг. 1 приведен репрезентативный вид конфигураций, которые можно обеспечить посредством настоящего изобретения.
Подробное описание изобретения
Элементы, определенные в этом подробном описании, приведены, чтобы помочь понять изобретение в целом. Соответственно, специалисты в данной области техники поймут, что можно реализовывать различные вариации и модификации описанных в данном документе вариантов осуществления, не выходя за рамки объема и сущности изобретения. Кроме того, подробное описание достаточно известных функций и элементов опущено по причинам ясности и лаконизма.
Данное изобретение относится к системе, сформированной тремя соединенными крыльями, с силовой установкой в них и в руле(ях), наклоняемыми плоскостями, подъемными элементами и без краевых пластин, которая выполнена следующим образом:
Стреловидные передние крылья с положительным поперечным V, выполненные с силовыми установками (1) в них, наклоняемыми плоскостями (2), рулями высоты-элеронами и средствами повышения подъемной силы (3), и с законцовками, выгнутыми для соединения с центральными крыльями. В стреловидных центральных крыльях с наклоняемыми плоскостями и поперечным V, выполненных с рулями высоты-элеронами и средствами повышения подъемной силы (4), и законцовками крыльев (5). В стреловидных задних крыльях с отрицательным поперечным V, выполненных с системой силовых установок (6) в них и в соединении с рулем(ями) (7), наклоняемыми плоскостями (8), рулями высоты-элеронами и средствами повышения подъемной силы (9), и законцовками, выгнутыми для соединения с центральными крыльями. Руль фюзеляжа соединен с теми же крыльями (10).
Ниже описаны разные варианты осуществления для изобретения.
В одном варианте осуществления три группы композитных крыльев (передних, центральных и задних) соединены вместе без краевых пластин посредством изгиба или отсутствия изгиба законцовок крыльев в случае передних и задних композитных крыльев с целью соединения с центральными композитными крыльями; и при этом клиновидность и/или удлинение трех групп композитных крыльев (передних, центральных и задних) может меняться или нет.
Соединение посредством указанных изгибов передних и задних композитных крыльев обеспечивает возможность снижения аэродинамического интерференционного сопротивления без пластин, т.е. снижение потребления тяговой энергии. Кроме того, снижаются потоки структурных напряжений за счет сжатия точки концентрации напряжений и распределения их по указанным контактным поверхностям, т.е. снижение массы и соответствующее снижение тяговой энергии.
Более того, возможность менять соотношение между корневой хордой и концевой хордой плоскости каждого крыла приводит к снижению индуктивного сопротивления, т.е. снижению потребления тяговой энергии. Аналогично, если размах плоскости каждого крыла увеличивается, происходит снижение индуктивного сопротивления, т.е. снижение потребления тяговой энергии.
В другом варианте осуществления одной из возможных конфигураций без краевых пластин является такая, когда передние и задние композитные крылья имеют эллиптическую и/или кольцевую форму в соединениях в вертикальной проекции.
Передние и задние композитные крылья образуют эллипс или кольцо и, когда с ними соединены центральные композитные крылья, это обеспечивает, с одной стороны, снижение индуктивного сопротивления, т.е. снижение потребления тяговой энергии; с другой стороны, снижение структурных напряжений, что приводит к снижению массы и, следовательно, снижению тяговой энергии.
В другом варианте осуществления одной из возможных конфигураций с краевыми пластинами или без них является такая, в которой в центральных композитных крыльях могут быть добавлены элементы повышения подъемной силы на кромке, т.е. левое средство повышения подъемной силы находится в левом центральном крыле, а правое повышения подъемной силы находится в правом центральном крыле.
За счет установки указанных элементов повышения подъемной силы в центральных композитных крыльях повышается подъемная сила указанных крыльев и вместе с этим снижается скорость взлета и посадки и, следовательно, снижается длина взлетно-посадочной полосы.
В другом варианте осуществления одной из возможных конфигураций с краевыми пластинами или без них является такая, в которой в задних композитных крыльях могут быть установлены элементы повышения подъемной силы на передней кромке, т.е. левое средство повышения подъемной силы находится в левом заднем крыле, а правое повышения подъемной силы находится в правом заднем крыле.
