RU2012511C1

RU2012511C1 - Hybrid flying vehicle

Info

Publication number: RU2012511C1
Application number: RU93043414A
Authority: RU
Inventors: В.М. Капин; В.А. Ивчин; Н.С. Павленко; Е.Л. Погребинский; В.В. Субботин; О.Н. Майоров
Original assignee: Фирма "ВИСТ"
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1994-05-15

Abstract

FIELD: aeronautical engineering. SUBSTANCE: hybrid flying vehicle has a body with vertical open shaft, a lifting propeller, side wings, tail unit, and cruising propellers. The invention is characterized in that there is a torus reinforcing ring having a closed cross-section and enclosing the vertical shaft below the lifting propeller plane of rotation. The torus ring is made of sections and has supporting radial partitions. EFFECT: increased rigidity of the construction; increased reliability and safety of the flying vehicle. 7 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к авиастроению и может быть использовано в летательных аппаратах комбинированного типа, имеющих в своем составе тяговые винты или иное устройство для горизонтального перемещения летательного аппарата и подъемные винты для взлета и посадки на неподготовленные площадки, а также для удержания аппарата над поверхностью любой площадки. The invention relates to aircraft manufacturing and can be used in aircraft of a combined type, incorporating traction screws or another device for horizontal movement of the aircraft and lifting screws for takeoff and landing on unprepared sites, as well as to hold the device above the surface of any platform.

Основной проблемой комбинированных летательных аппаратов является выбор рациональной конструкции летательного аппарата с максимальным использованием преимуществ вертикального взлета и посадки, что в свою очередь определяется компоновкой основных узлов летательного аппарата (корпус с крыльями и хвостовым оперением, силовая установка с тяговым и подъемными винтами) и его силовой конструкцией, воспринимающей все нагрузки при эксплуатации. Известны несколько конструктивных схем комбинированных летательных аппаратов. The main problem of combined aircraft is the choice of the rational design of the aircraft with the maximum use of the advantages of vertical take-off and landing, which in turn is determined by the layout of the main components of the aircraft (body with wings and tail unit, power plant with traction and elevating propellers) and its power structure perceiving all loads during operation. Several structural schemes of combined aircraft are known.

Комбинированные летательные аппараты типа "летающая платформа" имеют, как правило, плоскую силовую конструкцию, окаймленную по периметру силовым шпангоутом. Платформа снабжена одним или несколькими вертикальными тоннелями, в которых размещено обтекаемое центральное тело с горизонтальным подъемным винтом. Платформа имеет также тяговые винты для горизонтального полета и силовую установку для привода подъемного и тяговых винтов. Силовой набор платформы замыкается на периферийный силовой шпангоут (см. , например, патент Великобритании N 1165239, 1969). Наличие периферийного силового шпангоута значительно увеличивает вес аппарата, что делает его неприемлемым для авиационной техники общего назначения. Специализация летающих платформ определяет их внешний облик, практически исключающий использование аэродинамической подъемной силы. Combined aircraft of the "flying platform" type have, as a rule, a flat power structure bordered around the perimeter by a power frame. The platform is equipped with one or more vertical tunnels in which a streamlined central body with a horizontal lifting screw is located. The platform also has traction screws for horizontal flight and a power plant for driving lifting and traction screws. The power set of the platform closes to the peripheral power frame (see, for example, UK patent N 1165239, 1969). The presence of a peripheral power frame significantly increases the weight of the apparatus, which makes it unacceptable for general aviation equipment. The specialization of flying platforms determines their appearance, virtually eliminating the use of aerodynamic lift.

