RU2016116381A - Беспилотный кольцесинхрокоптер - Google Patents

Claims (5)

1. Беспилотный кольцесинхрокоптер, имеющий снаружи круглого крыла четыре гондолы, на концах трех из них имеются двигатели, приводящие посредством трансмиссии с размещением на конце внутреннего фюзеляжа соосные винты, создающие по оси симметрии взлетную и маршевую тягу соответственно для выполнения вертикального взлета/посадки (ВВП) и горизонтального крейсерского полета, снабжен четырехопорным шасси неубирающимся с амортизационными стойками, смонтированными на концах четырех гондол, отличающийся тем, что он выполнен по аэродинамической схеме "бесхвостка" с упомянутым кольцевым корпусом-крылом, снабженным с взаимно перпендикулярными четырьмя стреловидными консолями крестообразного внешнего крыла, смонтированного, не выходя за заднюю кромку корпуса-крыла, на концах упомянутых разновеликих гондол, и концепции ярусного расположения перекрещивающихся винтов (ЯРПВ) в схеме ЯРПВ-Х2×2 с противоположным в ней вращением винтов как в верхней поперечной, так и в нижней продольной их парах, установленных на удлиненных V-образных выходных валах, образуя как бы V-образные редукторы, наклоненных на углы 15° от вертикали соответственно как от, так и вдоль плоскости симметрии по оси Х-Х при вертикальном положении корпуса-крыла, имеющего в его центре масс главный редуктор, смонтированный внутри корпуса-крыла на профилированных ребрах жесткости и стреловидных секциях внутреннего крыла, имеющего угол стреловидности по передней кромке равный χ=15° и размещенного в плоскости горизонтальных стреловидных консолей внешнего крыла, оснащенных элевонами и на законцовках парой телевизионных камер заднего видового обзора, при этом вертикальные стреловидные консоли внешнего крыла, снабженные рулями направления, смонтированы на соответствующих более длинных гондолах, выполненных в виде удобообтекаемых продольных пилонов, вынесенных за переднюю кромку корпуса-крыла, имеющую с углом стреловидности χ=15° плавно сопряженную конфигурацию с разновеликими гондолами, и оснащенных спереди оптическими гиростабилизированными фото-видео системами с обзорностью 270 градусов, нижняя из которых работает в инфракрасном диапазоне, а две менее длинные мотогондолы, вынесенные за переднюю кромку корпуса-крыла, снабжены в передней их частях соответствующими воздухозаборниками двух двигателей, причем вертикальное положение корпуса-крыла с ярусной поперечно-продольной несущей схемой, выполненной с двухлопастными винтами, имеющими как жесткое крепление лопастей и без изменения циклического их шага, так и возможность изменения общего их шага и установки их лопастей во флюгерное положение после их остановки и фиксации, предопределяет то, что оси вращения винтов, отклоненные от вертикальной оси соответствующего V-образного редуктора размещены таким образом, что лопасти поперечной группы винтов размещены по оси Z-Z и параллельно оси Х-Х, а лопасти продольной группы винтов в свою очередь размещены по оси Х-Х и параллельно оси Z-Z, при этом между равновеликими винтами, имеющими от всех несущих винтов компенсацию реактивных крутящих их моментов при противоположном направлении их вращения и в поперечной, и продольной группе винтов, но и одинакового их вращения между отдельными винтами поперечной и продольной их групп при вертикальном положении корпуса-крыла и виде сверху как по часовой стрелке, так и против, например, между винтами, размещенными как по осям Z-Z и Х-Х, так и параллельно этим осям соответственно, что обеспечивает создание более плавного обтекания воздушным потоком от соответствующих винтов внутренней поверхности кольцевого корпуса-крыла и стреловидного внутреннего крыла, причем с целью обеспечения возможности выполнения короткого взлета и посадки (КВП) при горизонтальном расположении корпуса-крыла он снабжен, выполненным по велосипедной схеме четырехопорным колесным шасси, использующим наряду двух вспомогательных колес, смонтированных на концах левой