Многовинтовой вертолет

Предлагается модель многовинтового вертолета, у которого с целью уменьшения затрат энергии многочисленные несущие винты расположены на одной горизонтальной линии, расположенной перпендикулярно направлению полета. Направления осей винтов могут одновременно изменяться от горизонтального до вертикального и больше, соответственно изменяя направление тяги. Целью создания модели является стремление уменьшить затраты энергии на создание подъемной силы путем увеличения массы отбрасываемого воздуха. Объем захватываемого и отбрасываемого вниз воздуха зависит от общей длины линии, на которой расположены винты, как у самолета от удлинения крыла. Для этого вращение на винты вертолета передается валом, закрепленным параллельно линии расположения винтов и коническими передачами к каждому винту, оси которых закреплены в держателях, свободно поворачивающихся на силовом валу. Для управления поворотом винтов и создания тяги определенного направления параллельно этому силовому валу крепится еще один поворачивающийся вал с закрепленными тягами и с насаженной на него ручкой управления. Хвостовое оперение, элероны и управление ими как у самолета. Применение такой модели вертолета может позволить уменьшить затраты энергии полета в два и более раз для условий небольших взлетно-посадочных площадок и малой скорости полета.

Область применения та же, что у всех вертолетов.

Ближайшим российским аналогом является вертолет МИ-12, который показал своими полетами преимущество поперечной системы расположения винтов.

Существенным признаком модели является расположение осей ряда многочисленных винтов, как бы образующих при своем вращении сплошную поверхность, на одной горизонтальной линии перпендикулярной направлению полета, (фиг.1). Предлагаемая модель является дальнейшим развитием поперечной схемы расположения винтов с возможностью неограниченно увеличивать поперечные размеры сметаемой плоскости, как бы увеличивать удлинение «крыла».

Направления осей винтов могут одновременно изменяться от горизонтального до вертикального (в плоскостях параллельных диаметральной плоскости).

Площади, сметаемые каждым винтом, немного перекрываются, образуя единую площадь, напоминающую плоскость крыла самолета.

Каждые два соседних винта вращаются в противоположные стороны.

Общая компоновка модели напоминает самолет. Такое же хвостовое оперение, элероны, удлиненный корпус.(фиг.1).

Целью создания модели было стремление увеличить массу отбрасываемого воздуха при полете для того, чтобы уменьшить затраты энергии на создание подъемной силы. Фиг.2, показывающая движение воздуха в сечении перпендикулярном горизонтальному полету, наглядно поясняет, что, как и для самолета, объем захватываемого и отбрасываемого воздуха от общей длины линии винтов (удлинения). Т. е. не только от общей площади, сметаемой винтами, но и от их расположения - на одной линии, расположенной перпендикулярно движению. За счет этого объем отбрасываемого воздуха, увеличивающегося пропорционально скорости полета, значительно увеличивается. Т. е. картина движения воздуха получается такой же, как у самолета - чем больше удлинение (длина сметаемой винтами площади) тем больше отбрасываемая вниз масса воздуха, и меньше ее скорость, (при создании одинаковой подъемной силы), меньше затрачиваемая энергия (пропорциональная квадрату этой скорости).

Для такой конструкции как для вертолета подъемная сила будет достаточно большой и может значительно возрастать уже на небольшой скорости даже при незначительном ее увеличении (чего нет у самолета), а увеличивая число винтов, увеличивая общую площадь захватываемого воздуха, (подобно тому, как у самолета при увеличении удлинения крыла) можно уменьшать скорость отбрасывания воздуха, уменьшая этим затраты энергии.

Для вертолета затруднительно значительное увеличение длины лопастей. Поэтому вместо винтов с длинными лопастями применена конструкция с многими винтами, с короткими и жесткими лопастями, которые не перехлестываются друг с другом. Изменение направления силы тяги обеспечивается одновременным изменением угла наклона осей винтов.

