БЕСПИЛОТНЫЙ УНИВЕРСАЛЬНЫЙ САМОЛЕТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ИЛИ КОРОТКОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ
VERTICAL OR SHORT TAKEOFF AND LANDING UNIVERSAL UNMANNED AIRCRAFT

Изобретение относится к области беспилотной авиации.
Известны самолеты, выполненные по схеме «летающее крыло», которые позволяют получить высокое аэродинамическое качество при большой пассажировместимости. По такой же схеме могут быть выполнены и транспортные самолеты. Однако схема «летающее крыло» характеризуется большими балансировочными потерями, в частности на этапе взлета и посадки, что значительно снижает ее аэродинамическое качество на этих режимах. Двигатели, размещенные в хвостовой части центроплана, не обеспечивают существенный обдув поверхности крыла, что не позволяет в полной мере обеспечить увеличение его несущих свойств.
Известен самолет большой грузоподъемности по патенту РФ на полезную модель №64176, включающий крыло, выполненное по схеме «крыла совмещенного с фюзеляжем», состоящее из центроплана с увеличенной толщиной, снабженного помещениями для размещения пассажиров или груза, передние кромки которого имеют большую прямую стреловидность, стреловидных консолей крыла, установленных на переходных отсеках, примыкающих к центроплану, вертикальное оперение, шасси и силовую установку, при этом он снабжен герметичным фюзеляжем с пассажирским салоном, установленным в передней части центроплана крыла по его оси и несущим переднее горизонтальное оперение, а центроплан снабжен грузовым отсеком для размещения перевозимых грузов и техники, отличающийся тем, что силовая установка выполнена в виде турбореактивных двигателей, установленных на пилонах на верхней поверхности центроплана в районе его передних кромок, а турбореактивные двигатели снабжены реактивными соплами с поворотными устройствами вектора тяги козырькового типа, позволяющими поворачивать выхлопные газовые струи на угол до 25-30° в вертикальной плоскости.
К недостаткам данного технического решения следует отнести потребность в теплозащите центроплана от раскаленных реактивных струй и малую эффективность переднего горизонтального оперения типа «Утка» - на малых скоростях полета при взлете и посадке.
Известен беспилотный летательный аппарат по патенту на полезную модель №107126, включающий фюзеляж, крыло с органами управления, двигатель и винт, в котором крыло выполнено из условия использования аэродинамической схемы «летающее крыло», при этом фюзеляж расположен в носовой части БПЛА в контакте с передней кромкой крыла, а двигатель - в хвостовой части БПЛА в контакте с задней кромкой крыла.
К недостаткам этого аппарата следует отнести наличие фюзеляжа, который не создает подъемной силы, а также использование толкающего винта, что требует искусной балансировки аппарата, особенно при сбросе целевой нагрузки.
Известен самолет вертикального взлета и посадки по патенту РФ №2430859, который содержит расположенные на заднем торце фюзеляжа подъемно-маршевый источник тяги, хвостовой стабилизатор и хвостовое шасси, которое обеспечивает вертикальную ориентацию продольной оси фюзеляжа на земле и снабжено телескопическими амортизаторами и выполнено в виде телескопических стержней, каждый из которых одним концом шарнирно прикреплен к фюзеляжу, а другим концом соединен с растяжкой. Растяжка снабжена механизмом изменения своей длины. В крейсерском режиме телескопические стержни располагаются вдоль потока за счет втягивания растяжек в плоскость стабилизатора, а при посадке - в виде трапеции. Данное решение характеризуется повышенной безопасностью полета, повышенным коэффициентом полезной нагрузки и обеспечением возможности взлета и посадки на площадях малых размеров. К недостаткам следует отнести размещение силовой установки и органов управления ниже центра тяжести, что существенно усложняет управление аппаратом из-за состояния неустойчивого равновесия.
В качестве технического решения, наиболее близкого к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков, выбран самолет короткого взлета и посадки по патенту РФ на изобретение №2165867, включающий фюзеляж, крыло, силовую установку и органы управления, в котором двигатели размещены в передней части самолета так, что ось исходящих газов и эжектируемого при этом воздуха расположена по касательной к верхней поверхности крыла, выполненного М-образным и прикрепленного к фюзеляжу в нижней его задней части.
Прототип характеризуется повышенной подъемной силой, однако в нем не в полной мере используются потенциальные возможности конструкции ввиду больших потерь на трение от фюзеляжа и на необдуваемой части крыла, а также малой эффективности органов управления при маневрировании на малых скоростях. Кроме того, известный беспилотный самолет имеет ограниченные функциональные возможности, обусловленные его способностью осуществлять короткий взлет и посадку только по самолетному типу без возможности вертикального взлета и посадки и взлета и посадки на воду.
Задачей настоящего изобретения является создание конструкции беспилотного самолета с вертикальным или коротким взлетом и посадкой, обладающего более высокой маневренностью и более высокими летными характеристиками и расширенными функциональными возможностями за счет обеспечения возможности осуществлять короткий взлет и посадку как по самолетному типу, так и вертикальный взлет и посадку, а также взлет и посадку на воду.
Сущность заявленного технического решения заключается в следующей совокупности существенных признаков.
