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

Изобретение относится к транспортным летательным средствам многоцелевого назначения для применения в военной, гражданской авиации и МЧС в сложных условиях взлета и посадки в тайге, горах и болотах [B64C 29/00].
Известна ГОНДОЛА С ВНУТРЕННИМ КРЫЛОМ [патент РФ №2389653], имеющая на реактивном двигателе щелевой воздухосборник, в полости которого расположено внутреннее крыло.
Недостатком аналога является то, что подъемная сила у дополнительного крыла возникает только во время движения при значительной скорости летательного аппарата относительно воздуха.
Известен ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ [заявка на изобретение РФ №94022100], содержащий фюзеляж, крылья, установленные по обеим сторонам фюзеляжа, реактивные силовые установки и движители, хорды крыльев лежат в плоскостях, перпендикулярных продольной оси фюзеляжа, причем крылья выполнены в вариантах моноплана, или биплана, или n-плана и снабжены элеронами. На фюзеляже установлены экраны, образующие с соплами реактивных двигателей инжекторы для смешения потоков газов с воздухом, при этом подъемная сила создается воздействием реактивных струй, направляемых соплами в стороны многоярусных крыльев, расположенных параллельно оси фюзеляжа на некотором расстоянии от него.
Недостатками аналога являются низкая надежность использования многоярусных крыльев, обусловленная тем, что во время полета крылья с большой скоростью обдувают раскаленные реактивные струи, из-за чего происходит выгорание материала крыльев, кроме того, аналог имеет невысокую эффективность использования крыльев из-за многочисленных завихрений в газовой реактивной струе после ее инжекции с воздухом, что приводит к срыву воздушного потока с поверхности крыльев и уменьшению подъемной силы.
Также из уровня техники известен ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ [патент РФ №2172705], у которого аэродинамические плоскости расположены в воздухозаборных каналах, расположенных по периметру корпуса и радиально сходящихся в открытой вниз корытообразной подкорпусной полости, при этом экраны замыкают снизу воздухозаборные каналы.
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.
Наиболее близким по технической сущности является АППАРАТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ [патент РФ №2459746], содержащий генератор воздушного потока, аэродинамические поверхности, кабину, силовую установку, системы управления и стабилизации полета и аэродинамические поверхности, которые 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 потока воздуха.
Недостатком прототипа является невысокая подъемная сила летательного аппарата, обусловленная неоптимальным расположением аэродинамических поверхностей.
Цель настоящего изобретения состоит в улучшении летных характеристик летательного аппарата.
Технический результат изобретения заключается в повышении удельной подъемной силы, повышении энергетической эффективности и повышении дальности полета.
Технический результат достигается за счет того, что летательный аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий сложное сборное крыло, состоящее из генератора спрямленного воздушного потока и нескольких блоков с аэродинамическими поверхностями, расположенных последовательно друг за другом, кабину, силовую установку, систему управления и стабилизации полета, отличающийся тем, что аэродинамические поверхности в виде крылышек по четыре вертикальных ряда с предохранительными вертикальными плоскостями установлены в блоки крыльев таким образом, что крылышки не должны оказывать взаимного негативного влияния друг на друга, что по вертикали крылышки одно от другого расположены на расстоянии двойной ширины крылышка, а по горизонтали один ряд от другого отстоит на ширину крылышка, второй ряд по вертикали относительно первого ряда поднят вверх на ширину крылышка, третий ряд относительно первого поднят на одну треть ширины крылышка, четвертый ряд по вертикали относительно третьего ряда поднят вверх на ширину крылышка. Перед первым блоком крылышек установлен вентилятор со спрямляющим воздушный поток устройством, при этом длина сборки блоков составляет три диаметра рабочего диаметра вентилятора, сложное сборное крыло или несколько крыльев установлены сверху кабины, на которой также установлена одна или несколько тянущих аэродинамических силовых установок, сзади кабины установлена система управления и стабилизации полета, а в нижней части кабины расположено шасси.
Краткое описание чертежей.
На фиг. 1 представлен вид сбоку летательного аппарата вертикального взлета и посадки.
На фиг. 2 представлен вид спереди летательного аппарата вертикального взлета и посадки.
На фиг. 3 представлен вид сбоку сборки блоков крылышек с вентилятором.
Осуществление изобретения
Летательный аппарат вертикального взлета и посадки состоит из кабины 1, которая установлена на шасси 2. Сзади кабины 1 установлена система управления и стабилизации полета с рулем высоты 3, рулем направления 4 и горизонтальной плоскостью 5. Также на кабине 1 установлена тянущая аэродинамическая установка с двигателем 6 и пропеллером 7. В верхней части кабины 1 установлена сборка блоков 8 с крылышками 9, вертикальными предохранительными плоскостями 10 и дутьевым вентилятором 11 с устройством спрямления воздушного потока 12 в передней части сборки. Также кабина содержит лобовое стекло 13 и смотровые окна 14.
Принцип работы заключается в следующем.
