RU2711768C1 - Aircraft - Google Patents

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly, to aircraft with vertical takeoff and landing. Aircraft with vertical take-off and landing includes fuselage (1) with cabin and power plant (3). Above the fuselage on the common base, in series, one after the other, two modules A and B are fixed, consisting of two or more fans (4) with air ducts (5), directing air flow to rotating cylinder (7), which, implementing the Magnus effect, creates aerodynamic forces.

EFFECT: higher specific lift, energy efficiency, improved maneuverability.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к летательным аппаратам тяжелее воздуха с вертикальным взлетом и посадкой (далее аппарат), использующими подъемную силу, возникающую на вращающемся цилиндре, обдуваемым потоком воздуха (далее эффект Магнуса).The invention relates to aircraft heavier than air with vertical take-off and landing (hereinafter the apparatus), using the lifting force arising on a rotating cylinder, blown by the air flow (hereinafter the Magnus effect).

Известны летательные аппараты, например, вертолеты, оснащенные для создания подъемной силы, одним или несколькими несущими винтами. Недостатком этих аппаратов является большой размер пространства, ометаемый несущими винтами, что значительно превышает габариты фюзеляжа и создает опасность зацепления указанных винтов, при малой высоте полета или зависания, за встречные предметы (деревья, здания и пр.), а при посадке требует площадку значительных размеров.Known aircraft, for example, helicopters, equipped to create a lifting force, one or more rotors. The disadvantage of these devices is the large size of the space swept by the rotors, which significantly exceeds the dimensions of the fuselage and creates the danger of these screws catching, at low altitude or hovering, for oncoming objects (trees, buildings, etc.), and when landing requires a site of considerable size .

Также известен летательный аппарат по патенту РФ 2574873 имеющий меньшие габариты в сравнении с вертолетом, создающий подъемную силу за счет, встроенных внутри, аэродинамических крыльев, обдуваемых воздухом из вентиляторов. Этому аппарату необходимы тянущие винты. Как у вертолета, так и у летательного аппарата по патенту РФ 2574873 вертикальная подъемная сила создается набегающим потоком воздуха на аэродинамическое крыло (лопасть винта у вертолета) и эта подъемная сила почти на порядок меньше чем подъемная сила, возникающая при обтекании с такой же скоростью воздухом вращающегося цилиндра (эффект Магнуса) в предлагаемом изобретении.Also known is the aircraft according to the patent of the Russian Federation 2574873 having smaller dimensions in comparison with a helicopter, creating a lifting force due to the aerodynamic wings integrated inside, blown by air from the fans. This machine needs pulling screws. Both in a helicopter and in an aircraft according to RF patent 2574873, vertical lifting force is created by an incoming air flow on the aerodynamic wing (helicopter rotor blade) and this lifting force is almost an order of magnitude smaller than the lifting force that occurs when air rotates around the same speed cylinder (Magnus effect) in the present invention.

Известна подъемно-транспортная система по патенту РФ 2272748 использующая эффект Магнуса для создания аэродинамической силы на самолетах больших габаритов и большой грузоподъемности. Недостатком указанной подъемно-транспортной системы является невозможность использования ее на малых воздушных судах.Known lifting and transport system according to the patent of the Russian Federation 2272748 using the Magnus effect to create aerodynamic force on large aircraft and large payloads. The disadvantage of this lifting and transport system is the inability to use it on small aircraft.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков. Это достигается тем, что над фюзеляжем 1 аппарата с кабиной и силовой установкой 3 закреплены на общем основании, последовательно один за другим, два модуля А и Б, состоящих из двух или более вентиляторов 4 с воздуховодами 5 направляющими воздушный поток на вращающийся цилиндр 7, каждый из которых, реализуя эффект Магнуса, создают аэродинамические силы необходимые для обеспечения грузоподъемности и горизонтального перемещения аппарата. Подъемная сила, возникающая на предлагаемом аппарате, возрастает с увеличением скорости вращения цилиндра и скорости горизонтального перемещения аппарата. Также аппарат не имеет резко выступающих частей, которые мешали бы при взлете или посадке в тесных условиях, например, в тайге.The aim of the present invention is to remedy these disadvantages. This is achieved by the fact that over the fuselage 1 of the apparatus with the cabin and power unit 3 are fixed on a common base, sequentially one after another, two modules A and B, consisting of two or more fans 4 with air ducts 5 directing the air flow to the rotating cylinder 7, each of which, realizing the Magnus effect, they create the aerodynamic forces necessary to ensure the carrying capacity and horizontal movement of the apparatus. The lifting force arising on the proposed device increases with increasing speed of rotation of the cylinder and the speed of horizontal movement of the device. Also, the device does not have sharply protruding parts that would interfere with take-off or landing in tight conditions, for example, in the taiga.

