CZ30735U1 - Překlopný letoun - Google Patents

Description

Oblast techniky

Letouny, které se vyznačují schopností kolmého vzletu a přistání ve vzpřímené poloze a které následně po vzletu přecházejí do horizontální polohy, ve které probíhá fáze cestovního letu, jsou všeobecně nazývány překlopné letouny, neboli tailsittery. Základní výhodou tohoto typu letounu je schopnost vertikálního vzletu a přistání bez potřeby vzletové a přistávací dráhy, nebo jiného speciálního katapultovacího zařízení, při zachování možnosti cestovního letu jako plošník, tj. s využitím vztlakové síly vznikající na pevných nosných plochách. Na překlopných typech letounů obecně nedochází v průběhu letu, nebo při změnách letových režimů, ke změně konfiguio race letounu, tj. změně vzájemné polohy pohonných jednotek a letounu vůči sobě, či změně nastavení nosných ploch vůči letounu.

Dosavadní stav techniky

V historii letectví i v aktuální současnosti bylo vyvinuto a zkoušeno několik letounů typu tailsitter, které se liší uspořádáním nosných ploch, množstvím a uspořádáním pohonných jednotek a způsobem ovládání jejich letu ve všech letových režimech. Tyto příklady lze nalézt jak v kategorii pilotovaných letounů, tak v oblasti bezpilotních létajících prostředků. Rozdílná konstrukční provedení byla vždy motivována snahou o zajištění spolehlivé ovladatelnosti stroje ve všech očekávaných režimech letu. Jedná se zejména o:

- režim stabilizovaného letu ve vertikální poloze letounu,

- režim horizontálního letu v konfiguraci letounu s pevnými nosnými plochami,

- přechodové režimy mezi dvěma výše uvedenými a

- bezpečné provedení vzletu a přistání ve vertikální poloze.

Podstata technického řešení

Úkolem tohoto technického řešení je navrhnout překlopný letoun, který je spolehlivě ovladatelný ve všech režimech letu.

Tento úkol je vyřešen překlopným letounem, který má trup, a dvojicí křídel, z nichž každé má náběžnou hranu a odtokovou hranu, přičemž každé z dvojice křídel je na straně odtokové hrany opatřené vrtulovou pohonnou jednotkou a soustavou řídicích plošek, která obsahuje výkyvné upevněné alespoň dvě řídicí plošky pro řízení směru odtoku vzduchu od vrtulové pohonné jed30 notky, přičemž soustava řídicích plošek je propojená s ovládacím ústrojím pro řízení výkyvu alespoň jedné z řídicích plošek.

S výhodou soustava řídicích plošek obsahuje táhlo, kterým jsou řídicí plošky navzájem propojeny pro synchronizaci jejich výkyvu.

Rovněž je výhodné, když osy výkyvu řídicích plošek jsou rovnoběžné s odtokovou hranou jim příslušného křídla.

Ve zvlášť výhodném provedení soustava řídicích plošek obsahuje dvojici vnějších řídicích plošek a mezi nimi centrálně uspořádanou řídicí plošku, jejíž náběžná hrana je v zákrytu s odtokovou hranou křídla.

S výhodou alespoň jedna řídicí ploška z každé soustavy má v řezu od své náběžné hrany k odto40 koVé hraně aerodynamický kapkovitý tvar.

Překlopný letoun je s výhodou dále opatřený centrální pohonnou jednotkou uspořádanou v rovině symetrie letounu. Toto provedení je zvlášť výhodné, protože centrální pohonná jednotka může být využita při vzletu a přistávání k odlehčení hmotnosti letounu ve svislé poloze a rovněž k pohonu letounu v cestovní horizontální poloze, zatímco vrtulové pohonné jednotky instalované na křídlech jsou s výhodou využity při vzletu a přistávání, případně při přechodech z vertikální do horizontální polohy a zpět, ale mohou být vypnuty při cestovním horizontálním módu letu, při- 1 CZ 30735 U1 čemž jsou vrtule těchto vrtulových pohonných jednotek ustavené ve štěrbině mezi křídlem a soustavou řídicích plošek.

