[go: up one dir, main page]

RU2789464C1 - Axisymmetric aircraft - Google Patents

Axisymmetric aircraft Download PDF

Info

Publication number
RU2789464C1
RU2789464C1 RU2022117873A RU2022117873A RU2789464C1 RU 2789464 C1 RU2789464 C1 RU 2789464C1 RU 2022117873 A RU2022117873 A RU 2022117873A RU 2022117873 A RU2022117873 A RU 2022117873A RU 2789464 C1 RU2789464 C1 RU 2789464C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
aircraft
turbocharger
flat bottom
damper
diameter
Prior art date
Application number
RU2022117873A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Дмитриевич Котелкин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ)
Application granted granted Critical
Publication of RU2789464C1 publication Critical patent/RU2789464C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: air transport.
SUBSTANCE: invention relates to air transport, in particular to the structures of vertical takeoff and landing aircraft. Axisymmetric aircraft contains a rotatable propeller, a body with a vertical through axial channel, above which a control rudder is placed. The housing has a streamlined shape, mainly made in the form of a semi-ellipsoid with a flat bottom, under which a turbocharger with two annular contours of multidirectional rotation is installed as a propeller. The diameter of the outer contour corresponds to the diameter of the flat bottom of the housing. The control rudder is made in the form of a disc damper with a conical support element. The total torque of the turbocharger circuits is zero. Part of the injected flow through the internal channel is brought to the top of the aircraft body, where it is redirected along the aircraft body with the help of a disk damper.
EFFECT: reduced energy consumption for takeoff, landing and movement of the device, increased aircraft reliability by simplifying its design while maintaining the safety of its operation.
5 cl, 5 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области авиастроения, а именно к конструктивным решениям летательных аппаратов (ЛА) вертикального взлета и посадки.The invention relates to the field of aircraft engineering, and in particular to design solutions for vertical takeoff and landing aircraft (LA).

Уровень техники State of the art

Известны различные конструктивные схемы осесимметричных ЛА - дисколетов, турболетов вертикального взлета и посадки (VTOL). Они разрабатываются уже более 100 лет во многих странах, и всеобщее внимание к ним усилилось в последние годы. Осесимметричные ЛА отличаются способами создания подъемной и движущей силы, устройствами их реализующими, а также компоновкой составляющих частей (размещение движителя сверху или снизу).There are various design schemes of axisymmetric aircraft - diskettes, vertical takeoff and landing (VTOL) turboplanes. They have been developed for more than 100 years in many countries, and general attention to them has increased in recent years. Axisymmetric aircraft differ in the ways of creating lift and propulsion forces, the devices that implement them, as well as the layout of the constituent parts (placement of the propulsor from above or below).

Наиболее распространенный и надежный способ создания подъемной силы VTOL - это реактивная тяга струи (используется в конструкциях вертолетов, ракет, квадрокоптеров). The most common and reliable way to create VTOL lift is jet thrust (used in the construction of helicopters, rockets, quadrocopters).

Из уровня техники известна летающая модель диаметром 1,2 метра дисколета VTOL ADIFO (All Directions Flying Object), раскрытая в публикации WO 2017105266 A1. Устройство содержит круговой симметричный аэродинамический корпус, имеющий внутреннюю платформу жесткости, по меньшей мере четыре вертикальных воздуховодных винта, расположенных симметрично центральной вертикальной оси несущего корпуса и попарно имеющих взаимно противоположное направление вращения, средство электропитания для обеспечения электроэнергией всех двигателей и всех электрических и электронных устройств на борту, электронного модуля управления.A flying model with a diameter of 1.2 meters of a VTOL ADIFO (All Directions Flying Object) disc aircraft is known from the prior art, disclosed in the publication WO 2017105266 A1. The device contains a circular symmetric aerodynamic case with an internal stiffener platform, at least four vertical ducts located symmetrically the central vertical axis of the supporting case and pair of a mutually opposite direction of rotation, a power supply to provide electricity to all engines and all electronic devices on board , electronic control module.

На низкой скорости ADIFO функционирует как квадрокоптер, тогда как при разгоне на горизонтальных двигателях его округлый корпус выполняет функцию крыла с малым аэродинамическим сопротивлением. Данная конструкция характеризуется сравнительно небольшой площадью винтов, что негативно сказывается на энергоэффективности устройства, при этом предусмотренное конструкцией размещение винтов уменьшает объем полезного внутреннего пространства корпуса. At low speed, ADIFO functions like a quadcopter, while when accelerating on horizontal engines, its rounded body acts as a low-drag wing. This design is characterized by a relatively small area of the screws, which negatively affects the energy efficiency of the device, while the placement of the screws provided for by the design reduces the amount of useful internal space of the case.

