балансирный летательный аппарат
Классы МПК: | B64C39/00 Летательные аппараты, не предусмотренные в других рубриках B64C25/50 управляемые шасси; демпфирование автоколебаний носового колеса |
Патентообладатель(и): | Жуков Анатолий Гералевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-12-14 публикация патента:
10.09.1997 |
Изобретение относится к авиационной технике, в частности, к мотодельтапланам. Сущность: аппарат содержит крыло, ферменную раму шасси на четырех колесах и совмещенные органы управления крылом и поворотом колес. Ручной рулевой элемент 8 имеет ось 9, связанную через первый карданный шарнир 10 с рулевой телескопической колонкой 11, второй карданный шарнир 12, передаточный механизм 12 и рулевые тяги 14 с передней парой колес 5. Изменение угла атаки крыла 7 относительно поперечной оси обеспечивается изменением длины телескопической рулевой колонки 11, что приводит к соответствующему перемещению рулевой трапеции 16, которая соединена через узел крепления 17 с осью 9 элемента 8. 6 з.п. ф-лы, 8 ил., 3 табл.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9
Формула изобретения
1. Балансирный летательный аппарат, содержащий трубчатую раму по крайней мере с одним сиденьем, в вершинах которой расположены узлы крепления колес, передний рулевой колесный узел управления, двигатель с воздушным винтом, установленный на трубчатой раме, несущей трубчатую стойку, верхняя часть которой через шарнир соединена с крылом типа дельтаплана с рулевой трапецией, расположенную в нижней части крыла, отличающийся тем, что узлы управления рулевыми колесами и крылом выполнены совмещенными, а в узел управления рулевыми колесами дополнительно введены телескопическая рулевая колонка, узел крепления к трапеции и рулевой передаточный механизм, узел крепления к трапеции размещен на оси рулевого элемента, который выполнен в виде ручного рулевого колеса, рулевая колонка соединена одним концом с осью рулевого элемента, а другим концом с рулевым передаточным механизмом, размещенным в передней части четырехугольной трубчатой рамы и соединенным с рулевыми тягами передней пары колес, а рулевая трапеция крыла соединена с узлом крепления к трапеции. 2. Аппарат по п.1, отличающийся тем, что соединения телескопической рулевой колонки с одного конца с рулевым элементом и рулевым передаточным механизмом с другого конца выполнены карданными. 3. Аппарат по п.2, отличающийся тем, что в него дополнительно введен чехол, размещенный на рулевой колонке, охватывающий карданные соединения. 4. Аппарат по пп.1 3, отличающийся тем, что узлы крепления колес выполнены в виде горизонтально расположенных удлиненных стоек, снабженных рессорами, а продольные элементы четырехугольной трубчатой рамы расположены под центрами тяжести сидений. 5. Аппарат по пп.1 4, отличающийся тем, что элементы трубчатой рамы выполнены форменными. 6. Аппарат по пп. 1 5, отличающийся тем, что каждый трубчатый элемент рамы состоит из двух труб верхней и нижней, расположенных друг над другом в вертикальной плоскости и соединенных между собой силовыми элементами. 7. Аппарат по пп.1 6, отличающийся тем, что стойки узлов крепления колес выполнены состоящими из труб, соединенных силовыми элементами, а соединение стоек с трубчатой рамой осуществляется при помощи рессор, каждая из которых представляет собой гибкую полосу, закрепленную одним концом между труб соответствующей ей стойки с одного ее конца, а другим концом между верхними и нижними трубами трубчатой рамы.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к авиационной технике, в частности, к мотодельтапланам, и может быть использовано в дельтапланерном спорте, в хозяйственных целях, например, для обработки растений химикатами с воздуха или в качестве транспортного средства в труднодоступных районах, а также в военных целях. Известно шасси легкого летательного аппарата, имеющее трубчатую раму в виде равнобедренного треугольника с тремя колесами, по крайней мере, один удлиненный элемент и, по крайней мере, одну подвижную часть, установленную на удлиненном элементе с возможностью перемещения по нему и соединенную с ним при помощи соединительных элементов, которые содержат также одну распорку, установленную на удлиненном элементе и связанную с ним продольно; распорка имеет конец, смежный с подвижной частью, которая может упираться в этот конец [1]Недостатками известного устройства является низкая безопасность на режимах взлета и посадки летательного аппарата, поскольку трехколесное шасси не обладает достаточной устойчивостью и может приводить к заваливанию аппарата в направлении сторон равнобедренной треугольной рамы, особенно при посадке на пересеченной либо специально не подготовленной для этого местности без использования взлетно-посадочных полос, а также низкая надежность ввиду невозможности обеспечения достаточного прочностного