A rovněž s výhodou jsou vrtulová pohonná jednotka a soustava řídicích plošek na křídle uspořádány v jeho proximální oblasti, zatímco v distální oblasti je křídlo na své odtokové straně opatřené výkyvné uspořádaným nakláněcím křidélkem pro řízení klonění letounu za letu.

S výhodou má řídicí ploška, která je uspořádaná nejblíže ose otáčení vrtule vrtulové pohonné jednotky uspořádané na křídle, délku ve směru rovnoběžném s odtokovou hranou křídla, která odpovídá 80-ti až 120-ti % velikosti průměru vrtule.

A rovněž je výhodné, když je vrtule vrtulové pohonné jednotky na křídle uspořádaná tak, že je ve vypnutém stavu ustavítelná v zákrytu s odtokovou hranou křídla a/nebo ve štěrbině vymezené odtokovou hranou křídla a soustavou řídicích plošek.

Také může být výhodné opatřit překlopný letoun v jeho přední oblasti dvojicí přídavných stabilizačních ploch. Případné může být výhodné uspořádat náběžnou hranu nakláněcího křidélka v jedné linii s náběžnou hranou jedné z řídicích plošek.

Objasnění výkresů

Příkladné provedení tohoto technického řešení je schematicky znázorněno na výkresech, kde na obr. 1 je nárys překlopného letounu v parkovací, resp. startovací, poloze, na obr. 2 je bokorys překlopného letounu z obr. 1, na obr. 3 je půdorys překlopného letounu z obr. 1, na obr. 4 je část křídla překlopného letounu s řídicími ploškami a na obr. 5a a 5b je příklad sestavy řídicích plošek pro překlopný letoun dle tohoto technického řešení.

Příklady uskutečnění technického řešení

Jak je zvláště zřejmé z obr. 1 až 3, příkladné provedení překlopného letounu obsahuje trup 4, na jehož přední části je uspořádána dvojice předních stabilizačních ploch 6 tzv. kachních ploch, a na zadní části trupu 4 dvojice křídel 5.

Na zadní části trupu 4 je uspořádána centrální pohonná jednotka 7. Ve znázorněném provedení se jedná o vrtulovou pohonnou jednotku, ale alternativně by bylo možno použít i proudový motor či jiný vhodný typ pohonu.

Dále je ke každému křídlu 5 upevněna dvojice stojanových ocasních ploch 8, každá se stojanovou koncovkou 9, které umožňují zaparkování/postavení překlopného letounu ve svislé poloze.

Každé křídlo 5 má náběžnou hranu 50, která je obrácená dopředu po směru letu, a odtokovou hranu 55, která je obrácená dozadu. Dále je ke každému křídlu 5 na straně odtokové hrany 55 při distální oblasti křídla 5 výkyvné upevněné nakláněcí křidélko 10 pro řízení klonění letounu za letu.

Každé z křídel 5 je ve své proximální oblasti opatřeno vrtulovou pohonnou jednotkou, jejíž vrtule 3 je uspořádaná při odtokové hraně 55 křídla.

Z hlediska směru letuje za vrtulí 3 vrtulové pohonné jednotky upevněna soustava řídicích plošek 21, 22, 23, jejichž náběžná hrana prochází v podstatě rovnoběžně s odtokovou hranou 55 křídla 5.

S výhodou obsahuje soustava alespoň dvě řídicí plošky 21, 22, 23, ve znázorněném zvlášť výhodném provedení obsahuje tři, aleje samozřejmě možné použít i více řídicích plošek 21, 22, 23 v soustavě. Řídicí plošky 21, 22, 23 jsou ke křídlu 5 upevněny pomocí držáku 12.

Ve znázorněném výhodném provedení obsahuje soustava řídicích plošek 21, 22, 23 dvojici vnějších řídicích plošek 21, 23 a centrálně uspořádanou řídicí plošku 22, která je uspořádaná mezi nimi a prochází v podstatě tak, že její náběžná hrana je z hlediska směru letu v zákrytu s přivrácenou odtokovou hranou 55 křídla 5. Ve zvlášť výhodném provedení je centrálně uspořádaná řídicí ploška 22 aerodynamicky tvarovaná, konkrétně je ve své střední části v oblasti přivrácené k ose vrtule 3 plynule mírně rozšířená, jak je to zřejmé zvláště z obr. 5a a 5b. Současně má alespoň centrálně uspořádaná řídicí ploška 22 v řezu od své náběžné hrany ke své odtokové

-2CZ 30735 Ul hraně, tedy v podstatě v řezu rovinou rovnoběžnou s rovinou symetrie letounu, aerodynamický kapkovitý tvar.

