Изобретение относится к авиационной технике, а именно к летательным аппаратам (ЛА) вертикального взлета и посадки, и может быть использовано в гражданской и военной авиации, а также в космонавтике.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является летательный аппарат вертикального взлета и посадки (RU 2266846 С2, В64С29/02, В64С21/04, опубл. 27.12.2005г.). Данный ЛА включает реактивную силовую установку, размещенную в центре плоского круглого в плане крыла, которая включает турбокомпрессоры. Подъемная сила в известном ЛА образуется за счет разности статического давления атмосферного воздуха, действующего на ЛА снизу, и статического давления круговой радиально-расходящейся воздушно-реактивной струи, действующего на ЛА сверху.

Недостатками указанного ЛА является невозможность обеспечения достаточной подъемной силы и весовой отдачи, в том числе, при больших расходах горючего, которые затрачиваются на снятие статического давления сверху, что снижает экономичность и надежность ЛА.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание экономичного и надежного летательного аппарата, способного осуществлять движение вертикально, горизонтально или под любым наклоном, используя струи воздуха.

Указанный технический результат достигается тем, что летательный аппарат вертикального взлета и посадки содержит, по меньшей мере, две турбины, нижняя из которых выполнена тарелкообразной формы, а верхняя - плоской или тарелкообразной формы, при этом каждая турбина содержит реактивную силовую установку, а каркас каждой турбины установлен на металлическом диске, связанном с вертикальным валом летательного аппарата, и снабжен лопастями, установленными с возможностью изменения своего положения.

При этом летательный аппарат может содержать, по меньшей мере, одну промежуточную турбину, установленную между верхней и нижней турбинами и выполненную плоской или тарелкообразной.

Летательный аппарат может быть снабжен кабиной.

Реактивная силовая установка (РСУ) каждой турбины включает, по меньшей мере, один воздушный двигатель и ресиверы, соединенные с компрессором или компрессорами.

Для обеспечения бокового движения летательный аппарат снабжен, по меньшей мере, одной турбиной горизонтального движения и воздухозаборниками, сообщающимися посредством ресиверов внутренней турбины с регулирующими перепускными клапанами.

Каркас каждой турбины выполнен металлическим и включает, по меньшей мере, два кольца, одно из которых соединено с диском, а также радиальные прожилины, установленные по периметру каркаса турбины и соединенные с кольцами и лопастями.

Для изменения положения лопастей летательный аппарат снабжен автоматами регулировки наклона лопастей и/или автоматами регулировки выдвижения лопастей.

Лопасти могут быть установлены:

- по меньшей мере, в один ряд по периметру каркаса;

- по меньшей мере, в один ярус;

- частично заходящими друг на друга.

Летательный аппарат дополнительно содержит боковые лопасти, расположенные на каркасах турбин и выполненные с возможностью изменения угла своего поворота до 90°. Летательный аппарат содержит электрогенераторы.

Для обеспечения горизонтального положения во время полета летательный аппарат может быть снабжен крылом равновесия, установленным на каркасе верхней турбины и выполненным с возможностью регулировки его поворота.

Летательный аппарат может быть снабжен опорами для обеспечения приземления и стоянки летательного аппарата.

Наличие в летающем аппарате турбин, которые при посадке и при движении в любую сторону используют встречную силу ветра, позволяет преодолеть верхнее атмосферное сопротивление за счет прохождения воздуха сверху вниз сквозь турбины, помогая летательному аппарату подняться, развить большую скорость (как при наборе высоты, так и при движении), а также сэкономить энергию при движении.

ЛА содержит, по меньшей мере, две турбины - нижнюю и верхнюю. В зависимости от грузоподъемности ЛА он может содержать, по меньшей мере, одну промежуточную турбину. Нижняя турбина имеет тарелкообразную форму, а верхняя и промежуточные турбины могут иметь как тарелкообразную, так и плоскую форму. Промежуточная турбина или несколько промежуточных турбин устанавливают между верхней и нижней турбинами. Каждая из турбин устанавливается горизонтально на соответствующий диск, соединенный с вертикальным валом ЛА.