В патентной публикации RU 2617014 описан ЛА, выполненный в виде дискообразного тела вращения, в котором в качестве движителя используется кольцевое вентиляторное колесо, создающее главную подъемную силу. Летательный аппарат содержит первый лопаточный аппарат, направляющий воздушный поток, и второй лопаточный аппарат, обеспечивающий выпрямление воздушного потока, отбрасываемого вентиляторным колесом.Patent publication RU 2617014 describes an aircraft made in the form of a disk-shaped body of revolution, in which an annular fan wheel is used as a mover, which creates the main lifting force. The aircraft contains the first vane device directing the air flow and the second vane device providing straightening of the air flow discarded by the fan wheel.

В патентной публикации RU 2572980 раскрыт турбодиск, содержащий корпус дискообразной формы, имеющий цилиндрический салон в центре и на периферии кольцо-движитель в виде двух кольцеобразных турбин, взаимно противоположного вращения, создающих подъемную силу. Подъемную силу регулируют жалюзи. Для горизонтального полета в передней части корпуса находится входное отверстие, в задней части установлено сопло с двойным килем, стабилизатором, рулями направлений и высоты. Patent publication RU 2572980 discloses a turbo disk containing a disk-shaped body having a cylindrical interior in the center and on the periphery of the propulsion ring in the form of two annular turbines of mutually opposite rotation that create lift. The lifting force is regulated by blinds. For horizontal flight, there is an inlet in the front of the hull, and a nozzle with a double keel, stabilizer, rudders and elevators is installed in the rear.

В вышеприведенных источниках информации раскрыты конструкции аппаратов, в которых размеры движителей значительно превосходят размеры основной корпусной (грузопассажирской) части ЛА, что может быть недостатком конструкции, влияющим на безопасность и эксплуатационные качества устройства.In the above sources of information, the designs of vehicles are disclosed, in which the dimensions of the propellers significantly exceed the dimensions of the main body (cargo-passenger) part of the aircraft, which may be a design flaw that affects the safety and performance of the device.

Второй способ создания подъемной силы ЛА представляет собой формирование разрежения (области пониженного давления) над несущей поверхностью ЛА (например, над крыльями самолетов).Second way creating an aircraft lift is the formation of a rarefaction (a region of low pressure) above the carrier surface of the aircraft (for example, above the wings of aircraft).

В патентной публикации RU 2016111401 А раскрыто кольцевое крыло с центральным нагнетателем, состоящее из трех основных частей: нагнетателя; рассекателя аэродинамической формы, который рассекает идущий от нагнетателя воздушный поток и направляет его на кольцевое крыло; кольцевого крыла, создающего подъемную силу.In patent publication RU 2016111401 A, an annular wing with a central supercharger is disclosed, consisting of three main parts: a supercharger; an aerodynamic divider that cuts the air flow coming from the supercharger and directs it to the annular wing; an annular wing that creates lift.

В патентной публикации RU 2520177 С1 раскрыта конструкция дисколета, содержащего корпус, соединенный с несущим тонким диском, с регулируемыми радиальными лопастями, закрепленными шарнирно по концам к диску. Между лопастями расположены секторные крылья, отношение площади лопастей к площади диска находится в диапазоне 0,05 - 0,1. В вертикальном полете лопасти устанавливаются на заданный угол атаки и направляют поток воздуха под секторное крыло, создавая разрежение над ним и повышенное давление под диском, что обеспечивает подъемную силу дисколета. Patent publication RU 2520177 C1 discloses a design of a disc-plane containing a body connected to a bearing thin disk with adjustable radial blades hinged at the ends to the disk. Sector wings are located between the blades, the ratio of the area of the blades to the area of the disk is in the range of 0.05 - 0.1. In vertical flight, the blades are set to a predetermined angle of attack and direct the air flow under the sector wing, creating a rarefaction above it and increased pressure under the disk, which provides the lifting force of the disc aircraft.

В патентной публикации RU 2010147882 А раскрыт способ получения подъемной силы, который заключается в обеспечении снижения давления над крылом за счет эжектирования газа поверх профиля крыла. Угол атаки крыла регулируется. Эжектируемый газ ионизируется и разгоняется в электромагнитном поле. Patent publication RU 2010147882 A discloses a method for obtaining lift, which consists in reducing pressure above the wing by ejecting gas over the wing profile. The angle of attack of the wing is adjustable. The ejected gas is ionized and accelerated in the electromagnetic field.

