RU2762441C1 - Летательный аппарат вертикального взлета и посадки со вспомогательными воздушными винтами для управления полетом - Google Patents
Летательный аппарат вертикального взлета и посадки со вспомогательными воздушными винтами для управления полетом Download PDFInfo
- Publication number
- RU2762441C1 RU2762441C1 RU2021114715A RU2021114715A RU2762441C1 RU 2762441 C1 RU2762441 C1 RU 2762441C1 RU 2021114715 A RU2021114715 A RU 2021114715A RU 2021114715 A RU2021114715 A RU 2021114715A RU 2762441 C1 RU2762441 C1 RU 2762441C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- propellers
- plane
- wing
- control
- main
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/04—Helicopters
- B64C27/08—Helicopters with two or more rotors
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/22—Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft
- B64C27/26—Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft characterised by provision of fixed wings
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C29/00—Aircraft capable of landing or taking-off vertically, e.g. vertical take-off and landing [VTOL] aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к авиации, конкретно к многовинтовым винтокрылым летательным аппаратам вертикального взлета и посадки, а именно к гибридным мультикоптерам с крыльями, в которых в качестве дополнительного средства управления полетом используются вспомогательные воздушные винты, расположенные на концах крыльев и имеющие меньшую мощность, чем основные винты, создающие тягу. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки со вспомогательными воздушными винтами для управления полетом содержит фюзеляж, кабину для экипажа, основное крыло, заднее крыло или оперение, основные винтомоторные группы для создания подъемной силы и тяги, энергетическую установку для электропитания, систему управления, авионику и иные системы обеспечения полета и безопасности. При этом на концах основного крыла установлены пары воздушных винтов таким образом, что плоскость вращения одной пары воздушных винтов, предназначенных для управления по крену, совпадает с плоскостью основного крыла, а плоскость вращения другой пары воздушных винтов, установленных в каналах на торцах основного крыла и предназначенных для управления по рысканью, расположена нормально к плоскости основного крыла. Для управления по тангажу воздушные винты установлены спереди фюзеляжа и на заднем крыле, так что плоскости вращения этих винтов совпадают с плоскостью заднего крыла. Положительный эффект состоит в повышении маневренности и снижении энергетических потерь при управлении полетом. 6 ил.
Description
Область техники
Изобретение относится к авиации, конкретно к многовинтовым винтокрылым летательным аппаратам (ЛА) с вертикальным взлетом и посадкой, а именно к гибридным мультикоптерам с крыльями, на которых установлены основные воздушные винты для создания тяги и вспомогательные винты меньшей мощности для управления полетом.
В изобретении предлагается новая конструкция гибридного мультикоптера, в которой в дополнение к основным несущим винтам, предлагается использовать вспомогательные винты меньшей мощности, с разделением между первыми и вторыми винтами функций создания силы тяги и повышения эффективности управления полетом.
Предшествующий уровень техники
Известные базовые конструкции мультикоптеров обычно содержат одинаковые воздушные винты, которые используются как для создания силы тяги, так для управления полетом, или, другими словами, управления результирующим вектором тяги за счет контролируемого изменения силы тяги каждого винта соответствующим изменением частоты его вращения.
Например, в патенте US 10974827 заявлен ЛА с шестью поворотными воздушными винтами, которые вращаются электродвигателями с частотой, задаваемой полетным контроллером. Этот ЛА показан в режимах вертикального взлета и круизного полета на Фиг. 1(a) и Фиг. 1(b), соответственно.
Такой подход является оправданным для малоразмерных гибридных мультикоптеров с винтомоторными группами с малой мощности и малой инерционностью. При переходе к ЛА с большими размерами и массой, функции создания силы тяги (подъемной силы) и управления движением целесообразно разделить между различными системами.
В качестве наглядного аналога можно привести гибридный ЛА (US 10894591), показанный на Фиг. 2. Подъемная сила этого крупноразмерного и массивного ЛА создается легким газом в объемной гандоле, а управление полетом осуществляется воздушными пропеллерами, размеры которых и создаваемая тяга значительно меньше размеров ЛА и удерживающей его подъемной силы, соответственно. При этом, управляющие воздушные винты расположены на длинных кронштейнах, используемых в качестве рычагов для поворота ЛА.
Известен гибридный ЛА с большим центральным воздушным винтом, создающим подъемную силу и тягу, и, кроме того, имеющим крылья, оперение, закрылки, управляющие направлением движения в полете. Отличительным элементом ЛА, предложенным в патенте US 9611037, является дополнительный электрический вентилятор, встроенный в оперение, как показано на Фиг. 3, для управления углом рысканья при малых скоростях полета. В аварийной ситуации при отсутствии электропитания этот вентилятор вращается запасенным в баллоне сжатым воздухом.
