АЭРОМОБИЛЬ

Предлагаемое техническое решение относится к области сверхлегкой авиации, как пилотируемой, так и беспилотной.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения может быть выбран аэромобиль (аэробайк), известный из опубликованного в 2013 году патента на полезную модель RU 127039. В RU 127039 описан летательный аппарат вертикального взлета и посадки - аэробайк (аналогично для данного летательного аппарата может быть использовано название аэромобиль), включающий планер, силовую установку с винтами вертикального взлета и посадки, средства управления полетом. Аэробайк выполнен по схеме квадрокоптера, силовая установка которого включает электродвигатели привода винтов, являющихся одновременно тяговыми винтами и винтами управления. Недостатком данного аэробайка является недостаточное качество управления из-за сложности синхронизации работы всех четырех двигателей, совмещающих функции маршевых и рулевых двигателей, сложности вывода аэробайка из аварийных режимов при отказе части двигателей. Дополнительно следует отметить, что оснащение тяговых винтов рулевыми пластинами (см., например, CH 672465, публикация 1989; RU 2135393, публикация 1999, летательные аппараты типа Hoverbike) приведет к еще большему усложнению схемы управления летательным аппаратам, что в итоге сможет отрицательно сказаться на его надежности. В свою очередь, предлагаемое техническое решение позволит устранить указанную проблему и предложить конструкцию летательного аппарата вертикального взлета и посадки индивидуального использования - аэромобиля, который будет характеризоваться сравнительной простотой схемы управления и надежностью в эксплуатации, в первую очередь за счет вывода из аварийных режимов.
Указанный выше технический результат достигается при использовании летательного аппарата вертикального взлета и посадки - аэромобиля, включающего планер, силовую установку с винтами вертикального взлета и посадки, средства управления полетом. В отличие от аналогов предложенный аэромобиль оснащен винтами управления полетом с приводом от электрических двигателей и, по меньшей мере, двумя маршевыми винтами. Для привода маршевых винтов используют ДВС, например, поршневые ДВС либо электрические двигатели, выделенные для данной функции, то есть электрические двигатели не являющиеся двигателями привода винтов управления полетом. Для привода генераторов упомянутых электрических двигателей винтов управления полетом в штатном режиме используют двигатели маршевых винтов. В аварийном (нештатном) режиме для привода генераторов упомянутых электрических двигателей винтов управления полетом используют, по меньшей мере, один аккумулятор электрической энергии, например, суперконденсатор. Электрические двигатели могут быть подключены к генераторам или аккумулятору через распределитель питания. Винты управления полетом, могут быть расположены с боковых сторон относительно оси курса, например, в количестве 2 или 3 с каждой стороны, первый маршевый винт расположен со стороны носа, второй маршевый винт расположен со стороны хвоста. Аэромобиль может быть оборудован бортовым компьютером. Аэромобиль может представлять собой роботизированный и/или дистанционно-пилотируемый беспилотный летательный аппарат либо быть пилотируемым. Пилотируемый аэромобиль может быть оборудован местом пилота либо местом пилота и, по меньшей мере, одним местом пассажира. В плане аэромобиль соответствуют габаритам автомобильного парковочного места, преимущественно ~2,5 м×~5,5 м.
Принципы управления предложенным летательным аппаратом - аэромобилем поясняются его функциональной схемой, наиболее просто и точно отражающей его отличия от аналогов.
1…n
1
2
1
2
1
2
1…n
1
2
1…n
1
2
1…n
1…n
Аэромобиль представляет собой летательный аппарат вертикального взлета и посадки индивидуального пользования, то есть «маломерное» воздушное судно, предназначенное для перевозки пилота и одного-двух пассажиров. Аэромобиль включает типовые составляющие летательного аппарата: планер, силовую установку с винтами вертикального взлета и посадки, средства управления полетом. Аэромобиль оснащен винтами управления полетом (p) с приводом от электрических двигателей и, по меньшей мере, двумя маршевыми винтами (P, P), приводимыми в движением поршневыми ДВС (M, M) либо мощными электрическими двигателями (M, M), не являющимися двигателями привода винтов управления полетом. Таким образом, в схеме управления аэромобиля для лучшей управляемости и большей надежности функционально разнесены и независимы друг от друга винты (вентиляторы) управления полетом (p) и маршевые винты (P, Р). Генераторы электрических двигатели винтов управления полетом (p) в штатном режиме получают механическую энергию (приводятся во вращение) от двигателей маршевых винтов (P, Р). В аварийном либо ином нештатном режиме электрические двигатели винтов управления полетом (p) получают электрическую энергию от, по меньшей мере, одного аккумулятора (асс.) электрической энергии, в качестве которого может быть использован суперконденсатор. Наиболее эффективным является подключение электрических двигателей винтов управления полетом (p) к генераторам или аккумулятору (асс.) через распределитель питания, обеспечивающей зарядку аккумулятора и заданный режим распределения электропитания на каждый из двигателей управления.