Вертикальные предохранительные плоскости 10 предназначены для защиты крылышек 9 от переломов при больших нагрузках, при этом концы предохранительных плоскостей 10 прикреплены к внутренней части блоков 8. Чем меньше ширина крылышек 9, тем больше устанавливается вертикальных предохранительных плоскостей 10.
Верхняя и/или нижняя части блоков 8 могут быть открытыми или закрытыми в зависимости от потребностей.
В качестве вентилятора 11 может быть использован дутьевой вентилятор, у которого очень мощный воздушный поток при малом тяговом усилии.
В качестве спрямляющего устройства 12 может использоваться второй вентилятор с аналогичными характеристиками, у которого лопасти вращаются в противоположенную сторону относительно вентилятора 11. Также в качестве устройства 12 может использоваться набор вертикальных и горизонтальных плоскостей, выпрямляющих воздушный поток.
Полет летательного аппарата происходит следующим образом.
Первоначально запускают вентиляторы 11, которые создают мощный воздушный поток, устройство 12 спрямляет воздушный поток и направляет в сборку блоков 8. При этом крылья 9 создают подъемную силу. Одновременно включается тянущая аэродинамическая установка на режим удержания аппарата на месте, иначе он медленно начнет подниматься и самостоятельно разгоняться.
После того как создаваемая подъемная сила крыльями 9 уравновешивает силу тяжести летательного аппарата, он отрывается от земли. И спокойно поднимается на необходимую высоту.
Для вертикально-горизонтального перемещения летательного аппарата запускают двигатели 6 из режима удержания в режим разгона, при этом пропеллеры 7 создают вертикально-горизонтальное, совместно с сложным сборным крылом, тяговое усилие.
При достижении летательным аппаратом относительно воздуха сравнительно большой скорости мощность вентилятора сложного сборного крыла уменьшается примерно в два или более раз. Используется встречный воздушный поток и воздушный поток от вентилятора 11 для поддержания скорости воздушного потока, достаточной для создания необходимой подъемной силы, со скоростью воздушного потока на выходе устройства 12 (скорости, необходимой для поддержания требуемой подъемной силы), вентиляторы 11 уменьшают скорость и потребляемую мощность.
При использовании обтекаемого корпуса кабины, отсутствии груза, выступающего из корпуса кабины, наличии мощного тянущего устройства 6, 7, способного разогнать аппарат до скорости, достаточной для создания необходимой подъемной силы, в этом случае вентиляторы 11 отключают.
Во время полета летательный аппарат может притормаживать, зависать и разворачиваться на месте или двигаться задним ходом.
Посадка летательного аппарата происходит в обратном порядке.
Использование сложного сборного крыла, состоящего из генератора спрямленного воздушного потока 11, 12 и нескольких блоков 8 с аэродинамическими поверхностями, расположенных последовательно друг за другом (состоящих из множества крылышек 9) сборок блоков 8 с множеством крылышек 9 позволяет значительно улучшить летные характеристики в сравнении с серийно производимыми летательными аппаратами.
К примеру, самолет АН-140 с максимальной мощностью двигателей 2800 л.с., максимальной взлетной массой 21000 кг, длиной взлетно-посадочной полосы 880 м, практической дальностью 3700 км, максимальной коммерческой нагрузкой 6000 кг. Или вертолет МИ-26 с максимальной мощностью 10000 л.с., максимальной взлетной массой 56000 кг, максимальной коммерческой нагрузкой 20000 кг, практической дальностью полета 590 км.
Теоретические расчеты для предлагаемого летательного аппарата показали следующие летные характеристики:
- для ширины крылышек 9 - 0,15 м и мощности двух вентиляторов 11 - 2×500 л.с. максимальная взлетная масса составляет 29652 кг, максимальная коммерческая нагрузка 20000 кг., практическая дальность полета относительно МИ-26 по соотношению мощностей двигателей в 10 раз больше, а энергопотребление в 2 раза меньше;
- для ширины крылышек 9 - 0,05 м и мощности вентиляторов 11 - 2×500 л.с. максимальная взлетная масса составляет 84720 кг, максимальная коммерческая нагрузка 70000 кг.
Для расчета взяты паспортные данные с агрегатов (двигатели, вентиляторы), которые изготавливаются и свободно продаются в России.
2
При ширине крылышек 9 - 0,15 м и мощности вентилятора 11 - 500 л.с. при расчете получают 140 крылышек длиной 2 м с общей площадью 42 м, подъемной силой 14826 кг и удельной подъемной силой 29 кг на 1 л.с.
2
При ширине крылышек 9 - 0,05 м и мощности вентилятора 11 - 500 л.с. при расчете получают 1200 крылышек длиной 2 м с общей площадью 120 м, подъемной силой 42360 кг и удельной подъемной силой 84 кг на 1 л.с.
Удельная подъемная сила предлагаемого летательного аппарата возрастает пропорционально уменьшению ширины крылышек и превышает традиционный показатель для авиации от 14 до 21 раза.