[go: up one dir, main page]

RU2820358C1 - Method of controlling pitch of convertiplane - Google Patents

Method of controlling pitch of convertiplane Download PDF

Info

Publication number
RU2820358C1
RU2820358C1 RU2022131319A RU2022131319A RU2820358C1 RU 2820358 C1 RU2820358 C1 RU 2820358C1 RU 2022131319 A RU2022131319 A RU 2022131319A RU 2022131319 A RU2022131319 A RU 2022131319A RU 2820358 C1 RU2820358 C1 RU 2820358C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fan
flight
during
aerodynamic force
center
Prior art date
Application number
RU2022131319A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Григорьевич Гайнутдинов
Ильфир Наильевич Абдуллин
Станислав Владимирович Никонов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ"
Application granted granted Critical
Publication of RU2820358C1 publication Critical patent/RU2820358C1/en

Links

Abstract

FIELD: aviation.
SUBSTANCE: in tail part of convertiplane, directly behind rotary fan, there is a rudder plate, and there are also hatch and shutters interacting with fan. During takeoff/landing, as well as during transition from vertical flight to horizontal flight and vice versa, fan is installed in horizontal position, wherein the curtains are closed and the hatch is opened, thereby providing a downward air flow when thrown by the fan to create an aerodynamic force acting on the arm from the center of mass of the aircraft to the axis of rotation of the fan and creating a moment from the aerodynamic force on this arm. During horizontal flight, the curtains are opened, the hatch is closed, air is forced onto the rudder plate by means of a fan, at the same time creating moment from aerodynamic force with arm from center of mass to center of pressure of plate-rudder arising at flow around plate-rudder.
EFFECT: higher maneuverability, longitudinal stability and safety of convertiplane during takeoff and landing, during transition from vertical flight to horizontal flight and vice versa, as well as throughout the flight.
1 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к области авиастроения, а точнее к способам и системам регулирования тангажа конвертоплана, и может применяться для управления тангажом конвертоплана.The invention relates to the field of aircraft construction, and more precisely to methods and systems for controlling the pitch of a tiltrotor, and can be used to control the pitch of a tiltrotor.

Известно техническое решение «Трехвинтовой конвертоплан» (патент № RU2656957C1, МПК B34C 37/00, опубл. 07.06.2018). Трехвинтовой конвертоплан состоит из фюзеляжа с прикрепленным к нему крылом по схеме высокоплана, двухкилевого хвостового оперения, размещенных на передней кромке крыла двигателей с винтами и поворотного механизма, позволяющего изменять вектор тяги на 110° относительно горизонта для изменения режимов полета. Имеется дополнительная силовая установка с горизонтальным расположением винта, размещенная в хвостовой части горизонтального килевого оперения и служащая для стабилизации летательного аппарата (ЛА) по тангажу в вертолетном режиме полета, управления направлением движения конвертоплана, а также снабженная поворотным механизмом, позволяющим отклонять вектор тяги в вертикальной плоскости для компенсации крутящего момента, создаваемого передними силовыми установками, и управления рысканьем летательного аппарата в вертолетном и переходных режимах полета.The technical solution “Three-propeller tiltrotor” is known (patent No. RU2656957C1, IPC B34C 37/00, published 06/07/2018). A three-propeller tiltrotor consists of a fuselage with a wing attached to it according to the high-wing design, a two-fin tail unit, engines with propellers located on the leading edge of the wing, and a rotary mechanism that allows you to change the thrust vector by 110° relative to the horizon to change flight modes. There is an additional power unit with a horizontal propeller located in the tail section of the horizontal fin and serves to stabilize the aircraft in pitch in helicopter flight mode, control the direction of movement of the tiltrotor, and is also equipped with a rotating mechanism that allows you to deflect the thrust vector in the vertical plane to compensate for the torque generated by the front power units and control the yaw of the aircraft in helicopter and transient flight modes.

К недостатком данного технического решения следует отнести уязвимость дополнительной силовой установки с горизонтальным расположением винта при взлете и посадке от неровностей подстилающей поверхности. The disadvantage of this technical solution is the vulnerability of the additional power plant with a horizontal propeller during takeoff and landing from unevenness of the underlying surface.

