Настоящее изобретение относится к области авиации, а более конкретно к конструкциям крыльев и летательных аппаратов с возможностью вертикального взлета и посадки.

В случае размещения силовых установок на крыле летательного аппарата вертикального взлета и посадки, к таким крыльям предъявляются особые требования. На режиме взлета и посадки, тяга, создаваемая силовыми установками должна быть направлена вертикально, а при крейсерском полете - горизонтально. Одним из способов удовлетворить данное требование является использование силовых установок с изменяемым по направлению вектором тяги, что и было использовано в данном изобретении.

Известен закрылок крыла с силовой установкой по патенту US2964264. Где с целью уменьшения взлетной и посадочной скорости самолета, в первую секцию двухсекционного закрылка устанавливаются газотурбинные двигатели, которые на режиме взлета/посадки выдвигаются над поверхностью крыла и своей работой создают дополнительную подъемную силу за счет того, что:

1) вектор тяги двигателей располагается под большим углом к горизонту, ввиду того, что двигатели расположены на первой секции закрылка, которая отклонена на режиме взлета и посадки;

2) исходящая из двигателей струя воздуха создает разрежение над второй секцией закрылка, увеличивая разность давлений под и над крылом.

На других режимах полета данные газотурбинные двигатели убираются в секцию закрылка, чтоб не создавать дополнительное аэродинамическое сопротивление. Необходимая тяга в горизонтальном направлении обеспечивается за счет основной силовой установки, расположенной в передней части крыла.

Недостатком конструкции крыла по данному патенту является то, что эта конструкция не подразумевает вертикальный взлет и посадку, а лишь уменьшает минимальную скорость полета самолета. Также, газотурбинные двигатели эффективно используются только на режиме взлета и посадки, а на других режимах полета находятся в нерабочем состоянии и фактически являются дополнительным грузом для самолета.

Известно крыло для летательного аппарата вертикального взлета и посадки по патенту US 10597133, состоящее из первой, неподвижной части, и шарнирно прикрепленной к ней второй, отклоняемой части. Набор электроприводных движителей расположен на второй части, так, что существует 2 крайних положения отклонения:

- вертикальный взлет, при котором движители расположены вертикально;

- крейсерский полет, при котором вторая часть с движителями занимает горизонтальное положение (не отклонённое).

Совместно 2 части определяют аэродинамический профиль крыла. Крыло по данному патенту взято в качестве прототипа для предлагаемого изобретения.

К недостаткам консоли крыла-прототипа можно отнести следующее:

- отсутствует возможность дополнительной регулировки параметров давления и скорости истечения струи воздуха на выходе из движителей. Регулировка осуществляется только изменением скорости вращения вентиляторов.

- отсутствует возможность дополнительной корректировки направления исходящей из движителей струи воздуха.

Известен летательный аппарат вертикального взлета и посадки по заявке на патент US2017/0203839, содержащий фюзеляж, на котором установлены две пары цельноповоротных поверхностей в виде консолей крыла, и консолей рулей управления. Цельноповоротные поверхности представляют собой набор движителей, с дополнительными отклоняемыми аэродинамическими органами, расположенными позади движителей в верхней и нижней частях.

К недостатками летательного аппарата по данному патенту можно отнести отсутствие несущей, жестко закрепленной на фюзеляж аэродинамической поверхности, которая создает подъемную силу как на крейсерском полете, так и на режиме взлета, ввиду разрежения, над ее верхней поверхностью. Как следствие, данный летательный аппарат имеет низкое аэродинамическое качество.

Известен летательный аппарат вертикального взлета и посадки по патенту US 10597133, содержащий фюзеляж, на котором установлены две пары аэродинамических поверхностей расположенных симметрично по обе стороны фюзеляжа. Данные аэродинамические поверхности представляют собой консоли крыла и рулей управления, и состоят из первой, жесткозакрепленной на фюзеляж части, и второй, отклоняемой части, которая содержит набор движителей и шарнирно крепится к первой части. Летательный аппарат по данному патенту взят в качестве прототипа к предлагаемому изобретению.

К недостаткам прототипа летательного аппарата, помимо недостатков, относящихся к консоли крыла такого летательного аппарата, а именно - невозможность дополнительного управления параметрами и направлением исходящей из движителей струи воздуха, можно также отнести неэффективную управляемость летательного аппарата на малых скоростях полета.

В основу изобретения поставлено задачу создать консоль крыла, имеющую поворотные движители, которые в положении взлета/посадки обеспечат вертикальное направление и величину тяги необходимую для вертикального взлета/посадки, а в крейсерском положении обеспечат горизонтальное направление и величину тяги необходимую для горизонтального полета с большой скоростью. Также консоль крыла должна содержать элементы, обеспечивающие дополнительное изменение направления и параметров давления и скорости исходящей из движителей струи воздуха.

В основу изобретения поставлено также задачу создать летательный аппарат вертикального взлета и посадки, который имеет хорошую управляемость при малых скоростях горизонтального полета и объединит преимущества вертолета и самолета. А именно: возможность вертикального взлета и посадки, зависание в воздухе, полета на малых скоростях как у вертолета, и большая скорость горизонтального полета, вместе с эффективным использованием аэродинамических поверхностей как у самолета.

Первая задача решается созданием консоли крыла летательного аппарата, состоящего из несущей части и шарнирно прикрепленной к ней первой секции механизации, содержащей электроприводные движители, расположенные над профилем крыла. При отклонении первой секции механизации изменяется направление тяги. Данная консоль согласно изобретению содержит вторую секцию механизации, шарнирно прикрепленную к первой и расположенную:

• над движителями - в первом варианте исполнения;

• под движителями - во втором варианте исполнения;

. над и под движителями (две аэродинамические поверхности) - в третьем варианте исполнения.

Помимо этого, данная секция механизации по любому из трех вариантов исполнения может делиться на две части вдоль размаха крыла, и каждая из частей может выполнять роль закрылка или флаперона. Вторая секция механизации обеспечивает возможность дополнительного изменения направления и параметров давления и скорости исходящей из движителей струи воздуха.

Вторая задача решается созданием летательного аппарата вертикального взлета и посадки, который содержит фюзеляж и две пары аэродинамических поверхностей в виде консолей крыла, и консолей рулей управления, которые состоят из жестко закрепленной на фюзеляж части и шарнирно прикрепленного цельноповоготного аэродинамического профиля, имеющего набор движителей так, что ось вращения движителей совпадает с хордой аэродинамического профиля. Данный летательный аппарат согласно изобретению, содержит крыло, описанное выше и в сочетании вместе с поворотными рулями управления, обеспечивает вертикальный взлет, зависание в воздухе и горизонтальный полет с большой скоростью. Хорошая управляемость летательного аппарата на малых скоростях горизонтального полета достигается отклонением второй секции механизации консоли крыла.

Примеры конкретного выполнения изобретения поясняются описанием и чертежами, на которых условно представлено:

Фиг. 1 - Консоль крыла в плане с двухсекционной механизацией,

Фиг. 2 - Поперечное сечение консоли крыла по первому варианту исполнения на крейсерском режиме полета,

Фиг. 3 - Поперечное сечение консоли крыла по второму варианту исполнения на крейсерском режиме полета,

Фиг. 4 - Поперечное сечение консоли крыла по третьему варианту исполнения на крейсерском режиме полета,

Фиг. 5 - Консоль крыла в плане с разделенной второй секцией механизации на две части - внешнюю и внутреннюю.

Фиг. 6 - Поперечное сечение консоли крыла со второй секцией механизации, расположенной над и под движителем выполняющей функцию флаперона, в положении взлета/посадки,

Фиг. 7 - Консоль рулей управления в плане,

Фиг. 8 - Поперечное сечение консоли рулей управления,

Фиг. 9 - Летательный аппарат с консолями крыла и рулей управления в положении взлета/посадки,

Фиг. 10 - Летательный аппарат с консолями крыла и рулей управления в положении крейсерского полета. Фиг. 1-6 соответствуют описанию консоли крыла 1, а Фиг. 7-10 соответствуют описанию летательного аппарата вертикального взлета и посадки 2 с такой консолью крыла.

Консоль крыла 1 (Фиг.1) летательного аппарата вертикального взлета и посадки 2, состоит из несущей части 3 и первой секции механизации 4, закрепленной на несущую часть 3 при помощи шарнира 5 и содержащей секцию движителей 6, расположенных над профилем консоли крыла 1. В соответствии с изобретением, вторая секция механизации 7 крепится к первой секции механизации 4 при помощи шарнира 8.

На Фиг. 2 показано поперечное сечение I-I консоли крыла 1 на крейсерском режиме полета в первом варианте исполнения, где вторая секция механизации 7 расположена над секцией движителей 6.

На Фиг. 3 показано поперечное сечение I-I консоли крыла 1 на крейсерском режиме полета во втором варианте исполнения, где вторая секция механизации 7 расположена под секцией движителей 6.

На Фиг. 4 показано поперечное сечение I-I консоли крыла 1 на крейсерском режиме полета в третьем варианте исполнения, где вторая секция механизации состоит из двух аэродинамических поверхностей 7 и 9 расположенных над и под секцией движителей 6, соответственно .

Для каждого из трех вариантов исполнения конструкции, вторая секция механизации 7 (и поверхность 9 в случае третьего варианта исполнения) может выполнять функции закрылка или флаперона. А также, может делиться на две части вдоль размаха крыла, создавая внутреннюю вторую секцию механизации 7’ (и поверхность 9’ в случае третьего варианта исполнения) выполняющую функции закрылка, и внешнюю вторую секцию механизации 7” (и поверхность 9” в случае третьего варианта исполнения) выполняющую функцию флаперона. На Фиг. 5 показана консоль крыла в плане, с разделенной на две части второй секции механизации, где сечение П-П соответствует Фиг.6, а сечение I-I аналогичное сечению изображенному на Фиг.4, в котором позиции 7 и 9 соответствуют позициям 7’ и 9’.

Для функционирования первой 4 и второй 7 секции механизации, в конструкцию консоли крыла 1 , в зависимости от выполняемых функций второй секции механизации 7, входит механизм отклонения закрылка 11 и/или механизм отклонения флаперона 12. В случае механизма отклонения закрылка 11, каждому положению первой секции механизации 4, соответствует единственное положение второй секции механизации 7. В случае механизма отклонения флаперона 12, существует возможность отдельно повернуть

ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) вторую секцию механизации 7 (и поверхность 9 в случае третьего варианта исполнения) относительно первоначального положения на дополнительный угол а в обе стороны (Фиг.б).

Летательный аппарат вертикального взлета и посадки 2 содержит фюзеляж 13, на котором установлены две пары аэродинамических поверхностей в виде консолей крыла 1 (выполненных по любому из вышеописанных вариантов), так, что несущая часть 3 жестко крепится на фюзеляж 13, и консоли рулей управления 14, которые состоят из неподвижной части 15, жестко прикрепленной на фюзеляже 13, и цельноповоротной аэродинамической поверхности 16, имеющей набор движителей 17 (Фиг.7), и прикрепленной на неподвижную часть 15 при помощи вала 18 (Фиг. 8).

Набор движителей 17 является продолжением цельноповоротной аэродинамической поверхности 16 так, что ось вращения движителей 19 совпадает с хордой профиля данной поверхности. По аналогии с консолью крыла 1, рули управления 14 могут отклонятся для изменения направления тяги. Таким образом, совместно консоли рулей управления 14 и консоли крыла 1 обеспечивают вертикальный взлет/посадку летательного аппарата (Фиг.9), зависание в воздухе и горизонтальный полет летательного аппарата с большой скоростью (Фиг.10).