Všechny řídicí plošky 21. 22. 23 jsou uloženy s možností výkyvu kolem navzájem rovnoběžných os, které jsou s výhodou v podstatě rovnoběžné s odtokovou hranou 55 křídla 5.

V tomto příkladném provedení je k centrálně uspořádané řídicí plošce 22 připojeno ovládací ústrojí 20, pomocí kterého se nastavuje její sklon. Každá z vnějších řídicích plošek 21, 23 je pomocí táhla 25 propojená s centrálně uspořádanou řídicí ploškou 22 tak, že při změně sklonu centrálně uspořádané řídicí plošky 22 se mění sklon i vnějších řídicích plošek 21, 23. Sklon vnějších řídicích plošek 21. 23 lze tedy nastavovat nastavováním sklonu centrální řídicí plošky 22. ío Všechny řídicí plošky 21, 22, 23 tedy například mohou být uspořádány navzájem rovnoběžně a mohou si zachovávat tuto vzájemnou rovnoběžnost i při změně sklonu centrálně uspořádané řídicí plošky 22 podle obr. 5a a 5b.

Je zřejmé, že ovládací ústrojí 20 může být přiřazeno k jiné z řídicích plošek 21, 22, 23. Případně může být použito více než jedno ovládací ústrojí 20, aby bylo možné nastavovat sklon jednotli15 vých řídicích plošek samostatně/nezávisle.

Na obr. 5a a 5b je naznačeno ovládací ústrojí 20 obsahující čtyřkloubový, resp. pákový, mechanismus. Jsou ale možné i jiné typy ovládání.

S výhodou jsou osy výkyvu řídicích plošek 21, 22, 23 uspořádány při jejich náběžné hraně.

Řídicí plošky 21, 22, 23 mají náběžné hrany uspořádané v rovině rovnoběžné s rovinou otáčení vrtule 3 vrtulové pohonné jednotky uspořádané na křídle 5 a s výhodou jsou délky řídicích plošek 21, 22, 23 ve směru jejich náběžných hran zvoleny přibližně tak, aby v kolmém průmětu náběžných hran řídicích plošek 21, 22, 23 do roviny otáčení vrtule 3 tvořily tyto náběžné hrany přibližně tětivy kružnice opisované vrcholem vrtule 3. Ve znázorněném příkladném provedení má například centrálně uspořádaná řídicí ploška 22 délku odpovídající v podstatě přibližně velikosti průměru kružnice opisované vrtulí 3, zatímco vnější řídicí plošky 21, 23 jsou kratší a jejich délka přibližně odpovídá velikosti tětivy kružnice opisované vrcholem vrtule 3, bere-li se v úvahu tětiva, která má stejnou vzdálenost od středu kružnice jako je vzdálenost náběžných hran centrálně uspořádané řídicí plošky 22 a vnější řídicí plošky 21, 23 podle obr. 3.

Letoun vzlétává z polohy svislé, tedy z polohy, v níž stojí na stojanových koncovkách 9 ocasních ploch 8 podle obr. 1 a 2. Pro vzlet se zapne centrální pohonná jednotka 7 a rovněž se zapnou pohonné vrtulové jednotky na křídlech 5, jejichž výstupní proud je vektorizován v rovině symetrie letounu pomocí vychylování soustavy řídících plošek 21. 22, 23.

Řízení pohybu/natáčení letounu kolem všech tří os při svislé poloze letounu je zajištěno kombinací změny tahu dvojice vrtulových pohonných jednotek uspořádaných na křídlech 5 a nezávislé vektorizace jejich výstupního vzdušného proudu zajišťované vychylováním řídících plošek 21, 22,23.

V režimu letu ve vodorovné poloze, tedy v režimu cestovního letu je využita centrální pohonná jednotka 7, která je instalovaná v rovině symetrie letounu a kterou může být vrtulová nebo proudová pohonná jednotka. V tomto režimu jsou pohonné jednotky na křídlech 5 vypnuté a jejich vrtule 3 jsou ustaveny v poloze v zákrytu za odtokovou hranou 55 křídla 5, resp. ve štěrbině mezi ní a centrálně uspořádanou řídicí ploškou 22.