Каркас каждой турбины (верхней, нижней, промежуточной) выполнен металлическим, снабжен лопастями и включает, по меньшей мере, два кольца (малое и большое), одно из которых механически (большое) закреплено на соответствующем диске, а также радиальные прожилины (опорные балки), установленные под наклоном и соединенные с кольцами. Каркасы турбин могут содержать одно или несколько промежуточных колец, установленных между малым и большим кольцами. Количество промежуточных колец зависит от размеров ЛА (чем больше ЛА, тем больше может быть з установлено промежуточных колец) и от размера лопастей.

Все кольца (в том числе, и промежуточные) каркасов турбин между собой механически скреплены радиальными прожилинами.

Радиальные прожилины (опорные балки) могут быть установлены по горизонтали (плоская турбина) или с наклоном относительно вертикали (тарелкообразная турбина). Прожилины могут быть выполнены прямыми или дугообразными (для сферических ЛА). Количество прожилин выбирают в зависимости от количества и размеров лопастей.

Радиальные прожилины и кольца каркасов турбин могут иметь профиль как круглой формы (в виде труб), так и другой формы.

Радиальные прожилины каркасов турбин можно использовать также как дополнительные ресиверы при аварийной посадке ЛА.

При необходимости, в качестве каркаса турбин можно использовать конструкцию в виде фермы.

Лопасти устанавливаются по всему периметру каркаса каждой турбины и закрепляются на опорных осях (радиальных прожилинах) с возможностью бокового вращения на оси (вправо или влево). Лопасть может крепиться к прожилине в любом месте - как в центральной части лопасти, так и с краю.

Лопасти могут быть установлены, по меньшей мере, в один ряд по всему периметру каркаса турбины. Ряд лопастей располагают между двумя кольцами каркаса турбины. Для каждого следующего ряда лопастей в каркасе турбины добавляют одно промежуточное кольцо. Диаметры промежуточных колец зависят от длины лопасти в добавляемом ряду и размера каркаса турбины ЛА.

Лопасти могут быть установлены различным образом: примыкающими друг к другу, частично заходящими друг на друга или с зазором друг относительно друга.

Лопасти изготавливают из металла. Количество лопастей и их ширина может быть различной и зависит от размеров ЛА. Предпочтительно лопасти выполнять плоскими, трапециевидной формы.

Лопасти могут быть также расположены, по меньшей мере, в один ярус. Количество ярусов лопастей выбирают в зависимости от требуемой мощности ЛА. Причем второй и следующие ярусы лопастей закрепляют под верхним ярусом (рядом) лопастей. Размер лопастей второго и следующих ярусов может быть равен размеру верхних лопастей, а может отличаться. В каждом случае делают отдельный расчет размеров лопастей. Лопасти второго и следующих ярусов могут быть установлены параллельно или с небольшим наклоном к верхнему ярусу лопастей. Расстояние между ярусами лопастей может быть разным.

Для лопастей предусмотрен автомат регулировки наклона лопасти и/или автомат регулировки выдвижения лопасти, установленные на валу и позволяющие управлять работой лопасти - боковым наклоном лопасти и выдвижением лопасти в вертикальной плоскости (поднятием или опусканием), т.е. изменять положение лопасти. При этом лопасть соединена с регулировочным автоматом наклона лопасти посредством регулировочного рычага. Лопасть соединена с регулировочным автоматом выдвижения лопасти посредством регулировочного рычага и стержня, один конец которого закреплен посредством шарнирных опор с одним из колец (меньшим) каркаса, а другой - с соответствующей лопастью. Стержни устанавливают параллельно радиальным прожилинам и равномерно по всему радиусу каждого каркаса турбин.

Регулировочные автоматы наклона и выдвижения лопастей позволяют обеспечить автономную и синхронную работу каждого ряда (или яруса) лопастей ЛА.