Сущность изобретения связана с особенностями функционирования летательного аппарата на всех режимах полета, а именно, на режиме взлета/посадки, переходном режиме и режиме крейсерского полета.

Существует два крайних положения отклонения первой 4 и второй 7 секции механизации консоли крыла и цельноповоротной аэродинамической поверхности рулей управления 16 - положение взлета/посадки и крейсерское положение. В положении взлета/посадки механизация консоли крыла полностью отклонена и обеспечивает тягу в вертикальном направлении, а в крейсерском положении механизация занимает свое не отклоненное состояние, обеспечивая тягу в горизонтальном направлении. После вертикального взлета, механизация постепенно переходит от положения взлета/посадки к крейсерскому положению, с одновременным увеличением горизонтальной скорости полета.

Преимуществом конструкции консоли крыла 1 по первому варианту исполнения является возможность хорошего управления направлением исходящей из набора движителей 6 струи воздуха. На режиме взлета/посадки, первая секция механизации 4 с набором движителей 6 располагается не вертикально, дополнительный доворот исходящей струи воздуха осуществляет вторая секция механизации 7. Такое расположение набора движителей 6 приводит к увеличению подъемной силы ввиду создания дополнительного разрежения над поверхностью несущей части 3. К недостаткам можно отнести сложность конструкции механизма отклонения закрылка 1 1 или механизма отклонения флаперона 12.

Преимуществом конструкции по второму варианту исполнения является создание дополнительной подъемной силы второй секцией механизации 7 на крейсерском режиме полета ввиду того, что исходящая из набора движителей 6 струя воздуха создает разрежение над поверхностью второй секции механизации 7. К недостаткам можно отнести то, что на режиме взлета/посадки вторая секция механизации 7 не может довернуть струю воздуха на значительный угол, как в первом варианте исполнения, ввиду того, что струя воздуха склонна к срыву. Поэтому набор движителей 6 располагается под углом близким к вертикальному и как следствие, уменьшается дополнительная подъемная сила ввиду незначительного разрежения над поверхностью несущей части 3.

Преимуществом конструкции по третьему варианту исполнения является то, что создается дополнительная подъемная сила на режиме взлета, по аналогии с конструкцией по первому варианту исполнения. Так же, к преимуществам можно отнести то, что совместно аэродинамические поверхности 7 и 9 определяют выходное сечение S исходящей из движителей 6 струи воздуха. Во время отклонения механизации, площадь выходного сечения S может изменяться, в зависимости от положения аэродинамических поверхностей 7 и 9, что приводит к изменению параметров давления и скорости истечения струи воздуха. Однако, ввиду того, что вторая секция механизации состоит из двух поверхностей 7 и 9, требуется наличие связующего звена 10, для обеспечения требуемой кинематики взаимного движения этих поверхностей.

В отличие от классических аэродинамических органов управления самолета, которые эффективно работают только начиная с определенной скорости полета. Консоли крыла 1 предлагаемого летательного аппарата 2 в своей конструкции имеют вторую секцию механизации 7, которая может выполнять функцию флаперонов, которые в свою очередь, обдуваются исходящей из набора движителей 6 струей воздуха, всегда имеющей большую скорость. Следовательно, флапероны могут управлять летательным аппаратом 2 по рысканию на режиме взлета/посадки. А также, эффективно управлять летательным аппаратом 2 по рысканию и крену при малых скоростях горизонтального полета. Помимо этого, в случае третьего варианта исполнения консоли крыла 1 , существует возможность дополнительно изменять параметры давления и скорости исходящей из набора движителей 6 струи воздуха, в результате изменения площади выходного сечения S. Таким образом, обеспечивается хорошая управляемость летательного аппарата 2 на всех режимах и скоростях полета.