Известен также комбинированный летательный аппарат, содержащий цилиндрический корпус, крылья и хвостовое оперение, соединенное с корпусом. Летательный аппарат имеет силовые установки на крыльях для создания тягового усилия в горизонтальном полете и устройство для вертикального взлета-посадки с шасси на воздушной подушке. Устройства для вертикального взлета-посадки размещены в боковых наплывах за пределами цилиндрического корпуса. Боковые наплывы имеют периферийную силовую стенку по контуру наплыва, на которой закреплены двигатели, создающие вертикальную силу при взлете-посадке (см. , например, патент ФРГ N 1246422, 1967). Данная конструктивная схема лучше согласуется с требованиями авиационной техники. Однако вынос установок для создания вертикальной силы при взлете-посадке за пределы цилиндрического корпуса приводит к нерациональной силовой схеме, так как силовые элементы цилиндрического корпуса практически не участвуют в восприятии усилия от двигателей вертикального взлета-посадки, в связи с чем понадобилась периферийная силовая стенка, что приводит к увеличению веса конструкции. Кроме того, при указанном размещении двигателей вертикального взлета-посадки придется использовать высоконагруженные двигатели, так как в данной конструктивной схеме резко ограничены диаметры воздушного тракта двигателей вертикального взлета-посадки. Also known is a combined aircraft comprising a cylindrical body, wings and a tail unit connected to the body. The aircraft has power plants on the wings to create traction in horizontal flight and a device for vertical take-off and landing with an air-cushion landing gear. Devices for vertical take-off and landing are located in the lateral influx outside the cylindrical body. Lateral influxes have a peripheral power wall along the influx circuit, on which engines are mounted that create vertical force during take-off and landing (see, for example, the Federal Republic of Germany patent N 1246422, 1967). This design scheme is better consistent with the requirements of aviation technology. However, the removal of installations for creating vertical force during take-off and landing outside the cylindrical body leads to an irrational power circuit, since the power elements of the cylindrical body practically do not participate in the perception of force from vertical take-off and landing engines, and therefore a peripheral power wall was required, which leads to an increase in the weight of the structure. In addition, at the indicated location of the vertical take-off and landing engines, highly loaded engines will have to be used, since the diameters of the air path of the vertical take-off and landing engines are sharply limited in this design scheme.

Наиболее близким к заявленному изобретению является комбинированный летательный аппарат, описанный в заявке Великобритании N 1331655, кл. B 64 C 27/20, 1973. Известный летательный аппарат содержит несущий корпус с кабиной для экипажа и пассажиров и соединенные с несущим корпусом крылья и хвостовое оперение. Корпус аппарата имеет вертикальный центральный тоннель, в котором размещено обтекаемое центральное тело с горизонтальным подъемным винтом, соединенное со стенкой тоннеля радиальными пилонами. Летательный аппарат имеет тяговые винты и силовую установку для привода подъемного и тяговых винтов. На нижней поверхности несущего корпуса размещено посадочное устройство на воздушной подушке, охватывающее выход из центрального тоннеля. Несущий корпус характеризует аэродинамическую схему летательного аппарата, так как значительная часть аэродинамической подъемной силы в режиме горизонтального полета создается при обтекании корпуса. Крылья и хвостовое оперение известного аппарата имеют обычные продольный и поперечный силовой наборы, воспринимающие аэродинамическую подъемную силу. Конструктивная схема данного летательного аппарата имеет рациональную компоновку, так как подъемный винт размещен практически на одной вертикали с центром массы летательного аппарата. Летательный аппарат не имеет жестких ограничений по диаметру центрального тоннеля и подъемного винта, как это имеет место в схемах с двигателями вертикального взлета и посадки, вынесенными за пределы корпуса. Это дает возможность значительно улучшить энергетические характеристики летательного аппарата, снизить удельную нагрузку на ометаемую поверхность (площадь поперечного сечения центрального канала). Однако возможности известного летательного аппарата ограничены. Известный летательный аппарат не обеспечивает высокой безопасности полета, так как имеет несовершенную силовую схему. При размещении подъемного винта в центральном канале не предусматривается мер по сохранению живучести летательного аппарата при поломке подъемного винта. В этой ситуации неизбежно произойдет разрушение стенки центрального канала и, следовательно, разрушение кольцевого отсека, что приведет к катастрофе. Силовые наборы крыльев и хвостового оперения в известном летательном аппарате не образуют связанной силовой конструкции, что также снижает несущую способность (в смысле восприятия силовой нагрузки) летательного аппарата в целом. Closest to the claimed invention is a combined aircraft, described in the application of the UK N 1331655, CL. B 64 C 27/20, 1973. The known aircraft comprises a supporting body with a cabin for the crew and passengers, and wings and a tail unit connected to the supporting body. The casing of the apparatus has a vertical central tunnel, in which a streamlined central body with a horizontal lifting screw is placed, connected to the tunnel wall by radial pylons. The aircraft has traction propellers and a power unit for driving lifting and traction propellers. An air cushion landing device is placed on the bottom surface of the bearing housing, covering the exit from the central tunnel. The bearing body characterizes the aerodynamic design of the aircraft, since a significant part of the aerodynamic lifting force in the horizontal flight mode is created during the flow around the body. The wings and tail of the known apparatus have the usual longitudinal and transverse power sets, perceiving aerodynamic lifting force. The structural scheme of this aircraft has a rational layout, since the lifting screw is located almost on the same vertical line with the center of mass of the aircraft. The aircraft does not have strict restrictions on the diameter of the central tunnel and the lifting screw, as is the case in schemes with vertical take-off and landing engines, taken out of the hull. This makes it possible to significantly improve the energy characteristics of the aircraft, to reduce the specific load on the surface being swept (the cross-sectional area of the central channel). However, the capabilities of the known aircraft are limited. A known aircraft does not provide high flight safety, as it has an imperfect power circuit. When placing the lifting screw in the central channel, no measures are taken to preserve the survivability of the aircraft in case of failure of the lifting screw. In this situation, the destruction of the wall of the central channel and, consequently, the destruction of the annular compartment, which will lead to disaster, will inevitably occur. Power sets of wings and tail unit in a known aircraft do not form a coupled power structure, which also reduces the bearing capacity (in the sense of perceiving power load) of the aircraft as a whole.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании комбинированного летательного аппарата, имеющего хорошие характеристики по центровке, рациональную схемную компоновку и повышенную живучесть путем создания силовой конструкции, способной противостоять случайным поломкам отдельных агрегатов летательного аппарата. Другой задачей изобретения является создание комбинированного летательного аппарата, в котором случайная поломка или выход из строя одного из основных несущих узлов не приводили бы к катастрофической ситуации. Третьей задачей изобретения является создание комбинированного летательного аппарата, в котором случайное разрушение подъемного винта не приводит к разрушению аппарата в целом. The problem to which the invention is directed is to create a combined aircraft that has good centering characteristics, a rational circuit layout and increased survivability by creating a power structure that can withstand accidental breakdowns of individual units of the aircraft. Another objective of the invention is the creation of a combined aircraft in which an accidental breakdown or failure of one of the main load-bearing nodes would not lead to a catastrophic situation. The third objective of the invention is the creation of a combined aircraft, in which the accidental destruction of the lifting propeller does not lead to the destruction of the device as a whole.

