RU2776523C1 - Method for controlling flight of aircraft with fixed wing with possibility of performing vertical takeoff and landing - Google Patents
Method for controlling flight of aircraft with fixed wing with possibility of performing vertical takeoff and landing Download PDFInfo
- Publication number
- RU2776523C1 RU2776523C1 RU2021131618A RU2021131618A RU2776523C1 RU 2776523 C1 RU2776523 C1 RU 2776523C1 RU 2021131618 A RU2021131618 A RU 2021131618A RU 2021131618 A RU2021131618 A RU 2021131618A RU 2776523 C1 RU2776523 C1 RU 2776523C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aircraft
- flight
- landing
- mode
- thrust
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 9,10-anthraquinone Chemical compound C1=CC=C2C(=O)C3=CC=CC=C3C(=O)C2=C1 RZVHIXYEVGDQDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к комбинированным летательным аппаратам (ЛА) вертикального взлета и посадки.The invention relates to aviation technology, in particular to combined aircraft (LA) vertical takeoff and landing.
Известен патент РФ на изобретение №2638221 от 12.12.2017 [1]. Летательный аппарат вертикального взлета и посадки содержит маршевую силовую установку для горизонтального полета в самолетном режиме, содержащую как минимум от трех отдельных подъемных силовых установок для создания тяги в вертикальной плоскости. Воздушные винты подъемных силовых установок установлены таким образом, что плоскость их вращения расположена под углом от 2 до 35 градусов к несущим плоскостям крыла или крыльев. Крыло и «У»-образное хвостовое оперение содержат аэродинамические поверхности управления, используемые при полете в самолетном режиме.A patent of the Russian Federation for the invention No. 2638221 dated 12.12.2017 is known [1]. The vertical takeoff and landing aircraft contains a marching power plant for horizontal flight in airplane mode, containing at least three separate lifting power plants for generating thrust in a vertical plane. The propellers of the lifting power plants are installed in such a way that the plane of their rotation is located at an angle of 2 to 35 degrees to the bearing planes of the wing or wings. The wing and "U"-shaped tail contain aerodynamic control surfaces used in airplane flight.
Способ управления полетом летательного аппарата характеризуется тем, что в момент взлета летательный аппарат в режиме висения располагается с положительным углом тангажа от 2-х до 35-ти градусов. Для набора достаточной скорости на подъемных двигателях осуществляется наклон всего летательного аппарата вперед до угла тангажа, обеспечивающего горизонтальный полет в самолетном режиме. После достижения необходимой скорости (1,1-1,5 скорости сваливания) подъемные двигатели отключают. Дальнейший полет выполняется на тяге маршевой силовой установки. Управление полетом в самолетном режиме осуществляется с помощью аэродинамических поверхностей управления, расположенных на крыле и хвостовом оперении.The method of flight control of an aircraft is characterized by the fact that at the moment of takeoff the aircraft in hover mode is located with a positive pitch angle from 2 to 35 degrees. To gain sufficient speed on the lifting engines, the entire aircraft is tilted forward to a pitch angle that ensures horizontal flight in airplane mode. After reaching the required speed (1.1-1.5 stall speeds), the lifting motors are turned off. Further flight is carried out on the thrust of a marching power plant. Flight control in airplane mode is carried out using aerodynamic control surfaces located on the wing and tail.
Фактически, описанный летательный аппарат в самолетном режиме несет на себе лишний вес в виде неработающих подъемных силовых установок. Это существенно снижает его энергоэффективность. Кроме того, неподвижные винты подъемных силовых установок создают дополнительное аэродинамическое сопротивление, ухудшающее аэродинамическое качество летательного аппарата.In fact, the described aircraft in airplane mode bears extra weight in the form of idle lifting power plants. This significantly reduces its energy efficiency. In addition, the fixed propellers of lifting power plants create additional aerodynamic drag, which worsens the aerodynamic quality of the aircraft.