Аналогично, как и в случае с центральными композитными крыльями, за счет установки элементов повышения подъемной силы в задних крыльях также повышается подъемная сила указанных крыльев и вместе с этим снижается скорость взлета и посадки и, следовательно, снижается длина взлетно-посадочной полосы.
В другом варианте осуществления одной из возможных конфигураций с краевыми пластинами или без них является такая, в которой размах центрального крыла больше, чем размах других двух крыльев, как фиксированным образом, т.е. в конструкции, так и динамическим образом, когда наплыв можно выпускать и убирать перед эксплуатацией транспортного средства.
В случае указанного наплыва фиксированного или подвижного размаха крыла, он может проводиться одним из следующих способов:
• Законцовки крыльев (концевые крылышки, пластины и т.д.) могут быть установлены на краях удлиненных крыльев или нет.
• Элементы повышения подъемной силы могут быть установлены на удлиненных крыльях на их передних кромках или нет.
• Элементы рулей высоты-элеронов могут быть установлены на удлиненных крыльях на их задних кромках или нет.
При большем размахе крыльев у центральных композитных крыльев, т.е. когда центральные крылья «удлиняются» в размахе за пределы соединения с двумя другими крыльями (передними и задними), и с учетом, что другие два крыла становятся, помимо крыльев, опорными крыльями для центральных композитных крыльев так, что размах центральных крыльев может быть увеличен, а нагрузка на крылья может быть снижена со снижением индуктивного сопротивления. В случае, когда наплыв можно выпускать перед эксплуатацией транспортного средства, это обеспечивает возможность получения двух типов транспортных средств в одном: одного с высокой нагрузкой на крылья (например, маневренный самолет) и другого с низкой нагрузкой на крылья (например, планер).
В случае, когда указанный наплыв является подвижным, т.е. размах крыльев можно удлинять и/или сокращать во время эксплуатации транспортного средства.
В этом случае улучшением является возможность удлинять центральные композитные крылья во время эксплуатации, так как это обеспечит возможность, при необходимости, взлета с сокращенными в размере центральными композитными крыльями и, следовательно, с низким паразитным сопротивлением во время эксплуатации; так, что набор высоты и удлинение центральных крыльев повышает паразитное сопротивления в небольшой пропорции, но существенно снижает индуктивное сопротивление (которое преобладает на больших высотах вследствие низкой плотности воздуха). В качестве примера, такая ситуация полезна, чтобы иметь маневренный самолет при взлете и планер на высоте.
Предложены следующие три варианта реализации для подвижного наплыва:
• Законцовки крыльев (концевые крылышки, пластины и т.д.) могут быть установлены на краях удлиненных крыльев или нет.
• Элементы повышения подъемной силы могут быть установлены на удлиненных крыльях на их передних кромках или нет.
• Элементы рулей высоты-элеронов могут быть установлены на удлиненных крыльях на их задних кромках или нет.
Размещение законцовок крыльев на наплывах центральных композитных крыльев обеспечивает снижение индуктивного сопротивления и, в случае установки концевых крылышек в качестве законцовок крыльев, дополнительно улучшает прямую тягу.
При этом за счет наличия рулей высоты-элеронов на задних кромках возможно получить большую подъемную силу и дополнительно повысить маневренность с минимальным отклонением элеронов и соответствующим снижением сопротивления. Аналогично, удлинение центральных композитных крыльев за пределы соединения с двумя другими крыльями и возможность установки элементов повышения подъемной силы на передних кромках в центральных удлиняемых крыльях повышают подъемную силу компоновки крыльев и вместе с этим снижают скорость взлета и посадки и, следовательно, снижается длина взлетно-посадочной полосы помимо снижения индуктивного сопротивления.
В другом отношении одной из возможных конфигураций с краевыми пластинами или без них является такая, в которой в центральных композитных крыльях может меняться их стреловидность, т.е. они могут иметь прямую стреловидность и/или обратную стреловидность, со следующими вариантами реализации:
• Фиксированную, т.е. в конструкции, или регулируемую перед эксплуатацией транспортного средства.