режима продольных элементов данного типа конструкции шасси в динамике при посадке аппарата с высоко расположенным крылом. Недостатками известного устройства являются также низкие эксплуатационные и функциональные возможности по причине раздельности управления аппаратом на земле и в воздухе. Известен аппарат для сельскохозяйственного опрыскивания, содержащий трубчатую раму, по крайней мере, с одним сиденьем, в вершинах которой расположены узлы крепления колес, передний рулевой колесный узел управления, двигатель с воздушным винтом, установленный на трубчатой раме, несущей трубчатую стойку, верхняя часть которой через шарнир соединена с крылом типа дельтаплана с рулевой трапецией, расположенную в нижней части крыла. Кроме того, устройство содержит три колеса. Кроме того, устройство содержит вспомогательную металлическую конструкцию, шарнирно соединенную с несущей трубчатой стойкой, выполненной в виде плоского треугольника; опрыскивающий аппарат содержит шарнирно соединенные два трубчатых элемента, один из которых шарнирно соединен основной конструкцией; каждый трубчатый элемент содержит разбрызгивающие сопла; первый трубчатый элемент может перемещаться между рабочим и нерабочим положениями с помощью гидродомкрата, причем, его перемещение передается второму трубчатому элементу через канатно-блочную систему [2]
Недостатком известного устройства являются низкая надежность и безопасность полетов на режимах взлета и посадки по причине неустойчивости трехколесного шасси, способствующего опрокидыванию аппарата при возникновении незначительных боковых моментов при действии на аппарат сил, не проходящих по продольной оси, а также низкая надежность ввиду нерациональной конструкции трубчатой рамы, испытывающей большие нагрузки в вертикальном направлении. Кроме того, недостатками являются низкие эксплуатационные возможности ввиду раздельности и несвязанности между собой управления крылом в воздухе и на земле и поворотом рулевых колес на земле, что усложняет управление аппаратом на взлетно-посадочных режимах и снижает надежность и безопасность его эксплуатации. Кроме того, к недостаткам известного устройства относятся низкие функциональные возможности ввиду того, что его невозможно использовать в наземном варианте в качестве аэромобиля или аэросаней по причине трудности управления и низкой устойчивости ввиду использования лишь трех колес, создающих, кроме того, три колеи, что значительно снижает эффективность применения устройства в наземном варианте. Целью изобретения является повышение надежности и безопасности, улучшение эксплуатационных характеристик и расширение функциональных возможностей за счет выполнения рамы шасси ферменной в виде устойчивой геометрической фигуры с введением четырех колес и совмещения органов управления крылом и поворотом рулевых колес. Указанная цель достигается тем, что в известном аппарате для сельскохозяйственного опрыскивания, содержащем трубчатую раму, по крайней мере, с одним сиденьем, в вершинах которой расположены узлы крепления колес, передний рулевой колесный узел управления, двигатель с воздушным винтом, установленный на трубчатой раме, несущей трубчатую стойку, верхняя часть которой через шарнир соединена с крылом типа дельтаплана с рулевой трапецией, расположенную в нижней части крыла, дополнительно узлы управления рулевыми колесами и крылом выполнены совмещенными, а в узел управления рулевыми колесами дополнительно введены телескопическая рулевая колонка, узел крепления к трапеции и рулевой передаточный механизм, причем, узел крепления к трапеции размещен на оси рулевого элемента, который выполнен в виде ручного рулевого колеса, рулевая колонка соединена одним концом с осью рулевого элемента, а другим концом с рулевым передаточным механизмом, размещенным в передней части четырехугольной трубчатой рамы и соединенным с рулевыми тягами передней пары колес, а рулевая трапеция крыла соединена с узлом крепления к трапеции. Кроме того, соединения телескопической рулевой колонки с одного конца с рулевым элементом и рулевым передаточным механизмом с другого конца выполнены карданными. Кроме того, в него дополнительно введен чехол, размещенный на рулевой колонке, охватывающий карданные соединения. Кроме того, узлы крепления колес выполнены в виде горизонтально расположенных удлиненных стоек, снабженных рессорами, а продольные элементы четырехугольной трубчатой рамы расположены под центрами тяжести сидений. Кроме того, элементы трубчатой рамы выполнены ферменными. Кроме того, каждый трубчатый элемент рамы состоит из двух труб верхней и нижней, расположенных друг над другом в вертикальной плоскости и соединенных между собой силовыми элементами. Кроме того, стойки выполнены состоящими из труб, соединенных силовыми элементами, а соединение стоек с трубчатой рамой осуществляется при помощи рессор, каждая