Стержни, с которыми соединены лопасти, шарнирно закрепляют к кольцу (малому) каркаса турбин.

ЛА может дополнительно содержать боковые (вертикальные) лопасти, расположенные на каркасах турбин (по краям) и выполненные с возможностью изменения угла своего поворота до 90°. Движение боковой лопасти обеспечивает автомат регулировки наклона боковых лопастей и/или автомат регулировки выдвижения боковой лопасти, установленные на валу и позволяющие управлять работой боковой лопасти. Боковые лопасти соединены с автоматами регулировки таким же образом, как и остальные лопатки турбин. При движении в горизонтальной плоскости наклоняется одна сторона боковой лопасти для захвата воздуха, а при посадке добавляется выдвижение (поднятие) боковой лопасти. Угол поворота боковой лопасти регулируется в зависимости от нужной скорости посадки или набора высоты ЛА. Боковые лопасти могут быть выполнены прямоугольной формы и установлены на шаровых опорах. Стержни, с которыми соединены боковые лопасти, шарнирно закрепляют к кольцу (большему) каркаса турбин.

Промежуточные турбины могут быть выполнены с меньшим диаметром и установлены в верхней или нижней турбине, так, что снаружи их не видно. В таких случаях промежуточные турбины конструируют без боковых лопастей.

Верхняя турбина может иметь вид перевернутой тарелки. Нижняя турбина имеет тарелкообразную форму, т.е. выглядит как зеркально перевернутая вверх дном тарелка. Нижняя турбина конструируется таким же образом, что и верхняя турбина. Радиальные прожилины на верхней турбине и нижней турбине могут быть установлены под одинаковым углом или под разным углом к плоскости горизонтальных дисков.

Все турбины по отдельности присоединены к реактивным силовым установкам (РСУ). Количество и мощность РСУ зависит от количества турбин ЛА. РСУ каждой турбины включает, по меньшей мере, один воздушный двигатель и ресиверы, соединенные с компрессором или компрессорами. Во время взлета РСУ работают синхронно (с одинаковыми оборотами в минуту), даже с учетом использования РСУ различных б мощностей. Каждая РСУ также снабжена встроенным стартер - генератором. Сопла РСУ направлены вниз для увеличения подъемной силы ЛА. Воздушный двигатель РСУ соединен с ресивером и работает при аварийных ситуациях, обеспечивая безопасную посадку ЛА.

Для обеспечения бокового движения (в горизонтальной плоскости) ЛА может быть снабжен, по меньшей мере, одной турбиной горизонтального движения и воздухозаборниками, сообщающимися посредством ресиверов турбины горизонтального движения с регулирующими перепускными клапанами. Турбины горизонтального движения могут быть установлены горизонтально между верхней и промежуточной турбинами или между нижней и промежуточной турбинами, или между промежуточными турбинами. Число турбин горизонтального движения может быть разным. При этом в каждой горизонтальной плоскости можно установить несколько (по меньшей мере, две) синхронно работающие внутренние турбины, одинаковые по мощности, например, одну - справа от кабины ЛА, а вторую - слева от кабины ЛА.

Турбины горизонтального движения обеспечивают движение вперед, и поворот ЛА путем увеличения или уменьшения проходимости воздуха сопла РСУ.

Сопла РСУ между собой могут быть соединены и снабжены перепускными клапанами для регулировки проходимости выхлопных газов сопел. Для улучшения маневренности ЛА, можно установить отдельный компрессор с отдельным ресивером и отдельными двумя или с 4-мя выходами в разные стороны, таким образом, чтобы перепускные клапаны открывались при осуществлении поворота ЛА.