Данный способ создания подъемной силы представляется более сложным, на практике не реализован, в результате чего эффективность его неизвестна. This method of creating a lifting force seems to be more complicated, has not been implemented in practice, as a result of which its effectiveness is unknown.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ "ТУРБОЛЕТ ГОРДИЕНКО Н.Н.", раскрытый в патенте RU2309085. Летательный аппарат содержит фюзеляж, движитель, вращающийся в горизонтальной плоскости для создания подъемной силы и горизонтальной тяги, двигатель для привода движителя, рули управления. Фюзеляж снабжен сквозным вертикальным каналом, в котором на раме закреплены рули управления, а над каналом установлен движитель, выполненный в виде верхнего диска и нижнего кольца, между которыми закреплены криволинейные воздухозаборные лопатки. Верхний диск движителя жестко закреплен на валу, кинематически связанном с выходным валом двигателя. На верхней поверхности диска установлены ребра жесткости, на которых по периферии закреплен дугообразный козырек. Посредством воздухозаборных лопаток атмосферный воздух нагнетается от периферии к центру и выводится вниз по вертикальному каналу. Одновременно за счет вращения ребер жесткости над верхним диском создается разрежение. The closest in technical essence to the claimed device is the AIRCRAFT "TURBOLET GORDIENKO NN", disclosed in patent RU2309085. The aircraft contains a fuselage, a mover rotating in a horizontal plane to create lift and horizontal thrust, an engine to drive the mover, control rudders. The fuselage is provided with a through vertical channel, in which control rudders are fixed on the frame, and above the channel there is a propeller made in the form of an upper disk and a lower ring, between which curvilinear air intake blades are fixed. The upper disk of the propeller is rigidly fixed on the shaft kinematically connected with the output shaft of the engine. On the upper surface of the disk there are stiffening ribs, on which an arcuate peak is fixed along the periphery. By means of air intake vanes, atmospheric air is forced from the periphery to the center and discharged down the vertical channel. At the same time, due to the rotation of the stiffening ribs, a vacuum is created above the upper disk.

Основным недостатком данного решения является его невысокая эффективность в результате обеспечения разрежения за счет вращения ребер жесткости. Для обеспечения хорошей тяги струя, выходящая из вертикального канала относительно малого сечения, должна иметь большую скорость, что согласно теории идеального пропеллера (https://translated.turbopages.org/proxy_u/en-ru.ru.e08795de-62bc21a0-4d2bc0b5-74722d776562/https/en.wikipedia.org/wiki/Propeller_theory) энергетически не выгодно.The main disadvantage of this solution is its low efficiency as a result of rarefaction due to the rotation of the stiffeners. To ensure good thrust, the jet emerging from a vertical channel of a relatively small cross section must have a high speed, which, according to the theory of an ideal propeller /https/en.wikipedia.org/wiki/Propeller_theory) is not energetically beneficial.

Таким образом, техническая проблема, решаемая посредством заявляемого решения, заключается в необходимости преодоления недостатков, присущих аналогам и прототипу, за счет разработки простой конструкции надежного и безопасного в эксплуатации летательного аппарата.Thus, the technical problem solved by the proposed solution is the need to overcome the shortcomings inherent in analogues and the prototype, by developing a simple design of a reliable and safe aircraft in operation.

Краткое раскрытие сущности изобретенияBrief summary of the invention

Технический результат, достигаемый при использовании заявляемого решения, заключается в снижении энергозатрат на взлет, посадку и перемещение устройства за счет обеспечения максимально возможной площади воздушного потока, формирующего подъемную силу и не выходящего за площадь корпуса. Иные преимущества заявляемого устройства состоят в повышении надежности ЛА за счет упрощения его конструкции при сохранении безопасности его эксплуатации за счет размещения движителя под корпусом летательного аппарата, что исключает возможность его повреждения внешними элементами, в уменьшении стоимости изделия в результате применения минимального количества деталей без необходимости использования сложных технологических процессов, а также в результате снижения прочностных требований к материалам изготовления благодаря уменьшению максимальных скоростей и силовых нагрузок.The technical result achieved when using the proposed solution is to reduce the energy consumption for takeoff, landing and movement of the device by providing the maximum possible area of the air flow that generates lift and does not go beyond the body area. Other advantages of the proposed device are to increase the reliability of the aircraft by simplifying its design while maintaining the safety of its operation by placing the propeller under the body of the aircraft, which eliminates the possibility of damage to external elements, to reduce the cost of the product as a result of using a minimum number of parts without the need to use complex technological processes, as well as as a result of a decrease in strength requirements for manufacturing materials due to a decrease in maximum speeds and power loads.

Заявленный технический результат достигается тем, что осесимметричный летательный аппарат, содержащий движитель, выполненный с возможностью вращения, корпус с вертикальным сквозным осевым каналом, над которым размещен управляющий руль, согласно техническому решению, корпус имеет обтекаемую форму, преимущественно, выполненный в виде полуэллипсоида с плоским дном, под которым в качестве движителя установлен турбокомпрессор с двумя кольцевыми контурами разнонаправленного вращения, диаметр внешнего контура соответствует диаметру плоского дна корпуса, а управляющий руль выполнен в виде дисковой заслонки с опорным элементом конической формы. Суммарный вращательный момент контуров турбокомпрессора равен нулю. Заслонка обеспечивает перенаправление воздушного потока вдоль корпуса аппарата, для создания горизонтальной силы тяги любого направления и усиления подъемной силы. ЛА может быть снабжен жесткой сеткой, размещенной по окружности турбокомпрессора, обеспечивающей защиту лопаток турбокомпрессора от попадания посторонних предметов. ЛА также может быть снабжен стойками шасси, размещаемыми под плоским дном.The claimed technical result is achieved by the fact that an axisymmetric aircraft containing a propulsion device made with the possibility of rotation, a body with a vertical through axial channel, above which a control rudder is placed, according to the technical solution, the body has a streamlined shape, mainly made in the form of a semi-ellipsoid with a flat bottom , under which a turbocharger with two annular contours of multidirectional rotation is installed as a propeller, the diameter of the outer circuit corresponds to the diameter of the flat bottom of the housing, and the control rudder is made in the form of a disk damper with a conical support element. The total torque of the turbocharger circuits is zero. The damper provides redirection of the air flow along the body of the device, to create a horizontal thrust force in any direction and increase the lifting force. The aircraft can be equipped with a rigid mesh placed around the circumference of the turbocharger, which provides protection for the turbocharger blades from foreign objects. The aircraft can also be equipped with landing gear placed under a flat bottom.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Заявляемое изобретение поясняется следующими чертежами, гдеThe claimed invention is illustrated by the following drawings, where