Наиболее близким по технической сущности конвертоплан DOAK VZ-4, с соплом двигателя которого сопрягали трубу требуемой длины, которая проходила через всю хвостовую балку. На ней устанавливали специальное устройство с несколькими газовыми рулями. Такие системы управления отличала весьма простая конструкция. На срезе-сопле трубы располагали раму, на которой размещали подвижные вертикальную и горизонтальную пластины-рули. Управление потоком осуществляли путем отклонения рулей в нужных направлениях.The DOAK VZ-4 tiltrotor was the closest in technical essence, the engine nozzle of which was mated to a pipe of the required length, which passed through the entire tail boom. A special device with several gas rudders was installed on it. Such control systems had a very simple design. At the pipe nozzle there was a frame on which movable vertical and horizontal plates-rudders were placed. Flow control was carried out by deflecting the rudders in the desired directions.

Однако существенным недостатком данного способа управления тангажом является отсутствие возможности достаточно оперативно реагировать на изменение вертикального положения ЛА, что чревато увеличением риска крушения конвертоплана.However, a significant drawback of this method of pitch control is the inability to quickly respond to changes in the vertical position of the aircraft, which can increase the risk of a tiltrotor crash.

Решаемой технической проблемой является создание высокоэффективного способа управления тангажом конвертоплана, позволяющего повысить маневренность конвертоплана, продольную устойчивость и безопасность данного ЛА при осуществлении взлета и посадки, при переходе от вертикального полета к горизонтальному и наоборот, а также на протяжении всего полета.The technical problem being solved is the creation of a highly effective method for controlling the pitch of a tiltrotor, which makes it possible to increase the maneuverability of the tiltrotor, the longitudinal stability and safety of this aircraft during takeoff and landing, during the transition from vertical to horizontal flight and vice versa, as well as throughout the entire flight.

Технический результат изобретения заключается в повышении маневренности, продольной устойчивости и безопасности конвертоплана при осуществлении взлета и посадки, при переходе от вертикального полета к горизонтальному и наоборот, а также на протяжении всего полета.The technical result of the invention is to increase the maneuverability, longitudinal stability and safety of the tiltrotor during takeoff and landing, during the transition from vertical to horizontal flight and vice versa, as well as throughout the entire flight.

Технический результат достигается тем, что во время взлета/посадки, а также при переходе от вертикального полета к горизонтальному/при переходе от горизонтального полета к вертикальному для парирования момента тангажа создают момент от действия аэродинамической силы за счет установки поворотного вентилятора (далее – вентилятора) в горизонтальном положении, который, в свою очередь, отбрасывает поступающий с окружающей среды воздух, благодаря чему возникает аэродинамическая сила, направленная вниз и действующая на плече от центра масс конвертоплана до оси вращения вентилятора. Во время горизонтального полета за счет расположения пластины-руля в хвостовой части конвертоплана непосредственно за вентилятором, установленном в вертикальном положении, для парирования момента тангажа создают момент от аэродинамической силы, который появляется благодаря аэродинамической силе, действующей на плече от центра масс конвертоплана до центра давления пластины-руля, и возникающей вследствие обтекания пластины-руля выдуваемым вентилятором воздухом. Тем самым повышается маневренность, управляемость тангажом конвертоплана, повышается устойчивость и безопасность конвертоплана при осуществлении взлета и посадки, при переходе от вертикального полета к горизонтальному и наоборот, а также на протяжении всего полета.The technical result is achieved by the fact that during takeoff/landing, as well as during the transition from vertical to horizontal flight/when transitioning from horizontal to vertical flight, to counteract the pitching moment, a moment from the action of the aerodynamic force is created by installing a rotary fan (hereinafter referred to as the fan) in horizontal position, which, in turn, rejects the air coming from the environment, due to which an aerodynamic force is generated, directed downwards and acting on the shoulder from the center of mass of the tiltrotor to the axis of rotation of the fan. During horizontal flight, due to the location of the rudder plate in the tail part of the tiltrotor directly behind the fan installed in a vertical position, to counter the pitching moment, a moment from the aerodynamic force is created, which appears due to the aerodynamic force acting on the shoulder from the center of mass of the tiltrotor to the center of pressure of the plate - the steering wheel, and resulting from the flow of air blown around the steering wheel plate by the fan. This increases the maneuverability and pitch control of the tiltrotor, increases the stability and safety of the tiltrotor during takeoff and landing, during the transition from vertical to horizontal flight and vice versa, as well as throughout the entire flight.