Близким аналогом к заявляемому изобретению является ЛА, представленный в патенте US 10676180, в котором предложен мультироторный ЛА с большим центральным подъемным вентилятором в канале (турбофан) и четырьмя малыми канальными вентиляторами, которые управляют полетом ЛА (Фиг. 4). В данном изобретении предлагается использование в больших мультикоптерах и гибридных ЛА вертикального взлета и посадки воздушных винтов, существенно различающихся по мощности, одни из которых - большой мощности - используются для создания подъемной силы и/или силы тяги, а другие - меньшей мощности - для управления полетом.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является вертолет с дополнительным подъемным крылом, представленный в патенте US 2018281936 (Фиг. 6). Подъемная сила ЛА создается основным несущим винтом. На концах крыльев ЛА расположены канальные вентиляторы, улучшающие управляемость ЛА, создавая вращающий момент вокруг вертикальной оси вертолета, что позволяет управлять рысканьем. Однако, управление креном и тангажем ЛА осуществляется за счет основного винта. Что является недостатком такой конструкции ЛА.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1. Электрический конвертоплан с шестью одинаковыми винтомоторными группами, способными к повороту из горизонтального положения (а) при взлете и посадке, в вертикальное положение (b) при круизном полете. Патент US 10974827 (аналог).
Фиг. 2. Гибридный ЛА вертикального взлета и посадки с гондолой, наполненной газом (легче воздуха) и с воздушными винтами на кронштейнах для управления движением ЛА. Патент US 10894591 (аналог).
Фиг. 3. Канальный вентилятор, встроенный в оперение гибридного ЛА вертикального взлета и посадки с большим центральным несущим винтом. Используется для управления углом рысканья на малых скоростях. Патент US 9611037 (аналог).
Фиг. 4. ЛА вертикального взлета и посадки с большим центральным канальным вентилятором, создающим подъемную силу, и четырьмя малыми вентиляторами, используемые для управления полетом. Патент US 10676180 (прототип).
Фиг. 5. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки с расположенными на концах крыльев вспомогательными воздушными винтами для управления полетом.
Фиг. 6. Вертолет с дополнительным подъемным крылом на концах которого установлены дополнительные канальные вентиляторы, улучшающие управляемость ЛА в плоскости крыла. Патент US 2018281936 (прототип).
Раскрытие сущности изобретения
Технической задачей изобретения является повышение качества управления полетом тяжелых гибридных мультикоптеров и ЛА вертикального взлета и посадки.
Решение технической задачи состоит в дополнительном оснащении ЛА вспомогательными воздушными винтами, потребляемая мощность и инерционность которых существенно меньше, чем у основных пропеллеров, создающих тягу.
Технический результат изобретения заключается в повышении управляемости ЛА за счет более высокого быстродействия и меньшего энергопотребления вспомогательных пропеллеров по сравнению с основными воздушными винтами, создающими тягу, а также за счет более рационального размещения основных и вспомогательных винтов в конструкции ЛА.
На Фиг. 5 в качестве иллюстрации представлен один из возможных вариантов реализации ЛА вертикального взлета и посадки со вспомогательными воздушными винтами для управления полетом, расположенными на концах основного крыла, а именно, в плоскости крыла (1, 2) и на его торцах (3, 4), а также в плоскости заднего крыла, на его концах (5, 6) и ниже кабины экипажа перед фюзеляжем (7).
Пропеллеры (1) и (2), расположенные в плоскости основного крыла на его концах, создают при вращении тягу вверх (подъемную силу), могут, при независимом управлении частотой вращения каждого из этих попеллеров, использоваться для управлением креном ЛА. При этом сила тяги каждого из этих пропеллеров действует на ЛА через крыло, как через рычаг. С целью использования максимального рычага для силы тяги, создаваемой вспомогательным пропеллером, пропеллеры стремятся разместить на максимальном удалении от центра масс ЛА.
Плоскость вращения канальных вентиляторов (3) и (4), расположенных на концах основного крыла, ориентирована нормально к плоскости крыла. Эти канальные вентиляторы создают силы тяги, стремящиеся повернуть ЛА в плоскости основных крыльев. Управление результирующей силы тяги этих канальных вентиляторов позволяет управлять рысканием ЛА. Как и в предыдущем случае пропеллеров (1) и (2), канальные вентиляторы (3) и (4) действуют на ЛА через крылья, как через рычаги.
Вспомогательные пропеллеры на заднем крыле (5), (6) и передний вспомогательный пропеллер (7) могут использоваться для управления креном и тангажем ЛА. Задние вспомогательные пропеллеры могут располагаться как на заднем крыле, при его наличии, так и на оперении.
Вспомогательные пропеллеры содержат не менее двух лопастей и, предпочтительно, могут быть многолопастными, представляя собой канальные вентиляторы. Для создания тяги в каждом из указанных выше направлений могут использоваться одиночное пропеллеры, пары пропеллеров с противоположным направлением вращения для компенсации углового момента, а также массивы из большего количества пропеллеров при необходимости.