из которых представляет собой гибкую полосу, закрепленную одним концом между труб соответствующей ей стойки с одного ее конца, а другим концом между верхними и нижними трубами трубчатой рамы. На фиг. 1 изображена схема элемента трубчатой рамы ферменной конструкции; на фиг. 2 вид сбоку аппарата. на фиг. 3 устройство-прототип при развороте; на фиг. 4 вид сверху устройства-прототипа и наложенного на него изображения предлагаемого устройства с обозначением осей опрокидывания плеч опрокидывающих моментов и сил в горизонтальной плоскости при прямолинейном движении аппаратов; на фиг. 5 опрокидывающие силы и моменты, а также их плечи и оси опрокидывания при повороте устройства-прототипа и предлагаемого устройства; на фиг. 6 схема балансирного летательного аппарата; на фиг. 7 схема рулевой колонки с шарнирами, рулевым элементом и узлом крепления к трапеции; на фиг. 8 пример выполнения рулевого передаточного механизма и конструкция узлов передних колес. Балансирный летательный аппарат (ЛА) (фиг. 1, 6-8) содержит трубчатую раму 1 четырехугольной формы в плане, например, прямоугольной, каждый элемент которой состоит из двух тонкостенных труб верхней 2 и нижней 3, расположенных одна над другой в вертикальной плоскости и соединенных между собой силовыми элементами 4; два передних 5 и два задних 6 колес; крыло 7, например, типа дельтаплана; рулевой элемент 8 с осью 9, связанный через первый карданный шарнир 10 с одним концом телескопической рулевой колонки 11, другой конец которой через второй карданный шарнир 12 соединен с рулевым передаточным механизмом 13, расположенным в середине передней части трубчатой рамы 1, который, в свою очередь, связан через рулевые тяги 14 с поворотными узлами 15 крепления передних поворотных колес 5; рулевая трапеция 16 соединена верхней частью с крылом 7, а нижней перекладиной с узлом крепления 17, расположенным на оси 9 рулевого элемента 8; продольные элементы 19 трубчатой рамы 1 проходят под центрами тяжести сидений 20 экипажа, а узлы крепления 15 и 18 передних 5 и задних 6 колес, соответственно, выполнены в виде стоек, каждая из которых состоит из двух труб верхней 21 и нижней 22, расположенных друг над другом в вертикальной плоскости и соединенных силовыми элементами 23, причем, с внешних сторон узлов 15 и 18 расположены колеса 5 и 6, а внутренние их концы соединены с вершинами трубчатой рамы 1 при помощи гибких пластинчатых рессор 24, расположенных одним концом между трубами 2 и 3 рамы 1, а другими концами между трубами 21, 22 узлов крепления 15, 18 колес 5 и 6; кроме того, устройство содержит несущую трубчатую стойку 25, нижняя часть которой соединена с трубчатой рамой 1, а верхняя часть через шарнир 26 соединена с крылом 7; двигатель 27 с воздушным винтом 28 и топливный бак 29, расположенные за сиденьями 20 экипажа и соединенные с трубчатой рамой 1 и несущей стойкой 25; четыре подкоса 30, один конец каждого из которых соединен с нижней трубой 22 узла 15 или 18 со стороны колес 5 и 6, а другой конец соединен с нижней трубой 3 продольных элементов 19 трубчатой рамы 1; трубчатая подножка 31, расположенная между верхней 2 и нижней 3 трубами продольных элементов 19 в передней их части параллельно передней стороне трубчатой рамы 1, на рулевой колонке 11 размещен чехол 40. Передаточный рулевой механизм 13 (фиг. 5) может содержать ось 32 с закрепленным на ней блоком 33, передний конец которой проходит через подшипник вращения 34, расположенный на силовом элементе 35 передаточного механизма 13, соединенном с верхними трубами 2 продольных элементов 19 трубчатой рамы 1 в ее передней части между ее передней стороной и подножкой 31 и параллельно им, задний конец оси 32 упирается в подпятник 36 с возможностью вращения, расположенный в середине между верхней 2 и нижней 3 трубой передней стороны трубчатой рамы 1; кроме того, содержит два подшипника скольжения 37, расположенных в силовых элементах 4 передней части продольных элементов 19 рамы 1 напротив друг друга, через которые проходит трубчатая тяга 38; на блок 33 намотан тросик 39, концы которого закреплены на трубчатой тяге 38, к концам которой присоединены рулевые тяги 14, в зависимости от необходимого передаточного отношения тросик 39 может быть намотан непосредственно на ось 32. Свои функции балансирный летательный аппарат (ЛА) выполняет следующим образом. За счет выполнения трубчатой рамы 1 балансирного ЛА в виде ферменной конструкции (фиг. 1), состоящей, например, из двух тонкостенных труб, верхней 2 и нижней 3, диаметр которых меньше соответствующего элемента устройства-прототипа, расположенных одна над другой в вертикальной плоскости и соединенных между собой силовыми элементами 4, удается значительно увеличить прочностные характеристики трубчатой рамы 1 ЛА при снижении весовых показателей и повышении технологичности, а также исключить применение дефицитных материалов (по сравнению с трубами прямоугольного сечения известных ЛА). Ферменная конструкция трубчатой рамы 1 ЛА значительно повышает ее жесткость в максимально нагруженном направлении по вертикальной плоскости, обусловленным высоким расположением крыла, характерным для аппаратов этого класса. Поскольку нагрузки в других направлениях незначительны по сравнению с вертикальными, такое решение позволяет значительно оптимизировать конструкцию. В качестве примера для сравнения (табл.1) взят основной продольный элемент трубчатой рамы 1 стандартных балансирных ЛА типа "Космос" (Франция) [3] и "Сатурн" ("Спутник") КАИ [4]