На фиг. 1а и 1б схематично представлен вид на модель ЛА сбоку и вид турбокомпрессора сверху.In FIG. 1a and 1b schematically show a side view of the aircraft model and a top view of the turbocharger.

На фиг. 2 схематично представлены направления движения воздушных потоков при создания подъемной силы.In FIG. 2 schematically shows the direction of movement of air flows when creating lift.

На фиг. 3а-3в схематично представлена работа дисковой заслонки-руля,In FIG. 3a-3c schematically shows the operation of the rudder damper,

На фиг. 4-5 представлены результаты численного моделирования аэродинамики опытного образца «Аэротакси».In FIG. Figures 4-5 present the results of numerical simulation of the aerodynamics of the Aerotaxi prototype.

Позициями на чертежах обозначены:Positions in the drawings indicate:

1 корпус ЛА,1 aircraft body,

2 кольцевой турбокомпрессор,2 ring turbochargers,

3 лопатка турбокомпрессора,3 blade turbocharger,

4 осевой канал,4 axis channel,

5 дисковая заслонка-руль.5 disc damper-rudder.

На чертежах также использованы следующие условные обозначения:The following symbols are also used in the drawings:

R - радиус ЛА,R - aircraft radius,

H - высота лопаток турбокомпрессора,H is the height of the turbocharger blades,

Vr – радиальная скорость потока воздуха,V r is the radial velocity of the air flow,

Vz – вертикальная скорость потока воздуха.V z - vertical air flow velocity.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

Заявляемый летательный аппарат имеет осесимметричный корпус 1 с плоским дном и выпуклой внешней поверхностью (обтекаемой формы). В целом, корпус выполнен в форме, напоминающей полусферу или полуэллипсоид с центральным осевым каналом 4, ориентированным перпендикулярно плоскому дну. Так как корпус ЛА не подвержен повышенной нагрузке, то он может быть выполнен из легких материалов, например, из пластика, и укреплен ребрами жесткости (с внутренней стороны) и/или армирован сеткой, например, из алюминия. Корпус предназначен для размещения грузов или пассажиров, а также размещения модуля управления и источника питания, например, электробатарей или генератора. Также внутри корпуса может быть размещен резервный электродвигатель для обеспечения взлета, посадки или перемещения ЛА в случае необходимости. Внутри корпуса груз может быть размещен по окружности. Равномерное его весовое распределение по площади дна не обязательно, но желательно, с этой целью может быть предусмотрено компенсирующее перемещение источника питания. В случае отсутствия весового баланса при распределении груза, перекос аппарата может быть скорректирован наклоном заслонки. Плоское дно с этой целью может быть снабжено весовыми датчиками, установленными с возможностью передачи измерений в модуль управления для курсовой корректировки.The inventive aircraft has an axisymmetric body 1 with a flat bottom and a convex outer surface (streamlined shape). In general, the body is made in a shape resembling a hemisphere or semi-ellipsoid with a central axial channel 4 oriented perpendicular to the flat bottom. Since the aircraft body is not subject to increased load, it can be made of lightweight materials, for example, plastic, and reinforced with stiffeners (on the inside) and/or reinforced with mesh, for example, aluminum. The housing is designed to accommodate cargo or passengers, as well as to accommodate the control module and power source, such as electric batteries or a generator. Also, a backup electric motor can be placed inside the body to ensure takeoff, landing or movement of the aircraft if necessary. Inside the body, the load can be placed around the circumference. Its uniform weight distribution over the bottom area is not necessary, but desirable; for this purpose, a compensating movement of the power source can be provided. If there is no weight balance when distributing the load, the skew of the apparatus can be corrected by tilting the shutter. For this purpose, the flat bottom can be equipped with weight sensors installed with the possibility of transmitting measurements to the control module for course correction.