и правой мотогондол, выполненных с удлиненными стойками и убирающимися в соответствующие задние ниши мотогондол, оснащен носовой и кормовой дополнительными основными его опорами с неубирающимися амортизационными колесами, смонтированными в соответствующих частях нижнего продольного пилона, оснащенного складывающейся нижней консолью внешнего крыла, обеспечивающей свободное вращение кормового колеса по поверхности при осуществлении взлетно-посадочных режимов, при этом он снабжен возможностью преобразования его полетной конфигурации с вертолета четырехвинтовой поперечно-продольной несущей схемы при вертикальном расположении его корпуса-крыла в полетную конфигурацию при горизонтальном расположении корпуса-крыла двухвинтового кольцеплана, имеющего отключенные от трансмиссии поперечные винты, лопасти которых установлены во флюгерное положение и зафиксированы с отклонением влево и вправо от плоскости симметрии соответственно параллельно передней кромке корпуса-крыла и плоскости симметрии, оснащен движительной продольной системой с двумя задними по полету винтами, размещенными вдоль плоскости симметрии и представляющими собой как бы перекрещивающиеся толкающие импеллеры, создающие маршевую тягу для скоростного крейсерского полета с обеспечением как третьей большей, так и второй средней или первой меньшей скорости соответственно после как вертикального, так и короткого взлета в перегрузочном его варианте на 7% или 15% больше от нормального взлетного веса при работающем одном двигателе, выдающем соответственно как 70%, так и 75% или 80% от взлетной его мощности, которая в свою очередь поровну перераспределяется через главный редуктор на задние толкающие импеллеры, но и обратно, причем система трансмиссии, включающая главный редуктор, имеющий при горизонтальном расположении корпуса-крыла и фронтальном виде как бы крестообразную его конфигурацию и обеспечивающий передачу взлетной мощности, например, от газотурбинных двигателей (ГТД), расположенных в передней части соответствующих мотогондол и имеющих задний вывод вала для отбора взлетной их мощности и ее передачи посредством левого и правого Г-образных угловых редукторов и соответствующих синхронизирующих валов, проложенных в носке внутреннего крыла, к входным валам главного редуктора, выходные передний и задний валы которого связаны посредством электромагнитных синхронизирующих муфт сцепления с соответствующими синхронизирующими V-образными редукторами, смонтированными совместно с главным редуктором в общем обтекателе, выполняющим как бы роль центрального тела кольцеплана, и имеющими выходные V-образные валы в обтекателях с соответствующими перекрещивающимися винтами, при этом каждый из ГТД, образуя синхронизирующую систему, снабжен муфтой свободного хода, выдающей, отключая от топливной системы и трансмиссии в горизонтальном скоростном полете любой избыточный ГТД и один любой в случае его отказа или оба ГТД при их совместном отказе, управляющий сигнал на автоматическое как изменение полетной конфигурации в кольцеплан с горизонтальным положением корпуса-крыла, так и выполнение отклонения элевонов и рулей направления на консолях внешнего крыла на соответствующие углы, изменяющиеся соответственно от скорости и высоты полета для поддержания корпуса-крыла в строго горизонтальном его положении при аварийной посадке с зафиксированными винтами во флюгерном их положении, а для повышения безопасности верхний продольный пилон, имеющий в верхней автоматически раскрываемой части контейнер с вытяжным и основным парашютами, стропы последнего закреплены на боковой части корпуса-крыла над центром масс, что обеспечивает, защищая от ударной нагрузки совместно с энергопоглощающими стойками соответствующего выпущенного колесного шасси, допустимое уменьшение скорости снижения до 7 м/с, что смягчает приземление при аварийной посадке на парашютной спасательной системе со всеми винтами, установленными во флюгерное положение и зафиксированными тормозами винтов.

