PL388742A1 - Samolot pionowego startu i lądowania - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest samolot (1) pionowego startu i lądowania, a zwłaszcza bezzałogowy samolot pionowego startu i lądowania mający pojedynczy wzdłużny kadłub (2) wyposażony w silnik, skrzydło (3) połączone z kadłubem (2) w jego części przedniej, usterzenie (6) połączone z kadłubem w jego części ogonowej oraz zespół śmigłowy (4) umieszczony z przodu i współosiowo do osi wzdłużnej kadłuba oraz połączony z silnikiem. Skrzydło (3) składa się z części środkowej (31) połączonej z kadłubem i dwóch części zewnętrznych skrzydła (32a, 32b) połączonych z częścią środkową (31) i tworzących pomiędzy sobą kąt rozwarty, zespół śmigłowy (4) otoczony jest cylindryczną obudową (5) o względnie dużej średnicy i profilu aerodynamicznym, która zamocowana jest do środkowej części (31), a usterzenie (6) posiada na swych końcach elementy dla posadowienia samolotu w pozycji pionowej i znajduje się w obszarze strugi pozaśmigłowej. Zapewnia to prostotę konstrukcji i automatyczną stateczność w locie bez konieczności stosowania skomplikowanych mechanizmów sterowania.

Description

Samolot /pionowego startu t. lądowania

Przedmiotem wynalazku jest samolot pionowego startu ś lądowania, a zwłaszcza heżzałc^owy ssmo^ starto i Aądcns&eŹą mający pojedynczy, wzdłużny "kadłub wyposażony w silnik, skrzydło połączone z kadłubom w jego części przedniej, usterzenie połączone z kadłubem w jego części ogonowej oraz zespół śmigłowy mmeszczony z przodu i współosiowo do art wzdłużnej kadłuba oraz połączony z silnikiem.

Ze staou techniki znanych jest wiele samolotów pionowego startu i lądowania (ang Werfięal wtdlMmiiti§ - YTOL) oraz samolotów o krótkim starcie i dobiegu (ang. Skore Take~Ó$:&}dJM0n$· ~ STOE) .

