АППАРАТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ
VERTICAL TAKE-OFF AND LANDING AIRCRAFT

Изобретение относится к транспортным средствам вертикального взлета и вертикальной посадки многоцелевого назначения, массового применения.
Известны аппараты, обеспечивающие вертикальный взлет и посадку, где реактивный двигатель вынесен за переднюю кромку крыла и имеет поворотный сопловый насадок щелевого типа, а также снабжен он сопловым направляющим аппаратом, направленным на обдув крыла (см., например, патент РФ №2406652, В64С 29/00, 10.09.2009).
Недостатком подобного типа аппаратов является низкая величина создаваемой подъемной силы, так как большая часть реактивной струи рассеивается в пространстве вокруг единственного крыла и при этом обдувается только малая его часть. Затем потери энергии двигателя продолжаются при горизонтальном полете на работу через щелевое сопло и направляющий аппарат.
Известен аналог, имеющий на реактивном двигателе щелевой воздухосборник, в полости которого расположено внутреннее крыло (см. патент РФ №2389653, В64С 29/00, 20.05.2010).
Этот признак аналога даже при действующей повышенной скорости движения воздушного потока относительно единственного крыла не может реализовать вертикальный взлет и посадку, а служит только средством для создания дополнительной подъемной силы аппарата.
Известен летательный аппарат, где подъемная сила создается воздействием реактивных струй направляемых соплами в стороны многоярусных крыльев, расположенных параллельно оси фюзеляжа на некотором расстоянии от него (см. заявку РФ №94022100/11, В64С 29/00, 27.06.1996).
Наличие многочисленных габаритных и энергетически затратных сопловых направляющих устройств делает подобные аппараты неэффективными.
Наиболее близким в качестве прототипа к предлагаемому изобретению может быть принят летательный аппарат, в котором, принудительно обдуваемые, аэродинамические поверхности размещены в воздухозаборных каналах, расположенных по периметру корпуса и радиально сходящихся в открытую вниз корытообразную полость (см. патент №2172705, В64С 29/00, 27.08.2001, Бюл. №24).
Недостатками прототипа является недостаточно полная отдача энергии до и за источником генерации потока воздуха, использование инжекции воздуха, снижающей скорость потока, а также использование части подъемной силы для последующего горизонтального полета.
Цель настоящего изобретения - улучшение скоростных характеристик аппарата и его энергетической эффективности.
Это достигается тем, что аэродинамические поверхности выполнены многоплановым крылом по типу решетки с сечением на большем участке в виде дужек окружности и множественно, не менее чем в двух местах, размещены в прямоугольных частях прямоточного воздуховода под положительным углом атаки относительно генерируемого вентилятором потока воздуха. При этом прямоугольные части воздуховода сопряжены раструбами с кольцевой под вентилятор.
Изобретение поясняется прилагаемым схематичным чертежом аппарата вертикального взлета и посадки.
Изображенный аппарат имеет прямоточный воздуховод с двумя прямоугольными частями - 1, 2 и кольцевой частью 3 под генератор воздушного потока в виде встречно вращающихся осевых вентиляторов 4. Прямоугольные части воздуховода сопряжены раструбами 5 и 6 с кольцевой. Руль направления 7 и закрылки 8 установлены позади воздуховода в исходящем потоке. Аэродинамические поверхности 9, 10, 11 выполнены многоплановым крылом по типу решеток с сечением на большем участке в виде дужек окружности и размещены в прямоугольных частях 1 и 2 воздуховода под положительным углом атаки относительно направления воздушного потока. Профиль каждого крыла выполнен криволинейным в виде дужек окружности для поддержания угла атаки относительно потока воздуха по всему сечению. Кабина 12 с размещенной в ней силовой установкой 13 и системой ручного - автоматического управления аппаратом 14 примыкает снизу к воздуховоду. Аппарат оснащен каким-либо датчиком позиционирования 15, который устанавливается в месте, соответствующем его функциональному назначению. Имеется оперение курсовой устойчивости 16.
1
2
3
в
р
Аппарат работает следующим образом. Вентиляторы 4, получая вращение от привода 13, создают разрежение в раструбе 6 и избыточное давление относительно окружающей атмосферы в раструбе 5. Происходит всасывание окружающего воздуха в часть 1 воздуховода, а через часть 2 его истечение со скоростью, определяемой скоростью вращения вентилятора 4. При этом принудительно созданный поток воздуха обтекает многоплановые крылья 9, 10, 11, создает подъемную силу F, F и F, активную силу всасывания F, силу тяги Р вентиляторов 4, реактивную силу F исходящего потока воздуха.
Установив отработанное стартовое положение закрылков 8, которое создает необходимое прижимающее усилие от исходящего потока воздуха, и повышая число оборотов вентиляторов 4, поднять носовую часть аппарата до момента, пока результирующая сила воздействующих сил на него не совпадет с положением и величиной силы его тяжести G. Последнее, например, отсутствие сдвигающих и вертикальных сил, отразит датчик позиционирования 15. Увеличивая обороты вентилятора и соответственно подъемную силу, произвести вертикальный взлет. Возможен экстренный старт в нестесненной обстановке путем увеличения оборотов вентилятора 4 до максимальных и последующего перехода после отрыва от поверхности по резко всходящей траектории к вертикальному подъему варьированием положения закрылков 8 относительно исходящего потока воздуха.
в
р
1
2
3
Для перехода к горизонтальному полету достаточно выровнять закрылками 8 аппарат и за счет усилия всасывания F и реактивной силы F исходящего потока воздуха он будет перемещаться параллельно земной поверхности. Дополнительно для увеличения скорости полета за счет крена закрылками 8 аппарата в направлении движения использовать горизонтальную составляющую от подъемных сил F, F, F. Стабилизацию полета осуществит оперение курсовой устойчивости 16. Маневрирование по курсу производится поворотом руля направления 7 за счет отклонения направления исходящего потока воздуха.
Посадка аппарата вертикально начинается с подъема его носовой части с помощью закрылков 8 до прекращения горизонтального перемещения. Затем плавно уменьшаем обороты вентиляторов 4 и соответственно этому мягко производим посадку.
Все манипуляции по управлению производятся вручную или передаются функции системе автоматического управления аппаратом 14.
Предложенный аппарат вертикального взлета и посадки конструктивно прост и технологичен для изготовления на любых механических заводах, обладает повышенной весовой отдачей из-за множественного размещения по длине в используемом протяженном прямоточном воздуховоде аэродинамических решеток по типу многоплановых крыльев с сечениями в виде дужек окружности и принудительного обдувания их высокоскоростным потоком воздуха.
Приемлемая скорость аппарата, энергетическая эффективность подъемных устройств, возможность использования бензиновых малолитражных двигателей делает его пригодным для массового индивидуального транспортного средства.