Корпус имеет сплюснутость, величина которой в зависимости от назначения ЛА может варьироваться в широких пределах. Сплюснутость ЛА улучшает его обтекание воздушным потоком в полете и, тем самым, уменьшает аэродинамическое сопротивление. Однако прочность более выпуклого корпуса выше, поэтому наиболее оптимальной является форма, при которой высота корпуса (и, соответственно, протяженность сквозного канала) составляет примерно половину радиуса плоского дна корпуса.The hull has flattening, the value of which, depending on the purpose of the aircraft, can vary over a wide range. The flattening of an aircraft improves air flow around it in flight and, thereby, reduces aerodynamic drag. However, the strength of a more convex body is higher, so the most optimal is the shape in which the height of the body (and, accordingly, the length of the through channel) is approximately half the radius of the flat bottom of the body.

С внешней стороны корпуса под плоским дном расположен 2-х контурный кольцевой роторный турбокомпрессор 2 с двумя концентрическими крыльчатками, снабженными вертикальными лопатками 3, противоположно ориентированными в разных контурах и создающими центростремительный поток воздуха при втягивании его в контуры турбокомпрессора (физика направления потоков в турбокомпрессоре описана, например, в Ю.Б. ГАЛЕРКИН ТУРБОКОМПРЕССОРЫ, «Рабочий процесс, расчет и проектирование проточной части»). Кольца турбокомпрессора (крыльчатки) установлены с возможностью вращения в противоположные стороны, в результате чего их суммарный вращательный момент равен нулю, при этом сами лопатки установлены статично, без возможности независимого вращения. Потенциально возможные типы компрессоров представлены, например, на https://intech-gmbh.ru/vane_compressors/, однако возможны и другие решения. Внешнее кольцо турбокомпрессора имеет диаметр, не превышающий диаметр плоского дна корпуса устройства, максимально к нему приближенный. Лопатки одного контура (кольца турбокомпрессора) установлены под определенным углом к касательной, проведенной в точке соединения каждой лопатки и кольца. Соответственно, угол расположения лопаток другого кольца выбран идентичным с обратным знаком. Конструкция турбокомпрессора не является предметом настоящего изобретения и может быть использована любой. Основным условием является наличие двух противоположно вращающихся контуров с лопатками и выбор диаметра внешнего вращающегося контура максимально близким к диаметру плоского дна корпуса. Турбокомпрессор выполнен с возможностью подключения к источнику питания и модулю управления, в том числе, для обеспечения возможности регулировки мощности нагнетаемого потока посредством изменения числа оборотов контуров компрессора.On the outside of the case under the flat bottom there is a 2-circuit ring rotary turbocharger 2 with two concentric impenders equipped with vertical shoulder blades 3, opposite to different circuits and creating a centripetal flow of air when it is drawn into the turbocharger contours (a physicist in a turbocharger is described, described, described, described. For example, in Yu.B. Galerkin, turbochargers, “workflow, calculation and design of the running part”). The rings of the turbocharger (impeller) are installed with the possibility of rotation in opposite directions, as a result of which their total rotational moment is zero, while the blades themselves are installed staticly, without the possibility of independent rotation. Potentially possible types of compressors are presented, for example, at https://intech-gmbh.ru/vane_compressors/, however, other solutions are possible. The outer ring of a turbocharger has a diameter that does not exceed the diameter of the flat bottom of the device case, which is close to it as close as possible. The shoulder blades of one circuit (turbocharger rings) are installed at a certain angle to the tangent drawn at the connection point of each shoulder blade and ring. Accordingly, the angle of location of the blades of another ring is selected identical with the reverse sign. The design of the turbocharger is not the subject of the present invention and any can be used. The main condition is the presence of two opposite circuits with the shoulder blades and the choice of the diameter of the external rotating circuit as close as possible to the diameter of the flat bottom of the case. The turbocharger is made with the possibility of connecting to the power source and the control module, including to ensure the possibility of adjusting the power of the pumped flow by changing the number of revolutions of the compressor contours.