Для решения поставленных задач комбинированный летательный аппарат, содержащий несущий корпус с вертикальным центральным тоннелем, в котором размещено обтекаемое центральное тело с подъемным винтом, соединенное со стенкой тоннеля радиальными пилонами, крылья и хвостовое оперение, тяговые винты горизонтального полета, силовую установку для привода подъемного и тягового винтов, продольный и поперечный силовые наборы, снабжен торообразным силовым кольцом замкнутого поперечного сечения, охватывающим полость центрального вертикального канала ниже плоскости вращения подъемного винта, при этом торообразное силовое кольцо составлено из отдельных секторов, жестко соединенных между собой по радиальным поверхностям стыков, причем силовой набор летательного аппарата закреплен на торообразном силовом кольце. To solve the tasks, a combined aircraft containing a bearing body with a vertical central tunnel, in which a streamlined central body with a lifting screw is located, connected to the tunnel wall by radial pylons, wings and tail, horizontal traction propellers, a power plant for lifting and traction drives screws, longitudinal and transverse power sets, equipped with a toroidal power ring of closed cross section, covering the cavity of the Central vertical channel below the plane of rotation of the lifting rotor, the toroidal power ring composed of individual sectors, rigidly interconnected along radial surfaces of joints, wherein the power set of the aircraft is fixed on the toroidal ring force.

Кроме того, торообразное силовое кольцо снабжено радиальными перегородками, размещенными внутри кольца. При этом радиальные перегородки размещены в плоскостях стыков секторов кольца. In addition, the toroidal power ring is provided with radial partitions located inside the ring. In this case, the radial partitions are placed in the planes of the joints of the ring sectors.

Элементы продольного силового набора летательного аппарата замкнуты на радиальные перегородки в плоскостях стыков секторов торообразного силового кольца, причем элементы продольного силового набора и радиальных пилонов, лежащие в плоскостях стыков секторов торообразного силового кольца, выполнены в виде сплошной балки, закрепленной между перегородками стыкуемых секторов. Elements of the longitudinal power set of the aircraft are closed on radial partitions in the planes of the joints of the sectors of the toroidal power ring, and the elements of the longitudinal power set and radial pylons lying in the planes of the joints of the sectors of the toroidal power ring are made in the form of a continuous beam fixed between the partitions of the joined sectors.

При этом торообразное силовое кольцо снабжено дополнительными радиальными перегородками, размещенными между стыками секторов тороидального силового кольца. In this case, the toroidal power ring is equipped with additional radial partitions located between the joints of the sectors of the toroidal power ring.

Кроме того, в радиальных перегородках торообразного силового кольца выполнены окна. In addition, windows are made in the radial partitions of the toroidal power ring.

Технический результат от использования изобретения заключается в создании комбинированного летательного аппарата, способного взлетать и садиться на неподготовленные площадки, имеющего повышенную живучесть конструкции. The technical result from the use of the invention is to create a combined aircraft, capable of taking off and landing on unprepared sites, with increased survivability of the structure.

