САМОЛЕТ СО СКЛАДЫВАЕМЫМ КРЫЛОМ И УСТРОЙСТВО СКЛАДЫВАНИЯ КРЫЛА
AIRCRAFT WITH FOLDING WING AND WING FOLDING DEVICE

Область техники
Изобретение относится к авиастроению, а именно к самолетам, имеющим складываемое крыло, и может быть использовано при проектировании летательных аппаратов, которые передвигаются по воздуху и по земле.
Основной задачей, изобретения, является создание летающего транспортного средства (самолета) со складываемым крылом, обеспечивающим уменьшение поперечного размера самолета при его транспортировке по дорогам общего пользования и занимаемой площади при хранении самолета, с целью обеспечения транспортной мобильности при его использовании.
Предусматривается также возможность самостоятельного движения самолета со сложенным крылом по земле при оборудовании его приводами на колеса шасси или за счет тяги воздушного винта.
Уровень техники
Известно конвертируемое воздушное судно, содержащее: фюзеляж с кабиной; двигатель; трех опорное рессорное шасси с носовой и основными опорами; хвостовое оперение; крыло, консоли которого соединены с фюзеляжем шарнирными узлами, при этом каждая консоль крыла выполнена поворотной в узле ее навески и складывающейся вверх перпендикулярно продольной оси самолета (US 2017/0113797 А1, https://ru.espacenet.com). Основное шасси шарнирно соединено с фюзеляжем и может сдвигаться в продольном направлении в зависимости от необходимого расположения центра масс самолета.
Недостатком такой конструкции является сложность конструкции соединения консолей крыла с фюзеляжем…
Наиболее близким к предлагаемому устройству является самолет, конструкция которого обеспечивает возможность складывания консолей крыла вдоль продольной оси самолета (US №2674422, https://www.uspto.gov). Самолет содержит фюзеляж с кабиной и хвостовой балкой, установленные на балке вертикальное и горизонтальное оперение, трехколесное шасси с носовым колесом и главной опорой, двигатель с толкающим воздушным винтом, установленный позади кабины, центроплан с шарнирно прикрепленными к нему консолями крыла с замками, фиксирующими консоли в полетной конфигурации. При складывании консоли крыла поворачиваются вверх - назад относительно центроплана и устанавливаются вдоль фюзеляжа носком вверх. В сложенном состоянии концы консолей опираются на специальные узлы, установленные на горизонтальном оперении. Для гарантии стабильности и маневренности транспортного средства при его движении по дороге предусмотрена компенсация смещения центра тяжести назад за счет поворота главной опоры шасси вокруг оси ее крепления. Самолет может передвигаться по земле со сложенным крылом за счет тяги воздушного винта, при этом консоли крыла прикрывают вращающийся винт, обеспечивая безопасность для окружающих людей и транспортных средств.
Недостатками такой конструкции являются:
- сложность обеспечения прочности и жесткости соединения консолей с центропланом, связанная с расположением этого узла на главном лонжероне с малым разносом элементов проушин шарнирного соединения, ограниченного толщиной профиля крыла;
- поворот консолей вверх - назад для высоко расположенного крыла создает трудности для осуществления этой операции вручную одним человеком;
- выбор горизонтального оперения в качестве опоры сложенных консолей крыла вызывает дополнительные нагрузки, действующие на конструкцию горизонтального оперения при движении самолета по земле;
- недостатком механизма смещения основного шасси по данному техническому решению является то, что поворот главной опоры шасси вокруг оси ее крепления невозможен без приложения значительных усилий для подъема фюзеляжа самолета и осуществления этой операции вручную одним человеком.
Известно «Устройство складывания крыла» (RU №2403177, http://www1.fips.ru/), содержащее: неподвижную и поворотную части крыла с элементами каркаса в виде лонжеронов и торцевых нервюр, шарнирный узел и фиксирующий замок; элементы шарнирного узла закреплены на лонжеронах частей крыла, а фиксирующий замок отнесен от переднего шарнирного узла в направлении задней кромки крыла, элементы этого замка закреплены в месте соединения лонжеронов частей крыла с их торцевыми нервюрами.
Недостатком данного устройства складывания крыла является то, что в сложенном положении консоли крыла попадают в плоскость вращения воздушного винта. Это практически делает невозможным движение со сложенными консолями крыла за счет тяги воздушного винта или сопряжено с существенным увеличением поперечного габарита транспортного средства при неполном складывании консолей. При повороте консолей вверх-назад относительно фюзеляжа их центр тяжести перемещается со значительным изменением по высоте, что сопряжено с приложением больших усилий при складывании консолей вручную и представляет собой технически сложно осуществимую задачу при использовании механического привода, причем этот привод должен иметь существенную мощность.
Наиболее близким к заявленному устройству является «Ручной механизм для складывания крыла» (RU 2674387, http://www1.fips.ru/), включающий: приспособление для складывания крыла, соединяющее неподвижную секцию крыла с поворотной секцией, выполненное с возможностью выдвигания поворотной секции крыла от центроплана и вращения поворотной секции вокруг поперечной оси самолета, а также поворота этой секции вокруг вертикальной оси, перпендикулярной поперечной оси, с расположением поворотной секции вдоль продольной оси самолета перпендикулярно относительно неподвижной секции; элементы крепления консолей крыла. Недостатком данного механизма складывания крыла является то, что при выдвигании консоли крыла от центроплана необходимо удерживать ее в таком положении для поворота относительно поперечной, а затем вертикальной осей, что требует больших физических усилий и может привести к поломке крыла при неосторожном выполнении операции складывания крыла.
Технической проблемой, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, является обеспечение возможности складывания крыла самолета одним человеком, уменьшение поперечного размера самолета и обеспечение его транспортировки по дорогам общего пользования, обеспечение жесткости и прочности крепления консолей при снижении нагрузок в узлах в полетной конфигурации и в сложенном состоянии. Кроме того, обеспечивается возможность движения самолета по земле за счет привода на колеса или за счет тяги воздушного винта с учетом обеспечения безопасности при перемещении по дорогам общего назначения и хорошего обзора с места пилота.
Раскрытие сущности изобретения
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого транспортного средства, состоит в компенсации смещения назад центра масс при складывании крыла, предохранении самолета от опрокидывания, а также в обеспечении возможности его устойчивого движения со сложенным крылом в т.ч. самостоятельно на тяге воздушного винта и уменьшении его поперечного размера с целью обеспечения безопасности участников дорожного движения.
Сущность технического решения заявляемого самолета со складываемым крылом заключается в том, что консоли крыла, шарнирно соединены с центропланом, при этом обеспечивается поворот консолей крыла относительно поперечной оси самолета и их складывание в направлении от передней части самолета к хвостовой параллельно продольной оси самолета. За счет того что устройство складывания консолей крыла системой тяг и рычагов соединено с механизмом смещения основного шасси обеспечивается равномерное распределение весовой нагрузки на оба шасси самолета и устойчивое его движение на тяге воздушного винта со сложенным крылом при сохранении надежной управляемости.
При этом, механизм смещения основного шасси и его привод выполнены таким образом, что вертикальный подкос основного шасси имеет возможность поворота относительно собственной оси и соединен при помощи тяги и рычагов с устройством складывания крыла, а механизм смещения основного шасси выполнен в виде рычажного механизма, включающего двухзвенный складывающийся горизонтальный подкос, кулису, соединенную с вертикальным подкосом основного шасси, и поворотный кулак, взаимодействующий с колесом основного шасси. Кулиса снабжена сегментным пазом, в котором установлен палец, совершающий поступательное движение в пазе кулисы. При этом, в крайних точках палец обеспечивает фиксацию опор основного шасси в полетном и транспортном положениях.
Технический результат устройства складывания крыла заключается в уменьшении поперечного размера самолета в положении со сложенным крылом и обеспечении передачи нагрузки от консоли крыла на центроплан, как в полетном положении, так и в процессе складывания.