Беспилотный универсальный самолет вертикального или короткого взлета и посадки, включающий фюзеляж, крыло, силовую установку с воздушным винтом, органы управления и взлетно-посадочные опоры, характеризующийся тем, что фюзеляж и крыло выполнены по аэродинамической схеме «летающего крыла», силовая установка и органы управления установлены в носовой части самолета над верхней поверхностью крыла на опоре, при этом органы управления выполнены в виде переднего горизонтального оперения и переднего вертикального оперения и установлены с возможностью обдува воздушным винтом переднего горизонтального оперения и переднего вертикального оперения и верхней поверхности крыла, а взлетно-посадочные опоры выполнены в виде по меньшей мере трех симметрично расположенных телескопических опор, одна из которых снабжена рулями поворота, а две других - поворотными управляемыми подводными крыльями и шасси, при этом на нижней поверхности крыла в его передней части установлена дополнительная опора, снабженная поворотными управляемыми подводными крыльями и шасси.
Совокупность существенных признаков заявленного технического решения обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в том, что обдув воздушным винтом верхней поверхности крыла и органов управления создает дополнительную подъемную силу. Кроме того, обдув верхней поверхности крыла и дополнительных органов управления позволяет существенно улучшить маневренность самолета за счет повышения эффективности органов управления по тангажу, крену и рысканью в широком диапазоне углов атаки. Выполнение взлетно-посадочных опор в виде по меньшей мере трех симметрично расположенных телескопических опор, одна из которых снабжена рулями поворота, а две других - поворотными управляемыми подводными крыльями и шасси, и наличие на нижней поверхности крыла в его передней части дополнительной опоры, снабженной поворотными управляемыми подводными крыльями и шасси, обеспечивает заявленному беспилотному самолету возможности осуществлять короткий взлет и посадку как по самолетному типу, так и вертикальный взлет и посадку, а также взлет и посадку на воду.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид заявленного самолета, на фиг 2 - вид снизу на телескопические опоры, снабженные поворотными управляемыми подводными крыльями и шасси, на фиг. 3 - вид самолета на стартовой позиции в режиме вертикального взлета.
Беспилотный универсальный самолет вертикального или короткого взлета и посадки включает фюзеляж и крыло, выполненные по схеме «летающего крыла» 1, а также силовую установку, установленную на опоре 2 и выполненную в виде двигателя 3 и воздушного винта 4. Силовая установка установлена в носовой части крыла 1 на опоре 2 с возможностью обдува как верхней поверхности крыла 1, так и дополнительных органов управления, укрепленных на опоре 2 силовой установки и выполненных в виде переднего горизонтального оперения 5 и переднего вертикального оперения 6. Взлетно-посадочные опоры выполнены в виде по меньшей мере трех симметрично расположенных телескопических опор 7, 8 и 9. Опора 7 снабжена рулями поворота 10. Опоры 8 и 9 снабжены поворотными управляемыми подводными крыльями 11 и шасси 12. На нижней поверхности крыла 1 в его передней части установлена дополнительная опора 13, снабженная поворотными управляемыми подводными крыльями 14 и шасси 15, аналогичными крыльям 11 и шасси 12 на опорах 8 и 9.
Заявленный беспилотный самолет работает следующим образом.
Короткий взлет по самолетному типу осуществляют путем короткого разбега, на взлетном режиме силовой установки, за счет создания дополнительной подъемной силы от обдува воздушным винтом 4 верхней поверхности крыла 1 и органов управления в виде переднего горизонтального оперения 5 и переднего вертикального оперения 6. При взлете передним горизонтальным оперением 5 отклоняют вниз поток воздуха от воздушного винта 4 на верхнюю поверхность крыла 1, что создает дополнительную подъемную силу от перепада давлений на верхней и нижней поверхности крыла 1. При дальнейшем крейсерском полете обдув верхней поверхности крыла 1 и органов управления позволяет существенно улучшить маневренность самолета за счет повышения эффективности органов управления по тангажу, крену и рысканью в широком диапазоне углов атаки. Посадку с коротким пробегом, на высоких углах атаки, осуществляют также путем отклонения переднего горизонтального оперения 4 вниз, но на малых оборотах двигателя. При касании шасси 12 и 15 полотна аэродрома переднее горизонтальное оперение 5 поднимают вверх, производя торможение самолета.
Короткий взлет по самолетному типу с воды осуществляют с помощью поворотных управляемых подводных крыльев 11 на опорах 8 и 9, а также поворотных управляемых подводных крыльев 14 на опоре 13, которые поворачивают на требуемый угол атаки, создавая подъемную силу при их движении в воде. После отрыва от воды движение самолета осуществляется аналогично вышеуказанному. При посадке на воду поворотные управляемые крылья 11 и 14 поворачивают на требуемый угол атаки, создавая подъемную силу при их движении в воде
Вертикальный взлет осуществляют из позиции, когда самолет установлен вертикально на трех телескопических опорах 7, 8 и 9 на взлетном режиме силовой установки с использованием переднего горизонтального оперения 5 и переднего вертикального оперения 6. Вертикальную посадку осуществляют на телескопические опоры 6, 7 и 8, выполненные, например, с использованием пневматики.