RU2705743C1

RU2705743C1 - Convertiplane

Info

Publication number: RU2705743C1
Application number: RU2018139278A
Authority: RU
Inventors: Андрей Геннадьевич Бормотов; Дмитрий Васильевич Плешков
Original assignee: Дмитрий Васильевич Плешков
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2018-11-08
Publication date: 2019-11-11

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: invention relates to the field of aviation, particularly to the rotorcrafts designs. Convertiplane comprises fuselage with cockpit of pilots, stabilizer, keel, wings with steering surfaces, made with possibility of maintaining course stability and controllability in aircraft mode and arranged along aircraft layout, a rotor column connected to the fuselage by means of a hinge, which enables to change the angle of rotation of the column in range of 100°+-10° relative to horizon. Wings are installed near fuselage center of gravity on both sides. Rotor column is connected to the fuselage at the center of its gravity with the possibility of being installed in vertical position at takeoff and landing and installation in aircraft mode in horizontal position above fuselage synchronously with wings, with accommodation of rotor with blades in front of fuselage nose. Rotor blades are made with jet engines of their rotation, and conversion is performed by rotor controlled by swash plate and common pitch mechanism.

EFFECT: higher efficiency of convertoplan due to reduced weight of power plant and propulsor.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к транспортному машиностроению и может быть использовано для создания конвертопланов гражданского назначения, имеющим подъемные роторы для вертикального взлета (посадки) и для полета по самолетному типу после конвертации.The invention relates to mechanical engineering and can be used to create civilian convertiplanes with lifting rotors for vertical take-off (landing) and for flying in aircraft type after conversion.

Известен конвертоплан [Конвертоплан V-22 «Оспри» // https://ru.wikipedia.org/wiki/Bell_V-22_Osprey], содержащий фюзеляж, крылья и стабилизатор с рулевыми поверхностями, установленные по самолетной схеме, снабженный гидравлическим приводом поворота роторов для конвертации и управления аппаратом.Known tiltrotor [Tilting V-22 "Osprey" // https://ru.wikipedia.org/wiki/Bell_V-22_Osprey], containing the fuselage, wings and stabilizer with steering surfaces mounted on an airplane scheme, equipped with a hydraulic rotor drive for conversion and control apparatus.

Недостатком этого устройства является относительно большая сложность и масса, а также относительно низкая экономичность, вызванная большим расходом топлива.The disadvantage of this device is the relatively large complexity and weight, as well as the relatively low efficiency caused by high fuel consumption.

Известен также конвертоплан [Конвертоплан «ХС-142А» // Ружицкий Е.И. Американские самолеты вертикального взлета. М.: ACT: Астрель, 2000], содержащий фюзеляж с общим поворотным крылом (тилтвинг), а также четыре винтомоторные силовые установки, расположенные на крыле, в котором управление по крену осуществляется дифференциальным изменением мощности двигателей, по рысканью - отклонением элеронов, по тангажу - рулевым винтом малого диаметра, горизонтально установленным в хвостовой части, при этом крыло выполнено с возможностью поворота в диапазоне 0-100° градусов от продольной оси конвертоплана.Also known is a tiltrotor [Tiltrotor "XC-142A" // E. Ruzhitsky American vertical takeoff aircraft. M .: ACT: Astrel, 2000], containing the fuselage with a common rotary wing (tiltwing), as well as four rotor-propulsion power plants located on the wing, in which the roll control is carried out by differential variation of engine power, yaw - deflection of ailerons, pitch - a tail rotor of small diameter, horizontally mounted in the rear, while the wing is made with the possibility of rotation in the range of 0-100 ° degrees from the longitudinal axis of the tiltrotor.

Недостатком этого устройства является относительно большая сложность, многомоторность и масса, а также относительно низкая экономичность, вызванная большим расходом топлива.The disadvantage of this device is the relatively large complexity, multi-motor and mass, as well as the relatively low efficiency caused by high fuel consumption.

Кроме того, известен конвертоплан [БПЛА Spirit фирмы Flight Technologies, США https://helpiks.org/6-70007.html], известный также как беспилотный летательный аппарат (БПЛА) с вращающимся крылом и с вертикальным взлетом и посадкой, подъемная сила у которого создается за счет несущего винта в конфигурации вертолет, и крыльями, - в конфигурации самолет.In addition, the tiltrotor [Spirit UAV by Flight Technologies, USA https://helpiks.org/6-70007.html], also known as an unmanned aerial vehicle (UAV) with a rotating wing and with vertical take-off and landing, has which is created by the rotor in the configuration of the helicopter, and wings, in the configuration of the aircraft.

Недостатком этого устройства также является относительно большая сложность, большая масса и относительно низкая экономичность.The disadvantage of this device is also the relatively large complexity, large mass and relatively low efficiency.