Изобретение поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлен комбинированный летательный аппарат, общий вид сверху; на фиг. 2 - продольный разрез летательного аппарата; на фиг. 3 - вид сверху на силовую конструкцию летательного аппарата; на фиг. 4-7 - отдельные узлы торообразного силового кольца. In FIG. 1 shows a combined aircraft, a general view from above; in FIG. 2 - longitudinal section of the aircraft; in FIG. 3 is a top view of the power structure of the aircraft; in FIG. 4-7 - individual nodes of the toroidal power ring.

Комбинированный летательный аппарат содержит корпус 1 с вертикальным центральным тоннелем 2, в котором размещено обтекаемое центральное тело 3 с подъемным винтом 4. Центральное тело 3 соединено со стенкой тоннеля радиальными пилонами 5. Летательный аппарат имеет кабину 6 для размещения экипажа, пассажиров или грузов, крылья 7 и хвостовое оперение, включающее вертикальные кили 8 и горизонтальную несущую поверхность 9. Аэродинамические поверхности летательного аппарата оснащены отклоняемыми органами управления (позиции на фиг. не показаны). Для горизонтального полета летательный аппарат имеет тяговые винты 10, установленные на хвостовом оперении. Подъемный винт 4 и тяговые винты 10 приводятся во вращение силовой установкой, включающей два двигателя 11, через валы трансмиссии 12. Летательный аппарат оснащен посадочным устройством 13 на воздушной подушке с наддувом воздушной подушки от подъемного винта. The combined aircraft comprises a body 1 with a vertical central tunnel 2, in which a streamlined central body 3 with a lifting screw 4 is placed. The central body 3 is connected to the tunnel wall by radial pylons 5. The aircraft has a cabin 6 for accommodating crew, passengers or cargo, wings 7 and tail unit, including vertical keels 8 and horizontal bearing surface 9. Aerodynamic surfaces of the aircraft are equipped with deflectable controls (positions in Fig. not shown). For horizontal flight, the aircraft has traction screws 10 mounted on the tail. The lifting screw 4 and the traction screws 10 are driven into rotation by a power plant including two engines 11 through the shafts of the transmission 12. The aircraft is equipped with a landing device 13 on an air cushion with supercharged air cushion from the lifting screw.

Основу силовой конструкции летательного аппарата составляет торообразное силовое кольцо 14 замкнутого поперечного сечения, охватывающее полость центрального вертикального тоннеля ниже плоскости вращения подъемного винта 4. Торообразное силовое кольцо 14 составлено из отдельных секторов 15. Секторы 15 жестко соединены между собой по радиальным плоскостям стыков. Для соединения можно использовать болты 16, заклепки, шпильки или иные крепежные узлы (на фиг. место расположения крепежных узлов показано штрихпунктирными линиями). В плоскостях стыков внутри торообразного силового кольца размещены радиальные перегородки 17, придающие кольцу большую жесткость. Помимо радиальных перегородок 17 тороидальное силовое кольцо снабжено также дополнительными радиальными перегородками 18, размещенными между стыками кольца. Силовая конструкция летательного аппарата включает также элементы продольного и поперечного силовых наборов, образующие вместе с торообразным силовым кольцом силовоспринимающую конструкцию летательного аппарата. В зависимости от взаимного расположения элементов продольного и поперечного силовых наборов и торообразного силового кольца они соединяются друг с другом, образуя жесткие связи. Элементы 19 и 20 поперечного и продольного силового набора, расположенные вне плоскости стыков торообразного силового кольца, закрепляются на внешней поверхности торообразного силового кольца и на радиальных перегородках в плоскостях стыков кольца. Элементы 21 продольного силового набора и силовые элементы 22 радиального пилона 5 расположены в плоскости стыка секторов торообразного силового кольца и выполнены в виде сплошной балки 23, закрепленной между перегородками 17 стыкуемых секторов. Для удобства монтажа в радиальных перегородках имеются окна 24. The basis of the power structure of the aircraft is a toroidal force ring 14 of closed cross section, covering the cavity of the central vertical tunnel below the plane of rotation of the lifting screw 4. The toroidal force ring 14 is composed of separate sectors 15. Sectors 15 are rigidly interconnected along the radial planes of the joints. For connection, you can use bolts 16, rivets, studs or other mounting nodes (in Fig. The location of the mounting nodes shown in dash-dotted lines). In the planes of the joints inside the toroidal power ring, radial partitions 17 are placed, giving the ring greater rigidity. In addition to the radial partitions 17, the toroidal power ring is also provided with additional radial partitions 18 located between the joints of the ring. The power structure of the aircraft also includes elements of the longitudinal and transverse power sets, which together with the toroidal power ring form the power-sensing structure of the aircraft. Depending on the relative position of the elements of the longitudinal and transverse power sets and the toroidal power ring, they are connected to each other, forming rigid bonds. Elements 19 and 20 of the transverse and longitudinal power set located outside the plane of the joints of the toroidal power ring are fixed on the outer surface of the toroidal power ring and on the radial partitions in the planes of the ring joints. The elements 21 of the longitudinal power set and the power elements 22 of the radial pylon 5 are located in the plane of the junction of the sectors of the toroidal power ring and are made in the form of a continuous beam 23 fixed between the partitions 17 of the joined sectors. For ease of installation, radial partitions have windows 24.