Ihawdopodohńtft pierwszą Iwmsombrąę samolotu typu YTOL, którą żieaiizowatm w praktyce tdawmorto w 1955 r. w opisie patentowym US27I2420 Samolot ten posiada dwa przeciwbieżne śmigła z przodu kadłuba, przy czym na końcach głównągp $$$$& o duszym kąme rtft&z ma końcu mi&zema znajdują się zastr^iy stanowiące podwozie samolotu w pozycji pionowej, % uwagi na taki^ że urt^zenie pionowe i pokorne zaajdtgą się w ezęksi ogonowej kadłuba i me znajdują się w ośbszarze strugi ροζζ^η^όί^, ty&k^m mssdM. samolot ten. morę jednak stwarzać problemy ze sterownością, W opisie patentowym 0$ S2SÓ994 ujawniono kónstrttk^ę s&molotu/śmigłowca w układzie „kaczki*' (urterżenie przed śkrżj#emk który startuje i ląduje pionowo jak śmigłowiec wykorzystując wirnik o dużej średnicy a lot poziomy wykonuje według zasad lotu samolotu w oparciu o śmigło prostopadłe do wirnika lecz o mniejszej Średnicy. Podczas startu i lądowania obraca się wirnik, śmigło jest zahamowane, a jego łopaty ustawione są pod kątem zapewniającym minimalny opór (w tzw, „chorągiewkę’’); na etapie przejściowym pomiędzy lotem pionowym a pokornym zaczyna pracować śmigło, a hamowany jest mmtk; zaś podczas lotu poziomego zahamowany jest wirnik, a jego łopaty ustawione są w chorągiewkę. Podczas lądowania procesy powyższe odbywają się w odwrotnej· kolejności, W opisie tym nie ujawniono jednak: w jaki sposób skutecznie przeetwd&lałae 'momentowi obrotowemu wirnika podczas startu dla zachowania stateczności podłużnej takiego statku powietrznego, W opisie patentowym 03 508Ó093 ujawniono « kolei samolot typu V?Ok w okładzie „bezogonowea* (bez usietzema) mający skośne skrzydło i jkróldb na którego uśterzehm ogonowym znajdują się podpory dla pionowego starto oraz dwa osionlfie Śmigla przeeiwfeiezfte. Skrzydło, za wyjątkiem· odcinka wewnątrz cylindra, ma możliwość obrotu względem kadłuba, tworząc kąt pomiędzy wektorom; ciągu od śmigła i wektorem, siły nośnef na skrzydle. Brak usterzenia może jednak prowadzić do problemów ze siateęMo:śeią lakiego statku powietrznego, W międzynarodowej publikacji: VfO 200800?147 ujawniono samolot typlt STOłą, którego konstrakcja pozwala na zrolaoę środka ciężkości samoldiu względem jego osi wzdłużnej podczas lotu, Samolot ten ma kadłub, dwa skrzydła typu tandem, umieszczone na kadłubie, przy czytn jedno ze steytlól jest umocowane sztywno, a drugie ma możliwość poruszaala się wzdłuż kadłuba oraz dwa silniki umieszczone na kadłubie, Skrzydło ruchome pozwala zmieniać pozycję środka ciężkości pomiędzy fmzyoją pierwszą* w Mprej środek ciężkości' samolotu jest przesunięty względnie daleko do przodu, pozwalając na większą szybkość samolotu, a pozycją drugiej, w fetor ej Środek ciężkości samolotu jest przesunięty względnie daleko do tyłu dla zapewnienia lotu wolnego. Samolot tego typu me pozwala jednak na pionowy stan Z kolei opis patentowy 03-:2.5^w układzie kaczki (tssterzente przed skrzydłem), która jak podano, ma możliwość zarówno startu poziomego jak 1 pionowego, dżśękr zastosowaniu podwozia połączonego obrotowo z królubętn i wy posażottego w układ zastrzałów dla posadowienia samolotu w pozycji pionowej, feigd^awkmalkonatttikcja nie wydaje się być jednak zdatna do startu pionowego z uwagi na za zbyt małą siłę etągu generowaną przez dwa śmigła, których:promień nie może być większy od wysokościjgoicni podwozia, w przypadku gdy samolot iesl posadowiony poziomo. W mtędzynarodowęj· pabłikacji WO 2007/108794 ipwniorio sańmi# pionowego startu· i lypsj FBW (apg. Mp Ąp 'Wir#}. Samolot teo ms d« osłonięte śmigła oraz żyroskopowy dysk stabilizacyjny umieszczony w kadłubie, który dzięki odpowiednią masie i/iub prędkości kątowej zapewiua odpowiedni moment pędu dla żyroskopowej «ąumłotw w; ptz^^kswycb. %ąch. tóm, W jednym, z wariantów·' tego samolotu kadłub jest połączony na stałe z osłoniętymi śmigłami, w innej Śmigla te::iitóją,ńi0^łiwość obrotu względem kadłuba, -:Str»»nii«Sae· gowietrza od nisko ząwłes20tpch śmigieł w agonach:mt^iednakdo efektu „przyklejania śą\ jaki występuje # samolotach typu VTÓŁ oraz w konstrukcjach rakietowych. Podobną koostf^ki# samolotu o żyroskopowej stabilizacji ujawnia publikacja W0 00/15497.

Clówną medogodnością konstrukcji opierających się o stabiMzaeję żyroskopową jest jednak przede wszystkim (pomijają konieczną masę żyroskopu, która obniża nośność samolotu) nadmierna nadwyżka stateczności, która z uwagi na bezwładność układu znaczno obniża ich zwrotbośc ikowadząę do rozciągnięcia wszystkich manewrów w przestrzeni i w czasie. Ponadto każdą zmiana prędkości obrotowej śmigła lub innych parametrów lotu musi zostać uwzględniona odpowiednią zmianą prędkości obrotowej; żyroskopu, co wymusza, stosowanie skomplikowanych mechanizmów sterowania. jeszcze inne konstrukcje samolotów typu STOL i VT0L ujawniono w opisach WO 2004/033295 i US 5062587.

Celem. wynalazku jęssł dostarczenie samolotu pionowego startu i Iłowania, który cechowałby się prostotą konstrukcji i układem aerodynamicznym zapewniającym automatyczną stateczność w locie bez konieczności stosowania skomplikowanych mechmkmfrw s$em\*lmm istotą wynalazku jest samolot pionowego startu i lądowania o konstrukcji wskazanej na wstępie, charakteryzujący się tym. źe skrzydło składa się z części środkowy: połączonej z kadłubem oraz dwóch części zewnętrznych połączonych z częścią Środkową, i tworzących pomiędzy sobą kąt rozwag dwóch śmigieł wpozyęp ztóś|Si5>t śmigłowy, rozumiany dalej jako pojedyacze śmieci przeciwbieżnych, współdSjCfwycK, otoczony jest cylindr; dużej średnicy i profilu aeradyfmmicznym; a osterzeme posiada ,na swych końcach elementy dla pmsadowwjna pionowej i znajduje śiętw obszarze strugi pozaśmi^owej:

