Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
CONVERTIPLANE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/172804
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the field of aviation, particularly to designs for vertical take-off and landing aircraft. A convertiplane comprises a fuselage, a pair of wings (a fore wing and an aft wing), propulsion systems comprising engines and propellers, a vertical stabilizer, a landing gear, and rotatable pylons. Two lift propulsion systems are disposed on pylons having two degrees of freedom relative to the yaw and pitch angle on each side of the fuselage so as to be capable of being fixed in position and of retracting forward or backward into fuselage niches during horizontal flight. A main propulsion system is installed on a pylon having one degree of freedom relative to the pitch angle so as to be capable of being fixed in position, or is completely fixed, and is capable of being disposed in either the nose part or the tail part of the fuselage, and likewise on the leading edge or the trailing edge of the vertical stabilizer. The invention allows for increasing reliability and service life, increasing flight distance, and decreasing production costs for the convertipane.

Inventors:
ZIMENSKAYA, Ellina Vladimirovna (Respublika Tatarstan, ul. Pionerskaya d. 1/12, kv., Kazan 9, 420029, RU)
Application Number:
RU2018/050163
Publication Date:
September 12, 2019
Filing Date:
December 17, 2018
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
OBSCHESTVO S OGRANICHENNOI OTVETSTVENNOSTYU "TEKHNOVETER" (Territory of the innovation center "Skolkovo", Bolshoi bulvar d.42, korpus 1, pom. 15, Moscow 5, 121205, RU)
International Classes:
B64C27/08; B64C27/30; B64C29/00
Foreign References:
RU2635431C12017-11-13
RU2218290C22003-12-10
RU2456209C12012-07-20
US20130099065A12013-04-25
Attorney, Agent or Firm:
KOTLOV, Dmitry Vladimirovich (IP Center "Skolkovo" LLC, Territory of the Innovation Center "Skolkovo" dom 4, of.402, Moscow 6, 143026, RU)
Download PDF:
Claims:
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Конвертоплан содержащий фюзеляж, пару крыльев: переднее и заднее, киль, две подъемные силовые установки, содержащие двигатели с воздушными винтами, расположенные на пилонах с двумя степенями свободы по углам тангажа и рыска по бокам фюзеляжа, с возможностью фиксации положения и убирающиеся при горизонтальном полете в полость фюзеляжа, маршевую силовую установку, содержащую двигатель, расположенную на пилоне, отличающийся тем, что пилон маршевой силовой установки имеет только одну степень свободы по углу тангажа, с возможностью фиксации положения, или ни одной степени свободы.

2. Конвертоплан по п.1, отличающийся тем, что двигатели силовых установок выполнены в виде электродвигателя, или в виде поршневого двигателя внутреннего сгорания, или в виде газотурбинного двигателя.

3. Конвертоплан по п.1, отличающийся тем, что воздушные винты силовых установок выполнены складными.

4. Конвертоплан по п.1, отличающийся тем, что подъемные силовые установки убираются вперед или назад в полость фюзеляжа.

5. Конвертоплан по п.1, отличающийся тем, что двигатель маршевой силовой установки выполнен в виде электродвигателя, или в виде поршневого двигателя внутреннего сгорания и воздушный винт, складной или нет, фиксированного шага или изменяемого.

6. Конвертоплан по п.1, отличающийся тем, что двигатель маршевой силовой установки содержит реактивный двигатель и газовые рули, изменяющие вектор тяги в вертикальной плоскости, или без газовых рулей.

7. Конвертоплан по п.1, отличающийся тем, что пилон маршевой силовой установки размещен в носовой или хвостовой частях фюзеляжа, а также на передней или задней кромках киля.

8. Конвертоплан по п.1, отличающийся тем, что выполнен с шасси.

9. Конвертоплан по п.1, отличающийся тем, что выполнен с парашютом.

Description:
КОНВЕРТОПЛАН

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям летательных аппаратов вертикального взлета и посадки. Изобретение может быть использовано во всех областях традиционного применения самолетов, вертолетов, конвертопланов, беспилотных летательных аппаратов.

Известен конвертоплан (Патент RU N°2456209 Cl. МИК В64С37/00 - 20.07.2012, Бюл. N°20), включающий фюзеляж, крыло, двигатели, оперение, шасси. На крыле располагаются пилоны, выполненные с возможностью вращения. На пилонах установлены два передних двигателя. Задний двигатель установлен на киле-пилоне. Стойки шасси совмещены с пилонами крыла и килем соответственно. Обеспечивается балансировка летательного аппарата на всех режимах полета.