Помимо указанных выше, известен конвертоплан [RU 2570241, С2, В64С 27/00, 10.12.2015,], содержащий фюзеляж, а также пассивные, без рулевых поверхностей стабилизатор и киль, выполненные с возможностью поддержания курсовой устойчивости в самолетном режиме и расположенные в хвостовой части фюзеляжа, независимо вращающиеся консоли обратной стреловидности и без рулевых поверхностей, с колонкой ротора на каждой, установленные вблизи центра тяжести по обе стороны от фюзеляжа, соединенные с ним посредством шарниров и соединенные с ним посредством шарниров, обеспечивающих возможность изменения угла поворота независимо каждой консоли в диапазоне 100+ -10° относительно горизонта, на каждой из которых прикреплен реактивно-приводной ротор, содержащий лопасти с реактивными двигателями на консолях лопастей, соединенный с колонкой посредством торсионов, закрепленных на свободно вращающихся валах колонок в подшипниках, реактивные двигатели, расположенные в консольной части лопастей, имеющие сопла, ориентированные в сторону задней кромки лопастей, автомат перекоса и механизм общего шага, выполненные с возможностью изменения общего и циклического шага лопастей посредством изменения угла установки лопастей и тягово-качалочную проводку для управления роторами, посредством автомата перекоса и механизмом общего шага, из кабины пилота.In addition to the above, a tiltrotor is known [RU 2570241, C2, B64C 27/00, 12/10/2015,] containing a fuselage, as well as passive stabilizer and keel, without steering surfaces, made with the possibility of maintaining directional stability in airplane mode and located in the tail parts of the fuselage, independently rotating consoles of reverse sweep and without steering surfaces, with a rotor column on each, mounted near the center of gravity on both sides of the fuselage, connected to it by hinges and connected to it by hinges, providing the ability to change the angle of rotation independently of each console in the range of 100+ -10 ° relative to the horizon, on each of which is attached a jet drive rotor containing blades with jet engines on the console of the blades, connected to the column by torsion bars mounted on freely rotating shaft of the columns in bearings, jet engines located in the cantilever part of the blades, having nozzles oriented towards the trailing edge of the blades, a swash plate and a common pitch mechanism with the possibility of changing the general and cyclic pitch of the blades by changing the setting angle of the blades and the trailer wiring shaker for controlling the rotors, through the swash plate and the collective pitch mechanism from the cockpit.

Недостатком этого технического решения является относительно большая сложность, связанная с использованием двух реактивно-приводных роторов.The disadvantage of this technical solution is the relatively large complexity associated with the use of two jet-driven rotors.

Наиболее близким по своей конструкции и достигаемому эффекту при использовании является конвертоплан [US 20050127238, A1, В64С 27/28, 16.06.2005,], содержащий, по меньшей мере один соосный несущий винт, по меньшей мере, один двигатель, соединенный, по меньшей мере, с одним соосным винтом, установленный с возможностью вращения в центре тяжести самолета или вблизи него, по меньшей мере, один двигатель, вращающий по дуге от первого положения, где плоскость вращения, по меньшей мере, одного соосного винта является, по существу, горизонтальной для короткого взлета, вертикального взлета и вертикального полета, до второго положения, где плоскость вращения, по меньшей мере, одного соосного винта является по существу вертикальной для горизонтального полета, при этом, центр тяжести самолета остается практически неизменным, когда, по меньшей мере, один двигатель вращается, переводя положение винта из первого положения, во второе положение.The closest in design and achieved effect when used is a tiltrotor [US 20050127238, A1, B64C 27/28, 16.06.2005,] containing at least one coaxial rotor, at least one engine connected, at least with at least one coaxial screw mounted to rotate in the center of gravity of the aircraft or near it, at least one engine rotating in an arc from a first position, where the plane of rotation of the at least one coaxial screw is essentially horizontal for short take off , vertical take-off and vertical flight, to a second position where the plane of rotation of the at least one coaxial screw is essentially vertical for horizontal flight, while the center of gravity of the aircraft remains almost unchanged when at least one engine rotates, translating the position of the screw from the first position to the second position.

Недостатком наиболее близкого технического решения является относительно большая сложность и большая масса конструкции.The disadvantage of the closest technical solution is the relatively large complexity and large mass of the structure.

Задача, которая решается в изобретении, заключается в создании конвертоплана, обладающего простой конструкцией, малой массой конструкции и высокой экономичностью, с возможностью полноценной способности аварийной авторотации, при достаточной ометаемой площади ротора, и управлением как вертолета, при вертолетной конфигурации, так и по самолетному, в конфигурации самолет.The problem that is solved in the invention is to create a tiltrotor having a simple structure, low construction weight and high efficiency, with the possibility of full emergency autorotation capability, with sufficient rotor sweeping area, and controlling both a helicopter, with a helicopter configuration, and with an airplane, in the configuration of the plane.