Возможность создания большой горизонтальной силы тяги обеспечивает резкий разгон и торможение.

Для небольших взлетно-посадочных площадок и небольшой скорости данная модель будет иметь преимущество, создавая необходимую подъемную силу определенного направления при меньших затратах энергии.

Кроме того, данная модель имеет еще один положительный эффект. Т.к. длина лопастей винтов сравнительно небольшая, то скорость вращения наоборот большая. Ряд винтов образует собой симметричный движитель, имеющий симметричную картину скоростей вращения его лопастей, и направление результирующей силы зависит только от скорости вращения винтов и направления их осей. Все это приводит к тому, что появляется возможность увеличить максимальную скорость полета, по сравнению с вертолетом, имеющим длинные лопасти и фиксированное положение осей винтов.

Кроме того, важным преимуществом большого удлинения «крыльев» является возможность обеспечить планирование при отказе двигателей.

Конкретная реализация этой полезной модели приведена на фиг.3. На каркасе, имеющим форму похожую на самолет, закреплен составной вращающийся вал 1, расположенный вдоль «крыльев» такой модели. Через этот вал от мотора, расположенного в центре фюзеляжа, передается вращение на винты вертолета. Для этого на валу в нужном порядке в подшипниках закреплены держатели осей винтов и конические передачи на эти оси. Винты крепятся через обгонные муфты.

Для управления поворотом винтов и создания тяги определенного направления вдоль и параллельно этому силовому валу еще один поворачивающийся вал 3 с насаженной на него ручкой управления 4. От вала к каждому держателю винтов идет тяга 2. При повороте вала рукояткой одновременно поворачиваются все оси винтов. Направление осей винтов можно менять вдоль направления полета примерно в пределах 140 градусов.

Хвостовое оперение и элероны работают, как у самолета. Для вынужденного планирования при отказе двигателя могут использоваться расположенные под винтами составные крылья с поворотными плоскостями, свободно устанавливающиеся вдоль вертикального потока направленного вниз, и жестко прижимающихся при планировании. Управление моделью во многом подобно самолетному, поэтому на рисунках не показано. Для поперечной устойчивости при малой или равной нулю скорости могут применяться дополнительные элероны, расположенные в зоне вертикального потока.

Может быть применена и более сложная схема модели, но зато более обтекаемая. Механизм передачи вращения винтам помещается внутри крыльев, которые могут поворачиваться вместе с винтами, как показано на фиг.4. Для этого корневые части крыльев закреплены в подшипниках, которые установлены по бортам фюзеляжа. Крылья служат для крепления винтов, а при вынужденном планировании и для создания подъемной силы.

1. Многовинтовой вертолет, у которого оси всех многочисленных винтов располагаются на одной горизонтальной линии, и площади, ометаемые винтами, слегка перекрывая друг друга, образуют одну сплошную удлиненную «плоскость», через которую проходит отбрасываемый воздух, отличающийся тем, что, с целью уменьшения затрат энергии при полете на создание подъемной силы путем увеличения массы отбрасываемого воздуха и уменьшения ее скорости за счет увеличения длины поперечной плоскости, вращение всем винтам передается при помощи составного вала через конические передачи на оси винтов, закрепленных в подшипниках держателей, свободно поворачивающихся на валу, а сами держатели вместе с осями винтов могут поворачиваться одновременно при помощи тяг, присоединенных к валу, расположенному параллельно силовому валу, и к которому прикреплена рукоятка управления поворотом винтов.

2. Многовинтовой вертолет по п.1, отличающийся тем, чт, с целью улучшения обтекаемости конструкции, механизм передачи вращения винтам помещается внутри крыльев, служащих опорой для винтов и создающих подъемную силу при планировании, и которые могут поворачиваться вместе с винтами, для этого корневые части крыльев закрепляются в подшипниках по бортам фюзеляжа, а вал, соединяющий крылья, связан с рукояткой управления поворотом осей винтов.