Летательный аппарат конструируют так, что бы центр тяжести находился ниже (по высоте), чем центр ЛА. Основной груз размещают в центральной части ЛА, чуть ниже (по высоте) от центра таким образом, чтобы обеспечить устойчивость ЛА. Для экономии топлива ЛА снабжают электрогенераторами. При необходимости, турбины переключаются на электрогенераторы и вырабатывают электричество, которое передается соответствующим системам ЛА, в том числе, автоматам регулирования наклона и выдвижения лопастей. При необходимости выработанная электроэнергия может быть использована для нужд любых турбин ЛА.

ЛА может быть снабжен кабиной пилота. Кабина может находиться в середине ЛА на уровне турбин горизонтального движения или над верхней турбиной.

Для обеспечения приземления и стоянки летательного аппарата он может быть снабжен опорами (например, стояночными ножками), которые закрепляют к каркасу нижней турбине различными известными способами.

Возможно выполнение еще несколько вариантов исполнения ЛА.

ЛА можно выполнить без промежуточных турбин. В этом случае ЛА будет содержать две (верхнюю и нижнюю) турбину. Между верхней и нижней турбинами можно также установить турбины горизонтального движения, при этом центр тяжести ЛА должен находиться в центре нижней турбины.

Также возможен вариант, в соответствии с которым ЛА выполнен с плоской верхней турбиной, а нижняя турбина имеет тарелкообразную форму. При таком варианте ЛА также может быть снабжен турбинами горизонтального движения, а центр тяжести ЛА должен находиться в центре нижней турбины.

Заданную высоту при движении ЛА в горизонтальной плоскости обеспечивает нижняя турбина за счет своей конусности.

Для усиления устойчивости ЛА может содержать крыло равновесия, устанавливаемое горизонтально на каркасе верхней турбины таким образом, чтобы оно не мешало поднятию лопастей. Крыло равновесия крепится к вертикальному валу ЛА и закрепляется на каркасе верхней турбины посредством шаровых опор. Крыло равновесия регулируется по высоте - при поднятии одной (передний по ходу движения ЛА) части крыла другая (задняя по ходу движения ЛА) его часть опускается, обеспечивая требуемый угол захвата воздуха. При поднятии до вертикального уровня крыло равновесия работает как тормоз. При движении вниз воздух давит сверху на переднюю часть крыла равновесия, и ЛА под углом двигается вверх.

Также равновесие ЛА можно регулировать, если сопло направить вниз и на него установить автомат-регулятор для регулировки угла наклона сопла по горизонтали.

Заявленное изобретение поясняется следующими чертежами.

На фигуре 1 показан общий вид летательного аппарата с турбиной горизонтального движения;

на фигуре 2 показан летательный аппарат в разрезе с двумя промежуточными турбинами;

на фигуре 3 показаны лопасти из двух соседних рядов (вид изнутри); на фигуре 4 показан сегмент каркаса турбины с двумя соседними рядами лопастей (вид сверху);

на фигуре 5 представлен летательный аппарат (вид сверху);

на фигуре 6 показан вариант выполнения летательного аппарата с верхней турбиной плоской формы;

на фигуре 7 показано соединение лопастей, установленных в ярус.

На вышеуказанных фигурах элементы ЛА указаны под следующими позициями:

1- лопасть одного ряда верхней турбины;

2 - лопасть другого ряда верхней турбины;

3- лопасть одного ряда нижней турбины;

4 - лопасть другого ряда нижней турбины;

5 - боковая лопасть;

6 - каркас верхней турбины; 7 - каркас нижней турбины;

8 - сопло РСУ;

9 - воздухозаборник турбины горизонтального движения;

10 - вертикальная ось летательного аппарата;

1 1 - малый (верхний) диск верхней турбины;

12 - малый (нижний) диск нижней турбины;

13 - промежуточная турбина;

14 - стержень;

15 - автомат регулировки выдвижения лопасти;

16 - рычаг автомата регулировки выдвижения лопасти;

17 - автомат регулировки наклона лопасти;

18 - рычаг автомата регулировки наклона лопасти;

19 - автомат регулировки наклона боковой лопасти;

20 - рычаг автомата регулировки наклона боковой лопасти;

21 - шаровая опора;

22 - радиальная прожилина;

23 - большое кольцо каркаса;

24 - крыло равновесия;

25 - шаровая опора крыла равновесия;

26 - малое кольцо каркаса;

27 - промежуточное кольцо каркаса.