Samolot według wynalazku ma klasyczny «kład aerodynamiczny z «starzeniem poziomym, j pionowyni, co zapewnia apromątyczpiC: śtaleejmoM statyczną i dynamiczna., bez konieczności stosowania dodatkowych mechanizmów tub układów sterowania.; Zwiększeniu stateczności podłużnej j; poprzecznej; w: wapnkach turbulencji tub iennśkt sprzyja przy tym fconstroleja skrzydła, którego części końcowe (skrzydła zewnętrzne) są w rzucie z przody mzwarte w kształcie litery X, co jest znanym rozwiązaniem eliminującym powstające zaburzenia. Cylindryczna obudowa śmigle! wytwarza dodatkową się nośną podczas lotu poziomego i Zwiększa stateczność, sterowność i zwrotnośe podczas pionowego startu i lądowania, podczas lotu poziomego oraz podczas zawisu. Ponadto dzięki temu, że usterzersie znajduje ślę w obszarze strugi pOzaimighsy^ jest ono podczas lotu (zarówno w locie poziomym jak i pionowym) opływane przez strumień powietrza od śmigła, co zapewnia bardzo dobrą sterowność samolotu w każdej fazie lotu. Na przykład podczas lotu wiszącego usterzenie samolotu zapewnia mały zakręt korekcyjny względem osi wzdłużnej samolotu;

Korzystne jesk aby eyhndiyeżną obudowa zespołu śmigłowego zamocowana była do części środkowej skrzydła.

Eorzysine również jest aby część środkowa skrzydła była wyposażona w co najmniej dwie klapeletki różmieszcżone symetrycznie względem osi wzdłużnej samolotu i storowane niezależne;,

Wotzy®m jest ponadto, aby każda wyposażam w co najmniej jedną kłapolotkęj przy czym kłapolotfci przeciwnych części zewnętrznych skrzydła, były sterowane niezależnie.

Mlezaleźne sterowaiie oznacza, ż.e każda 2: lotek może foyc odehytaaą w gorę bądź w dółni^aieżple od kąta odobvłu mnyefa Μφ.

Podczas stąrtu i lądowania.. w locie pionowym I; w trybach przejściowych od lotu pionowego do pońóme$& i odwrotnie w sterowaniu samolotem biorą udział wszystkie ktapófotki, natomiast pod. Czasiom poziomego w sterowaniu; biorą udział jedynie klapelotki części Zewnętrznych skrzydła które umożliwiają manewrowanie w : poziomym bez zmniejszenia siły nośnej

Wynalazek zaprezentowano w korzystnym przykładzie wykonania na rysunku, na którym: fig. I przedstawia samolot według wynalazku w widoku: pkąonomeityczhyM,. a fig 2 przedstawia przekrój samolot względem osi wzdłużnej 0-0 a z: rysunku fig. I (dla lepszej czytelności rysunku umownie nie przedstawiono tu kadłuba). fimedstapdópy pa rymsiku ISg; ) samolot J według ayzwiazkn ma wzdłmmy kadłub 2 połączony w przedniej części ze skrzydłem 3 w #edni0j$j&ą.

Skrzydło 3 składa się z części środkowej kadłubem 2, oraz dwóch

Części zewnettzdycit skrzydła, 32a i 32h, póiąPmńych z częścią środkową 31. Zwierzchnia cięciw każdej z części zewnętrznej skrzyła, 32a, 32b, jest odchylona w górę względem powierzchni przechodzącej przez: dęciwy części środkowi 31 skrzydła 3.

Krawędź spływu skrzydła 3 stanowią kłapolotki Ml' i 321 odchylane względem powierżcbni skrzydła zarówno w gorę jak i w dób Ftdozepie każdej z klapolotek Siła, 31 Ib (niepokazanej na rysmtkuj, 32la i 32Ib względem skrzydła 3 jest niezależnie kontrolowane przez niepokazany na rysunku układ elektromechaniczny i/iub elektrohydrauliczny sterowany niezależnie przykładowo manualnie lub przez automatyczny układ kontroli lotu samolotu. Zastosowany układ autonomicznie poruszanych klapolotek w szezegrdnosel ułatwia wykopanie samolotem według wynalazku przejścia z lotu pionowego do lotu poziomego i odwrotnie;

Kadłub 2 samolotu 1 zawiera niepokazany na rysunku silnik odpowiednio sprzężony z zespołem śmigłowym 4, W tym przykładzie wykonania zespół śmigłowy 4 składa się ^ dwóch obmcaiąeych si^^pzeciwbii^ei^w^łoł^io^ch śmigieł (na rysunku zobrazowano to w upto&eezeału. jako jedno śmigło) i,zainstalowany jest aa. przednim końcu kadłuba 2 współosiowo względem jego osi wzdłużne) O-O. Zespół śmigieł 4 umieszczony jest w eyłfpdjyczne) obudowie 5, której obwodnica twoiży profil asmdymnńczny, 1 która zamocowana jest do priMm®} części środkowej części 31 skrzydła 3; współosiowo względem osi wzdłużnej:· 0 kadłuba 2 samolotu 1, Średnica obudowy 5 jest w tym przykładzie nieco mniejsza od rozpiętości części środkowej 31 skrzydła 3^ Korzystne jest przy tym, aby jej Średnica nic była większa od rozpiętości części środkowy 31 skrzydła 3.