Комбинированный летательный аппарат собирается аналогично обычным самолетам на стапелях. При монтаже торообразного силового кольца сборка идет последовательно по секторам. Последний сектор стыкуется с остальной частью кольца через фланцы или аналогичные узлы. Combined aircraft is assembled similarly to conventional aircraft on stocks. When installing a toroidal power ring, the assembly proceeds sequentially in sectors. The last sector joins the rest of the ring through flanges or similar nodes.

Комбинированный летательный аппарат может эксплуатироваться с любой площадки. При взлете подъемный винт 4 раскручивается и подает воздух в посадочное устройство 13 на воздушной подушке. Летательный аппарат поднимается над площадкой и разгоняется до взлетной скорости. В режиме крейсерского полета подъемная сила создается корпусом 1 и аэродинамическими поверхностями: крыльями 7 и горизонтальной несущей поверхностью 9. Безопасность на всех стадиях полета обеспечивается повышенной живучестью летательного аппарата, так как разрушение потенциально наиболее опасного узла - несущего винта 4 не приведет к катастрофическим последствиям. При наличии в конструкции летательного аппарата торообразного силового кольца обломки несущего винта, отразившись от внутренней стенки и верхней поверхности кольца, будут отброшены в верхнюю полусферу относительно летательного аппарата, не затрагивая несущую конструкцию и кабину летательного аппарата. Combined aircraft can be operated from any site. When taking off, the lifting screw 4 is untwisted and supplies air to the landing device 13 on an air cushion. The aircraft rises above the site and accelerates to take-off speed. In cruise flight mode, the lifting force is created by the hull 1 and aerodynamic surfaces: wings 7 and the horizontal bearing surface 9. Safety at all stages of the flight is ensured by increased survivability of the aircraft, since the destruction of the potentially most dangerous node - the rotor 4 will not lead to catastrophic consequences. If there is a toroidal power ring in the aircraft structure, fragments of the rotor, reflected from the inner wall and the upper surface of the ring, will be discarded into the upper hemisphere relative to the aircraft, without affecting the supporting structure and the aircraft cabin.

Комбинированный летательный аппарат может быть построен с использованием современных материалов и технологий авиационной промышленности. Combined aircraft can be built using modern materials and technologies of the aviation industry.

Claims

1. COMBINED AIRCRAFT, comprising a bearing body with a vertical central tunnel, in which a streamlined central body with a lifting screw is placed, connected to the tunnel wall by radial pylons, wings and tail unit, horizontal flight traction propellers, power plant for lifting and traction propeller drive, longitudinal and transverse power sets, characterized in that the aircraft is equipped with a toroidal power ring of closed cross section, covering the cavity of the central the vertical tunnel below the plane of rotation of the lifting screw, while the toroidal power ring is composed of separate sectors rigidly interconnected along the radial planes of the joints, and the power set of the aircraft is mounted on a toroidal power ring.

2. The apparatus according to claim 1, characterized in that the toroidal power ring is provided with radial partitions located inside the ring.

3. The apparatus according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the radial partitions are placed in the planes of the joints of the ring sectors.

4. The apparatus according to claims. 1 to 3, characterized in that the elements of the longitudinal power set of the aircraft are closed on the radial partitions in the planes of the joints of the sectors of the toroidal power ring.

5. The apparatus according to claims. 1 to 3, characterized in that the elements of the longitudinal power set and radial pylons lying in the planes of the joints of the sectors of the toroidal power ring are made in the form of a continuous beam fixed between the partitions of the joined sectors.

6. The apparatus according to claims 1 to 3, characterized in that the toroidal power ring is provided with additional radial partitions located between the joints of the sectors of the toroidal power ring.

7. The apparatus according to claims 1 to 6, characterized in that the windows are made in the radial partitions of the toroidal power ring.