Предложенный летательный аппарат вертикального взлета и посадки работает следующим образом.

Запускаются воздушные двигатели реактивных силовых установок ЛА. При наборе летательным аппаратом высоты, одновременно открываются лопасти 1 , 2 верхней турбины, лопасти 3, 4 нижней турбины, а также боковые лопасти 5 верхней и нижней турбины. Автоматы 17 регулировки наклона лопастей посредством рычагов 18 поднимают (наклоняют) одну сторону лопастей 1 , 2 верхней турбины и лопастей 3,4 нижней турбины, а другая ю сторона лопастей 1 , 2 верхней турбины и 3, 4 нижней турбины автоматически опускается так, чтобы нагнетание воздуха произошло сверху и направлялось вниз (внутрь каркасов ЛА). Автоматы 15 регулировки выдвижения лопастей посредством рычагов 16 поднимают стержни 14 для выдвижения лопастей 1 , 2 верхней турбины и лопастей 3, 4 нижней турбины на нужную высоту. Автоматы 19 регулировки наклона боковой лопасти посредством рычагов 20 и автоматы регулировки выдвижения боковых лопастей (на чертежах не показаны) регулируют изменение положения боковых лопастей 5 таким образом, чтобы при боковые лопасти 5 нагнетали воздух сверху и направляли вниз.

В случае наличия промежуточных турбин 13 при наборе ЛА высоты лопасти промежуточных турбин 13 открываются и нагнетают воздух сверху и направляют вниз. При этом верхняя турбина набирает воздух сверху и подает вниз промежуточным турбинам 13, которые в свою очередь подают воздух нижней турбине, которая направляет воздух вниз. Выходит воздух (в виде выхлопных газов) через вертикальные РСУ (на чертежах не показаны), увеличивая подъемную силу ЛА. Благодаря синхронной работе всех турбин ЛА легко поднимается. После того, как ЛА оторвался от земли, включаются турбины бокового движения. ЛА одновременно и поднимается и летит по заданному направлению. Заданное направление корректируется перепускными клапанами (на чертежах не показаны).

После набора высоты при боковом движении (движении в горизонтальной плоскости) ЛА, лопасти 1 , 2 верхней турбины, лопасти 3, 4 нижней турбины и боковые лопасти 5 могут быть задвинуты (опущены) в исходное положение. При движении горизонтально со снижением лопасти 1 , 2 верхней турбины, и лопасти 3, 4 нижней турбины и боковые лопасти 5 открываются так, чтобы встречный ветер, дующий снизу и по ходу движения ЛА, прокручивал турбины, создавал сопротивление для снижения ЛА и вырабатывал электроэнергию. Для поддержания необходимой высоты верхняя турбина набирает воздух сверху и подает его вниз, поддерживая ЛА на необходимой высоте. При необходимости, подключаются нижняя турбина, а так же промежуточная турбина (или промежуточные турбины - если их несколько), при этом турбины переключаются на электрогенераторы и вырабатывают электричество, которое передается накопителям. Центром управления Л А постоянно отслеживается работа всех турбин, и их переход с одной на другую функцию (с электрогенераторов на двигатели и обратно), а так же регулируется наклон (и/или выдвижение) лопастей на каждой турбине.

Предложенный ЛА способен совершать аварийную посадку даже с большой высоты, оставаясь невредимым, поскольку каждая турбина обеспечена, по меньшей мере, одним воздушным двигателем и отдельным ресивером, которые по отдельности соединены к компрессору или нескольким компрессорам. Воздушные двигатели включаются автоматически при определенной скорости снижения и поддерживают нужную скорость при приземлении, причем двигатели обеспечены отдельной (аварийной) системой управления.