Описание чертежей:Description of drawings:

• На фиг.1 представлена схема горизонтального полета конвертоплана на виде сверху;• Figure 1 shows a diagram of the horizontal flight of a tiltrotor in a top view;

• на фиг.1.1 изображен разрез Г-Г, представленный фиг.1;• Fig. 1.1 shows the section GG presented in Fig. 1;

• на фиг.1.2 изображен вид В, представленный на фиг.1.1;• Fig. 1.2 shows view B shown in Fig. 1.1;

• на фиг.1.3 изображен вид Б, представленный на фиг.1.1;• Fig. 1.3 shows view B, shown in Fig. 1.1;

• на фиг.1.4 изображен вид Б, представленный на фиг.1.1;• Fig. 1.4 shows view B, shown in Fig. 1.1;

• на фиг.2 представлена схема вертикального полета конвертоплана на виде сверху;• figure 2 shows a diagram of the vertical flight of a tiltrotor in a top view;

• на фиг.2.1 изображен вид Б, представленный на фиг.2;• Fig. 2.1 shows view B, shown in Fig. 2;

• на фиг.3 представлена схема горизонтального полета конвертоплана на виде спереди.• Figure 3 shows a diagram of the horizontal flight of a tiltrotor in front view.

Изобретение содержит фюзеляж (1), который служит для размещения целевой нагрузки с прикрепленным к нему крылом (2) по схеме высокоплана; на передней кромке крыла (2) размещены мотогондолы (3) с двигателями, винтами и поворотным механизмом, позволяющим изменять вектор тяги относительно горизонта; при самолетном (крейсерском) режиме полета основное направление вектора тяги является горизонтальным и аэродинамическая сила создается за счет работы профиля крыла (2), а при полете в вертолетном режиме (зависание / вертикальный взлет и посадка) основное направление вектора тяги является вертикальным и подъемная сила создается за счет воздушной массы, отбрасываемой винтами; поворотный вентилятор (4), служащий для парирования момента тангажа во время взлета/посадки и во время переходов от вертикального полета к горизонтальному и наоборот созданием аэродинамической силы при отбрасывании воздуха вниз, действующей на плече от центра масс ЛА до оси вращения вентилятора и создающей на этом плече момент от аэродинамической силы, а также во время горизонтального полета служащий для нагнетания воздуха на пластину-руль (5), при обтекании воздухом от вентилятора (4) которой появляется аэродинамическая сила, создающая момент от аэродинамической силы с плечом от центра тяжести конвертоплана до центра давления пластины-руля (5) и способная парировать момент тангажа; V-образное хвостовое оперение (6), служащее для стабилизации ЛА по рысканью и крену; металлические шторки (7), которые закрывают при взлете/посадке, при переходах от вертикального полета к горизонтальному и наоборот для создания более направленного потока воздуха и открывают при горизонтальном полете с целью обеспечения обдува пластины-руля (5) потоком воздуха, нагнетаемым вентилятором (4); сдвижной люк (8), который открывают при взлете/посадке, при переходах от вертикального полета к горизонтальному и наоборот и закрывают при горизонтальном полете с целью обеспечения правильной направленности потока воздуха, нагнетаемого вентилятором (4); металлические шторки (7) работают по принципу простейшей дверной петли и имеют направляющие (9), расположенные по внутреннему контуру фюзеляжа (1) и необходимые для правильного опускания и поднятия в зависимости от режима полета шарниров (10) с прикрепленными к ним металлических пластин (11).The invention contains a fuselage (1), which serves to accommodate the target load with a wing (2) attached to it according to the high-wing design; on the leading edge of the wing (2) there are engine nacelles (3) with engines, propellers and a rotating mechanism that allows you to change the thrust vector relative to the horizon; in airplane (cruising) flight mode, the main direction of the thrust vector is horizontal and the aerodynamic force is created due to the work of the wing profile (2), and when flying in helicopter mode (hovering / vertical takeoff and landing), the main direction of the thrust vector is vertical and lift force is created due to the air mass thrown by the propellers; rotary fan (4), which serves to counter the pitching moment during takeoff/landing and during transitions from vertical to horizontal flight and vice versa by creating an aerodynamic force when throwing air down, acting on the shoulder from the center of mass of the aircraft to the axis of rotation of the fan and creating on this shoulder moment from the aerodynamic force, and also during horizontal flight, which serves to force air onto the rudder plate (5), when air flows from the fan (4) around which an aerodynamic force appears, creating a moment from the aerodynamic force with the shoulder from the center of gravity of the tiltrotor to the center pressure of the rudder plate (5) and capable of counteracting the pitching moment; V-shaped tail (6), which serves to stabilize the aircraft in yaw and roll; metal curtains (7), which are closed during takeoff/landing, during transitions from vertical to horizontal flight and vice versa, to create a more directional air flow and open during horizontal flight in order to ensure that the rudder plate (5) is blown by the air flow forced by the fan (4 ); sliding hatch (8), which is opened during takeoff/landing, during transitions from vertical to horizontal flight and vice versa, and closed during horizontal flight in order to ensure the correct direction of the air flow forced by the fan (4); metal curtains (7) work on the principle of a simple door hinge and have guides (9) located along the internal contour of the fuselage (1) and necessary for the correct lowering and raising, depending on the flight mode, of the hinges (10) with metal plates attached to them (11 ).