Claims (1)
- Летательный аппарат вертикального взлета и посадки со вспомогательными воздушными винтами для управления полетом, содержащий фюзеляж, кабину для экипажа, основное крыло, заднее крыло или оперение, основные винтомоторные группы для создания подъемной силы и тяги, энергетическую установку для электропитания, систему управления, авионику и иные системы обеспечения полета и безопасности, отличающийся тем, что на концах основного крыла установлены пары воздушных винтов таким образом, что плоскость вращения одной пары воздушных винтов, предназначенных для управления по крену, совпадает с плоскостью основного крыла, а плоскость вращения другой пары воздушных винтов, установленных в каналах на торцах основного крыла и предназначенных для управления по рысканью, расположена нормально к плоскости основного крыла, в то время как для управления по тангажу воздушные винты установлены спереди фюзеляжа и на заднем крыле, так что плоскости вращения этих винтов совпадают с плоскостью заднего крыла.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021114715A RU2762441C1 (ru) | 2021-05-24 | 2021-05-24 | Летательный аппарат вертикального взлета и посадки со вспомогательными воздушными винтами для управления полетом |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021114715A RU2762441C1 (ru) | 2021-05-24 | 2021-05-24 | Летательный аппарат вертикального взлета и посадки со вспомогательными воздушными винтами для управления полетом |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2762441C1 true RU2762441C1 (ru) | 2021-12-21 |
Family
ID=80039043
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021114715A RU2762441C1 (ru) | 2021-05-24 | 2021-05-24 | Летательный аппарат вертикального взлета и посадки со вспомогательными воздушными винтами для управления полетом |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2762441C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070018035A1 (en) * | 2005-07-20 | 2007-01-25 | Saiz Manuel M | Lifting and Propulsion System For Aircraft With Vertical Take-Off and Landing |
US20140061367A1 (en) * | 2012-07-27 | 2014-03-06 | Eurocopter Deutschland Gmbh | Compound helicopter |
RU2641399C1 (ru) * | 2017-02-06 | 2018-01-17 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Самолет |
US20180281936A1 (en) * | 2017-04-03 | 2018-10-04 | Bell Helicopter Textron Inc. | Helicopter with Wing Augmented Lift |
US20200148347A1 (en) * | 2018-05-10 | 2020-05-14 | Joby Aero, Inc. | Electric tiltrotor aircraft |
-
2021
- 2021-05-24 RU RU2021114715A patent/RU2762441C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20070018035A1 (en) * | 2005-07-20 | 2007-01-25 | Saiz Manuel M | Lifting and Propulsion System For Aircraft With Vertical Take-Off and Landing |
US20140061367A1 (en) * | 2012-07-27 | 2014-03-06 | Eurocopter Deutschland Gmbh | Compound helicopter |
RU2641399C1 (ru) * | 2017-02-06 | 2018-01-17 | Юлия Алексеевна Щепочкина | Самолет |
US20180281936A1 (en) * | 2017-04-03 | 2018-10-04 | Bell Helicopter Textron Inc. | Helicopter with Wing Augmented Lift |
US20200148347A1 (en) * | 2018-05-10 | 2020-05-14 | Joby Aero, Inc. | Electric tiltrotor aircraft |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102594866B1 (ko) | 전기 틸트로터 항공기 | |
EP3784570B1 (en) | Variable pitch rotor assembly for electrically driven vectored thrust aircraft applications | |
AU2018337666B2 (en) | Wing tilt actuation system for electric vertical take-off and landing (VTOL) aircraft | |
US11713113B2 (en) | Compound rotorcraft with propeller | |
US20200108919A1 (en) | Quiet Redundant Rotorcraft | |
EP3000722B1 (en) | Aircraft | |
RU2670356C2 (ru) | Выполненный с возможностью вертикального взлета летательный аппарат | |
EP2551193B1 (en) | Convertiplane | |
US8256704B2 (en) | Vertical/short take-off and landing aircraft | |
US6817570B2 (en) | Ducted fan vehicles particularly useful as VTOL aircraft | |
KR20200063073A (ko) | 적어도 8개의 추력 생성 유닛들을 구비한 수직 이륙 및 착륙 멀티로터 항공기 | |
WO2020190223A1 (en) | Vtol tilting fuselage winged frame multirotor aircraft | |
RU2716391C2 (ru) | Беспилотный летательный аппарат вертикального взлета и посадки | |
US11827348B2 (en) | VTOL tilting fuselage winged frame multirotor aircraft | |
US10464667B2 (en) | Oblique rotor-wing aircraft | |
US11407506B2 (en) | Airplane with tandem roto-stabilizers | |
RU2641952C1 (ru) | Самолёт вертикального взлёта и посадки | |
CN113508080A (zh) | 垂直起降载具 | |
WO2004031876A1 (en) | Flight control system for vtol aircraft | |
EP4337527B1 (en) | Aircraft | |
RU2762441C1 (ru) | Летательный аппарат вертикального взлета и посадки со вспомогательными воздушными винтами для управления полетом | |
US20230303271A1 (en) | Rotorcraft | |
AU2020327851A1 (en) | Convertiplane | |
Romeu | Flight control through vectored propulsion |