2. Беспилотный кольцесинхрокоптер по п. 1, отличающийся тем, что с целью исключения главного редуктора с валами трансмиссии его электрическая силовая установка (ЭСУ), выполненная по параллельно-последовательной гибридной технологии силового привода двойного вращения, смонтированная в обтекателе центрального тела, снабжена биротативным электродвигателем (БЭД), обеспечивающим вращение и статора, и ротора в противоположные стороны, выходные валы которых, направленные также в противоположные стороны, соединены с нагрузкой для передачи крутящего момента и вращательно связаны с упомянутыми V-образными редукторами винтов, но и оснащена как вспомогательно-зарядной ЭСУ, включающей обратимый электромотор-генератор (ОЭМГ) с валом ротора, выходящим в противоположные стороны для передачи крутящего момента и вращательно связанным соосно с выходным и входным валами соответственно БЭД, вращаемого от его статора, и упомянутой электромагнитной синхронизирующей муфты сцепления V-образного редуктора поперечных винтов, так и системой управления электропривода, включающей все аккумуляторные быстро перезаряжаемые батареи и водородно-воздушные топливные элементы, преобразователь энергии с блоком управления силовой передачи, подключающим и отключающим БЭД и ОЭМГ, а также переключающим дополнительную как электрическую, так и генерирующую мощность ОЭМГ соответственно при его работе как в режиме электромотора и при передаче пиковой мощности совместно с БЭД на V-образный редуктор соответствующих поперечных винтов для выполнения ВВП или зависания в перегрузочном варианте и при этом с его питанием от аккумуляторов и топливных элементов совместно с БЭД, так и в режиме электрогенератора для подзарядки аккумуляторов от ОЭМГ, который после выполнения ВВП и переходного маневра при горизонтальном положении корпуса-крыла, но и отключения передних винтов по полету от трансмиссии и при полетной конфигурации двухвинтового кольцеплана обеспечивает способ генерации электрической номинальной мощности только от внутреннего источника энергии - выходной вал, вращаемый от статора БЭД, получающий электроэнергию при этом только от топливных элементов и одновременно передающий крутящий момент с выходного вала, вращаемого от ротора БЭД, на входной вал V-образного редуктора соответствующих продольных винтов, при этом левая и правая мотогондолы, выполненные в виде соответствующих быстро съемных обтекателей, имеющих специальные внутренние каркасы для совместно смонтированных аккумуляторных батарей и топливных элементов, установленных соответственно от переднего и заднего конца до середины каждого обтекателя и подключенных посредством коммутационных специальных делителей мощности к БЭД и ОЭМГ таким образом, что все аккумуляторы и топливные элементы соединены между собой последовательно и размещены соответственно в передних и задних частях левого и правого каркасов таким образом, чтобы соответственно положительные и отрицательные клеммы их полюсов соединены между собой посредством переднего и заднего контакторов, а отрицательные и положительные клеммы их полюсов соединены в средней части левого и правого каркаса совместно с делителем мощности через соответствующие переключатели режимов, левый и правый из которых включены между соответствующими минусами и плюсами клемм и которые подключают напряжение или совместно от аккумуляторов и топливных элементов и к БЭД, и ОЭМГ или только по отдельности к ОЭМГ и БЭД соответственно от аккумуляторов и топливных элементов, причем между плюсами и минусами клемм левого и правого каркасов, как топливных элементов, так и аккумуляторов на фронтальном виде включены как задний, так и передний контакторы, которые автоматически подключают и отключают напряжение как на БЭД в момент его запуска с катапульты или отстрела его в специальном контейнере с торпедного аппарата с замедлением до двух секунд и подает напряжение на БЭД при переключении его питания с топливных элементов на аккумуляторы соответственно, так и на ОЭМГ в момент выполнения ВВП или зависания в перегрузочном варианте и переключении его в режим работы электромотора соответственно, но и подключает и отключает вырабатываемое напряжение от ОЭМГ в режиме его работы как электрогенератора и подачу на аккумуляторы после срабатывания емкостного датчика соответственно при достижении (25% емкости аккумуляторов) полной их зарядке и при одновременном (подключении) отключении вращения ОЭМГ от выходного вала БЭД, вращаемого от его статора, при этом с целью возможности его использования в двух средах: в воздухе и на/под воде/водой он выполнен с полностью электрической его герметизированной ЭСУ, но и отстрела в специальном контейнере со стандартного 533-мм торпедного аппарата он оснащен автоматически складываемыми/раскладываемыми левой, правой и верхней консолями внешнего крыла как у упомянутой нижней консоли с обеспечением их размещения как бы в описываемом круге диаметром соответствующему внутреннему диаметру специального контейнера, представляющий собой как бы плавающий «бакен», находящийся в плавучем состоянии или «спящем» (по необходимости) режиме на морской поверхности так, чтобы верхняя часть, имеющая 1/3 длины от общей его длины с автоматически открываемым верхним люком, размещалась в надводном положении, а нижняя более тяжелая часть была соответственно в подводном состоянии и с автоматической катапультой, срабатываемой или по программе от бортового контроллера только после открытия верхнего люка, или по радиоканалу закрытой связи при прямой радиовидимости, или по спутниковому каналу в зоне его действия для автоматического режима без участия оператора как взлета, облета маршрута по заданным точкам, так и автоматическое изменение маршрута (по необходимости), но и режим возвращения «домой» к плавающему контейнеру и вертикальную посадку во внутрь последнего, обеспечиваемую в автоматическом режиме таким образом, что верхний полусферический люк, выполненный с четырьмя раскрываемыми секторами, образующими при их отклонении на угол 45° наружу как бы внешние направляющие для вертикальной посадки, каждая из которых срабатывает отклонение во внутрь для достижения автоматической соосности контейнера и корпуса-крыла, имеющего в нижней части в продолжении внешних бортов обтекателей выдвижной конус, выполненный в виде трубчатого корпуса как бы четырехспицевого зонта, но и осуществления его опускания во внутрь последнего, а также герметичного закрывания полусферического люка для подготовки транспортирования контейнера с ним или подводным способом специальным подводным роботом с захватом для перемещения его в отсек подводной лодки или надводным способом специальным корабельным манипулятором с захватом для перемещения его на палубу корабля.