Видно, что весовые показатели ферменных элементов в 2-3 раза меньше известных стандартных образцов при одинаковой длине, при этом прочностные показатели предлагаемого устройства определяются, в основном, расстоянием между верхней и нижней трубой и могут значительно превосходить известные стандартные образцы при указанных весогабаритных показателях. На фиг. 2-5 видно, что традиционная трехколесная компоновка шасси балансирного ЛА, применяемая в устройстве-прототипе, является очень неустойчивой как к продольным, так и к боковым опрокидывающим моментам, поскольку оси опрокидывания, проходящие через передние 5 и задние 6 колеса, располагаются вблизи центра тяжести (ц.т.) O аппарата. Момент инерции высоко расположенного (около 2 м) крыла значительной массы (45-50 кГ) создает силу инерции F (фиг. 4, 5), состоящую из двух проекций на сторону треугольной рамы 1:F1 и F2. Проекция F1 является касательной составляющей и совпадает с продольными элементом треугольной рамы 1 (фиг. 4), а F2 является нормальной составляющей, перпендикулярной раме 1, и также создает вокруг оси опрокидывания, проходящей через колеса (а именно, через их оси) 5 и 6, опрокидывающий момент значительной величины, т.к. проекция F2 значительна по величине (фиг. 4), а плечо ее составляет расстояние до крыла около 2 м (фиг. 2, 3). Поскольку силы инерции F, действующие на каждый продольный элемент треугольного шасси, равны, то проекция F2 и






значительно более высокой надежностью и безопасностью за счет введения дополнительных элементов, соединенных предложенным образом, обеспечивающих высокую устойчивость на режимах взлетно-посадочных участков и рулении на земле, практически полностью исключающих тем самым вероятность опрокидывания аппаратно, независимо от использованной в качестве взлетно-посадочной полосы местности;
расширенными эксплуатационными возможностями и высокой безопасностью полетов за счет совмещения управления крылом балансирного ЛА и поворотом колес при использовании одного органа управления с возможностью как независимого, так и одновременного управления крылом и колесами, что значительно повышает удобство и облегчает управление аппаратом на наиболее сложных взлетно-посадочных режимах, и осуществляется благодаря введению дополнительных элементов, соединенных предложенным образом;
повышением устойчивости на земле и взлетно-посадочных режимах также дополнительно за счет размещения сидений экипажа при двух или трехместной схеме аппарата в одной плоскости шасси и снижения вследствие этого общей высоты устройства, благодаря выполнению шасси в виде четырехугольника;
обладает значительно более рациональной силовой конструкцией трубчатой рамы шасси, благодаря применению ферменных элементов, соединенных и взаимодействующих предложенным образом с другими введенными элементами и элементами устройства-прототипа, что позволило снизить весовые характеристики шасси при тех же прочностных показателях, или превосходя их;
применение ферменных элементов трубчатой рамы шасси позволило значительно упростить конструкцию рессорных элементов, что повысило технологичность и надежность столь ответственных узлов аппарата;
более широкими функциональными и эксплуатационными возможностями, поскольку введение и взаимодействие дополнительно введенных элементов, соединенных предложенным образом, позволяет эксплуатировать аппарат на земле в качестве аэромобиля или аэросаней;
более широкой базой между колесами, превышающей диаметр винта с достаточным запасом, что повышает безопасность эксплуатации, особенно в критических ситуациях. Источники информации:
1. Заявка Франции N 2560853, кл. B 64 C 1/06, B 64 C 39/00, 1985. 2. Заявка Великобритании N 2144965, кл. B 64 D 1/64, 1985. 3. Козьмин В.В. Кротов И.В. "Дельтапланы", М. ДОСААФ, 1989, с. 156-158. 4. Рекламные проспекты аппаратов "Сатурн" и "Спутник", КАИ, 1991. 5. "IV Всесоюзный сморт-конкурс сверхлегких летательных аппаратов СЛА-87", Новосибирск, 1990, с. 183. 6. Каталог "Летательные аппараты IV Всесоюзного смотра-конкурса СЛА-87", ч. II, Новосибирск, 1988.
Класс B64C39/00 Летательные аппараты, не предусмотренные в других рубриках
Класс B64C25/50 управляемые шасси; демпфирование автоколебаний носового колеса