Сущность технического решения заявляемого устройства складывания крыла состоит в том, что оно выполнено с возможностью обеспечения вращения консоли крыла относительно поперечной оси и поворота ее вокруг вертикальной оси и расположения консоли крыла вдоль продольной оси самолета перпендикулярно поперечной оси. Примененное в конструкции механизма складывания крыла оригинальное сочетание соединения консоли крыла и центроплана при помощи вертикального шарнира типа «ухо-вилка» и двух горизонтальных цилиндрических шарниров позволяет обеспечить передачу нагрузки от консоли крыла на центроплан, как в полетном положении, так и в процессе складывания.
Краткое описание чертежей
Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и прилагаемыми иллюстрациями, на которых показано:
фиг. 1 - общий вид самолета в полетном положении;
фиг. 2 - общий вид самолета в положении с повернутыми консолями крыла;
фиг. 3 - общий вид самолета в положении со сложенными консолями крыла;
фиг. 4 - фрагмент конструкции самолета, вид сзади на устройство складывания крыла и механизм смещения шасси
фиг. 5 - фрагмент конструкции самолета, вид сзади на устройство складывания крыла;
фиг. 6 - фрагмент конструкции самолета, вид на замок фиксации консоли крыла в повернутом положении;
фиг. 7 - фрагмент конструкции самолета, вид на замок фиксации консоли крыла к лонжерону центроплана;
фиг. 8 - положение рычажного механизма смещения основного шасси при полетном положении консоли крыла;
фиг. 9 - положение рычажного механизма смещения шасси при сложенном положении консоли крыла;
фиг. 10 - фрагмент самолета, вид на замок фиксации крепления консоли крыла в сложенном положении;
Где:
1 - фюзеляж;
2 - центроплан;
3 - консоль крыла;
4 - передняя опора шасси;
5 - основное шасси;
6 - рессора основного шасси;
7 - вертикальный подкос;
8 - колесо основного шасси;
9 - тяга привода механизма смещения основного шасси;
10 - рычаг привода механизма смещения основного шасси;
11 - замок фиксации консоли крыла в полетном положении;
12 - задняя стенка консоли крыла;
13 - шпангоут фюзеляжа;
14 - кронштейн крепления консоли крыла;
15 - лонжерон консоли крыла;
16 - внутренний горизонтальный шарнир;
17 - наружный горизонтальный шарнир;
18 - верхний вертикальный шарнир;
19 - нижний вертикальный шарнир;
20 - лонжерон центроплана;
21 - защелка замка фиксации консоли крыла в повернутом положении;
22 - корневая нервюра консоли крыла;
23 - защелка замка крепления консоли крыла к лонжерону центроплана;
24 - рычаг привода механизма смещения основного шасси;
25 - трос привода защелки замка крепления консоли крыла к лонжерону центроплана;
26 - пружина замка крепления консоли крыла к лонжерону центроплана;
27 - ведущее звено горизонтального подкоса;
28 - ведомое звено горизонтального подкоса;
29 - кулиса;
30 - сегментный паз кулисы;
31 - палец;
32 - тяга механизма смещения основного шасси;
33 - поворотный рычаг основного шасси;
34 - ось;
35 - защелка замка фиксации консоли крыла в сложенном положении;
36 - фиксатор замка фиксации консоли крыла в сложенном положении;
3 7- скоба замка фиксации консоли крыла в полетном положении.
На фиг. 1-3 приведены общие виды самолета, содержащего фюзеляж 1, центроплан 2, шарнирно соединенные с центропланом консоли крыла 3, устройство складывания консолей крыла, колесное шасси, состоящее из передней опоры 4 и основного шасси 5, механизм смещения основного шасси, замок фиксации полетного положения консоли крыла (не показан).
На фиг. 4 показан фрагмент конструкции самолета - вид сзади на устройство складывания крыла и механизм смещения основного шасси.
