RU2803663C1 - Vertical take-off and landing aircraft - Google Patents
Vertical take-off and landing aircraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2803663C1 RU2803663C1 RU2023105718A RU2023105718A RU2803663C1 RU 2803663 C1 RU2803663 C1 RU 2803663C1 RU 2023105718 A RU2023105718 A RU 2023105718A RU 2023105718 A RU2023105718 A RU 2023105718A RU 2803663 C1 RU2803663 C1 RU 2803663C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fuselage
- aircraft
- engine
- wings
- propellers
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к авиационному транспорту, и может быть использовано в качестве летательного аппарата вертикального взлета и посадки безаэродромного базирования. The invention relates to aviation technology, in particular to air transport, and can be used as a non-airfield-based vertical take-off and landing aircraft.
Развитие авиации создало множество типов винтомоторных и реактивных самолетов, целый ряд типов вертолетной авиации. Были созданы реактивные самолеты вертикального взлета и посадки для военно-морского флота СССР палубные ЯК-38, ЯК-41.The development of aviation has created many types of propeller-driven and jet aircraft, and a number of types of helicopter aircraft. Carrier-based vertical take-off and landing jet aircraft Yak-38 and Yak-41 were created for the USSR Navy.
Заявляемое изобретение направлено на создание самолета большой грузоподъемности, который может взлетать как с площадки с твердым покрытием с укороченной дистанцией, так и вертикально с неподготовленной грунтовой. Реактивный самолет вертикального взлета и посадки с газовой струей направленной вниз на неподготовленной грунтовой площадке неприменим из-за раскаленной газовой струи. При взлете и посадке под ним будет выгорать вся растительность, образуя много клубящегося дыма и сажи, а в зоне сухой растительности не исключен пожар. Использование вертолета решает этот вопрос, но он имеет недостаточную скорость горизонтального полета. Средняя скорость вертолета 250-300 км. Также значительные ограничения по другим характеристикам: грузоподъемность, дальность полета, объем салона. Экономическая составляющая вертолета представляет собой недостаток - неэффективный расход топлива, 20% мощности двигателя распределяется на горизонтальный полет, а 80% на противодействие гравитации.The claimed invention is aimed at creating a heavy-duty aircraft that can take off both from a hard-surface site with a shortened distance, and vertically from an unprepared ground. A vertical takeoff and landing jet aircraft with a gas jet directed downwards on an unprepared ground area is not applicable due to the hot gas jet. During takeoff and landing, all the vegetation underneath will burn out, creating a lot of billowing smoke and soot, and in the area of dry vegetation, a fire is not excluded. The use of a helicopter solves this issue, but it has insufficient horizontal flight speed. The average speed of a helicopter is 250-300 km. There are also significant restrictions on other characteristics: carrying capacity, flight range, cabin volume. The economic component of the helicopter is a disadvantage - inefficient fuel consumption, 20% of the engine power is distributed to horizontal flight, and 80% to counteract gravity.
Предлагаемый самолет может быть использован как большегрузный транспортный для доставки грузов непосредственно к месту получения груза. Это актуально для районов, не имеющих поблизости аэродрома. Может быть востребован министерством обороны как военно-транспортный, как специальная авиация МЧС или пожарная. При оснащении понтонами может совершать посадку на водную поверхность.The proposed aircraft can be used as a heavy-duty transport aircraft to deliver cargo directly to the place where the cargo is received. This is relevant for areas that do not have an airfield nearby. It may be in demand by the Ministry of Defense as a military transport, as a special aviation of the Ministry of Emergency Situations or firefighting. When equipped with pontoons, it can land on the water surface.
В качестве аналогов самолета вертикального взлета и посадки (далее СВВП) можно привести несколько типов самолетов. Запатентована оригинальная конструкция реактивного самолета вертикального взлета и посадки (патент РФ №2736793, автор Битуев А.Г., опубликованный 20.11.2020 г.). Самолет имеет фюзеляж, состоящий из трех частей: передней, средней и задней. В передней части расположены кабина и горизонтальное оперение, в задней крылья и турбореактивный двигатель, приводящий через трансмиссию ряд вентиляторов находящихся в средней части фюзеляжа. Также в средней части находятся ниши с крыльями, создающими подъемную силу при взлете -посадке после подачи воздуха вентиляторами. Может взлетать и садиться вертикально с любой площадки т.к. подъемная сила создается воздухом, а не горячими газами. Грузоподъемность может быть достаточно высокой, но полезную нагрузку можно разместить только на внешней подвеске за неимением внутреннего объема, вследствие чего не решает поставленной задачи.Several types of aircraft can be cited as analogues of a vertical take-off and landing aircraft (hereinafter referred to as VTOL). The original design of a vertical take-off and landing jet aircraft has been patented (RF patent No. 2736793, author A.G. Bituev, published November 20, 2020). The aircraft has a fuselage consisting of three parts: front, middle and rear. In the front part there is a cabin and horizontal tail, in the rear there are wings and a turbojet engine, driving through a transmission a number of fans located in the middle part of the fuselage. Also in the middle part there are niches with wings that create lift during takeoff and landing after air is supplied by fans. Can take off and land vertically from any platform because lift is created by air, not hot gases. The carrying capacity can be quite high, but the payload can only be placed on an external sling due to the lack of internal volume, as a result of which it does not solve the problem.
Ранее был запатентован СВВП с воздушным винтом и треугольным фюзеляжем - крылом (патент РФ №2130863, автор Елистратов В.Г., опубликованный 27.05.1999 г.). В середине фюзеляжа большое сквозное отверстие, в нем расположен воздушный винт, работающий при взлете, посадке и горизонтальном полете. Справа и слева от него симметрично имеются еще два отверстия, в них расположены поворотные винты с импеллерами, имеющие возможность поворота от горизонтального положения при взлете до вертикального при горизонтальном полете. Недостатком самолета является малый диаметр воздушного винта и, как следствие, невысокая грузоподъемность при вертикальном взлете. Не предусмотрено место ни для пассажиров, ни для грузов. Тоже не решает поставленной задачи.Previously, a VTOL aircraft with a propeller and a triangular fuselage - wing was patented (RF patent No. 2130863, author V.G. Elistratov, published on May 27, 1999). In the middle of the fuselage there is a large through hole; it houses a propeller that operates during takeoff, landing and horizontal flight. To the right and left of it, there are two more holes symmetrically; they contain rotary propellers with impellers that can be rotated from a horizontal position during takeoff to a vertical position during horizontal flight. The disadvantage of the aircraft is the small diameter of the propeller and, as a consequence, low payload during vertical takeoff. There is no space provided for either passengers or cargo. It also doesn't solve the problem.
Известно запатентованное изобретение двух фюзеляжного СВВП (патент РФ №2028964, автор Пчентлешев В.Т., опубликован 20.02.1995 г.). Между фюзеляжами три несущие поверхности. На средней несущей поверхности установлена подъемно-маршевая силовая установка, имеющая два противоположно вращающихся воздушных винта, создающих тягу вертикальную при взлете и посадке и горизонтальную при горизонтальном полете. Недостаток самолета в малом диаметре воздушного винта и, как следствие, невысокой грузоподъемности при вертикальном взлете.The patented invention of two fuselage VTOL aircraft is known (RF patent No. 2028964, author V.T. Pchentleshev, published 02/20/1995). There are three load-bearing surfaces between the fuselages. A lift-propulsion power plant is installed on the middle bearing surface, which has two counter-rotating propellers that create vertical thrust during takeoff and landing and horizontal thrust during horizontal flight. The disadvantage of the aircraft is the small diameter of the propeller and, as a consequence, low payload during vertical takeoff.
Близким аналогом является самолет вертикального взлета и посадки Белл XV - 15 описанном в книге Ф.П. Курочкина «Проектирование и конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой М., «Машиностроение», 1977 г., стр. 107. (В дальнейшем модернизирован до Белл V - 22).A close analogue is the vertical takeoff and landing aircraft Bell XV - 15 described in the book by F.P. Kurochkina “Design and construction of aircraft with vertical take-off and landing M.,” Mechanical Engineering, 1977, p. 107. (Later upgraded to Bell V - 22).
В данном самолете вертикального взлета и посадки имеются фюзеляж, вертикальное оперение, шасси, крыло и два установленных в гондолах на концах крыла двигателя с соединенными с ними воздушными винтами изменяемого шага с противоположным направлением вращения, оси которых выполнены поворотными в плоскостях, параллельных продольной плоскости симметрии самолета. Сходными признаками являются объемный фюзеляж с кабиной и хвостовым оперением, крыло с двумя поворотными гондолами по концам крыла с двигателями и воздушными винтами противоположного вращения и изменяемого шага, наличие трансмиссии между двигателями и воздушными винтами. Недостатками является то, что аналог имеет только одно крыло, вертикальное оперение, отсутствует пандус, недостаточный объем грузового салона и мощность двигателей, постоянную синхронизацию валов двигателей и воздушных винтов посредством трансмиссии и, как следствие, отбор мощности на узлы и детали этой трансмиссии. Эти недостатки не позволяют достичь заявленного технического результата.This vertical take-off and landing aircraft has a fuselage, vertical tail, landing gear, wing and two engines installed in nacelles at the ends of the wing with variable-pitch propellers connected to them with the opposite direction of rotation, the axes of which are rotatable in planes parallel to the longitudinal plane of symmetry of the aircraft . Similar features are a three-dimensional fuselage with a cabin and tail, a wing with two rotating nacelles at the ends of the wing with engines and propellers of counter-rotation and variable pitch, and the presence of a transmission between the engines and propellers. The disadvantages are that the analogue has only one wing, vertical tail, there is no ramp, insufficient cargo compartment volume and engine power, constant synchronization of engine shafts and propellers through the transmission and, as a result, power take-off to the components and parts of this transmission. These shortcomings do not allow achieving the stated technical result.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является самолет вертикального взлета и посадки компоновка конструкции которого выполнена по схеме квадрокоптера. Это Кертис Х-19, конструкция которого описана в книге Курочкина Ф.П. «Проектирование и конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой» М, «Машиностроение», 1977 г. стр. 13.The closest analogue, adopted as a prototype, is a vertical take-off and landing aircraft, the design layout of which is made according to the quadcopter design. This is the Curtis X-19, the design of which is described in the book by F.P. Kurochkin. “Design and construction of aircraft with vertical take-off and landing” M, “Mechanical Engineering”, 1977 p. 13.