Управление описанным летательным аппаратом с помощью аэродинамических поверхностей управления является невозможным на вертикальных и переходных режимах (от режима вертикального взлета к самолетному; а также от самолетного режима к вертикальной посадке) вследствие крайне малого скоростного напора. В указанных режимах аэродинамические рули неработоспособны. Также стоит отметить низкую эффективность аэродинамических органов управления в самолетном режиме полета при попадании в условия малых скоростей и больших углов атаки, которые могут привести к полной потере управляемости и потере самого летательного аппарата. Перечисленные негативные явления могут иметь место при воздействии на указанный летательный аппарат атмосферной турбулентности.The control of the described aircraft with the help of aerodynamic control surfaces is impossible in vertical and transitional modes (from vertical takeoff to airplane mode; and also from airplane mode to vertical landing) due to the extremely low velocity pressure. In these modes, aerodynamic rudders are inoperable. It is also worth noting the low efficiency of aerodynamic controls in aircraft flight mode when they enter conditions of low speeds and high angles of attack, which can lead to a complete loss of control and loss of the aircraft itself. The listed negative phenomena can take place when the specified aircraft is exposed to atmospheric turbulence.
Наиболее близким аналогом по способу управления является летательный аппарат, описанный в патенте РФ на изобретение №2746770 от 20.04.2021 [2]. Автором изобретения предложено несколько вариантов летательного аппарата:The closest analogue in terms of the control method is the aircraft described in the RF patent for the invention No. 2746770 dated April 20, 2021 [2]. The author of the invention proposed several variants of the aircraft:
1) Летательный аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий как минимум четыре отдельных силовых установки для создания тяги в вертикальной плоскости, из которых как минимум две используются и в качестве маршевых для горизонтального полета в самолетном режиме. При этом четное число силовых установок, использующихся в качестве маршевых для горизонтального полета в самолетном режиме, закреплены по обе стороны как минимум одного коромысла с возможностью его поворота в плоскости, совпадающей либо параллельной плоскости симметрии летательного аппарата, исключительно за счет разности тяг, установленных на нем силовых установок.1) A vertical take-off and landing aircraft containing at least four separate power plants for generating thrust in the vertical plane, of which at least two are also used as sustainers for level flight in airplane mode. At the same time, an even number of power plants used as mid-flight for horizontal flight in aircraft mode are fixed on both sides of at least one rocker arm with the possibility of its rotation in a plane coinciding or parallel to the plane of symmetry of the aircraft, solely due to the difference in the rods installed on it power plants.
2) Летательный аппарат, силовые установки которого, при отсутствии использования в качестве маршевых для горизонтального полета в самолетном режиме, выполнены с возможностью использования в качестве органов управления по крену и тангажу и могут поворачиваться относительно несущих плоскостей таким образом, что при изменении угла тангажа летательного аппарата вектор их тяги совпадает по направлению с вектором ускорения свободного падения.2) An aircraft, the power plants of which, in the absence of use as sustainers for horizontal flight in aircraft mode, are made with the possibility of being used as roll and pitch controls and can be rotated relative to the bearing planes in such a way that when the pitch angle of the aircraft changes their thrust vector coincides in direction with the gravitational acceleration vector.
При этом все варианты данного ЛА, по утверждению автора, обладают способностью к вертикальному взлету, висению и переходу в самолетный режим полета. Однако в описанных вариантах летательного аппарата полностью отсутствует возможность управления в путевом канале, что делает невозможным управляемый и безопасный полет данного ЛА в любом из рассматриваемых режимов.Moreover, all variants of this aircraft, according to the author, have the ability to take off vertically, hover and switch to airplane flight mode. However, in the described variants of the aircraft, the possibility of control in the track channel is completely absent, which makes it impossible for the controlled and safe flight of this aircraft in any of the considered modes.
Способ управления полетом летательного аппарата [2] характеризуется тем, что в момент взлета летательного аппарата в режиме висения коромысло с силовыми установками располагают горизонтально, а после взлета для набора горизонтальной скорости осуществляют постепенный его поворот за счет разности тяг установленных на нем силовых установок, вплоть до вертикального положения. При этом силовые установки вне коромысла обеспечивают наклон всего летательного аппарата в вертикальной плоскости до угла тангажа, обеспечивающего горизонтальный полет в самолетном режиме.The method of controlling the flight of an aircraft [2] is characterized by the fact that at the moment of takeoff of the aircraft in the hover mode, the rocker arm with power plants is placed horizontally, and after takeoff, to gain horizontal speed, it is gradually rotated due to the difference in the thrusts of the power plants installed on it, up to vertical position. At the same time, the power plants outside the rocker arm ensure the inclination of the entire aircraft in a vertical plane to a pitch angle that ensures horizontal flight in airplane mode.