1
2
Винты управления полетом, могут быть расположены с боковых сторон относительно оси курса, например, в количестве два или три с каждой стороны (4÷6 винтов на летательный аппарат), первый маршевый винт (P) расположен со стороны носа, второй маршевый винт (P) расположен со стороны хвоста. Регламентная безопасность и качество полета обеспечивается за счет использования навигационных средств (гироскопа) и спасательных средств (парашюта) электрически связанных с бортовым компьютером. Аэромобиль может быть оборудован бортовым компьютером, как синхронизирующим работу обоих двигателей, с учетом возможных особенности эксплуатации летательного аппарата в зависимости от климата, времени года и т.п. Аэромобиль может представлять собой роботизированный и/или дистанционно-пилотируемый беспилотный летательный аппарат либо быть пилотируемым. Пилотируемый аэромобиль может быть оборудован местом пилота либо местом пилота и, по меньшей мере, одним местом пассажира. В плане аэромобиль соответствуют габаритам автомобильного парковочного места, преимущественно 2,5 м×5,5 м (возможны отклонения от данных габаритов порядка 0,5÷1,0 м).
Управление предложенным аэромобилем может быть пояснено на следующем примере.
1
2
1…n
1…n
1…n
1
2
Маршевые двигатели (M, M) обеспечивают необходимую подъемную силу и стабилизацию по тангажу и крену. Каждый из электрических двигателей винтов управления полетом (p), представляющих собой небольшие (~25 см в диаметре) вентиляторы, распределенные по периметру конструкции, подключен к «своему» генератору, передающему электрическую энергию в распределитель питания. Распределитель питания, в свою очередь, передает электрическую энергию прямо на электрические двигатели, которые приводят в движение винты управления полетом (p), режимы работы которых обеспечивают выравнивание центра тяжести и стабилизацию аэромобиля в воздухе. Одновременно, распределитель передает часть электрической энергии в аккумулятор (асс.), который, в зависимости от режима полета, может накапливать либо отдавать электрическую энергию. При отказе одного из двигателей винтов управления полетом (p), а также одного из двигателей привода маршевых винтов (P, P) становится возможным аварийное питание электрических двигателей от накопленного заряда из аккумулятора. Например, в этот момент станет возможна работа электрических двигателей в экстренном режиме, когда мощность кратковременно (на 3÷5 сек) повышается в 1,5÷2 раза, для выравнивания летательного аппарата относительно плоскости. Также, в течение нештатного режима аппарат сможет безопасно активировать парашютную систему спасения.
То есть, появляется возможность повысить управляемость полетом летательного аппарата в целом, а также исключить из схемы управления летательным аппаратом сложную систему привода рулевых пластин под несущими винтами (ср. летательный аппарат конструкции автора, описанный в заявке на полезную модель RU 2014111787, решение о выдаче 29.04.2014). Очевидно, что электрические двигатели обладают большей скоростью отклика системы стабилизации, по сравнению с конструкцией с рулевыми пластинами под несущими винтами и исключают паразитное обдувание поверхностей в полете. Также, использование отдельных электрических двигателей для стабилизации сведет к минимуму ошибки в управлении полетом, за счет исключения ошибочных команд на тяговые двигатели, что является характерным недостатком схемы квадрокоптера из-за инертности при управление бензиновых и мощных электрических двигателей.
Описание работы и перечисленные выше примеры управления летательным аппаратом не ограничивают использование иных вариантов работы и управления противоречащих сущности предложенного технического решения, например, использование данного летательного аппарата в качестве дистанционно-пилотируемого либо беспилотного летательного аппарата. Как и было показано выше, очевидны всевозможные варианты конструктивного исполнения и компоновки данного летательного аппарата: для одного пилота; для пилота и пассажира (аналогично мотоциклу); для одного пилота, включая грузовой отсек и т.п.