3. Беспилотный кольцесинхрокоптер по п. 1 или 2, отличающийся тем, что с целью улучшения аэродинамических характеристик и уменьшения при скоростном горизонтальном полете лобового сопротивления профиля каждого несущего винта, связанное с уменьшением хорды на конце каждой его лопасти, имеющей саблевидную форму в плане с заостренной по направлению к ее концу каждой оживальной законцовки оптимизированной для горизонтального полета на большой скорости, представляющей собой эффективное средство для уменьшения неблагоприятных последствий сжимаемости воздуха, в частности, появления скачков уплотнения при увеличении хорды за пределами некоторого поперечного сечения, располагающегося примерно в расширяющейся зоне на участке от 5/12 до 5/6 полного радиуса каждой лопасти R и смещенной в направлении вперед таким образом, чтобы уравновесить определенное смещение назад ее оживальной законцовки, имеющей на ее конце переднюю кромку с углом стреловидности, составляющим χ=44° и способствующим появлению интенсивных и устойчивых вихрей, которые отодвигают границу срыва потока, особенно, в том случае, когда данная лопасть движется в направлении, противоположном направлению поступательного полета при зависании, при этом с целью возможности как отодвинуть границы срыва потока, так и обеспечить выигрыш в мощности на больших скоростях горизонтального полета каждая лопасть в некоторой зоне на ее конце, располагающейся на участке между от 5/6 R до полного радиуса каждой лопасти R, т.е. размаха данной лопасти с учетом заостренной ее оживальной законцовки имеет увеличенную степень некоторой линейной аэродинамической крутки с некоторой полной амплитудой, величина которой заключена в диапазоне от -7° до -12°, между центром каждого несущего винта и свободной оживальной законцовкой каждой лопасти, причем с целью возможности уменьшить нежелательные эффекты, связанные со сжимаемостью воздуха, относительная толщина профиля каждой лопасти поддерживается на уровне от 14 до 12% на той части лопасти, где хорда имеет относительно небольшую длину, т.е. до элементарного поперечного сечения, располагающегося на уровне примерно от корневой ее части до 5/12 полного размаха каждой лопасти, имеющей на полном ее размахе профили между элементарным поперечным сечением, располагающимся в зоне на участке от 5/12 полного размаха каждой лопасти до конца каждой лопасти, относительная толщина которой уменьшается как бы линейным образом, образующим двукратное ее относительное утончение до уровня от 7 до 6%, в частности, на заостренном участке между началом и концом оживальной законцовки каждой лопасти, образуя в радиальном направлении вдоль всей протяженности полного размаха как бы усеченную ее клиновидность.

4. Беспилотный кольцесинхрокоптер по п. 3, отличающийся тем, что с целью улучшения появления интенсивных вихрей, отодвигающих границу срыва потока каждая упомянутая лопасть вдоль всей протяженности ее полного размаха R разделена на ряд четных разновеликих зон как на ее верхней, так и нижней поверхностях, выполненных от ее начала соответственно как от первой все нечетные, так и от второй все четные зоны с наклеенными, отступая 7 мм от центра давления лопасти к ее передней кромке, из термопластичного полиуретана полосками, имеющими удвоенную длину от их ширины равной b=5/9 аэродинамической хорде лопасти соответствующей зоны с утонченностями передней и задней ее кромки, выполненной пилообразной, но и от толщины 0,5 мм к утонченностям каждой из трехгранных боковых сторон, выполненных как бы по радиусам соответствующей зоны, каждая из которых, начиная от конца лопасти ее четная нижняя наклейка с последующей нечетной верхней наклейкой образуют как бы синусоидальную конфигурацию вдоль полного ее размаха R.

5. Беспилотный кольцесинхрокоптер по п. 4, отличающийся тем, что с целью возможного его использования в двух средах как в воздухе, так и под водой каждая упомянутая лопасть, выполненная, например, из композиционных материалов с одновременным формованием упомянутых синусоидальных конфигураций таким образом, чтобы образованные упомянутые утонченности вдоль протяженности полного ее размаха R имели боковые стороны, выполненные по радиусу соответствующей зоны.