В предлагаемом автором способе управления ЛА [2] в самолетном режиме отсутствует возможность управления в продольном канале в полном объеме. Так, при установке коромысла в вертикальное положение (для обеспечения работы подъемно-маршевой силовой установки в маршевом режиме) данный ЛА полностью лишается управления в продольном канале в сторону уменьшения углов тангажа, т.к. любая разница в тяге верхнего и нижнего элементов подъемно-маршевой силовой установки будет приводить лишь к их вращению вокруг оси коромысла, а не к созданию моментов, управляющих положением ЛА.In the proposed by the author method of aircraft control [2] in airplane mode, there is no possibility of control in the longitudinal channel in full. So, when the rocker is installed in a vertical position (to ensure the operation of the lifting-propulsion power plant in the propulsion mode), this aircraft is completely deprived of control in the longitudinal channel in the direction of decreasing pitch angles, because. any difference in the thrust of the upper and lower elements of the lifting-propulsion power plant will only lead to their rotation around the axis of the rocker arm, and not to the creation of moments that control the position of the aircraft.
Задачей изобретения является создание способа управления летательным аппаратом, обеспечивающего необходимые характеристики устойчивости и управляемости на всех возможных режимах полета ЛА с фиксированным крылом, используя одни и те же органы управления положением ЛА в пространстве.The objective of the invention is to create a method for controlling an aircraft that provides the necessary characteristics of stability and controllability in all possible flight modes of an aircraft with a fixed wing, using the same controls for the position of the aircraft in space.
Техническим результатом заявляемого изобретения является:The technical result of the claimed invention is:
1. Обеспечение необходимых характеристик устойчивости, управляемости и маневренности на всех возможных режимах эксплуатации ЛА.1. Providing the necessary characteristics of stability, controllability and maneuverability in all possible modes of operation of the aircraft.
2. Увеличение аэродинамического качества, весовой отдачи конструкции и энергоэффективности горизонтального полета.2. Increase in the aerodynamic quality, weight return of the structure and energy efficiency of horizontal flight.
3. Улучшение характеристик устойчивости и управляемости на малых скоростях, на больших углах атаки крыла и при воздействии атмосферной турбулентности.3. Improving the characteristics of stability and controllability at low speeds, at high angles of attack of the wing and under the influence of atmospheric turbulence.
4. Сокращение времени перехода из режима висения в режим горизонтального полета и обратно.4. Reducing the transition time from hovering to level flight and vice versa.
5. Упрощение системы управления летательным аппаратом за счет эффективного использования одних и тех же органов управления на всех возможных режимах эксплуатации ЛА.5. Simplification of the aircraft control system due to the effective use of the same controls in all possible modes of aircraft operation.
Заявляемый способ управления полетом летательного аппарата с фиксированным крылом характеризуется тем, что на этапах взлета (и посадки), висения, перехода в самолетный режим полета и при полете в самолетном режиме все управляющие моменты во всех каналах управления (тангажа, крена, курса) создаются дифференциальным изменением тяги подъемных силовых установок. Потребная для горизонтального полета тяга создается маршевой силовой установкой. По мере роста скорости горизонтального полета тяга подъемных силовых установок постепенно уменьшается и по окончанию переходного режима (на скоростях полета более 1,2…1,3 скорости сваливания) устанавливается минимально возможной. При этом обеспечивается возможность постоянного контроля пространственного положения ЛА по всем каналам управления на всех возможных режимах эксплуатации ЛА. Краткое описание схемы.The claimed method of controlling the flight of a fixed-wing aircraft is characterized by the fact that at the stages of takeoff (and landing), hovering, transition to airplane flight mode and when flying in airplane mode, all control moments in all control channels (pitch, roll, heading) are created by a differential change in the thrust of lifting power plants. The thrust required for level flight is generated by the main power plant. As the speed of horizontal flight increases, the thrust of the lifting power plants gradually decreases and at the end of the transition mode (at flight speeds of more than 1.2 ... 1.3 stall speeds) is set to the minimum possible. At the same time, it is possible to constantly monitor the spatial position of the aircraft through all control channels in all possible modes of operation of the aircraft. Brief description of the scheme.