Сущность настоящего изобретения поясняется принципиальной схемой компоновки аппарата: на фиг. 1 аппарат, вид сбоку и на фиг 2 аппарат, вид сверху.The essence of the present invention is illustrated in the schematic diagram of the layout of the apparatus: in FIG. 1 apparatus, side view and FIG. 2 apparatus, top view.

Летательный аппарат состоит из фюзеляжа 1 с кабиной, пультом управления 2 и силовой установкой 3, над которым, закрепленные на общем основании, последовательно один за другим, установлены два модуля А и Б, состоящие из двух или более вентиляторов 4 с воздуховодами 5, разделенными продольными перегородками 6 на два или более каналов, направляющих воздушный поток на вращающийся цилиндр 7. Направление вращения цилиндра указано стрелкой. Для улучшения «прилипания» воздуха к поверхности вращающихся цилиндров 7 они оснащены не только концевыми шайбами, но и, шайбами 8, часто расположенными по всей длине цилиндров 7The aircraft consists of a fuselage 1 with a cockpit, a control panel 2 and a power plant 3, above which, mounted on a common base, successively one after the other, two modules A and B are installed, consisting of two or more fans 4 with air ducts 5 separated by longitudinal by partitions 6 to two or more channels directing the air flow to the rotating cylinder 7. The direction of rotation of the cylinder is indicated by the arrow. To improve the "adhesion" of air to the surface of the rotating cylinders 7, they are equipped not only with end washers, but also with washers 8, often located along the entire length of the cylinders 7

При работе на земле аппарат располагается под некоторым углом α, как показано на фиг. 1. Включаются одновременно все вентиляторы 4 и вращающиеся цилиндры 7 обоих модулей А и Б. Воздух из воздуховодов 5 обдувает вращающиеся цилиндры 7 и, реализуя эффект Магнуса, создает подъемную силу, направленную вверх под углом α к вертикали. Эту силу можно разложить на две составляющие: вертикальную подъемную силу, преодолевающую силу тяжести, и горизонтальную силу тяги, преодолевающую реактивную силу воздушного потока из вентиляторов 4, чтобы аппарат не совершал горизонтальное перемещение, находясь на земле и во времени подъема (или зависания).When working on the ground, the apparatus is located at a certain angle α, as shown in FIG. 1. All fans 4 and rotating cylinders 7 of both modules A and B are turned on at the same time. Air from the air ducts 5 blows around the rotating cylinders 7 and, realizing the Magnus effect, creates a lifting force directed upward at an angle α to the vertical. This force can be decomposed into two components: the vertical lifting force, which overcomes the force of gravity, and the horizontal traction force, which overcomes the reactive force of the air flow from the fans 4, so that the device does not perform horizontal movement while on the ground and during the rise (or hovering).

При наборе необходимой высоты плавно уменьшают скорость вращения вентиляторов 4 или цилиндра 7 носового модуля (модуля А). В результате этого процесса осуществляется тангаж на нос. При этом горизонтальная сила тяги на цилиндрах 7 меняет направление на противоположное и суммируется с силой тяги от работы потока воздуха из вентиляторов 4. Начинается движение аппарата по горизонтали вперед.When you set the required height, the rotation speed of the fans 4 or the cylinder 7 of the nose module (module A) is smoothly reduced. As a result of this process, pitch is carried out on the nose. In this case, the horizontal thrust on the cylinders 7 changes direction and is summed up with the thrust from the work of the air flow from the fans 4. The apparatus begins to move horizontally forward.

При нарастании горизонтальной скорости аппарата происходит суммирование скорости встречного воздуха, скорости потока воздуха из вентиляторов 4 и окружной скорости вращающихся цилиндров 7, что вызывает увеличение подъемной силы и силы тяги от дополнительного действия эффекта Магнуса. Это позволяет экономить затрачиваемую мощность силовой установки 3, которая питает электроэнергией электродвигатели вентиляторов 4 и вращающихся цилиндров 7. Использование электроэнергии дает возможность тонко регулировать скорости их вращения.When the horizontal speed of the apparatus increases, the oncoming air velocity, the air flow rate from the fans 4 and the peripheral speed of the rotating cylinders 7 are summed up, which causes an increase in the lifting force and traction force from the additional action of the Magnus effect. This saves the expended power of the power plant 3, which supplies electric power to the electric motors of the fans 4 and the rotating cylinders 7. The use of electricity makes it possible to finely control their rotation speeds.

Также возможно движение аппарата назад. Для этого маневра плавно увеличивают тангаж на корму на угол более угла α.It is also possible to move the device back. For this maneuver, the pitch of the stern is gradually increased by an angle greater than the angle α.