Основное шасси 5 содержит шарнирно соединенную с фюзеляжем рессору 6, подкос 7, шарнирно соединенный с рессорой и фюзеляжем, закрепленное на рессоре колесо 8. Устройство складывания консолей крыла соединено с механизмом смещения основного шасси при помощи тяги 9 и рычага 10, закрепленного на верхнем конце вертикального подкоса 7.
Замок 11 фиксации консоли крыла в полетном положении выполнен в виде задвижки, закрепленной на задней стенке 12 консоли крыла, соединяющей ее со шпангоутом фюзеляжа 13.
Устройство складывания консолей крыла, показанное на фиг. 5, содержит:
- кронштейн 14 крепления консоли крыла, который соединен с лонжероном 15 консоли 3 крыла посредством двух горизонтальных шарнирных узлов 16 и 17, ось которых направлена вдоль лонжерона консоли крыла и расположена вблизи нижнего пояса лонжерона;
- два вертикальных шарнирных узла 18 и 19, соединяющих консоль 3 крыла с лонжероном 20 центроплана 2 с возможностью складывания повернутой консоли крыла в транспортное положение, при котором плоскость хорд консоли крыла вертикальна, а конец консоли направлен к хвосту самолета;
- замок фиксации консоли крыла в повернутом положении (показан фиг. 6);
- замок крепления консоли крыла к лонжерону центроплана (показан фиг. 7).
Замок фиксации консоли крыла в повернутом положении, выполнен в виде подпружиненной защелки 21, закрепленной на корневой нервюре 22 консоли крыла и взаимодействующей при повороте консоли крыла с кронштейном 14 крепления консоли крыла.
Замок крепления консоли крыла к лонжерону включает подпружиненную защелку 23, закрепленную на рычаге 24, соединенном с кронштейном 14 крепления консоли крыла. Привод защелки осуществляется тросиком 25, оболочка которого закреплена на лонжероне 15 консоли крыла.
Механизм смещения основного шасси (фиг. 8, 9) включает:
- рычажный механизм, состоящий из двухзвенного горизонтального подкоса, звено 27 которого шарнирно соединено с вертикальным подкосом (см. фиг. 7), а звено 28 с фюзеляжем;
- кулису 29, с выполненным в ней сегментным пазом 30, в котором размещен палец 31 соединяющий звенья горизонтального подкоса 27 и 28;
- тягу 32, шарнирно соединенную одним концом с кулисой 29, а другим с поворотным кулаком 33 колеса 8.
Поворотный кулак 33 шарнирно соединен с рессорой 6 основного шасси 5, а осью 34 жестко с колесом 8.
На фиг. 8 показан вариант конфигурации рычажного механизма смещения основного шасси в полетном положении консоли крыла.
На фиг. 9 показан вариант конфигурации рычажного механизма смещения основного шасси при сложенном положении консоли крыла.
На фиг. 10 показан фрагмент конструкции самолета - вид на замок фиксации консоли крыла в сложенном положении.
Замок фиксации крепления консоли крыла в сложенном положении выполнен в виде подпружиненной защелки 35, закрепленной на носке консоли крыла, и фиксатора 36, расположенного на горизонтальном стабилизаторе.
Осуществление изобретения.
Заявленное техническое решение представляет собой группу изобретений, включающих самолет со складываемым крылом и механизмом смещения основного шасси и устройство складывания крыла, связанных единой задачей создания универсального транспортного средства способного перемещаться по воздуху и по земле, надежного и простого в эксплуатации.
Технический результат заявленной группы изобретений достигается за счет того, что устройство складывания консолей крыла соединено с механизмом смещения основного шасси приводом, включающим тягу 9 и рычаг 10, один конец которого взаимодействует с тягой 9, а второй - с вертикальным подкосом 7 основного шасси. Механизм смещения основного шасси выполнено в виде рычажного механизма, содержащего: двухзвенный горизонтальный подкос, звено 27 которого шарнирно соединено с рессорой 6, а звено 28 с фюзеляжем; кулису 29, с выполненным в ней сегментным пазом 30, в котором размещен палец 31, соединяющий звенья горизонтального подкоса 27 и 28; тягу 32, шарнирно соединенную одним концом с кулисой 29, а другим с поворотным кулаком 33 колеса 8. При этом вертикальный подкос 7 основного шасси 5 имеет возможность поворота вокруг своей оси.