Gzęśc ogonowa. kadłuba 2 zakończona jest usterzemetn 6 w formie trzeefi rpdiOTnycb powierzchni sterujących (lub powierzchni nieruchomych, ale wyposażonych w stery?) 61, 62, 62, z niezależnym sterowaniem. Powierzchnie 61, 62, 63 rozmieszczone są rówtmkąime z przesunięciem kątowym około 120% przy czym powierzchnia 63 zorientowana prostopadle do powierzchni środkowej części 31 skrzydła 3 tworzy usterzenie pionowe, zaś pozostałe powierzchnie 61, 62 tworzą usterzenie poziome,

Usterzenie 6 wyposażane jest aa komach·-w demeMy, na przybk^ odpowiednie wzmocnienia, amortyzatory, etc., umożliwiające bezpieczne posadowienie samolotu w pozycji pionowej podczas startu i lądowania. Konstrukcja takich elementów jest oczywista, dlatego też nie zostały one zobrazowane na zalagzenyer rysunku.

Na rysunku fig. 2 przedstawiono przekrój poprzeczny środkowej części 31 skrzydła 3 samolotu I z rysunku fig, ł z uwidocznieniem zewnętrznej zarysu obudowy 5 zespołu śmigłowego 4. Na rysunku tvm wyraźnie widoczny jest aerodynamiczny profil zewnętrzny obudowy- 5 oraz przybliżony zakres możliwych przemieszczeń klapolotek: 311 a (i 31 łh) środkowej części 31 skrzydła 3.

Dla znawca dziedziny emzywlstymi będą przeróżne modyfikacje przedstawionego tu przykładu wykonania samolotu, dotyczące na przykład liczby i konfiguracji klapolotek, struktury usterzenia, układów sterowania, etc. Samolot według wynalazku może tez, po wyposażemp w podwozie klasyczne, startować i lądować poziomo z przyziemieniem co nie zostało jednak bliżej opisane. Samolot według; wyaafazkts rao# feyć rowiiśeź nałogowy bądź też Sianowie samolot bezzalogowy, kowyslaie mmfatnrowg. Ftifidslawioo^io przygada wygnania nie należy wśpc w żadnym; przypadku traktować jako wyczerpującego t pgrgBiezająeego prezentowany wyriaJszęk, ktorggo istota została seharakteryzowatsa w zaslrz^eołaeh patentowych.

Peinosnoomk;

Claims (1)

1. Samolot pionowego startu i lądowanią a zwłaszcza bezzałogowy samolot pionowego stattu i lądowania mający pojedynczy wzdłużny kadłub wyposażony w silnik, skrzydło połączone z kadłubem w jego części przedniej, usierzeme połączone z kadłubem w jego części ogonowej oraz zespół śmigłowy umieszczony z przodu i współosiowo do osi wzdłużnej kadłuba, oraz połączony z silbifefein, Znamienny tync że skrzydło (3) składa się ż części środkowej (3ł) połączon# z kadłubem ii dwóch części zewnętrznych skrzydła (32¾ ¾¾ połączonych z częścią środkową (31) i tworzących pomiędzy sobą kąt rozwarty, zespół: śmigłowy (4) otoczony jest cylindryczną obudową (5) o względnie dużej średnicy i profilu aeródyoanuezoym:. która zamocowana jest do środkowei części skrzydła. (31 )ya: mierzenie (6) posiada na swych końcach ełemeuty dla posadowienia samolotu w pozycj i; pionowej i zhąjduje się w obszarze strugi pozaśmigło wej. Samolot według zastrz. I, znamiennym tym, że cylindryczna obudowa (5) zespołu śmigłowego (4) zamocowana jest do części środkowej (31) skrzydła €>) Samolot według zastrz, ł albo 2, znamiennym tvm. że część środkową (31) skrzydła (3) jest wyposażona w co najmniej, dwie kiapołoikł piła) rozmiesżcżcme symetrycznie względem osi wzdłużnej samolotu i Merowape niezależnie. Samolot według zastrz, i albo 2 albo 3, znamiennym tern, ze każda część zewnętrzna skrzydła (32ay 32b) skrzydła (3| jest wyposażona w co najmniej jedną kłapołotfcę p2la, .32.15)* przy czym kfapołoiki <321 a.. 321ł>) przeciwnych części zewnętrznych skrzydła są sterowane niezależnie, fiełnomocnik: