ДИСКОВОЕ КРЫЛО-ТРАНСФОРМЕР

Полезная модель относится к области авиастроения, а именно к конструкциям лопастей вертолетов и дисковых крыльев самолетов.
Из существующего уровня техники известны способ преобразования дискового крыла, описанный в патентах: RU 2385267 C1, опубликованном 27.03.2010 г., RU 2609847 C1, опубликованном 06.02.2017 г., автор Павлов Виталий Владимирович и RU 2101215 C1 опубликованном 10.01.1998 г., автор Павлов Владимир Александрович, сутью которых является выдвижение из внутренней полости дискового крыла инерционными силами лопастей, предающими летательному аппарату вертикальную тягу и, как следствие, позволяющими летательному аппарату взлетать и садиться вертикально. Общим недостатком данных конструкций являются: сложность конструкции систем управления лопастями, большое поперечное сечение диска, которое увеличивает лобовое сопротивление, а также неэффективная роль диска при вертикальных взлете и посадке.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является летательный аппарат (Дисколет) описанный в патенте RU 2515823 C1, опубликованном 20.05.2014 г., автор Михайлов Сергей Владимирович, в котором несущий диск снабжен лопастным центробежным вентилятором с окнами по периметру диска и осевым вентилятором, установленным по периферии диска с регулируемыми лопастями, где лопасти центробежного вентилятора выполнены складными, а лопасти осевого вентилятора преобразуются в дисковое крыло. Одним из недостатков вышеупомянутого технического решения является то, что лопасти осевого вентилятора имеют крепление только со стороны центрального диска. Противоположная сторона лопастей остается незакрепленной, и, следовательно, в полете при самолетном режиме, лопасти будут создавать значительные вибрации, и неминуемо ухудшат летные характеристики летательного аппарата, что будет способствовать разрушению лопастей. Вторым недостатком вышеупомянутой конструкции является также неэффективная роль диска при вертикальных взлете и посадке.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является эффективное использование максимально большей площади дискового крыла при всех режимах полета: вертолетном, самолетном и гиропланном.
Данная задача решается за счет того, что заявленная полезная модель «Дисковое крыло-трансформер» является устройством вентиляторного типа, состоящее из внешнего контура, секторовидных лопастей, механизма управления шагом секторовидных лопастей, а также блока несущего вала, где внешний контур конструктивно представляет собой кольцо из карбона, с внешним диаметром соответствующим расчетной площади дискового крыла летательного аппарата, которое, в свою очередь, состоит из верхней и нижней частей одинакового диаметра, с отличающимися друг от друга профилями, где внутри каждой части имеются полукруглые каналы вдоль всего периметра внешнего контура, образующие при совмещении обеих частей внешнего контура единый торообразный канал, по которому беспрепятственно перемещаются стальные шары соответствующего диаметра и массы, устраняющие вибрации при вращении дискового крыла-трансформера, в количестве определяемом эмпирическим путем для каждого конкретного дискового крыла-трансформера при динамической балансировке после его сборки, которые, в свою очередь, помещаются в торообразный канал через два радиально и противоположно расположенных относительно оси вращения дискового крыла-трансформера цилиндрических канала, выходящих на внутреннюю сторону внешнего контура, закрывающихся впоследствии заглушками, причем внешний контур также имеет в своей конструкции, радиально и равномерно расположенные по внутреннему периметру, пазы со вставленными внутрь скользящими втулками количеством, соответствующим количеству секторовидных лопастей; где каждая секторовидная лопасть по форме представляет собой один из секторов кольца, разделенного на N секторов, образующих в своей сумме площадь между внутренним диаметром внешнего контура и внешним диаметром корпуса механизма управления шагом секторовидных лопастей, составляющего большую часть площади дискового крыла-трансформера, являясь активной его частью, где каждая секторовидная лопасть имеет, как в широкой, так и в узкой своей части несимметричный профиль относительно хорды секторовидной лопасти, а также имеет в своей конструкции оси, расположенные соосно относительно друг друга и крепящиеся к лонжерону секторовидной лопасти с