Toto technické řešení je zvlášť vhodné pro letouny typu bezpilotních leteckých prostředků, ale lze je použít i pro pilotované letecké prostředky.

Ve znázorněném provedení je využit letoun s dvojicí předních stabilizačních ploch 6, je ale zřejmé, že toto technické řešení je uplatnitelné i u jiných typů letounů.

Ve výše popsaném zvlášť výhodném provedení je letoun opatřen centrální pohonnou jednotkou 7 a dvojicí vrtulových pohonných jednotek na křídlech 5. Je ale možné i provedení, ve kterém nebude použita centrální pohonná jednotka 7, a veškerý pohon budou zajišťovat výhradně vrtulové pohonné jednotky umístěné na křídlech 5.

-3CZ 30735 U1

Vhodným materiálem držáku 12 a/nebo řídicích plošek 21_, 22, 23 je podle typu letounu např. plech z vysokopevnostních hliníkových slitin.

Ačkoli byla popsána řada příkladných provedení, je zřejmé, že odborník z dané oblasti snadno nalezne další možné alternativy k těmto provedením. Proto rozsah ochrany není omezen na tato příkladná provedení.

Claims (9)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Překlopný letoun, který má trup (4), a dvojicí křídel (5), z nichž každé má náběžnou hranu (50) a odtokovou hranu (55), vyznačující se tím, že každé z dvojice křídel (5) je na straně odtokové hrany (55) opatřené vrtulovou pohonnou jednotkou a soustavou řídicích plošek (21, 22, 23), která obsahuje výkyvné upevněné alespoň dvě řídicí plošky (21, 22, 23) pro řízení směru odtoku vzduchu od vrtulové pohonné jednotky, přičemž soustava řídicích plošek (21, 22, 23) je propojená s ovládacím ústrojím (20) pro řízení výkyvu alespoň jedné z řídicích plošek (21, 22, 23).
2. 2. Překlopný letoun podle nároku 1, vyznačující se tím, že soustava řídicích plošek (21, 22, 23) obsahuje táhlo (25), kterým jsou řídicí plošky (21, 22, 23) navzájem propojeny pro synchronizaci jejich výkyvu.
3. 3. Překlopný letoun podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že osy výkyvu řídicích plošek (21, 22, 23) jsou rovnoběžné s odtokovou hranou (55) jim příslušného křídla (5).
4. 4. Překlopný letoun podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že soustava řídicích plošek (21, 22, 23) obsahuje dvojici vnějších řídicích plošek (21, 23) a mezi nimi centrálně uspořádanou řídicí plošku (22), jejíž náběžná hrana je v zákrytu s odtokovou hranou (55) křídla (5).
5. 5. Překlopný letoun podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že alespoň jedna řídicí ploška (21, 22, 23) z každé soustavy má v řezu od své náběžné hrany k odtokové hraně aerodynamický kapkovitý tvar.
6. 6. Překlopný letoun podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že je dále opatřený centrální pohonnou jednotkou (7) uspořádanou v rovině symetrie letounu.
7. 7. Překlopný letoun podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vrtulová pohonná jednotka a soustava řídicích plošek (21, 22, 23) jsou na křídle (5) uspořádány v jeho proximální oblasti, zatímco v distální oblasti je křídlo (5) na své odtokové straně opatřené výkyvné uspořádaným nakláněcím křidélkem (10) pro řízení klonění letounu za letu.
8. 8. Překlopný letoun podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že řídicí ploška (21, 22, 23), která je uspořádaná nejblíže ose otáčení vrtule (3) vrtulové pohonné jednotky, má délku ve směru rovnoběžném s odtokovou hranou (55) křídla (5), která odpovídá 80-ti až 120-ti % velikosti průměru vrtule (3).
9. 9. Překlopný letoun podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že vrtule (3) vrtulové pohonné jednotky je na křídle (5) uspořádaná tak, že je ve vypnutém stavu ustavitelná v zákrytu s odtokovou hranou křídla (5) a/nebo ve štěrbině vymezené odtokovou hranou křídla (5) a soustavou řídicích plošek (21, 22, 23).