Гибридный циклокоптер

На основе системы циклокоптера - летательного аппарата, действие которого основано на принципе радиальной реакции лопастей вертикального циклоидного пропеллера - возможен гибридный вариант.
Дело в том, что конструкция с четырьмя роторами весьма неудобна эксплуатационно - перекрывает доступ к фюзеляжу, а также управление такой схемой чрезвычайно сложно.
Два поперечных ротора без второй такой же пары по килевой линии создают вращающий - опрокидывающий через нос - момент. Для его компенсации возможно применение расположенного впереди горизонтального компенсационного винта, подавляющего опрокидывающий момент. При этом этот ротор создаст подъёмную силу для носовой части фюзеляжа.

Предлагаемая схема названа гибридной в связи с тем, что горизонтальный винт, выполняя роль компенсатора опрокидывающего момента, создаёт и некоторую часть подъёмной силы: компенсация опрокидывающего момента циклоидного пропеллера требует довольно крупного диска ротора, и создаваемое им "побочное действие" игнорировать нецелесообразно.
Поскольку при положительной горизонтальной тяге создаваемый циклоидным пропеллером опрокидывающий момент направлен вперёд, винт-компенсатор располагается перед парой основных роторов. Как горизонтальная тяга, так и подъёмная сила в основе создаются парой циклоидных пропеллеров. Поэтому они устанавливаются с небольшим смещением к хвосту, создавая не менее 2/3 подъёмной силы. Соответственно винт-компенсатор создаёт не более 1/3 подъёмной силы; горизонтальной тягой он не нагружен.

При реверсе пропеллеров опрокидывающий момент перенесётся назад,- для компенсации потребует не подъёмной силы спереди, а противовеса или подъёмной силы сзади. Более целесообразен первый вариант как менее затратный. Простейший вариант его реализации - наклон компенсационного винта вперёд, создающий откренивающее действие. Для этого он делается наклоняемым, как у вертолёта, с возможностью наклона вперёд не менее 20 градусов. Эта возможность допускает создание дополнительной горизонтальной тяги по вертолётному принципу. Наклон диска вбок даст дополнительные возможности управления (ценно в свете того, что они уменьшены отказом от четырёхроторной схемы).

В целом схема с одной парой пропеллеров даёт достаточную маневренность. Разворот на месте осуществляется переводом роторов в конфигурацию противоположной горизонтальной тяги. Изменение бортового дифферента создаётся приданием пропеллерам конфигурации различной подъёмной силы. Управление продольным тангажём в этой схеме осуществляется изменением баланса между подъёмной силой, создаваемой парой пропеллеров, и подъёмной силой, создаваемой компенсационным винтом.

Аналогически такой циклокоптер напоминает ставшую классической вертолётную схему с одним несущим винтом и хвостовым винтом-компенсатором. И причины выбора нами этой схемы циклокоптера те же, что послужили утверждению "классической" вертолётной - простота конструкции и удобство управления. Дополнительным моментом здесь становится соображение эксплуатационной приемлемости конструкции, которая при четырёх роторах вызывает сомнения. Здесь же конфигурация близка к привычной вертолётной. Единственный большой ротор по продольной линии фюзеляжа освобождает для доступа носовую часть (находящийся сверху винт-компенсатор этому не мешает). Да и с точки зрения дизайна циклокоптер с одной парой роторов ближе к традиционному виду летательного аппарата, имеющего одну крыльевую пару; горизонтальный компенсационный винт роднит его по виду с вертолётом.
Наиболее целесообразен винтовой стабилизатор из двух небольших винтов, перекрытых по принципу синхрокоптера - их оси располагаются предельно близко друг к другу, что конструктивно соответствует их размещению по краям носовой части фюзеляжа. Перекрываются они перекрещиванием с наклоном. При наклоне вовне на 20 градусов возможно использование винтов с четырьмя лопастями. Такой тандем, в сумме имеющий восемь лопастей, обеспечит для носовой части стабильную подъёмную силу. Устанавливаются винты стабилизатора на колонках с вертикальными валами, наклоняющимися во всех направлениях, что даст ему высокую эффективность как элементу управления.
Размещение оси циклоидных пропеллеров на уровне верхней грани фюзеляжа обеспечивает им достаточный диаметр, позволяющий, во-первых, использовать значительную часть дуги диска с пологой, мало искривлённой траекторией движения лопастей. Это повышает эффективность роторов по сравнению с традиционными, диаметр которых не превышает диаметра фюзеляжа. Кроме того, названный вариант позволяет увеличить число лопастей - с четырёх у известных вариантов до восьми: в работе на активном секторе пропеллера будут уже четыре лопасти, причём две из них на пологой части дуги,- что в целом повысит эффективность системы. Как и у вертолётного винта, у циклоидного пропеллера большее число лопастей обеспечивает более мягкую работу, с меньшей амплитудой моментов дисбаланса, вызывающих качку и вибрацию.

Конструктивная особенность хвостового оперения циклокоптера, уже известная по сделанным наработкам, состоит в необходимости отстранения хвостового крыла от аэродинамической линии пропеллеров, так как они создают препятствующий его работе вихревой поток. При этом центральный киль находится между потоками роторов, и они решающего влияния на его функцию не оказывают. Поэтому приемлемый вариант - Т-образное оперение с центральным килем и форшкилем. Горизонтальная плоскость устанавливается поверх киля, что высвобождает её из-под влияния потоков пропеллеров.
Роль горизонтального оперения в управлении тангажём аппарата минимальна, однако в скоростном полёте его использование более удобно, чем управление дифференцированным изменением подъёмной силы несуще-тянущих органов (последнее неизбежно сказывается на стабильности полёта). Упомянутый второй вариант является основным для циклокоптера и применяется для маневрирования на малых скоростях и висении.