В корпусе ЛА выполнен сквозной осевой канал 4 (радиусом 0,1-0,2 радиуса плоского дна корпуса RЛА), через который небольшая часть нагнетаемого турбокомпрессором воздуха поступает наверх и упирается в дисковую заслонку-руль 5. Заслонка может быть выполнена, например, в предлагаемой на фиг. 3 форме – имеющей внешнюю поверхность кривизны, соответствующей кривизне поверхности корпуса и снабженной с внутренней стороны коническим опорным элементом, обеспечивающим свободное размещение заслонки с перекрытием осевого канала. Работу заслонки-руля иллюстрирует фиг. 3. В качестве материала выполнения заслонки также может быть использован пластик. Перемещаясь под действием воздушного потока по вертикали, заслонка формирует кольцевой зазор осевого канала, регулирует его величину, и, соответственно, количество воздуха, проходящего через неё (фиг. 3б), а наклоняясь и поворачиваясь вокруг вертикальной оси, заслонка регулирует направление движения ЛА (фиг. 3в). Управление заслонкой-рулем обеспечивается посредством сигнала от модуля управления, например, по аналогии с управлением телескопами. Со стороны плоского дна летательный аппарат может быть снабжен стойками шасси, например, в количестве трех штук, обеспечивающими устойчивое положение ЛА на земле (на фиг. не показаны). Для защиты колец турбокомпрессора от попадания посторонних предметов вокруг него может быть установлена проволочная сетка (на фиг. не показана).A through axial channel 4 is made in the aircraft body (with a radius of 0.1-0.2 of the radius of the flat bottom of the aircraft body R ), through which a small part of the air injected by the turbocharger enters upward and abuts against the disc damper-rudder 5. The damper can be made, for example, in the one shown in FIG. 3 form - having an outer surface of curvature, corresponding to the curvature of the surface of the body and equipped with a conical support element on the inside, which ensures free placement of the damper with overlapping of the axial channel. The operation of the damper-rudder is illustrated in Fig. 3. Plastic can also be used as the damper material. Moving vertically under the action of the air flow, the damper forms an annular gap of the axial channel, regulates its size, and, accordingly, the amount of air passing through it (Fig. 3b), and tilting and turning around the vertical axis, the damper regulates the direction of movement of the aircraft (Fig. 3b). .3c). The damper-rudder control is provided by means of a signal from the control module, for example, by analogy with the control of telescopes. On the side of the flat bottom, the aircraft can be equipped with landing gear, for example, in the amount of three pieces, ensuring a stable position of the aircraft on the ground (not shown in the figure). To protect the rings of the turbocharger from foreign objects, a wire mesh (not shown in the figure) can be installed around it.

Заявляемый ЛА работает следующим образом.The claimed LA works as follows.

Повышенное давление под дном ЛА разворачивает нагнетаемый со скоростью Vr поток воздуха и создает направленную вниз со скоростью Vz струю. Подъемная сила равна реакции струи FLift = πρR2 Vz 2 = 4πρVr 2H2. Где учтено, что Vz = 2VrH/R в силу сохранения расхода Qмас = 2πρRHVr = πρR2Vz, где Vz – скорость струи воздуха, направленной вниз, Vr – скорость нагнетаемого потока воздуха, FLift – подъемная сила, R – радиус контура турбокомпрессора, в общем случае примерно равен RЛА – радиусу плоского дна корпуса ЛА, Н – высота лопаток.The increased pressure under the bottom of the aircraft turns the air flow injected at a speed V r and creates a jet directed downwards at a speed V z . The lifting force is equal to the reaction of the jet F Lift = πρR 2 V z 2 = 4πρV r 2 H 2 . Where it is taken into account that V z \u003d 2V r H / R due to the conservation of the flow rate Q mass \u003d 2πρRHV r \u003d πρR 2 V z , where V z is the speed of the air jet directed downward, V r is the speed of the injected air flow, F Lift is lifting force, R is the radius of the contour of the turbocharger, in the general case, approximately equal to R LA - the radius of the flat bottom of the hull of the aircraft, H - the height of the blades.

Для обеспечения взлета включают турбокомпрессор, формирующий центростремительный воздушный поток при втягивании воздуха через вращающиеся контуры турбокомпрессора. В результате противоположного вращения контуров, организуемого в результате противоположно направленной установки лопаток, удается избежать неконтролируемого вращения (https://www.youtube.com/watch?app=desktop&v=qPiQo17zvtg) потока воздуха. В результате воздушный поток разворачивается и направляется перпендикулярно плоскости контуров турбокомпрессора. Частично поток попадает в осевой канал, выводится по нему наверх, где с помощью поднимаемой им дисковой заслонки-руля 5 направляется вдоль корпуса ЛА, (фиг. 2), частично поток направляется в противоположную сторону, обеспечивая подъемную силу ЛА. При этом на верхней части корпуса давление понижается, поток прижимается к корпусу, огибает его и сходит с нижней части, усиливая подъемную силу, а также обеспечивая возможность полета ЛА в горизонтальном направлении, а также улучшая его аэродинамические характеристики за счет эффекта Коанды (https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%9A%D0%BE%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D0%B0).To ensure take -off, they include a turbocharger that forms a centripetal air flow when air is drawn through the rotating contours of the turbocharger. As a result of the opposite rotation of the circuits organized as a result of the opposite installation of the blades, it is possible to avoid uncontrolled rotation (https://www.youtube.com/watch?App=desktop&v=qpiqo17zvtg) of the air flow. As a result, the air flow unfolds and is sent perpendicular to the plane of the circuits of the turbocharger. Partially, the flow enters the axial channel, is removed upstairs, where, using the disk-roller-rol 5 disk-roller, it is directed along the LA housing (Fig. 2), partially directed in the opposite direction, ensuring the lifting force of the LA. At the same time, on the upper part of the case, the pressure decreases, the flow is pressed to the body, envelops it and leaves from the lower part, enhancing the lifting force, and also ensuring the possibility of LA flight in the horizontal direction, as well as improving its aerodynamic characteristics due to the effect of coats (https:///// /en.wikipedia.org/wiki/%D0%AD%D1%84%D1%84%D0%B5%D0%BA%D1%82_%D0%9A%D0%BE%D0%B0%D0%BD% D0%B4%D0%B0).