Кертис Х-19 представляет собой легкий исследовательский самолет вертикального взлета и посадки с укороченной дистанцией, оснащен двумя крыльями, установленными сверху на фюзеляже. На концах крыльев монтировались поворотные гондолы с редукторами и воздушными винтами изменяемого шага. Поворот осуществлялся в плоскости параллельной продольной плоскости симметрии самолета, причем винты соединены трансмиссией между собой и двигателями. Два двигателя расположены в задней части фюзеляжа и через редуктор и трансмиссию раздают мощность винтам заднего крыла, а также и передают ее паре передних винтов. Фюзеляж имеет эллиптическое сечение, в передней части пилотская кабина, за ней грузопассажирский салон, в задней части двигатели и оборудование. Хвостовое оперение традиционной конструкции отсутствует. Имеется киль с рулем направления, а функции стабилизатора возлагаются на заднее крыло. При этом на нем помещаются рули высоты, необходимые для управления аппаратом в горизонтальном полете. Воздушные винты имеют лопасти с металлическим лонжероном и стеклопластиковой обшивкой и устанавливаются на втулке с автоматом перекоса.The Curtis X-19 is a short-range, lightweight VTOL research aircraft equipped with two wings mounted on top of the fuselage. At the ends of the wings, rotating nacelles with gearboxes and variable-pitch propellers were mounted. The rotation was carried out in a plane parallel to the longitudinal plane of symmetry of the aircraft, and the propellers were connected by the transmission to each other and to the engines. Two engines are located at the rear of the fuselage and, through a gearbox and transmission, distribute power to the rear wing propellers, and also transmit it to a pair of front propellers. The fuselage has an elliptical cross-section, with a pilot's cabin in the front, a cargo-passenger cabin behind it, and engines and equipment in the rear. There is no tail unit of traditional design. There is a keel with a rudder, and the functions of the stabilizer are assigned to the rear wing. At the same time, the elevators necessary to control the device in horizontal flight are placed on it. The propellers have blades with a metal spar and fiberglass casing and are mounted on a hub with a swashplate.
К общим признакам прототипа и заявляемого технического решения относится наличие двух крыльев с поворотными гондолами и редукторами внутри них и воздушными винтами с изменяемым шагом на концах крыльев. Крылья имеют верхнее расположение на фюзеляже, первое за пилотской кабиной, а второе в хвостовой части. Отсутствие руля высоты, стабилизатора, функции которого возлагаются на заднее крыло. Наличие трансмиссии синхронизации валов двигателей и воздушных винтов.The common features of the prototype and the proposed technical solution include the presence of two wings with rotating nacelles and gearboxes inside them and variable-pitch propellers at the ends of the wings. The wings are located at the top of the fuselage, the first behind the cockpit and the second at the rear. There is no elevator or stabilizer, the functions of which are assigned to the rear wing. Availability of transmission synchronizing engine shafts and propellers.
Недостатком прототипа является низкая грузоподъемность.The disadvantage of the prototype is its low load capacity.
К отличительным признакам прототипа относится фюзеляж малого внутреннего объема, расположение двигателей внутри фюзеляжа, их недостаточное количество и мощность, малый диаметр воздушных винтов, недостаточное количество точек шасси, отсутствие пандуса, постоянная работа трансмиссии при передаче крутящего момента от двигателей к воздушным винтам. Указанные отличия являются недостатками прототипа и не позволяют достичь заявленного технического результата.The distinctive features of the prototype include a fuselage of small internal volume, the location of engines inside the fuselage, their insufficient number and power, small diameter of propellers, insufficient number of landing gear points, lack of a ramp, constant operation of the transmission when transmitting torque from the engines to the propellers. These differences are disadvantages of the prototype and do not allow achieving the stated technical result.
Недостатки прототипа позволяет устранить заявляемое техническое решение.The disadvantages of the prototype can be eliminated by the proposed technical solution.
Технической задачей изобретения является повышение грузоподъемности, реализация возможности безаэродромного базирования самолета.The technical objective of the invention is to increase the carrying capacity and implement the possibility of non-airfield basing of the aircraft.
Задача изобретения самолета вертикального взлета и посадки, а также взлета и посадки с укороченной дистанции большой грузоподъемности решается путем создания самолета с большим внутренним грузовым объемом фюзеляжа достаточным для размещения транспортного средства грузоподъемностью не менее 10 тонн, например, грузовой автомобиль, с возможностью погрузочно-разгрузочных работ с использованием пандуса в хвостовой части самолета. В поперечном сечении фюзеляж прямоугольной формы и имеет выпуклость сверху в передней части, с увеличением высоты потолка салона в передней части фюзеляжа, при этом в поперечном сечении фюзеляж выполнен прямоугольной формы, в продольном разрезе верхняя часть фюзеляжа (потолок) выполнена переменной высоты с плавным снижением не менее чем на одну пятую от максимальной высоты в передней части к хвостовой части. Это пассивное увеличение подъемной силы. С правой стороны фюзеляжа в передней части имеется вход с откидной лестницей для экипажа в пилотскую кабину. Также имеется возможность пройти в кабину из грузового салона. Самолет оснащен двумя крылами (парами широких крыльев) с поворотными мотогондолами и воздушными винтами изменяемого шага.The problem of inventing a vertical take-off and landing aircraft, as well as take-off and landing from a short distance with a large payload, is solved by creating an aircraft with a large internal cargo volume of the fuselage sufficient to accommodate a vehicle with a carrying capacity of at least 10 tons, for example, a truck, with the possibility of loading and unloading operations using a ramp at the rear of the aircraft. In cross section, the fuselage is rectangular in shape and has a convexity on top in the front part, with an increase in the height of the cabin ceiling in the front part of the fuselage, while in cross section the fuselage is rectangular in shape, in longitudinal section the upper part of the fuselage (ceiling) is made of variable height with a smooth decrease less than one-fifth of the maximum height from the front to the tail. This is a passive increase in lift. On the right side of the fuselage in the front part there is an entrance with a folding ladder for the crew to the pilot's cabin. It is also possible to enter the cabin from the cargo compartment. The aircraft is equipped with two wings (pairs of wide wings) with rotating engine nacelles and variable pitch propellers.