Управление «право-лево» осуществляется при помощи рулей 10, размещенных в потоке воздуха за кормой.Management "right-left" is carried out using the rudders 10 located in the air stream behind the stern.

Посадка аппарата осуществляется в обратном порядке: медленно уменьшают скорость вращения вентиляторов 4 или цилиндра 7 кормового модуля (модуля Б). При росте тангажа на корму, снижается сила тяги вперед, аппарат замедляет движение по горизонтали и останавливается. Постепенное уменьшение скорости вращения одновременно всех вентиляторов 4 и цилиндров 7 позволит снизить высоту и осуществить посадку.Landing the apparatus is carried out in the reverse order: slowly reduce the speed of rotation of the fans 4 or cylinder 7 of the aft module (module B). With an increase in pitch to the stern, the forward thrust force decreases, the apparatus slows down the horizontal movement and stops. A gradual decrease in the rotation speed of all fans 4 and cylinders 7 at the same time will reduce the height and land.

Для того чтобы управлять креном, углом тангажа, маневрами взлета, посадки и зависания аппарата, указанные модули расположены последовательно один за другим над фюзеляжем 1(фиг. 1 и фиг. 2). Например, при возникновении крена на правый борт, на левом борту уменьшают скорость вращения вентиляторов 4 левого борта или открывают клапаны 9 на левом борту для сброса воздуха из крайних левых каналов, что приводит к некоторой потере подъемной силы на левом борту аппарата и крен выравнивается. Этот маневр может осуществляться автоматически при отклонении от вертикали. Для управления углом тангажа плавно изменяют скорость вращения вентиляторов 4 или цилиндра 7 одного из модулей.In order to control the roll, pitch angle, maneuvers of takeoff, landing and hovering of the apparatus, these modules are arranged sequentially one after another above the fuselage 1 (Fig. 1 and Fig. 2). For example, if there is a roll on the starboard side, on the port side, the speed of rotation of the left side fans 4 is reduced or valves 9 on the port side are opened to vent air from the left port channels, which leads to some loss of lift on the port side of the apparatus and the bank is leveled. This maneuver can be carried out automatically when deviating from the vertical. To control the pitch angle, the rotation speed of the fans 4 or cylinder 7 of one of the modules is smoothly changed.

Теоретические расчеты для предлагаемого летательного аппарата показали следующие летные характеристики: при использовании на каждом модуле (А и Б) по четыре общепромышленного назначения вентилятора ОВ120, рекомендуемых лабораторией ЦАГИ, диаметром 0,5 м. вращающихся со скоростью 5000 оборотов в минуту и цилиндров диаметром 0,4 м. при длине 2,4 м. и вращающихся со скоростью 6000 оборотов в минуту необходима суммарная мощность 85 кВт, обеспечивающая подъемную силу при взлете и зависании 2450 кгс; то есть затрачивается 0,034 кВт на 1 кгс веса аппарата. При горизонтальном полете эта величина заметно уменьшится.Theoretical calculations for the proposed aircraft showed the following flight characteristics: when each module (A and B) is used, four general-purpose fans ОВ120, recommended by TsAGI laboratory, 0.5 m in diameter, rotating at a speed of 5000 rpm and cylinders with a diameter of 0, 4 m. With a length of 2.4 m. And rotating at a speed of 6000 revolutions per minute, a total power of 85 kW is required, providing lifting force when taking off and freezing 2450 kgf; that is, 0.034 kW is spent per 1 kgf of apparatus weight. With horizontal flight, this value will decrease markedly.

Claims (1)

Летательный аппарат тяжелее воздуха с вертикальным взлетом и посадкой, использующий подъемную силу, возникающую при обдувании воздухом вращающегося цилиндра, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пространства, необходимого для взлета и посадки, увеличения энергетической эффективности силовой установки и маневренности летательного аппарата, состоит из фюзеляжа с кабиной и силовой установкой, над которым на общем основании закреплены последовательно один за другим два модуля, каждый из которых содержит два или более вентиляторов с воздуховодами, направляющими воздушный поток на горизонтально расположенный цилиндр, и эти цилиндры, вращаясь в воздушном потоке, создают аэродинамические силы, необходимые для обеспечения грузоподъемности и горизонтального перемещения летательного аппарата.The aircraft is heavier than air with vertical take-off and landing, using the lifting force that occurs when air is blown around a rotating cylinder, characterized in that, in order to reduce the space required for take-off and landing, to increase the energy efficiency of the power plant and the maneuverability of the aircraft, it consists of a fuselage with a cabin and a power plant, over which two modules are sequentially fixed one after the other on a common base, each of which contains two or more fans with air ducts directing the air flow to a horizontally located cylinder, and these cylinders, rotating in the air flow, create the aerodynamic forces necessary to ensure the carrying capacity and horizontal movement of the aircraft.

Images