Требуемый технический результат заключается в упрощении конструкции и повышении экономичности.The required technical result is to simplify the design and increase efficiency.

Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в конвертоплане, содержащем фюзеляж с кабиной пилотов, а также стабилизатор, киль и крылья с рулевыми поверхностями, выполненные с возможностью поддержания курсовой устойчивости и управляемости в самолетном режиме и расположенные по стандартной самолетной схеме, колонку ротора, соединенную с фюзеляжем посредством шарнира, обеспечивающего возможность изменения угла поворота колонки в диапазоне 100°+-10° относительно горизонта, крылья для создания подъемной силы и поддержания курсовой устойчивости и управления в самолетном режиме установленные вблизи центра тяжести фюзеляжа по обе его стороны, при этом, колонка ротора соединена с фюзеляжем в центре его тяжести с возможностью установки в вертикальное положение при взлете и посадке и установке в самолетном режиме в горизонтальное положение над фюзеляжем, синхронно с крыльями, с размещением на ней ротора с лопастями перед носовой частью фюзеляжа, согласно полезной модели, лопасти ротора, установленного на конце колонки ротора, выполнены с реактивными двигателями привода их вращения, а конвертация выполняется ротором, управляемым автоматом перекоса и механизмом общего шага.The problem is solved, and the required technical result is achieved by the fact that in a tiltrotor containing a fuselage with a cockpit, as well as a stabilizer, keel and wings with steering surfaces, made with the ability to maintain directional stability and controllability in airplane mode and located according to a standard airplane scheme, a rotor column connected to the fuselage by means of a hinge providing the possibility of changing the column rotation angle in the range of 100 ° + -10 ° relative to the horizon, wings to create a lift power and maintain directional stability and control in airplane mode installed near the center of gravity of the fuselage on both sides, while the rotor column is connected to the fuselage in the center of gravity with the possibility of installation in a vertical position during takeoff and landing and installation in airplane mode in horizontal position above the fuselage, synchronously with the wings, with the placement of a rotor with blades on it in front of the nose of the fuselage, according to a utility model, the rotor blades mounted on the end of the rotor column are made jet engines drive their rotation, and the conversion is performed rotor controlled swashplate and the collective pitch mechanism.

На чертеже представлен конвертоплан:The drawing shows a convertiplane:

на фиг. 1 - вид спереди;in FIG. 1 is a front view;

на фиг. 2 - вид сбоку.in FIG. 2 is a side view.

Конвертоплан содержит фюзеляж 1 с кабиной пилотов, а также стабилизатор и киль 2 с рулевыми поверхностями, выполненные с возможностью поддержания курсовой устойчивости в самолетном режиме и расположенные в хвостовой части фюзеляжа 1.The tiltrotor contains the fuselage 1 with the cockpit, as well as a stabilizer and keel 2 with steering surfaces, configured to maintain directional stability in airplane mode and located in the rear of the fuselage 1.

Конвертоплан содержит также колонку ротора 3 с классическим автоматом перекоса и устройством изменения общего шага лопастей, соединенную с фюзеляжем 1 посредством шарнира, обеспечивающего возможность изменения угла поворота колонки ротора 3, в диапазоне 100°+-10° относительно горизонта синхронно вместе с крыльями, а также ротор 4, установленный на конце колонки 3 и содержащий лопасти 5 с реактивными двигателями привода вращения их.The tiltrotor also contains a rotor column 3 with a classic swash plate and a device for changing the overall pitch of the blades, connected to the fuselage 1 by means of a hinge, which allows changing the angle of rotation of the rotor column 3, in the range of 100 ° + -10 ° relative to the horizon simultaneously with the wings, and a rotor 4 mounted on the end of column 3 and containing blades 5 with jet engines for driving their rotation.

Конвертоплан оснащен крыльями 6 с рулевыми поверхностями элеронов, установленными вблизи центра тяжести фюзеляжа 1, на одной оси вращения с колонкой ротора 3, по обе его стороны и выполненные с возможностью поддержания курсовой устойчивости и управления в самолетном режиме.The tiltrotor is equipped with wings 6 with steering surfaces of the ailerons mounted near the center of gravity of the fuselage 1, on the same axis of rotation with the column of the rotor 3, on both sides and made to maintain directional stability and control in airplane mode.