Первое крыло (пара крыльев) установлено за кабиной пилотов, второе ближе к хвостовому оперению. Крылья монтируются сверху фюзеляжа. Воздушные винты трехлопастные большого диаметра, например, не менее 10 метров. Известно, что сила тяги винта зависит больше от диаметра (в четвертой степени), чем от оборотов (во второй). Выбор количества лопастей в пользу трехлопастного объясняется меньшей шумностью винта. Лопасти винта трапециевидные с основанием у центра вращения и вершиной на периферии, выполнены из легкого композитного материала. При взлете и посадке по расположению винтов самолет вертикального взлета и посадки выглядит как большой квадрокоптер.The first wing (a pair of wings) is installed behind the cockpit, the second is closer to the tail. The wings are mounted on top of the fuselage. Three-blade propellers of large diameter, for example, at least 10 meters. It is known that the thrust force of a propeller depends more on the diameter (to the fourth power) than on the speed (to the second). The choice of the number of blades in favor of a three-bladed one is explained by the lower noise of the propeller. The propeller blades are trapezoidal with a base at the center of rotation and an apex at the periphery, made of lightweight composite material. When taking off and landing, the position of the propellers makes the VTOL aircraft look like a large quadcopter.
Машина может в случае необходимости зависать над площадкой, поворачиваться направо-налево, двигаться вперед-назад посредством поворота мотогондол с винтами относительно вертикального положения. Угол поворота мотогондол от горизонтального положения до вертикального составляет 90 градусов, плюс-минус 10 градусов в обоих направлениях. Поворот мотогондол гидравлический. В режиме взлет-посадка автопилот должен контролировать горизонтальность машины путем немедленной реакции на крен увеличением оборотов двигателя или увеличением шага воздушного винта просевшего крыла до момента касания шасси с землей. Крен при посадке - это аварийная ситуация, он может быть вызван аварийным смещением груза или резким порывом ветра. По этой причине нельзя постоянно синхронизировать валы двигателей, а также по причине постоянного отбора мощности на работу системы синхронизации. Но система синхронизации обязательно должна присутствовать, как защита от выхода из строя одного или даже двух двигателей.The machine can, if necessary, hover over the platform, turn right and left, and move back and forth by rotating the engine nacelles with propellers relative to the vertical position. The angle of rotation of the engine nacelles from horizontal to vertical is 90 degrees, plus or minus 10 degrees in both directions. The engine nacelles rotate hydraulically. In takeoff and landing mode, the autopilot must control the level of the vehicle by immediately reacting to the roll by increasing engine speed or increasing the propeller pitch of the sagging wing until the landing gear touches the ground. A roll during landing is an emergency; it can be caused by an emergency shift of cargo or a sharp gust of wind. For this reason, it is impossible to constantly synchronize the engine shafts, and also because of the constant power take-off to operate the synchronization system. But a synchronization system must be present as protection against failure of one or even two engines.
В заявленном изобретении синхронизация предусмотрена, и в аварийной ситуации включается дистанционно посредством муфт на каждом двигателе. Муфты соединяют валы каждой пары двигателей через пару конических редукторов и соединительных карданных валов. В свою очередь соединенные пары двигателей соединяются и между собой двумя цепными передачами по бортам.In the claimed invention, synchronization is provided, and in an emergency it is activated remotely through clutches on each engine. Couplings connect the shafts of each pair of engines through a pair of bevel gearboxes and connecting driveshafts. In turn, the connected pairs of engines are connected to each other by two chain drives along the sides.
Валы синхронизации проложены в верхней части фюзеляжа, над потолком, поскольку и крылья установлены сверху. Вал и воздушный винт вышедшего из строя мотора будут работать. Вероятно, возможна и гидравлическая схема защиты от аварийного выхода из строя двигателя. Снабдив все двигатели ступенчатыми центробежными насосами, турбинными гидромоторами и муфтами, установленными соосно с валом двигателя. Закольцевать насосы для работы на один контур. При выходе из строя одного из моторов дистанционно, посредством распределителя, производится переключение гидравлического потока с насоса на гидромотор этого неработающего двигателя.The synchronization shafts are laid in the upper part of the fuselage, above the ceiling, since the wings are mounted on top. The shaft and propeller of the failed motor will work. It is likely that a hydraulic protection circuit against emergency engine failure is also possible. Equipping all engines with staged centrifugal pumps, turbine hydraulic motors and couplings installed coaxially with the engine shaft. Loop the pumps to operate on one circuit. If one of the motors fails, the hydraulic flow from the pump to the hydraulic motor of this idle engine is switched remotely, via a distributor.