Недостатками данного технического решения являются низкая грузоподъемность, низкая дальность и продолжительность полета в силу низкого КПД силовых установок, т.к они одновременно и подъемные, и маршевые, а также избыточная мощностью силовых установок в горизонтальном полете, как следствие вынужденная их эксплуатация при пониженных КПД.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является конвертоплан (Патент RU К22635431 С1, МПК В64С37/00 - 13.11.2017, Бюл. *Г°32), содержащий фюзеляж, пару крыльев: переднее и заднее, силовые установки, содержащие двигатели и воздушные винты, шасси, пилоны, выполненные с возможностью вращения, две подъемные силовые установки расположенные на пилонах с двумя степенями свободы по углам тангажа и рыска по бокам фюзеляжа, с возможностью фиксации положения и убираться при горизонтальном полете вперед или назад в ниши фюзеляжа. Маршевая силовая установка расположена на пилоне с двумя степенями свободы по углам крена и тангажа с возможностью фиксации положения в хвостовой части фюзеляжа. Данный патент принят за прототип.

Недостатками этого конвертоплана является:

1. Высокий вес и высокое сопротивление пилона маршевой силовой установки. 2. При использовании в маршевой силовой установке двигателей внутреннего сгорания возрастает техническая сложность системы управления. Это связано с тем, что двигатели внутреннего сгорания значительно более инертны по оборотам нежели электрические двигатели, соответственно, использование двигателей внутреннего сгорания в контурах управления невозможно без винтов изменяемого шага, в случаях поршневого двигателя внутреннего сгорания и газотурбинного двигателя, или регулируемого сопла, в случае использования реактивного двигателя.

Задачей заявляемого изобретения является создание конвертоплана предназначенного для транспортирования, простой конструкции, сбалансированного на всех режимах полета, способного совершать горизонтальный полет, вертикальный взлет - посадку и зависать на одном месте. Полезность конвертоплана заключается в возможности взлета и посадки с минимальной по габаритам площадки и в сокращении времени транспортирования за счет возможности максимально близко доставить целевую нагрузку до потребителя

Технический результат — увеличение надежности конструкции, грузоподъемности, дальности, продолжительности полета и снижение стоимости конвертоплана.

Указанный технический результат достигается тем, что конвертоплан содержащий фюзеляж, пару крыльев: переднее и заднее, две подъемные силовые установки, содержащие электродвигатели, или или поршневые двигатели внутреннего сгорания, или газотурбинные двигатели и воздушные винты, складные или нет, фиксированного шага или изменяемого, расположенные на пилонах с двумя степенями свободы по углам тангажа и рыска по бокам фюзеляжа, с возможностью фиксации положения и убирающиеся при горизонтальном полете вперед или назад в полость фюзеляжа, маршевую силовую установку, содержащую электродвигатель, или поршневой двигатель внутреннего сгорания и воздушный винт, складной или нет, фиксированного шага или изменяемого, или реактивный двигатель и газовые рули изменяющие вектор тяги в вертикальной плоскости или без газовых рулей, расположенную на пилоне с возможностью размещения в носовой или хвостовой частях фюзеляжа, а также на передней или задней кромках киля, с шасси или без шасси, с парашютом или без парашюта, с килем, отличающегося тем, что пилон маршевой силовой установки имеют только или одну степень свободы по углу тангажа, с возможностью фиксации положения, или ни одной степени свободы.

Преимуществом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является снижение технической сложности, уменьшение себестоимости и увеличение надежности, а также снижение веса пустого и увеличение дальности и продолжительности полета, это обеспечивается снижением количества степеней свободы у пилона маршевой силовой установки и полное или частичное исключение маршевой силовой установки из контуров управления конвертопланом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:

на фиг.1 — Вид общий конвертоплана во взлетно-посадочном режиме полета. Пилон маршевой силовой установки имеет одну степень свободы;

на фиг.2— Разгон конвертоплана;

на фиг.З— Вид общий конвертоплана в горизонтальном полете. Подъемные силовые установки убраны в ниши фюзеляжа; на фиг.4— Вид общий конвертоплана во взлетно-посадочном режиме полета. Крепление маршевой силовой установки— фиксированное

где 1 - фюзеляж;

2 - переднее крыло;

3 - заднее крыло;

4 - киль;

5 - подъемные силовые установки;

6 - маршевая силовая установка;

7, 8 - дифференциальные аэродинамические рули;

9 - пилон подъемной силовой установки;

10 - пилон маршевой силовой установки;

11 - ниши фюзеляжа для уборки подъемных силовых установок.

Предлагаемое изобретение содержит фюзеляж 1, который служит для размещения целевой нагрузки, элементов системы управления и других систем; переднее крыло 2 и заднее крыло 3; киль 4; подъемные силовые установки 5, включающие двигатель и воздушный винт, размещенных на поворотных пилонах 9 по бокам фюзеляжа для создания подъемной силы на режимах взлета/посадки; маршевая силовая установка 6, включающая двигатель и воздушный винт, или без винта, размещенная на пилоне 10 с возможностью размещения в носовой или хвостовой частях фюзеляжа, а также на передней или задней кромках киля; дифференциальных аэродинамических рулей 7 и 8 для управления конвертопланом в горизонтальном полете; ниши фюзеляжа 11 для уборки подъемных силовых установок.

Данное изобретение имеет несколько особенностей:

1. Пилон маршевой силовой установки имеет либо одну степень свободы по углу тангажа, или ни одной степени свободы. 2. В случае когда пилон маршевой силовой установки имеет одну степень свободы, управление конвертопланом в продольном канале осуществляется оборотами маршевой силовой установки, общим шагом винта (в случае если установлен винт изменяемого шага) и поворотом пилона маршевой силовой установки по углу тангажа, а также при помощи подъемных силовых установок и их пилонов.

3. В случае когда пилон маршевой силовой установки зафиксирован, а маршевая силовая установка содержит реактивный двигатель и газовые рули, отклоняющие вектор тяги силовой установки вверх-вниз, управление конвертопланом в продольном канале осуществляется тягой двигателя, газовыми рулями, а также подъемными силовыми установками и их пилонами.

4. Управление конвертопланом во взлетно-посадочном режиме по углу рыска осуществляется дифференциальным поворотом подъемных силовых установок относительно угла тангажа.

5. В случае фиксированной установки маршевой силовой установки и отсутствия устройств поворачивающих тягу маршевой силовой установки в вертикальной плоскости, управлением конвертопланом в продольном канале осуществляется поворотом пилонов подъемных силовых установок относительно углов тангажа и рыска, а также оборотами двигателей подъемных силовых установок и в случае винтов изменяемого шага, шагом этих винтов.

Работает устройство следующим образом: различается три режима полета конвертоплана: взлетно-посадочный режим, режим разгона и горизонтальный полет.

В случае одной степени свободы у пилона маршевой силовой установки, во взлетно-посадочном режиме полета (Фиг.1) все три силовых установки работают и установлены в рабочее положение «вверх». Управление осуществляется поворотом подъемных силовых установок относительно осей А и Б (по углам рыска и тангажа) и поворотом маршевой силовой установки относительно оси В (по углу тангажа).

Отклонение осуществляется при помощи сервоприводов. Кроме того, управление конвертопланом осуществляется изменением оборотов двигателей силовых установок.

После взлета все силовые установки поворачиваются вперед на некоторый угол для создания горизонтальной тяги (Фиг. 2). Этим самым достигается разгон конвертоплана до минимальной скорости горизонтального полета. После этого подъемные силовые установки останавливаются и убираются в ниши фюзеляжа поворотом мотогондол вокруг оси А (по углу рыска). В горизонтальном полете (Фиг.З) подъемная сила создается крыльями, тяга создается маршевой силовой установкой, а управление осуществляется дифференциальными рулями (которые могут быть установлены как на переднем, так и/или на заднем крыльях). При выходе из строя маршевой силовой установки возможна посадка при помощи подъемных силовых установок, либо «по-планерному» под управлением дифференциальных рулей, либо (если есть) на парашюте.

В случае если маршевая силовая установка установлена жестко и отсутствуют газовые рули, то во взлетно-посадочном режиме полет конвертоплана и управление им осуществляется только при помощи подъемных силовых установок, а маршевая силовая установка либо выключена, либо работает на холостом ходу. Разгон конвертоплана до минимальной скорости горизонтального полета осуществляется поворотом подъемных двигателей на некоторый угол вперед для создания горизонтальной тяги, маршевая силовая установка при этом запускается для создания тяги. По достижению минимальной скорости горизонтального полета, подъемные силовые установки останавливаются и убираются в фюзеляж. Горизонтальный полет и посадка проходит аналогично предыдущей конфигурации.

В случае если маршевая силовая установка установлена жестко и содержит реактивный двигатель и газовые рули, поворачивающих вектор тяги в вертикальной плоскости, то управление в продольном канале производится при помощи этих газовых рулей и подъемных силовых установок и их пилонов.

По сравнению с прототипом заявляемое техническое решение имеет ряд технико- экономических преимуществ, а именно:

1. В случае одной степени свободы у пилона маршевой силовой установки снижается вес пустого конвертоплана на 5 % за счет отсутствия механизма поворота по углу крена. Кроме того, уменьшается техническая сложность конструкции и увеличивается её надежность.

2. В случае фиксированной установки маршевой силовой установки, вес пустого снижается до 10 %, уменьшается техническая сложность конструкции и увеличивается ее надежность, кроме того, появляется возможность использовать двигатели внутреннего сгорания без винтов изменяемого шага, что также приводит к снижению веса, уменьшению технической сложности конструкции и системы управления и увеличивает надежность конвертоплана.

3. Использование в маршевой силовой установке реактивного двигателя позволит конвертоплану достигать сверхзвуковые скорости полета.

4. В случае жестко установленной маршевой силовой установки состоящей из реактивного двигателя и горизонтальных газовых рулей поворачивающих вектор тяги двигателя в вертикальной плоскости, снижается потребная мощность подъемных силовых установок и соответственно их вес и размеры, снижается вес и техническая сложность пилона маршевой силовой установки, за счет отсутствия у него двух степеней свободы. В результате, увеличивается продолжительность и дальность полета конвертоплана, а также снижается его техническая сложность и увеличивается надежность.