Особенностью предложенного конвертоплана является также то, что, колонка 3 соединена с фюзеляжем 1 в центре его тяжести с возможностью установки в вертикальное положение при взлете и посадке, и установке в самолетном режиме в горизонтальное положение над фюзеляжем с размещением ротора с лопастями перед носовой частью фюзеляжа, а крылья устанавливаются горизонтально по самолетному, в самолетном режиме.A feature of the proposed tiltrotor is also that, column 3 is connected to the fuselage 1 in the center of gravity with the possibility of installation in a vertical position during takeoff and landing, and installation in airplane mode in a horizontal position above the fuselage with the rotor with blades in front of the nose of the fuselage, and the wings are installed horizontally in the airplane, in airplane mode.

Взлет, полет и посадку конвертоплан осуществляет следующим образом.Tiltrotor takes off, flying and landing as follows.

При взлете колонка 3 вместе с крыльями 6 устанавливается в вертикальное положение. При достижении рабочих оборотов ротором 4 производится управляемый вертикальный взлет в вертолетном режиме управления с набором высоты. Для осуществления набора скорости конвертоплан переводится в самолетный режим (конвертация), для чего посредством автомата перекоса происходит наклон колонки 3 ротора с крыльями 6 в горизонтальное положение и увеличение общего шага лопастей ротора механизмом общего шага их. После набора скорости в самолетном режиме, аналогичном режиму одномоторного самолета, конвертоплан продолжает горизонтальный полет на заданной высоте с крейсерской скоростью. Посадка осуществляется в обратном порядке: гашение поступательной скорости до скоростей вертолетного режима, конвертация в режим вертолет и перевод колонки 3 вместе с крыльями 6 в вертикальное положение, выбор посадочной площадки, посадка, остановка ротора 4.When taking off, the column 3 together with the wings 6 is installed in a vertical position. When the working revolutions of the rotor 4 are reached, a controlled vertical take-off is performed in helicopter control mode with climb. To achieve speed gain, the tiltrotor is switched to airplane mode (conversion), for which, by means of the swashplate, the rotor column 3 with the wings 6 is tilted to a horizontal position and the total pitch of the rotor blades increases with a common pitch mechanism. After gaining speed in airplane mode, similar to single-engine airplane mode, the tiltrotor continues horizontal flight at a given altitude with cruising speed. Landing is carried out in the reverse order: damping the translational speed to the speeds of the helicopter mode, converting to helicopter mode and moving the column 3 together with the wings 6 to the vertical position, choosing a landing site, landing, stopping the rotor 4.

Таким образом, благодаря тому, что в предложенном техническом решении внесены конструктивные изменения, заключающиеся в том, что, привод винта выполнен реактивным, винт выполнен однороторным, а конвертация выполняется ротором, управляемым автоматом перекоса, достигается требуемый технический результат, заключающийся в упрощении конструкции, уменьшении массы и повышении экономичности, поскольку при выполнении привода винта ротора реактивным, по принципу реактивно-приводного с одним ротором, что исключает соосную прямоприводную структуру с присущей ей силовой установкой, редуктором, механизмом общего и дифференцированного шага и дублированным ротором с автоматом перекоса. Это значительно упрощает и облегчает конструкцию устройства за счет исключения массы этих узлов и агрегатов, увеличению, либо полезной нагрузки, либо увеличению запаса топлива, что увеличивает полетное время, при одинаковой с прототипом взлетной массе.Thus, due to the fact that the proposed technical solution introduced structural changes, namely, that the screw drive is made reactive, the screw is made single-rotor, and the conversion is carried out by a rotor controlled by a swash plate, the required technical result is achieved, which consists in simplifying the design, reducing mass and increase efficiency, because when performing a rotor screw drive reactive, on the principle of a reactive drive with one rotor, which eliminates the coaxial direct drive structure uru with inherent powerplant reducer mechanism total and differential steps and duplicated rotor swashplate. This greatly simplifies and facilitates the design of the device by eliminating the mass of these units and assemblies, increasing either the payload or increasing the fuel supply, which increases flight time, with the same take-off weight.

Claims

A tiltrotor containing a fuselage with a cockpit, as well as a stabilizer, keel and wings with steering surfaces, made with the possibility of maintaining directional stability and controllability in airplane mode and arranged according to a standard airplane pattern, a rotor column connected to the fuselage by means of a hinge, which makes it possible to change the angle the rotation of the column in the range of 100 ° + -10 ° relative to the horizon, the wings to create lift and maintain directional stability and control in airplane mode, set located near the center of gravity of the fuselage on both its sides, while the rotor column is connected to the fuselage in the center of gravity with the possibility of installation in a vertical position during takeoff and landing and installation in airplane mode in a horizontal position above the fuselage, synchronously with the wings, with placement on it rotor with blades in front of the nose of the fuselage, characterized in that the rotor blades mounted on the end of the rotor column are made with jet engines for their rotation, and the conversion is carried out by the rotor, controlled m swash plate and common pitch mechanism.