После этого включаются муфты и три насоса от работающих двигателей заставят работать турбину и вал неработающего мотора.After this, the clutches are turned on and three pumps from the running engines will force the turbine and the shaft of the idle motor to work.
На самолете отсутствуют рули высоты, их функции выполняет заднее крыло с закрылками. Из хвостового оперения осталась пара рулей поворота. Шасси самолета имеют классическую схему с тремя стойками. Передняя стойка поворотная убирается в гондолу в передней части, задние шасси соответственно в задние.The plane does not have elevators; their functions are performed by the rear wing with flaps. A pair of rudders remained from the tail unit. The aircraft landing gear has a classic design with three struts. The front rotating strut is retracted into the gondola in the front part, the rear chassis is retracted into the rear.
Существенными отличительными признаками самолета являются: фюзеляж с большим внутренним объемом прямоугольного сечения и значительным утолщением сверху в передней части фюзеляжа, два широких крыла верхнего расположения с поворотными двигателями на концах и воздушными винтами изменяемого шага, первого за пилотской кабиной, второго рядом с хвостовым оперением, воздушные винты большого диаметра из композитных материалов, подключаемая система синхронизации двигателей и воздушных винтов. Поворот мотогондол гидравлический. Наличие погрузочного пандуса в хвостовой части.The significant distinguishing features of the aircraft are: a fuselage with a large internal volume of rectangular cross-section and a significant thickening at the top in the front part of the fuselage, two wide upper wings with rotary engines at the ends and variable pitch propellers, the first behind the pilot's cabin, the second next to the tail, air large diameter propellers made of composite materials, plug-in synchronization system for engines and propellers. The engine nacelles rotate hydraulically. The presence of a loading ramp in the tail section.
Технический результат заявляемого технического решения - повышение грузоподъемности, а также реализация возможности безаэродромного базирования самолета.The technical result of the proposed technical solution is an increase in carrying capacity, as well as the implementation of the possibility of non-airfield basing of the aircraft.
Технический результат достигается конструкцией самолета вертикального взлета и посадки, содержащей фюзеляж, в передней части которого расположена пилотская кабина, за ней грузопассажирский салон, крылья с верхним расположением на фюзеляже с поворотными гондолами и редукторами внутри них и воздушными винтами с изменяемым шагом на концах крыльев, заднее крыло с возможностью функции стабилизатора, трансмиссию синхронизации валов двигателей и воздушных винтов; отличающейся наличием пандуса в хвостовой части; увеличенным внутренним грузовым объемом фюзеляжа, достаточным для размещения транспортного средства грузоподъемностью не менее 10 тонн, с возможностью погрузочно-разгрузочных работ с использованием пандуса в хвостовой части самолета; увеличенной высотой потолка салона в передней части фюзеляжа, при этом в поперечном сечении фюзеляж выполнен прямоугольной формы, в продольном разрезе верхняя часть фюзеляжа (потолок) выполнена переменной высоты с плавным снижением не менее чем на одну пятую от максимальной высоты в передней части к хвостовой части; фюзеляж оснащен двумя крылами (парами крыльев) с поворотными мотогондолами и воздушными винтами изменяемого шага, первое крыло установлено за кабиной пилотов, второе возле хвостового оперения, крылья смонтированы сверху фюзеляжа; воздушные винты трехлопастные не менее 10 м в диаметре, лопасти винта выполнены из композитного материала. Самолет оснащен на концах крыльев мотогондолами с винтами с возможностью поворота мотогондол относительно вертикального положения на угол поворота от горизонтального положения до вертикального 90 градусов, поворот мотогондол гидравлический. Самолет оснащен системой синхронизации с возможностью дистанционного включения посредством муфт на каждом двигателе; валы каждой пары двигателей соединены муфтами через пару конических редукторов и соединительных карданных валов; соединенные пары двигателей в свою очередь соединены между собой двумя цепными передачами по бортам; валы синхронизации проложены в верхней части фюзеляжа над потолком с возможностью соединения с крыльями; заднее крыло с закрылками с возможностью выполнения функции рулей высоты, хвостовое оперение имеет рули поворота. Самолет оснащен гидравлической схемой защиты от аварийного выхода из строя двигателя, все двигатели оснащены ступенчатыми центробежными насосами, турбинными гидромоторами и муфтами, установленными соосно с валом двигателя; насосы закольцованы для работы на один контур. Самолет оснащен гидравлической схемой защиты от аварийного выхода из строя двигателя с возможностью дистанционного переключения гидравлического потока с насоса на гидромотор неработающего двигателя посредством распределителя, с возможностью последующего включения