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

Область техники
Изобретение относится к воздушным транспортным средствам вертикального взлета и посадки и предназначено для транспортировки пассажиров и грузов по воздуху.
Уровень техники
Известны летательные аппараты вертикального взлета и посадки, содержащие фюзеляж, источник сжатого газа и газоструйные сопла, причем верхняя поверхность фюзеляжа включает центральную и периферийную по контору фюзеляжа части так, что центральная часть расположена выше периферийной а газоструйные сопла расположены под центральной частью выше периферийной части под отрицательным углом к горизонтальной плоскости и направлены в сторону периферийной части (SU 835023 A1, 23.06.1992, Аксенов Ю.В.; RU 2151717 C1, 27.06.2000, Безруков Ю.И.; RU 86560 U1, 10.09.2009, Тытаренко О.Л.; RU 2008108373 A, 10.09.2009, Пикулев Н.М.; RU 2374133 C1, 27.11.2009, Ковальчук В.А.). Общими существенными признаками известных и заявляемого летательных аппаратов является наличие фюзеляжа, источника сжатого газа и газоструйных сопел.
Наиболее близким к изобретению аналогом является аппарат для передвижения в текучей среде согласно патенту RU 2374133 C1 от 27.11.2009 (Ковальчук В.А.). Этот аналог выбран в качестве прототипа. При работе летательного аппарата согласно прототипу эффективность эжектирующего действия газовой струи снижается при движении вдоль дугообразного профиля периферийной части верхней поверхности летательного аппарата по причине увеличения расстояния от струи до верхней поверхности при подаче струи согласно прототипу по касательной к дуге профиля. Это обстоятельство уменьшает подъемную силу, что и является недостатком прототипа.
Раскрытие изобретения
В основу изобретения поставлена задача усовершенствования летательного аппарата вертикального взлета и посадки, в котором путем изменения конструкции аппарата обеспечивается возможность устранения указанного недостатка прототипа, за счет чего достигается технический результат: повышение надежности и улучшение эксплуатационных характеристик летательного аппарата.
Поставленная задача решается тем, что периферийная часть профилирована по продольному контуру струи газоструйного сопла.
Между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом существует следующая причинно-следственная связь.
Для одинаково эффективного эжектирования пространства над периферийной частью на всем пути движения над ней струи эжектирующего газа необходимо, чтобы на всем этом пути расстояние от продольного контура струи до поверхности периферийной части было одинаковым. Чем меньше это расстояние, тем больше абсолютная эффективность эжектирования (больше глубина снижения статического давления над периферийной частью, а значит, больше подъемная сила). Для повышения удельной эффективности эжектирующего газа (уменьшения массового расхода газа) следует увеличивать его температуру, например, до температуры продуктов сгорания горючего и окислителя в газогенераторе. При этом расстояние от продольного контура струи до поверхности периферийной части должно быть достаточно большим, чтобы исключить недопустимое увеличение конвективной составляющей теплового потока от струи к поверхности для предотвращения прогара поверхности. Совместным решении указанных задач устанавливают профиль периферийной части в зависимости от назначения летательного аппарата. Для летательных аппаратов, предназначенных для стратосферных полетов, приоритетной является абсолютная эффективность эжектирования и температуру газогенераторного газа уменьшают до достаточного уровня. Для летательных аппаратов, предназначенных для тропосферных полетов, приоритетной является удельная эффективность эжектирования. Профилирование периферийной части по продольному контуру струи газоструйного сопла обеспечивает эффективное эжектирующее действие струи на пути движения ее над периферийной частью, что надежно обеспечивает увеличение подъемной силы, повышает надежность и улучшает эксплуатационные характеристики летательного аппарата.
Таким образом, изобретение и в конкретных формах выполнения обеспечивает достижение указанного технического результата.