При взлете и посадке заслонка-руль находится в нейтральном положении без наклона, и боковая сила отсутствует. Вертикальные перемещения ЛА контролируются числом оборотов турбокомпрессора. После или по ходу набора высоты с помощью наклона и поворота заслонки-руля (посредством направления сигналов из модуля управления) осуществляется управление направлением движения. Скорость полета изменяется как за счет подъема/опускания заслонки, так и за счет изменения оборотов турбокомпрессора. К источнику питания и модулю управления ЛА может быть также подключен резервный электродвигатель, посредством включения которого в случае возникновения внештатной ситуации ЛА может быть приземлен.During takeoff and landing, the damper-rudder is in the neutral position without tilt, and there is no lateral force. The vertical movements of the aircraft are controlled by the number of revolutions of the turbocharger. After or in the course of climbing, by tilting and turning the damper-rudder (by sending signals from the control module), the direction of movement is controlled. The flight speed is changed both by raising / lowering the damper, and by changing the speed of the turbocharger. A backup electric motor can also be connected to the power source and control module of the aircraft, by means of which, in the event of an emergency, the aircraft can be landed.

В заявленной конструкции ЛА площадь струи, создающей подъемную силу в 3-5 раз больше, чем в конструкции прототипа, что позволило значительно уменьшить скорость разгона воздуха турбокомпрессором, то есть снизить его мощность, и, соответственно, вес и энергорасходы движителя в целом.In the claimed design of the aircraft, the area of the jet that creates lift is 3-5 times larger than in the design of the prototype, which made it possible to significantly reduce the speed of air acceleration by the turbocharger, that is, to reduce its power, and, accordingly, the weight and energy consumption of the propulsion unit as a whole.

Пример конкретного выполненияExample of a specific implementation

В качестве опытного образца изготовлен образец модели ЛА заявляемой конструкции, на основании исследованной компьютерной модели «Аэротакси» со следующими параметрами радиус плоского дна - RЛА=2 m, высота корпуса (протяженность осевого канала) Hсал=1 m, высота Hтк=0.5 m. Корпус, также заслонка выполнены из легкого пластика KR2S. Диаметр осевого канала составляет 0,15 m.As a prototype, a sample of the aircraft model of the claimed design was made, based on the investigated computer model "Aerotaxi" with the following parameters: flat bottom radius - R aircraft =2 m, body height (length of the axial channel) H sal =1 m, height H mc =0.5 m. The body, as well as the damper, are made of lightweight KR2S plastic. The diameter of the axial channel is 0.15 m.

Для создания FLift = 1000 kG необходимо было обеспечить скорость Vz = 25 m/s = 90 km/h, т.е. расход турбокомпрессора составил Qмас = 400 kg/s или Qобъем = 300 m3 air/s. To create F Lift = 1000 kG, it was necessary to ensure the speed V z = 25 m/s = 90 km/h, i.e. the turbocharger consumption was Q wt = 400 kg/s or Q volume = 300 m 3 air /s .

А для создания подъемной силы FLift =500kG требуется поток со скоростью Vz=18 m/s=65 km/h и расходом Qмас = 288 kg/s или Qобъем = 216 m3 air/s.And to create a lifting force F Lift =500kG, a flow with a speed V z =18 m / s = 65 km / h and a flow rate Q wt = 288 kg / s or Q volume = 216 m 3 air / s is required.

Численное моделирование аэродинамики «Аэротакси» с данными характеристиками по уравнениям Навье-Стокса в осесимметричном режиме взлета, представленное на фиг. 4-5, подтвердило хорошую аэродинамику ЛА и, в частности равномерное распределение (Рснизу – Рсверху) перепада давления по радиусу аппарата. Полученные результаты подтверждены первыми испытаниями опытного образца.Numerical modeling of the aerodynamics of "Airtaxi" with the given characteristics according to the Navier-Stokes equations in the axisymmetric takeoff mode, shown in Fig. 4-5, confirmed the good aerodynamics of the aircraft and, in particular, the uniform distribution (P from below - P from above ) of the pressure drop along the radius of the device. The results obtained are confirmed by the first tests of the prototype.