Устройство складывания консолей крыла содержит:
- кронштейн 14 крепления консоли крыла, который соединен с лонжероном 15 консоли 3 крыла посредством двух горизонтальных шарнирных узлов 16 и 17, ось которых направлена вдоль лонжерона консоли крыла и расположена вблизи нижнего пояса лонжерона;
- два вертикальных шарнирных узла 18 и 19, соединяющих консоль 3 крыла с лонжероном 20 центроплана 2 с возможностью складывания повернутой консоли крыла в транспортное положение, при котором плоскость хорд консоли крыла вертикальна, а конец консоли направлен к хвосту самолета;
- замок фиксации консоли крыла в повернутом положении, выполненный в виде подпружиненной защелки 21, закрепленной на корневой нервюре 22 консоли крыла и взаимодействующей при повороте консоли крыла с кронштейном 14 крепления консоли крыла;
- замок фиксации консоли крыла к лонжерону центроплана, включающий подпружиненную защелку 23, закрепленную на рычаге 24, соединенном с кронштейном 14 крепления консоли крыла, при этом привод защелки осуществляется тросом 25, оболочка которого закреплена на лонжероне 15 консоли крыла.
Кроме того, устройство для складывания консолей крыла выполнено с возможностью передачи полетных нагрузок от лонжерона консоли к лонжерону центроплана.
Заявленное техническое решение работает следующим образом. В полетном положении (фиг. 1) консоль крыла соединена со шпангоутом 13 центроплана 2 замком 11, расположенным на задней стенке 12 консоли крыла. При этом все нагрузки от консоли крыла 3 передаются на центроплан 2 через кронштейн 14 крепления консоли крыла и шарнирные узлы 16, 17 18 и 19.
После выполнения полета и посадки на аэродром производят складывание консолей крыла. Для этого производят расстыковку центроплана и консолей крыла путем извлечения задвижки замка 11 из отверстия скобы 37, закрепленной на шпангоуте 13 фюзеляжа. Затем осуществляют поворот консоли крыла носком вниз относительно поперечной оси самолета, при этом изогнутый профиль корневой нервюры 22 консоли крыла позволяет создать пространство для размещения кронштейна 14 крепления консоли крыла. В конечной точке поворота консоли крыла подпружиненная защелка 21 замка фиксирует консоль крыла входя в зацепление с кронштейном 14. Далее с помощью троса 25 выводят из зацепления с лонжероном 20 центроплана защелку 23, прижатую пружиной 26, освобождая консоль крыла для поворота ее относительно вертикальной оси. При повороте консоли крыла и ее складывании вдоль фюзеляжа кронштейн 14 крепления консоли крыла посредством рычага 24 воздействует на тягу 9 и рычаг 10 привода механизма смещения основного шасси, что приводит к повороту подкоса 7 и соединенного с ним ведущего звена 27 горизонтального подкоса. Поворот звена 27 приводит в движение рычажный механизм, включающий кулису 29, тягу 32 и поворотный кулак 33, взаимодействующий с рессорой 6 и колесом 8 основного шасси. Таким образом, происходит сдвиг основного шасси назад относительно продольной оси самолета компенсирующий смещение центра масс при повороте консоли крыла и выходе пилота и пассажира из кабины самолета. Данная операция производится последовательно с одного и другого борта самолета. Кроме того, смещение шасси назад позволяет догрузить переднюю опору 4 шасси, что улучшает управляемость самолета при движении по земле.
Данное техническое решение может быть использовано как личное транспортное средство в деловых и спортивных целях, а также для выполнения патрульных и поисковых задач силами МЧС и других структур с возможностью его доставки в грузовом отсеке транспортного самолета.