противоположных концов лонжерона, причем ось, со стороны широкой части лопасти соединяется с внешним контуром посредством скользящей втулки, а ось со стороны узкой части лопасти соединяется с корпусом механизма управления шагом секторовидных лопастей посредством радиально-упорного подшипника и, далее, через рычаг-крепление и шаровый шарнир, с управляющим диском, расположенным внутри вышеупомянутого корпуса; где механизм управления шагом секторовидных лопастей конструктивно состоит: из корпуса обтекаемой формы, состоящего, в свою очередь, из нижней и верхней частей, из управляющего диска, находящегося внутри корпуса механизма управления шагом секторовидных лопастей, состоящего также из верхней и нижней частей, где в каждой части управляющего диска имеются радиально и равномерно расположенные полукруглые каналы количеством, соответствующим количеству секторовидных лопастей, образующие при совмещении обеих частей управляющего диска цилиндрические каналы, диаметры которых соответствуют диаметру удлиненной части корпуса шаровых шарниров с соответствующим допуском для свободного, но без люфта, перемещения удлиненных частей корпуса шаровых шарниров внутри образованных каналов управляющего диска, сообщающиеся с внешней средой через отверстия, выходящие на внешнюю сторону управляющего диска, который имеет возможность совершать возвратно-поступательные движения вдоль оси вращения дискового крыла-трансформера посредством тяги управляющего диска, что позволяет менять шаг секторовидных лопастей; где блок несущего вала конструктивно состоит: из силового корпуса, соединенного с корпусом летательного аппарата посредством карданного подвеса через игольчатые подшипники, из полого несущего вала, соединенного с силовым корпусом посредством радиально упорных подшипников, где верхняя часть полого несущего вала соединена с корпусом механизма управления шагом секторовидных лопастей, а нижняя часть с ведомой шестерней, а также из, проходящей соосно внутри полого несущего вала, тяги управляющего диска, верхним концом соединенной с управляющим диском, а нижним концом через радиально-упорный подшипник двунаправленного действия и соединительную муфту с исполнительным механизмом перемещения управляющего диска, который крепится непосредственно к нижней части силового корпуса.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является максимальное использование всей площади дискового крыла при всех режимах полета, а именно: при вертикальных взлете, посадке и горизонтальном полете по вертолетному принципу; при взлете, посадке и горизонтальном полете по гиропланному принципу; при взлете, посадке и горизонтальном полете по самолетному принципу, а также при переходах из одного режима в другой в случае необходимости.
Заявленная полезная модель «Дисковое крыло-трансформер» поясняется чертежами, на которых изображено:
На фиг. 1, 2 - общий вид и основные части дискового крыла-трансформера состоящего из: внешнего контура дискового крыла-трансформера - I, секторовидных лопастей - II, механизма управления шагом секторовидных лопастей - III, блока несущего вала - IV;
На фиг. 3, 4 - разрезы дискового крыла-трансформера по линиям А-А и Б-Б, поясняющие внутреннее устройство и дающие представление о взаимодействии всех частей дискового крыла-трансформера между собой;
На фиг. 5-6 - положения секторовидных лопастей в зависимости от режимов полета (вертолетного или гиропланного);
На фиг. 7 - внешний контур дискового крыла-трансформера и разрез по линии В-В;
На фиг. 8 - внешний контур дискового крыла-трансформера и разрез по линии Г-Г;
На фиг. 9 - устройство секторовидной лопасти и разрез по линии Д-Д;
На фиг. 10 - общий вид механизма управления шагом секторовидных лопастей;
На фиг. 11 - разрез механизма управления шагом секторовидных лопастей по линии Ж-Ж;
На фиг. 12 - разрез механизма управления шагом секторовидных лопастей по линии Е-Е;
На фиг. 13 - общий вид управляющего диска;
На фиг. 14 - общий вид блока несущего вала;
На фиг. 15 - устройство блока несущего вала и разрез по линиям З-З и И-И.
Сущность заявленной полезной модели «Дисковое крыло-трансформер» состоит в следующем.
Дисковое крыло-трансформер, далее ДКТр, состоит из внешнего контура ДКТр - I (фиг. 1-3, 7, 8); секторовидных лопастей, далее СЛ, - II (фиг. 1, 3, 9); механизма управления шагом СЛ - III (фиг. 1-3, 10-12); блока несущего вала - IV (фиг. 1, 2, 14, 15).