муфты и насосов от работающих двигателей. Шасси самолета выполнены в виде трех стоек: передняя стойка поворотная, с возможностью складывания в гондолу в передней части, задние шасси с возможностью складывания в гондолы в задней части.The technical result is achieved by the design of a vertical take-off and landing aircraft, containing a fuselage, in the front part of which there is a pilot cabin, behind it a cargo-passenger cabin, wings with an overhead position on the fuselage with rotating nacelles and gearboxes inside them and variable-pitch propellers at the ends of the wings, a rear wing with the ability to function as a stabilizer, transmission synchronizing engine shafts and propellers; characterized by the presence of a ramp in the tail section; increased internal cargo volume of the fuselage, sufficient to accommodate a vehicle with a carrying capacity of at least 10 tons, with the possibility of loading and unloading operations using a ramp in the rear of the aircraft; increased height of the cabin ceiling in the front part of the fuselage, while in the cross section the fuselage is made of a rectangular shape, in the longitudinal section the upper part of the fuselage (ceiling) is made of variable height with a smooth decrease of at least one fifth from the maximum height in the front part to the rear part; the fuselage is equipped with two wings (pairs of wings) with rotating engine nacelles and variable-pitch propellers, the first wing is installed behind the cockpit, the second near the tail, the wings are mounted on top of the fuselage; three-blade propellers with a diameter of at least 10 m; the propeller blades are made of composite material. The aircraft is equipped at the ends of the wings with engine nacelles with propellers with the ability to rotate the engine nacelles relative to the vertical position by a rotation angle from a horizontal position to a vertical 90 degrees; the engine nacelles rotate hydraulically. The aircraft is equipped with a synchronization system with the possibility of remote activation via clutches on each engine; the shafts of each pair of engines are connected by couplings through a pair of bevel gearboxes and connecting cardan shafts; the connected pairs of engines are in turn connected to each other by two chain drives along the sides; synchronization shafts are laid in the upper part of the fuselage above the ceiling with the possibility of connection with the wings; rear wing with flaps with the ability to serve as elevators, the tail unit has rudders. The aircraft is equipped with a hydraulic circuit for protection against emergency engine failure; all engines are equipped with stepped centrifugal pumps, turbine hydraulic motors and couplings installed coaxially with the engine shaft; the pumps are looped to operate on one circuit. The aircraft is equipped with a hydraulic circuit for protection against emergency engine failure with the ability to remotely switch the hydraulic flow from the pump to the hydraulic motor of an idle engine via a distributor, with the possibility of subsequently turning on the clutch and pumps from operating engines. The aircraft landing gear is made in the form of three struts: the front strut is rotatable, with the ability to fold into a gondola in the front part, and the rear landing gear with the ability to fold into gondolas in the rear part.
При выходе из строя одного из моторов дистанционно, посредством распределителя, производится переключение гидравлического потока с насоса на гидромотор этого неработающего двигателя, с последующим включением муфты и трех насоса от работающих двигателей заставят работать турбину и вал неработающего мотора.If one of the motors fails, the hydraulic flow is switched remotely, through a distributor, from the pump to the hydraulic motor of this idle engine, with the subsequent activation of the clutch and three pumps from the working engines will force the turbine and shaft of the idle motor to work.
Сущность технического решения поясняется изображениями на фиг. 1-7.The essence of the technical solution is illustrated by the images in Fig. 1-7.
Фиг. 1 Фронтальная проекция, режим полета.Fig. 1 Frontal projection, flight mode.
Фиг. 2 Горизонтальная проекция, режим полета.Fig. 2 Horizontal projection, flight mode.
Фиг. 3 Профильная проекция, режим полета.Fig. 3 Profile projection, flight mode.
Фиг. 4 Вид сверху, взлет.Fig. 4 Top view, takeoff.
Фиг. 5 Вид сзади, взлет.Fig. 5 Rear view, take off.
Фиг. 6 Вид сбоку, взлет.Fig. 6 Side view, takeoff.
Фиг. 7. Кинематика, синхронизации валов.Fig. 7. Kinematics, shaft synchronization.
Где 1 - руль поворота,Where 1 is the steering wheel,
2 - крыло,2 - wing,
3 - фюзеляж,3 - fuselage,
4 - двигатель (мотогондола),4 - engine (engine nacelle),
5 - воздушный винт,5 - propeller,
6 - пандус,6 - ramp,
7 - заднее шасси,7 - rear chassis,
8 - переднее шасси,8 - front chassis,
9 - муфта,9 - coupling,
10 - конический редуктор,10 - bevel gearbox,
11 - валы,11 - shafts,
12 - цепная передача. Пример осуществления.12 - chain drive. Example implementation.