На Фиг. 1 показано устройство летательного аппарата, использующего заявленный способ управления, где:On FIG. 1 shows the device of an aircraft using the claimed control method, where:
1 - летательный аппарат с фиксированным крылом;1 - aircraft with a fixed wing;
2 - подъемные силовые установки, используемые также в качестве органов управления по тангажу, крену и курсу на всех режимах полета;2 - lifting power plants, also used as pitch, roll and heading controls in all flight modes;
3 - маршевая силовая установка.3 - marching power plant.
Осуществление изобретения.Implementation of the invention.
Изобретение реализуется на базе летательного аппарата с фиксированным крылом, например, схемы «бесхвостка» (см. Фиг. 1).The invention is implemented on the basis of an aircraft with a fixed wing, for example, a "tailless" scheme (see Fig. 1).
Летательный аппарат 1 имеет четыре подъемные силовые установки 2, размещенные попарно впереди и позади крыла, и используемые для создания вертикальной тяги и управляющих моментов на всех режимах полета. Также на летательном аппарате установлена маршевая силовая установка 3 для создания тяги при полете в самолетном режиме.The
Указанные конструктивные особенности летательного аппарата позволяют решить задачу изобретения и добиться заявленного технического результата.These design features of the aircraft make it possible to solve the problem of the invention and achieve the claimed technical result.
Вертикальный взлет летательного аппарата 1 осуществляется за счет тяги подъемных силовых установок 2 (см. Фиг. 1). Для стабилизации заданных значений углов пространственного положения ЛА 1 (тангажа, крена и курса) производится дифференциальное изменение режима работы подъемных силовых установок 2, что позволяет (на плечах до центра масс ЛА 1) создавать управляющие моменты относительно всех трех осей ЛА 1.The vertical takeoff of the
Переход в самолетный режим полета происходит при разгоне скорости в горизонтальной плоскости под действием тяги, создаваемой маршевой силовой установкой 3 (см. Фиг. 1). По мере роста скорости крыло ЛА 1 начинает создавать подъемную силу, что позволяет (для поддержания высоты горизонтального полета) уменьшать тягу подъемных силовых установок 2 пропорционально увеличению скорости полета. По окончанию переходного режима (на скоростях полета 1,2…1,3 скорости сваливания) с целью снижения расхода энергии устанавливается минимально возможный режим работы подъемных силовых установок 2. При дальнейшем полете в самолетном режиме подъемные силовые установки 2 продолжают выполнять функцию органов управления полетом.The transition to airplane flight mode occurs when accelerating speed in the horizontal plane under the action of thrust generated by the propulsion power plant 3 (see Fig. 1). As the speed increases, the LA
Переход из самолетного режима полета к режиму висения осуществляется в обратном порядке: по мере уменьшения скорости полета (1,2…1,3 скорости сваливания и менее) происходит уменьшение подъемной силы, создаваемой крылом ЛА 1. При этом для поддержания высоты горизонтального полета (компенсации веса ЛА 1) производится пропорциональное увеличение тяги всех подъемных силовых установок 2.The transition from airplane flight mode to hover mode is carried out in the reverse order: as the flight speed decreases (1.2 ... 1.3 stall speeds or less), the lift created by the wing of
При полете в самолетном режиме создание управляющих моментов (относительно всех трех осей ЛА 1), необходимых для обеспечения заданных характеристик устойчивости и управляемости, осуществляется с помощью дифференциального изменения режимов работы подъемных силовых установок 2 (см. Фиг. 1).When flying in airplane mode, the creation of control moments (relative to all three axes of the aircraft 1) necessary to ensure the specified characteristics of stability and controllability is carried out using a differential change in the operating modes of the lifting power plants 2 (see Fig. 1).
Предлагаемый способ управления позволяет реализовать не только вертикальный взлет с последующим переходом в горизонтальный полет, но и полет в самолетном режиме, используя дифференциальное управление тягой подъемных силовых установок для обеспечения необходимых характеристик устойчивости и управляемости на всех возможных режимах эксплуатации ЛА.The proposed control method makes it possible to implement not only vertical takeoff with subsequent transition to horizontal flight, but also flight in airplane mode, using differential thrust control of lifting power plants to provide the necessary stability and controllability characteristics in all possible modes of aircraft operation.