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Фюзеляж (1) служит для размещения целевой нагрузки, при самолетном (крейсерском) режиме полета основное направление вектора тяги является горизонтальным и аэродинамическая сила создается за счет работы профиля крыла (2), а при полете в вертолетном режиме (зависание/ вертикальный взлет и посадка) основное направление вектора тяги является вертикальным и подъемная сила создается за счет воздушной массы, отбрасываемой винтами. V-образное хвостовое оперение (6) служит для стабилизации ЛА по рысканью и крену. Во время изменения направления вектора тяги основных силовых установок (3) из горизонтального в вертикальный и обратно, а также для осуществления режимов зависания и вертикального взлета/посадки, для стабилизации конвертоплана по тангажу вентилятор (4) устанавливают в горизонтальном положении при этом металлические шторки (7) закрывают, а сдвижной люк (8) открывают, тем самым обеспечивая при отбрасывании вентилятором (4) направленный вниз поток воздуха для создания аэродинамической силы, действующей на плече от центра масс ЛА до оси вращения вентилятора (4) и создающей на этом плече момент от аэродинамической силы. Во время горизонтального полета металлические шторки (7) открывают, сдвижной люк (8) закрывают, воздух нагнетают на пластину-руль (5) при помощи вентилятора (4), создавая при этом момент от аэродинамической силы с плечом от центра масс до центра давления пластины-руля (5), возникающей при обтекании пластины-руля (5). Момент от аэродинамической силы и выравнивает ЛА относительно горизонта, а также позволяет маневрировать конвертоплану по тангажу. The fuselage (1) serves to accommodate the target load; in airplane (cruising) flight mode, the main direction of the thrust vector is horizontal and the aerodynamic force is created due to the operation of the wing profile (2), and when flying in helicopter mode (hovering/vertical takeoff and landing) the main direction of the thrust vector is vertical and the lifting force is created by the air mass thrown back by the propellers. The V-shaped tail (6) serves to stabilize the aircraft in yaw and roll. When changing the direction of the thrust vector of the main power plants (3) from horizontal to vertical and back, as well as for hovering and vertical takeoff/landing modes, to stabilize the tiltrotor in pitch, the fan (4) is installed in a horizontal position, while metal curtains (7 ) are closed, and the sliding hatch (8) is opened, thereby providing, when thrown by the fan (4), a downward flow of air to create an aerodynamic force acting on the arm from the center of mass of the aircraft to the axis of rotation of the fan (4) and creating a moment on this arm from aerodynamic force. During horizontal flight, the metal curtains (7) are opened, the sliding hatch (8) is closed, air is pumped onto the rudder plate (5) using a fan (4), creating a moment from the aerodynamic force with the shoulder from the center of mass to the center of pressure of the plate -rudder (5), which occurs when flow around the rudder plate (5). The moment from the aerodynamic force aligns the aircraft relative to the horizon, and also allows the tiltrotor to maneuver in pitch.

Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет повысить маневренность, продольную устойчивость и безопасность конвертоплана при осуществлении взлета и посадки, при переходе от вертикального полета к горизонтальному и наоборот, а также на протяжении всего полета. Появляется защищенность винта, необходимого для управления тангажом, за счет его нахождения внутри фюзеляжа.Thus, the claimed technical solution makes it possible to increase the maneuverability, longitudinal stability and safety of the tiltrotor during takeoff and landing, during the transition from vertical to horizontal flight and vice versa, as well as throughout the entire flight. The propeller required for pitch control becomes protected due to its location inside the fuselage.