Основой ДКТр являются СЛ - II (фиг. 1, 3, 9), расположенные радиально внутри ДКТр, которые в своей сумме перекрывают всю его площадь за исключением площади, занимаемой внешним контуром ДКТр - I (фиг. 1-3, 7, 8) и площади в плоскости ДКТр, занимаемой корпусом механизма управления шагом СЛ - III (фиг. 1-3), и являются его активной частью. Конструкция СЛ состоит из непосредственно тела лопасти секторовидной формы - II (фиг. 9), поперечный профиль которой может быть несимметричным, симметричным или комбинированным. На фиг. 9 представлен один из вариантов конфигурации секторовидной лопасти с комбинированным поперечным профилем, где конец широкой части имеет несимметричный профиль с плоской нижней гранью, а конец узкой части имеет симметричный профиль. Переход от несимметричного профиля к симметричному выполнен по линейному принципу. С одной (широкой) стороны каждая СЛ - II (фиг. 1, 3, 9) крепится к внешнему контуру ДКТр - I (фиг. 1, 3, 7, 8) посредством короткой оси 5 с фланцевым креплением 4 (фиг. 3, 9), закрепленной на торце лонжерона СЛ, расположенного по центральной оси СЛ, и игольчатого подшипника или скользящей втулки 9 (фиг. 9), вставленных в цилиндрические пазы 1 (фиг. 3, 7, 8), расположенные радиально и равномерно с внутренней стороны корпуса внешнего контура ДКТр - I (фиг. 3, 7, 8) количеством равным количеству СЛ. С другой (узкой) стороны каждая СЛ - II (фиг. 1, 3, 9) крепится к корпусу механизма управления шагом СЛ - III (фиг. 1-3, 10-12) посредством удлиненной оси 6 с фланцевым креплением 4 (фиг. 3, 9), закрепленной на противоположном торце лонжерона СЛ, и радиально-упорного подшипника 20 (фиг. 3, 12), закрепленного в корпусе механизма управления шагом СЛ - III (фиг. 1-3, 10-12). Короткая и удлиненная оси, установленные на лонжероне СЛ, расположены друг относительно друга соосно. На конце каждой удлиненной оси 6 установлен, смещающий точку воздействия на ось поворота СЛ на определенный угол, рычаг-крепление 7 (фиг. 3, 9), к которому крепится шаровый шарнир 14 (фиг. 11, 12). Каждый удлиненный корпус шарового шарнира 14 (фиг. 11, 12) вставлен в цилиндрический канал 21 (фиг. 11, 13), образованный совмещением верхней 13 и нижней 15 частей управляющего диска (фиг. 11-13) механизма управления шагом СЛ - III (фиг. 1-3, 10-12), где имеет возможность совершать одновременно возвратно-поступательные и вращательные движения при перемещении управляющего диска (фиг. 13) внутри корпуса механизма управления шагом СЛ - III (фиг. 1-3, 10-12) вверх или вниз вдоль оси вращения корпуса механизма управления шагом СЛ. В верхней 13 и нижней 15 частях управляющего диска (фиг. 11, 13) имеются отверстия 22 (фиг. 13) которые компенсируют перепады давлений, возникающие при перемещении удлиненной части корпуса шаровых шарниров внутри цилиндрических каналов управляющего диска. Нижняя часть корпуса механизма управления шагом СЛ 10 (фиг. 11) соединена с ведомой шестерней 28 (фиг. 14, 15) посредством полого несущего вала 23 (фиг. 14, 15), в дальнейшем ПНВ, который крепится внутри силового корпуса ПНВ 25 (фиг. 14, 15) посредством радиально-упорных подшипников 24 (фиг. 14, 15), установленных с двух концов силового корпуса ПНВ, и упорно-центрирующего крепления ведомой шестерни с фланцем 27 (фиг. 14, 15). К корпусу летательного аппарата силовой корпус ПНВ 25 (фиг. 14, 15) крепится посредством внешней рамы карданного подвеса 26 (фиг. 14, 15) через роликовые или игольчатые подшипники, что позволяет наклонять плоскость дискового крыла-трансформера на определенный угол относительно корпуса летательного аппарата в любую сторону. Нижняя часть управляющего диска 15 (фиг. 11-13) соединена в центральной своей части с верхним концом тяги управляющего диска 16 (фиг. 11, 12), которая проходит через центральное отверстие в нижней части корпуса механизма управления шагом СЛ 10 (фиг. 11), ПНВ 23 (фиг. 14, 15) и центральное отверстие упорно-центрирующего крепления ведомой шестерни с фланцем 27 (фиг. 14, 15). Низ тяги управляющего диска 16 (фиг. 11, 12) посредством радиально-упорного подшипника двунаправленного действия 17, соединительной муфты 18 и фиксирующей гайки 19 (фиг. 11) соединяется с исполнительным механизмом перемещения управляющего диска, который может быть гидравлического, электрического или комбинированного принципа действия.
Работа ДКТр реализована по схеме «тяга управляющего диска - управляющий диск - шаровый шарнир - рычаг-крепление шарового шарнира - ось СЛ» и заключается в следующем.
При осевом воздействии на тягу управляющего диска посредством соединительной муфты и радиально-упорного подшипника двунаправленного действия управляющий диск может совершать возвратно-поступательные движения внутри корпуса механизма управления шагом СЛ вдоль оси вращения механизма управления шагом СЛ и перпендикулярно продольным осям СЛ. Так как корпусы шаровых шарниров находятся в цилиндрических каналах управляющего диска, то они перемещаются вдоль оси вращения механизма управления шагом СЛ вместе с управляющим диском. Управляющий диск через шаровые шарниры и рычаги-крепления при перемещении вверх или вниз относительно плоскости ДКТр воздействует со смещением на продольные оси СЛ перпендикулярно этим осям, что приводит к изменению угла атаки СЛ в сторону увеличения или уменьшения соответственно.