Возможность менять стреловидность, например, в положение с прямой стреловидностью, позволяет получать большую максимальную скорость за счет отражения ударной волны. В случае обратной стреловидности, это позволяет снизить потери за счет возможности работы на низких скоростях или, другими словами, улучшения стабильности на низких скоростях. Это более реализуемо при такой конструкции, так как законцовки крыльев закреплены соединением передних и задних крыльев, что обнуляет эффект расхождения обратной стреловидности; аналогично, в случае, когда центральные крылья имеют больший размах, чем передние и задние крылья, это позволяет использовать большую часть центральных крыльев с обратной стреловидностью, так как она закреплена соединением передних и задних крыльев, чтобы устранить эффект расхождения, а в части наплывов центральных крыльев указанный эффект расхождения можно контролировать. Также может существовать конструкция, в которой внутренняя часть центральных крыльев имеет обратную стреловидность, а наплывы имеют прямую стреловидность, что обеспечивает максимальную скорость.
• Подвижность, т.е. то, что их стреловидность может меняться, являясь обратной стреловидностью и/или прямой стреловидностью, или наоборот, проходя через значение стреловидности «0» во время эксплуатации транспортного средства. Это движение может осуществляться, когда центральные крылья (правое и левое) двигаются вдоль корневой части (фюзеляжной) крыльев, а ось вращения является соединением трех крыльев.
Возможность иметь прямую стреловидность и обратную стреловидность была подробно описана ранее; следовательно, в данном документе подчеркивается факт, что стреловидность центральных крыльев можно менять с обратной на прямую с учетом того, что они двигаются в корневой части в фюзеляже и вращаются вокруг его оси в соединении с центральными и задними крыльями во время эксплуатации транспортного средства, что позволит обеспечивать максимальные скорости, контролировать низкую скорость и снижать минимальные скорости путем снижения индуктивного сопротивления.
В другом варианте осуществления одной из возможных конфигураций с краевыми пластинами или без них является такая, в которой в центральных композитных крыльях может меняться поперечное V так, чтобы быть положительным, нулевым и/или отрицательным, фиксированным, как предусматривается конструкцией.
Следовательно, положительные и отрицательные поперечные V являются улучшениями, которые обеспечивают лучший контроль на низких и высоких скоростях.
Другой вариант осуществления имеет силовую установку или силовые установки в соединении руля(ей) и заднего крыла или рулей и задних крыльев (более одного руля или более одного «фюзеляжа-руля», нормальный руль, V-образное хвостовое оперение и т.д.).
Если предусмотрена двигательная/силовая установка, расположение в соединении задних композитных крыльев с рулем или рулями обеспечивает тягу и аэродинамически совершенное транспортное средство. Кроме того, так как система силовой установки закреплена в трех структурных частях (руле/рулях, левом заднем крыле и правом заднем крыле), а эти структуры в свою очередь являются частью соединенной структурной системы, это позволяет снизить напряжения и, следовательно, массу и тяговую энергию.
В другом варианте осуществления одной из возможных конфигураций с краевыми пластинами или без них является установка системы силовой установки в одном или более композитных крыльях посредством одного из этих трех вариантов или их комбинации:
• Силовые установки могут или не могут быть установлены в передних композитных крыльях, при этом указанные силовые установки могут быть фиксированными и/или наклоняемыми. В случае, когда они являются наклоняемыми, они могут наклоняться в указанной плоскости содержащего их крыла или же они наклоняются указанной плоскостью крыла или частью плоскости крыла, содержащего их.
• Силовые установки могут или не могут быть установлены в центральных композитных крыльях, при этом указанные силовые установки могут быть фиксированными и/или наклоняемыми. Если они являются наклоняемыми, они могут наклоняться в указанной плоскости содержащего их крыла или же они наклоняются указанной плоскостью крыла или частью плоскости, содержащей их. Аналогично, в случае изменения стреловидности, возможность вращения или нет с целью ориентации в соответствии с направлением полета.
• Силовая установка может или не может быть установлена в центральных композитных крыльях, при этом указанная силовая установка может быть фиксированной и/или наклоняемыми. Если они являются наклоняемыми, они могут наклоняться в указанной плоскости содержащего их крыла или же они наклоняются указанной плоскостью крыла или частью плоскости, содержащей их.
Указанная система силовой установки может быть установлена в передних, центральных, задних композитных крыльях или их комбинациях.