Краткое описание чертежей
Сущность предложенного изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен вид сверху летательного аппарата типа «аэромобиль», а на фиг.2 вид сверху летательного аппарата типа «аэробус» модульной конструкции; на фиг.3 изображен разрез А-А на фиг.1 и фиг.2 при использовании забортного воздуха, на фиг.4 изображен разрез А-А на фиг.1 при автономном бортовом источнике газа.
Осуществление изобретения
Летательный аппарат вертикального взлета и посадки содержит фюзеляж 1 (фиг.1, 2), источник сжатого газа 2 и газоструйные сопла 3, (фиг.3, 4), верхняя поверхность фюзеляжа включает центральную 4 и периферийную 5 по контуру фюзеляжа части, центральная часть 4 расположена выше периферийной части 5. Газоструйные сопла 3 расположены под центральной частью 4 выше периферийной части 5 под отрицательным углом к горизонтальной плоскости. При этом периферийная часть профилирована по продольному контуру струи газоструйного сопла. На фиг.1, 2, 3, 4 видно, что на поверхности летательного аппарата отсутствуют любые детали и оперения, загромождающие пространство, что обеспечивает возможность всеазимутальности его полета без изменения его ориентации в пространстве. В качестве источника сжатого газа (фиг.3) может быть использована система газогенераторной схемы, включающая газотурбинный компрессор 6, газогенератор 7 и бак с горючим 8, расположенные в шахте 9 летательного аппарата. Газогенераторная схема позволяет увеличить объем газа, подаваемого на газоструйные сопла, а также увеличить его удельную эффективность за счет повышения температуры в газогенераторе. Газотурбинный компрессор 6 является автономным агрегатом, работающим на стационарном режиме, так как переменные режимы для такой техники вредны и приводят к быстрой поломке. Все переменные режимы берет на себя газогенератор, режим которого определяется подачей в него горючего.
Модульная конструкция летательного аппарата типа «аэробус» (фиг.2) позволяет исключить катастрофический исход отказа одного или нескольких источников сжатого газа за счет компенсации источниками сжатого газа других модулей.
Пространство 10 под центральной частью поверхности (фиг.3, 4) может быть использовано в качестве отсека экипажа с размещением в нем систем управления, а пространство 11 под периферийной частью может быть использовано в качестве грузопассажирского отсека. Для летательных аппаратов типа «аэромобиль» массового индивидуального пользования отсек экипажа 10 и грузопассажирский отсек 11 могут быть совмещены так, что под центральной частью останутся только газоструйные сопла 3.
Установка на борту летательного аппарата автономной системы получения сжатого газа (фиг.4), включающей бак с жидким кислородом 12, бак с жидким водородом 13, газогенератор 7 и плазмогенератор 14, позволяет полностью исключить влияние внешней среды на работу источника сжатого газа, сделать его экологически чистым и применить плазму в качестве эжектирующего газа без использования вспомогательных внешних устройств типа электродов и т.п.
При этом во всех случаях периферийная часть 5 верхней поверхности летательного аппарата защищена теплозащитным покрытием 15.
При работе летательного аппарата (фиг.3) производят запуск газотурбинного компрессора 6 и выводят его на стационарный режим согласно заданию (в зависимости от веса груза). Воздух от компрессора 6 и горючее от бака 8 подают в газогенератор 7 и производят запуск (зажигание) газогенератора 7. Газогенераторный газ от газогенератора 7 поступает на газоструйные сопла 3 и далее в сторону периферийной части 5, над которой происходит снижение статического давления в результате эжектирующего действия струй от газоструйных сопел, что приводит к возникновению некоторой подъемной силы. Далее увеличивают подачу горючего от бака 8 в газогенератор 7, подъемная сила нарастает, преодолевает вес летательного аппарата, начинается подъем летательного аппарата и его дальнейший полет. Посадку летательного аппарата осуществляют после остановки горизонтального движения уменьшением подачи горючего от бака 8 в газогенератор 7.
Так осуществляется вертикальный взлет и посадка летательного аппарата с периферийной частью, профилированной по продольному контуру струи газоструйного сопла, что повышает надежность и улучшает эксплуатационные характеристики летательного аппарата.