Claims (5)

1. Осесимметричный летательный аппарат, содержащий движитель, выполненный с возможностью вращения, корпус с вертикальным сквозным осевым каналом, над которым размещен управляющий руль, отличающийся тем, что корпус имеет обтекаемую форму, преимущественно выполнен в виде полуэллипсоида с плоским дном, под которым в качестве движителя установлен турбокомпрессор с двумя кольцевыми контурами разнонаправленного вращения, диаметр внешнего контура соответствует диаметру плоского дна корпуса, а управляющий руль выполнен в виде дисковой заслонки с опорным элементом конической формы.1. An axisymmetric aircraft containing a propulsor made with the possibility of rotation, a body with a vertical through axial channel, above which a control rudder is placed, characterized in that the body has a streamlined shape, mainly made in the form of a semi-ellipsoid with a flat bottom, under which as a propulsor a turbocharger with two annular contours of multidirectional rotation is installed, the diameter of the outer circuit corresponds to the diameter of the flat bottom of the housing, and the steering wheel is made in the form of a disk damper with a conical support element. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что суммарный вращательный момент контуров турбокомпрессора равен нулю.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the total torque of the turbocharger circuits is equal to zero. 3. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что заслонка обеспечивает перенаправление воздушного потока вдоль корпуса аппарата для создания горизонтальной силы тяги любого направления и усиления подъемной силы.3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the damper provides redirection of the air flow along the body of the apparatus to create a horizontal thrust force in any direction and enhance the lifting force. 4. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен жесткой сеткой, размещенной по окружности турбокомпрессора, обеспечивающей защиту лопаток турбокомпрессора от попадания посторонних предметов.4. Apparatus according to claim 1, characterized in that it is equipped with a rigid mesh placed around the circumference of the turbocharger, which protects the turbocharger blades from foreign objects. 5. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что он снабжен стойками шасси.5. Apparatus according to claim 1, characterized in that it is equipped with landing gear.
RU2022117873A 2022-06-30 Axisymmetric aircraft RU2789464C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2789464C1 true RU2789464C1 (en) 2023-02-03

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6669138B1 (en) * 2001-01-08 2003-12-30 Francisco A. Arrieta Rotary aeronautical lifting cell
RU2266846C2 (en) * 2004-01-20 2005-12-27 Глебов Николай Константинович Vertical takeoff and landing flying vehicle
RU2309085C1 (en) * 2006-03-23 2007-10-27 Николай Николаевич Гордиенко Flying vehicle "turbojet"
US20110163199A1 (en) * 2008-05-30 2011-07-07 Giles Cardozo A flying machine comprising twin contra-rotating vertical axis propellers
CN103395494B (en) * 2013-07-31 2016-08-31 罗天成 Dish-shaped helicopter
RU2016111401A (en) * 2016-03-28 2017-09-29 Наталья Анатольевна Сафронова RING WING WITH CENTRAL SUPERCHARGER

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6669138B1 (en) * 2001-01-08 2003-12-30 Francisco A. Arrieta Rotary aeronautical lifting cell
RU2266846C2 (en) * 2004-01-20 2005-12-27 Глебов Николай Константинович Vertical takeoff and landing flying vehicle
RU2309085C1 (en) * 2006-03-23 2007-10-27 Николай Николаевич Гордиенко Flying vehicle "turbojet"
US20110163199A1 (en) * 2008-05-30 2011-07-07 Giles Cardozo A flying machine comprising twin contra-rotating vertical axis propellers
CN103395494B (en) * 2013-07-31 2016-08-31 罗天成 Dish-shaped helicopter
RU2016111401A (en) * 2016-03-28 2017-09-29 Наталья Анатольевна Сафронова RING WING WITH CENTRAL SUPERCHARGER

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11912404B2 (en) Vertical takeoff and landing aircraft
US6231004B1 (en) Fluid dynamic lift generation
CN107458597B (en) Reactive torque assembly and system for a helicopter and method of operating a helicopter
KR101502290B1 (en) Personal aircraft
JP5421503B2 (en) Private aircraft
CN118973909A (en) Propulsion systems for aircraft
EP2738091B1 (en) Vertical take-off and landing (VTOL) aerial vehicle and method of operating such a VTOL aerial vehicle
US6050520A (en) Vertical take off and landing aircraft
US3507461A (en) Rotary wing aircraft
US6113029A (en) Aircraft capable of hovering and conventional flight
US2807428A (en) Aircraft with enclosed rotor
JP2006528583A (en) Improved vertical take-off and landing aircraft
CN107719645B (en) Inlet assembly for an aircraft rear fan
BR102018003220B1 (en) Impulse production unit for producing thrust in a predetermined direction and multi-rotor aircraft
RU2518143C2 (en) Vertical take-off and landing aircraft
RU2460672C2 (en) Integrated technology of operation and production of maksinio vehicles hybrid aircraft (versions), turboprop jet engine, wing (versions), method of generating lift and method of turboprop jet engine operation
WO2011041991A2 (en) Aircraft using ducted fan for lift
US10253779B2 (en) Inlet guide vane assembly for reducing airflow swirl distortion of an aircraft aft fan
EP2508401A1 (en) Combined aircraft
RU2212358C1 (en) Flying vehicle
RU2789464C1 (en) Axisymmetric aircraft
CN101362510A (en) Thrust vectoring shroud for fluid dynamic device
US3237888A (en) Aircraft
CN105438464B (en) A kind of aircraft and its control method
WO2005037644A1 (en) Vtol aircraft