Размещение фиксированной системы силовой установки в передних, центральных и задних композитных крыльях обеспечивает возможность прямой тяги, а также контролирования или компенсации вращения относительно ЦТ транспортного средства.
Размещение системы силовой установки в передних, центральных и задних подвижных наклонных композитных крыльях обеспечивает возможность движения вперед, назад и в стороны, вверх и вниз, вращения относительно осей; т.е. во всех направлениях и с движением фюзеляжа неотделимым от них. Дополнительно подчеркивается, что при выравнивании с преобладающим направлением полета, можно достичь максимальной скорости. Это комбинация самолета и вертолета, но с большей маневренностью, чем у вертолета, и в то же время с такими же скоростями, как у самолета.
С помощью подвижной системы наклона плоскости, содержащей указанную систему силовой установки, можно обеспечить те же улучшения, которые перечислены в предыдущем параграфе (подвижный наклон указанной системы силовой установки), но в данном случае обеспечивается лучшая энергетическая эффективность с учетом того, что плоскости, двигаясь вместе с системой силовой установки, при необходимости обеспечивают снижение интерференции и сопротивлений плоскостей при продвижении транспортного средства вперед.
Кроме того, при объяснении системы силовой установки ее можно определить как систему тяги, такую как, например и без ограничений, турбореактивный двигатель, турбовинтовой двигатель, пропеллеры, такие как реактивные сопла, ориентируемые или нет, гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель, прямоточный воздушно-реактивный двигатель, ракетный двигатель, электрический двигатель, топливный двигатель и т.д.
В другом варианте осуществления одной из возможных конфигураций с краевыми пластинами или без них является установка элементов, которые позволяют использовать солнечное излучение в качестве энергии, таких как солнечные панели или другие элементы, неотделимые от поверхностей крыльев.
Факт возможности наличия больших поверхностей крыльев (передних, задних и центральных с наплывами), сохраняющих в соединении жесткость конструкции и низкую нагрузку на крылья, позволяет иметь солнечную энергетическую систему для транспортного средства.
В другом варианте осуществления одной из возможных конфигураций с краевыми пластинами или без них является проектирование конструкции с материалами аэронавигационного, водного, наземного или космического предназначения; таким как, например и без ограничений, алюминий, сталь, дерево, композитные материалы, графен и т.д.
Тот факт, что структура соединения трех композитных крыльев и фюзеляжа обеспечивает существенное снижение напряжений кручения, а также напряжений при изгибе, означает, что можно использовать практически любой тип материала.
В другом варианте осуществления одной из возможных конфигураций фюзеляжа или поддерживающей конструкции является возможность установки или нет заднего грузового люка, возможность установки больших люков и иллюминаторов, а также возможность быстрого удаления и установки фюзеляжного контейнера или пассажирской кабины, структуры типа наземного транспортного средства (в форме машины, мотоцикла и т.д.), прикрепленной с самоподдерживающейся конструкции из трех крыльев.
В другом варианте осуществления одной из возможных конфигураций является возможность установки или нет, в группе крыльев и/или в фюзеляже/фюзеляжах шасси (традиционного, трехколесного, двухколесного, четырехколесного и т.д.) и/или стоек, и/или полозьев-лыж, и/или поплавков, и/или опор и т.д.
Тот факт, что конструкция соединения трех композитных крыльев и фюзеляжа обеспечивает существенное снижение напряжений кручения, позволяет увеличивать размер люков и иллюминаторов фюзеляжа. И поскольку напряжения при изгибе хвостового конуса фюзеляжа снижены благодаря тому факту, что они поглощают его и отклоняют на остальную часть конструкции посредством соединения руля(ей) и задних крыльев, это обеспечивает возможность установки грузового люка, который при необходимости можно открывать в полете. Кроме того, так как крылья образуют соединенную и независимую группу, это позволяет делать фюзеляжный контейнер или пассажирскую кабину с возможностью быстрого соединения с фюзеляжем или фюзеляжами, не меняя транспортное средство указанного груза.
Кроме того, тот факт, что транспортное средство может осуществлять вертикальные взлетные маневры как вертолет или самолет, обеспечивает гибкость для промышленной установки разных систем шасси, стоек и т.д.
Как можно понять, эти варианты осуществления можно реализовать уникальным или отдельным образом или комбинируя некоторые или все из них.