Claims (1)

Способ управления тангажом конвертоплана, характеризующийся тем, что обеспечивают в хвостовой части конвертоплана, непосредственно за поворотным вентилятором, пластину-руль, а также взаимодействующие с вентилятором люк и шторки во время взлета/посадки, а также при переходе от вертикального полета к горизонтальному и наоборот вентилятор устанавливают в горизонтальном положении, при этом шторки закрывают, а люк открывают, тем самым обеспечивая при отбрасывании вентилятором направленный вниз поток воздуха для создания аэродинамической силы, действующей на плече от центра масс летательного аппарата до оси вращения вентилятора и создающей на этом плече момент от аэродинамической силы, во время горизонтального полета шторки открывают, люк закрывают, воздух нагнетают на пластину-руль при помощи вентилятора, создавая при этом момент от аэродинамической силы с плечом от центра масс до центра давления пластины-руля, возникающей при обтекании пластины-руля.A method for controlling the pitch of a tiltrotor, characterized by providing a plate-rudder in the tail section of the tiltrotor, directly behind the rotary fan, as well as a hatch and curtains interacting with the fan during takeoff/landing, as well as during the transition from vertical to horizontal flight and vice versa. installed in a horizontal position, while the curtains are closed and the hatch is opened, thereby providing, when thrown by the fan, a downward flow of air to create an aerodynamic force acting on the arm from the center of mass of the aircraft to the axis of rotation of the fan and creating a moment on this arm from the aerodynamic force , during horizontal flight, the curtains are opened, the hatch is closed, air is forced onto the rudder plate using a fan, creating a moment from the aerodynamic force with a shoulder from the center of mass to the center of pressure of the rudder plate, which occurs when flowing around the rudder plate.
RU2022131319A 2022-12-01 Method of controlling pitch of convertiplane RU2820358C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2820358C1 true RU2820358C1 (en) 2024-06-03

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU141669U1 (en) * 2014-01-24 2014-06-10 Закрытое Акционерное Общество "Транзас" VERTICAL TAKEOFF AND LANDING FLIGHT
RU2699513C1 (en) * 2018-11-07 2019-09-05 Дмитрий Сергеевич Дуров Unmanned jet-helicopter
US11077937B1 (en) * 2018-06-22 2021-08-03 Transcend Air Corporation Vertical take-off and landing (VTOL) tilt-wing passenger aircraft
US20210323663A1 (en) * 2018-12-29 2021-10-21 Autel Robotics Co., Ltd. Unmanned aerial vehicle

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU141669U1 (en) * 2014-01-24 2014-06-10 Закрытое Акционерное Общество "Транзас" VERTICAL TAKEOFF AND LANDING FLIGHT
US11077937B1 (en) * 2018-06-22 2021-08-03 Transcend Air Corporation Vertical take-off and landing (VTOL) tilt-wing passenger aircraft
RU2699513C1 (en) * 2018-11-07 2019-09-05 Дмитрий Сергеевич Дуров Unmanned jet-helicopter
US20210323663A1 (en) * 2018-12-29 2021-10-21 Autel Robotics Co., Ltd. Unmanned aerial vehicle

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4804155A (en) VTOL aircraft
CA2801651C (en) Personal aircraft
EP2985220B1 (en) Apparatus and method for providing control and augmenting thrust at reduced speed and ensuring reduced drag at increased speed
RU2700084C2 (en) Multi-rotor with rotary wing
RU2717119C1 (en) Convertiplane
US7410122B2 (en) VTOL UAV with lift fans in joined wings
US20200086971A1 (en) Tiltrotor Free-Pivot Wing Extension
US20200055595A1 (en) Cruise efficient vertical and short take-off and landing aircraft
KR101938459B1 (en) Aircraft
US7883051B2 (en) Ducted propulsion vector system
US9815545B1 (en) Aerodynamic lifting system
US20150028155A1 (en) Wing adjusting mechanism
KR20090057504A (en) Vertical takeoff and landing gear with variable rotorcraft
US9902492B1 (en) Apparatus and method for roll moment equalization at high advance ratios for rotary wing aircraft
US11242798B2 (en) Method and apparatus for an engine inlet for a ram-air system with an icing bypass
RU2820358C1 (en) Method of controlling pitch of convertiplane
JP7527694B2 (en) Aircraft Flight Control System
WO2022050928A1 (en) Wing for a vertical takeoff and landing aircraft, and aircraft having such a wing
US20210276708A1 (en) Split-tiltwing aircraft and related methods
KR102075115B1 (en) Flight vehicle comprising lift fan utilizing blade as cover
US20030132341A1 (en) Device by a horizontally and vertically flying aircraft
RU2362709C2 (en) Aeromobile
RU180623U1 (en) VERTICAL TAKEOFF AND LANDING PLANE
RU2803674C2 (en) Method for controlling the pitch of a tiltrotor
RU2788116C1 (en) Propeller with controllable tips of blades