Источники информацииSources of information
1. Патент на изобретение «Летательный аппарат вертикального взлета и посадки и способ управления его полетом» №2638221 от 12.12.2017.1. Patent for the invention "Vertical takeoff and landing aircraft and method of controlling its flight" No. 2638221 dated 12/12/2017.
2. Патент на изобретение «Летательный аппарат вертикального взлета и посадки и способ управления его полетом» №2746770 от 20.04.2021.2. Patent for the invention "Vertical takeoff and landing aircraft and method of controlling its flight" No. 2746770 dated 04/20/2021.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2776523C1 true RU2776523C1 (en) | 2022-07-21 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115556922A (en) * | 2022-10-11 | 2023-01-03 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | Flap automatic control method and device based on state flow graph |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130020429A1 (en) * | 2011-07-19 | 2013-01-24 | Ilan Kroo | Personal Aircraft |
RU179906U1 (en) * | 2017-03-27 | 2018-05-28 | Александр Михайлович Гайдаренко | Modular unmanned aerial vehicle, vertical take-off and landing |
RU2716391C2 (en) * | 2017-12-12 | 2020-03-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли России | Unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing |
US11111009B1 (en) * | 2015-06-09 | 2021-09-07 | Amazon Technologies, Inc. | Operating multirotor aircraft with enhanced yaw control |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20130020429A1 (en) * | 2011-07-19 | 2013-01-24 | Ilan Kroo | Personal Aircraft |
US11111009B1 (en) * | 2015-06-09 | 2021-09-07 | Amazon Technologies, Inc. | Operating multirotor aircraft with enhanced yaw control |
RU179906U1 (en) * | 2017-03-27 | 2018-05-28 | Александр Михайлович Гайдаренко | Modular unmanned aerial vehicle, vertical take-off and landing |
RU2716391C2 (en) * | 2017-12-12 | 2020-03-11 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли России | Unmanned aerial vehicle of vertical take-off and landing |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115556922A (en) * | 2022-10-11 | 2023-01-03 | 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所 | Flap automatic control method and device based on state flow graph |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11634222B2 (en) | Vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle having foldable fixed wing and based on twin-ducted fan power system | |
US11142309B2 (en) | Convertible airplane with exposable rotors | |
RU168554U1 (en) | High-speed combined helicopter (rotorcraft) | |
CN202728575U (en) | Composite aircraft with fixed wing and electric multi-rotor-wing combined | |
CN103043212B (en) | Composite aircraft composed of fixed wing and electric multi-rotor | |
US20170174342A1 (en) | Vertical Takeoff Aircraft and Method | |
CN202728574U (en) | Composite aircraft with fixed wing and electric multiple propellers combined and with helicopter function | |
US20170008622A1 (en) | Aircraft | |
CN102514712A (en) | Vertical take-off and landing aircraft | |
CN105083551A (en) | Tilt rotary-wing aircraft and control method thereof | |
US11407506B2 (en) | Airplane with tandem roto-stabilizers | |
RU2674622C1 (en) | Convertiplane | |
RU2638221C2 (en) | Vertical take-off and landing aircraft and method to control its flight | |
CN105818980A (en) | Novel large-lift-force vertical take-off and landing aircraft | |
RU2641952C1 (en) | Vertical take-off and landing aircraft | |
RU2656957C1 (en) | Triple-screw convertiplane | |
CN110857145A (en) | Apparatus and method for improved stall/over-stall condition fixed wing aircraft pitch control | |
US2828929A (en) | Wingless aircraft | |
US11919633B2 (en) | Convertiplane | |
RU2752104C1 (en) | Short take-off and landing aircraft | |
RU2627963C1 (en) | Unmanned rotorcraft with cross-section propellers | |
US20240174353A1 (en) | Vertical take-off and landing aircraft based on variable rotor-wing technology and dual rotor-wing layout | |
Bramlette et al. | Design and flight testing of a convertible quadcopter for maximum flight speed | |
RU2776523C1 (en) | Method for controlling flight of aircraft with fixed wing with possibility of performing vertical takeoff and landing | |
RU2723516C1 (en) | Convertiplane |