Самолет вертикального взлета и посадки, а также взлета и посадки с укороченной дистанции большой грузоподъемности имеет конструкцию с большим внутренним грузовым объемом фюзеляжа 3 с возможностью погрузочно-разгрузочных работ с использованием пандуса 6 в хвостовой части самолета. Внутри можно расположить транспортное средство грузоподъемностью не менее 10 тонн, например, грузовой автомобиль. В поперечном сечении фюзеляж 3 прямоугольной формы и имеет выпуклость сверху в передней части, т.е. в продольном разрезе верхняя часть фюзеляжа (потолок) выполнена переменной высоты с плавным снижением на одну четвертую от максимальной высоты в передней части к хвостовой части. Это пассивное увеличение подъемной силы. С правой стороны фюзеляжа 3 в передней части имеется вход с откидной лестницей для экипажа в пилотскую кабину. Также имеется возможность пройти в кабину из грузового салона. Самолет оснащен двумя парами широких крыльев (двумя крылами) с поворотными мотогондолами и воздушными винтами изменяемого шага. Первое крыло (пара крыльев) установлено за кабиной пилотов, второе 2 ближе к хвостовому оперению. Крылья монтируются сверху фюзеляжа 3. Воздушные винты 5 трехлопастные большого диаметра, например, не менее 10 метров. Известно, что сила тяги винта зависит больше от диаметра (в четвертой степени), чем от оборотов (во второй). Выбор количества лопастей в пользу трехлопастного объясняется меньшей шумностью винта 5. Лопасти винта 5 трапециевидные с основанием у центра вращения и вершиной на периферии, выполнены из легкого композитного материала. При взлете и посадке по расположению винтов самолет вертикального взлета и посадки выглядит как большой квадрокоптер (см. фиг. 4).The aircraft with vertical take-off and landing, as well as take-off and landing from a short distance with a large payload, has a design with a large internal cargo volume of the
Самолет может в случае необходимости зависать над площадкой, поворачиваться направо-налево, двигаться вперед-назад посредством поворота мотогондол 4 с винтами 5 относительно вертикального положения. Угол поворота мотогондол 4 от горизонтального положения до вертикального составляет 90 градусов, плюс-минус 10 градусов в обоих направлениях. Поворот мотогондол 4 гидравлический. В режиме взлет-посадка автопилот должен контролировать горизонтальность машины путем немедленной реакции на крен увеличением оборотов двигателя или увеличением шага воздушною винта просевшего крыла до момента касания шасси с землей. Крен при посадке - это аварийная ситуация, он может быть вызван аварийным смещением груза или резким порывом ветра. По этой причине нельзя постоянно синхронизировать валы двигателей, а также по причине постоянного отбора мощности на работу системы синхронизации. Однако система синхронизации обязательно должна присутствовать, как защита от выхода из строя одного или даже двух двигателей.The aircraft can, if necessary, hover over the platform, turn right and left, and move back and forth by rotating the
В заявленном техническом решении синхронизация предусмотрена, и в аварийной ситуации включается дистанционно посредством муфт 9 на каждом двигателе. Муфты 9 соединяют валы каждой пары двигателей через пару конических редукторов 10 и соединительных карданных валов 11. В свою очередь соединенные пары двигателей соединяются между собой двумя цепными передачами 12 по бортам.In the claimed technical solution, synchronization is provided, and in an emergency it is activated remotely via clutches 9 on each engine. Clutches 9 connect the shafts of each pair of engines through a pair of
Валы синхронизации проложены в верхней части фюзеляжа 3, над потолком, поскольку и крылья 2 установлены сверху. Вал и воздушный винт вышедшего из строя мотора будут работать. Возможна также гидравлическая схема защиты от аварийного выхода из строя двигателя, если снабдить все двигатели ступенчатыми центробежными насосами, турбинными гидромоторами и муфтами, установленными соосно с валом двигателя, закольцевать насосы для работы на один контур. При выходе из строя одного из моторов дистанционно, посредством распределителя, производится переключение гидравлического потока с насоса на гидромотор этого неработающего двигателя. После этого включаются муфты и три насоса от работающих двигателей заставят работать турбину и вал неработающего мотора.The synchronization shafts are laid in the upper part of the
В конструкции отсутствуют рули высоты, их функции выполняет заднее крыло с закрылками. Из хвостового оперения осталась пара рулей поворота 1. Шасси самолета имеют классическую схему с тремя стойками. Передняя стойка 8 поворотная убирается в гондолу в передней части, задние шасси 7 соответственно в задние.There are no elevators in the design; their functions are performed by the rear wing with flaps. A pair of
Существенными отличительными признаками заявляемого технического решения являются: фюзеляж с большим внутренним объемом, достаточным для размещения транспортного средства грузоподъемностью не менее 10 тонн, с возможностью погрузочно-разгрузочных работ с использованием пандуса в хвостовой части самолета; увеличенная высота потолка салона в передней части фюзеляжа, при этом в поперечном сечении фюзеляж выполнен прямоугольной формы, в продольном разрезе верхняя часть фюзеляжа (потолок) выполнена переменной высоты с плавным снижением не менее чем на одну пятую от максимальной высоты в передней части к хвостовой части; два широких крыла верхнего расположения с поворотными двигателями на концах и воздушными винтами изменяемого шага, первого за пилотской кабиной, второго рядом с хвостовым оперением, воздушные винты большого диаметра не менее 10 м из композитных материалов, подключаемая система синхронизации двигателей и воздушных винтов; поворот мотогондол гидравлический, грузовой пандус в хвостовой части.The essential distinguishing features of the proposed technical solution are: a fuselage with a large internal volume sufficient to accommodate a vehicle with a carrying capacity of at least 10 tons, with the possibility of loading and unloading operations using a ramp at the rear of the aircraft; increased height of the cabin ceiling in the front part of the fuselage, while in the cross section the fuselage is made of a rectangular shape, in the longitudinal section the upper part of the fuselage (ceiling) is made of variable height with a smooth decrease of at least one fifth from the maximum height in the front part to the rear part; two wide upper wings with rotary engines at the ends and variable pitch propellers, the first behind the pilot's cabin, the second next to the tail, large diameter propellers of at least 10 m made of composite materials, a plug-in synchronization system for engines and propellers; The engine nacelles turn hydraulically, and there is a cargo ramp in the rear section.
Указанная совокупность признаков в конструкции обеспечивает достижение технического результата - увеличение грузоподъемности самолета с обеспечением возможности безаэродромного базирования самолетаThe specified set of features in the design ensures the achievement of a technical result - an increase in the aircraft's carrying capacity while ensuring the possibility of non-airfield basing of the aircraft
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫLIST OF REFERENCES USED
1. Патент РФ №2736793, автор Битуев А.Г., опубл. 20.11.2020 г.1. RF Patent No. 2736793, author Bituev A.G., publ. November 20, 2020
2. Патент РФ №2130863, автор Елистратов В.Г., опубл. 27.05.1994 г.2. RF Patent No. 2130863, author Elistratov V.G., publ. 05/27/1994
3. Патент РФ №2028964. автор Пчентлешев В.Т. опубл. 20.02.1995 г.3. RF Patent No. 2028964. author Pchentleshev V.T. publ. 02/20/1995
4. Патент РФ №2278800, автор Шингель Л.П., опубл., 27.06.2004 г.4. RF Patent No. 2278800, author L.P. Shingel, publ., 06.27.2004
5. «Проектирование и конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой» Курочкин Ф. П., М., Машиностроение, 1997 г., стр. 107.5. “Design and construction of aircraft with vertical take-off and landing” Kurochkin F. P., M., Mechanical Engineering, 1997, p. 107.
6. «Проектирование и конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой» Курочкин Ф. П., М., Машиностроение., 1997 г., стр. 13.6. “Design and construction of aircraft with vertical take-off and landing” Kurochkin F. P., M., Mechanical Engineering., 1997, p. 13.
Claims (7)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2803663C1 true RU2803663C1 (en) | 2023-09-19 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU152807U1 (en) * | 2014-12-25 | 2015-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт прикладных проблем" (ФГУП "ГосНИИПП) | AIRCRAFT |
| RU2570241C2 (en) * | 2013-12-20 | 2015-12-10 | Андрей Геннадьевич Бормотов | Convertiplane with rotors jet drive controlled by rotors via wobble plate and control levers with no extra control means |
| RU2656957C1 (en) * | 2017-05-22 | 2018-06-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калмыцкий государственный университет имени Б.Б. Городовикова" | Triple-screw convertiplane |
| CN109969392A (en) * | 2019-03-13 | 2019-07-05 | 庆安集团有限公司 | A kind of vertically taking off and landing flyer converted using local dynamic effect |
| RU2723516C1 (en) * | 2019-08-09 | 2020-06-11 | Общество с ограниченной ответственностью "АДА БПЛА" | Convertiplane |
| RU2736668C1 (en) * | 2017-12-27 | 2020-11-19 | ЛЕОНАРДО С.п.А. | Convertiplane and control method of convertiplane |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2570241C2 (en) * | 2013-12-20 | 2015-12-10 | Андрей Геннадьевич Бормотов | Convertiplane with rotors jet drive controlled by rotors via wobble plate and control levers with no extra control means |
| RU152807U1 (en) * | 2014-12-25 | 2015-06-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский институт прикладных проблем" (ФГУП "ГосНИИПП) | AIRCRAFT |
| RU2656957C1 (en) * | 2017-05-22 | 2018-06-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Калмыцкий государственный университет имени Б.Б. Городовикова" | Triple-screw convertiplane |
| RU2736668C1 (en) * | 2017-12-27 | 2020-11-19 | ЛЕОНАРДО С.п.А. | Convertiplane and control method of convertiplane |
| CN109969392A (en) * | 2019-03-13 | 2019-07-05 | 庆安集团有限公司 | A kind of vertically taking off and landing flyer converted using local dynamic effect |
| RU2723516C1 (en) * | 2019-08-09 | 2020-06-11 | Общество с ограниченной ответственностью "АДА БПЛА" | Convertiplane |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "Проектирование и конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой", Курочкин Ф.П., М., Машиностроение, 1997, стр. 13. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2448869C1 (en) | Multipurpose multi-tiltrotor helicopter-aircraft | |
| EP1704089B1 (en) | Tilt-rotor aircraft | |
| US7806362B2 (en) | Ducted fan VTOL vehicles | |
| RU2310583C2 (en) | Amphibious convertible helicopter | |
| US20170240273A1 (en) | Fixed-wing vtol aircraft with rotors on outriggers | |
| CN105711832B (en) | One kind is verted the long endurance combined type aircraft of three rotors | |
| RU2548304C1 (en) | Multirotor convertible high-speed helicopter | |
| RU2674622C1 (en) | Convertiplane | |
| RU2608122C1 (en) | Heavy high-speed rotary-wing aircraft | |
| RU2657706C1 (en) | Convertiplane | |
| RU2635431C1 (en) | Convertible aircraft | |
| RU2521090C1 (en) | High-speed turboelectric helicopter | |
| RU2550909C1 (en) | Multirotor convertible pilotless helicopter | |
| RU2582743C1 (en) | Aircraft vertical take-off system | |
| RU2351506C2 (en) | Multipurpose hydroconvertipropeller plane | |
| RU2458822C1 (en) | Vertical take-off and landing aircraft | |
| RU2264951C1 (en) | Hydroconverti ground-effect craft | |
| RU2542805C1 (en) | Vtol aircraft with hybrid power plant | |
| RU2283795C1 (en) | Multi-purpose vertical takeoff and landing aircraft | |
| RU2492112C1 (en) | Heavy-duty multi-propeller converter plate | |
| CN205034339U (en) | Bimodal air travel equipment | |
| RU2803663C1 (en) | Vertical take-off and landing aircraft | |
| RU2529568C1 (en) | Cryogenic electrical convertiplane | |
| CN105217027A (en) | Vertical takeoff and landing formula bimodal airflight equipment and control method thereof | |
| RU2818261C1 (en) | Vtol passenger aircraft |