Скоростной комбинированный вертолет
Полезная модель относится к винтокрылым летательным аппаратам, а именно к скоростным комбинированным вертолетам с дополнительными пропульсивными движителями (воздушными винтами изменяемого шага) и крылом.
Скоростной комбинированный вертолет, содержит фюзеляж, два соосно расположенных несущих винта с управлением циклическим, общим и дифференциальным шагом лопастей, два пропульсивных движителя (винта изменяемого шага), разнесенных по бортам фюзеляжа, хвостовое оперение, двигатели, трансмиссию, крыло, установленное в средней части фюзеляжа, два пилона по бортам фюзеляжа за крылом, на которых установлены пропульсивные движители (винты изменяемого шага), хвостовое оперение, выполненное в виде горизонтально расположенного стабилизатора, вертикально расположенного центрального киля с рулем направления и двух вертикальных килевых шайб, установленных на законцовках стабилизатора, и двигатели, обладающие возможностью снижения рабочих оборотов свободных турбин по сигналам управления при полетах на больших скоростях.
Достигается увеличение скорости полета, при сохранении устойчивости и качества управления на всех режимах полета.
Полезная модель относится к винтокрылым летательным аппаратам, а именно к скоростным комбинированным вертолетам с дополнительными пропульсивными движителями (воздушными винтами изменяемого шага) и крылом.
Известен «Скоростной гибридный вертолет с большим радиусом действия и оптимизированным подъемным несущим винтом» - патент RU 2445236, МПК B64C 27/26, который имеет фюзеляж, поверхность, генерирующую аэродинамическую подъемную силу (далее - крыло), поверхности стабилизаторов, интегральную приводную систему. Приводная система образована механической соединительной системой (далее - трансмиссией) между несущим винтом с управлением общим шагом и циклическим шагом лопастей, по меньшей мере одним воздушным винтом с управлением общим шагом лопастей и, по меньшей мере, одним газотурбинным двигателем, приводящим в действие указанную механическую соединительную систему. Компенсация реактивного момента несущего винта осуществляется дифференциальным изменением тяги воздушных винтов и аэродинамическими поверхностями расположенного в хвостовой части оперения. Несущий винт создает всю подъемную силу при вертикальных режимах полета и ее часть при поступательном полете вертолета. Крыло служит для создания части подъемной силы в поступательном полете, разгружая, тем самым, несущий винт и позволяя ему работать без явлений срыва потока на отступающей лопасти на больших скоростях полета. Воздушные винты сообщают вертолету движение вперед, также дополнительно разгружая несущий винт и способствуя достижению еще больших скоростей полета. Этой задаче служит также снижение скорости вращения несущего винта.
Компенсация реактивного крутящего момента за счет дифференциального изменения тяги воздушных винтов является недостатком данного гибридного вертолета. Наибольшая разница в тягах воздушных винтов возникает на висении, при этом они равны по величине и направлены в разные стороны (одна вперед, другая назад). Ввиду компоновочных особенностей летательного аппарата указанного типа, такой тип компенсации реактивного крутящего момента требует значительных затрат мощности силовой установки на висении.
Известен летательный аппарат с соосными несущими винтами - опубликованная заявка US 2009159740, МПК B64C 27/02, B64D 35/04, имеющий фюзеляж, два соосных несущих винта и два пропульсивных движителя типа вентилятор в кольце (далее - вентилятор), расположенных в хвостовой части фюзеляжа и разнесенных по его бортам, трансмиссию, приводящую несущие винты и вентиляторы, и силовую установку с одним или несколькими двигателями. Дифференциальная тяга вентиляторов обеспечивает путевое управление аппаратом, совместная работа вентиляторов обеспечивает движение вперед. Соосные несущие винты предназначены, для создания подъемной силы. Комбинация соосных несущих винтов и вентиляторов призвана снизить уровень вибрационных нагрузок на аппарат и повысить его скоростные качества. Кольца (обечайки) служат защитой для вентиляторов, повышают их тягу на малых скоростях полета и эффективность - на крейсерских скоростях, а также выступают в качестве горизонтальных и вертикальных стабилизирующих поверхностей для обеспечения устойчивости летательного аппарата в полете.
Недостатком такого аппарата является то, что несущие винты в поступательном полете создают всю подъемную силу, поэтому скорость полета ограничена наступлением срыва на законцовках лопастей.
Использование вентиляторов как средства путевого управления также не лишено недостатков, т.к. изменению их тяги свойственно запаздывание, что негативным образом отражается на качестве управления в этом канале.
Недостатком является также форма оперения в виде двух колец вентиляторов, приводящая к снижению собственной устойчивости аппарата в продольном и путевом каналах.
Технической задачей предлагаемого скоростного комбинированного вертолета является увеличение скорости полета по сравнению с прототипом, при сохранении устойчивости и качества управления на всех режимах полета.
Техническая задача достигается тем, что скоростной комбинированный вертолет содержащий фюзеляж, два соосно расположенных несущих винта, два пропульсивных движителя, разнесенных по бортам фюзеляжа, хвостовое оперение, двигатели и трансмиссию, снабжен крылом, установленным в средней части фюзеляжа, двумя пилонами, расположенными по бортам фюзеляжа за крылом, на которых установлены пропульсивные движители (винты изменяемого шага), хвостовым оперением выполненным в виде горизонтально расположенного стабилизатора, вертикально расположенного центрального киля с рулем направления и двух вертикальных килевых шайб, установленных на законцовках стабилизатора, соосные несущие винты имеют возможность дифференциального изменения шага лопастей, а двигатели обладают возможностью снижения рабочих оборотов свободных турбин по сигналам управления при полетах на больших скоростях.
Полезная модель поясняется чертежами, где:
На фиг.1 показан скоростной комбинированный вертолет в двух проекциях.
На фиг.2 показана схема трансмиссии скоростного комбинированного вертолета.
Скоростной комбинированный вертолет имеет фюзеляж (1), крыло (2), два соосно расположенных несущих винта (3), выполненных с возможностью дифференциального изменения шага лопастей, два пропульсивных движителя - воздушных винта изменяемого шага - далее ВИШ (4), расположенных за крылом на пилонах (5) по правому и левому бортам, хвостовое оперение в виде горизонтально расположенного стабилизатора (6), вертикально расположенного центрального киля (7) с рулем направления (8), двух вертикальных килевых шайб (9), установленных на законцовках стабилизатора (6) и силовую установку с двумя турбовальными двигателями (10), расположенными в подкапотном пространстве (на чертеже не изображены) обладающими возможностью снижения рабочих оборотов свободных турбин по сигналам управления при полетах на больших скоростях.
Трансмиссия скоростного комбинированного вертолета состоит из главного редуктора (11), двух промежуточных редукторов (12) и промежуточных валов (13), приводящих во вращение соосные несущие винты (3). Для передачи мощности от промежуточных редукторов (12) к ВИШ (4) служат соединительные валы (14) и редукторы винтов изменяемого шага (15). Привод трансмиссии осуществляется от выходных валов (16) турбовальных двигателей (10) (на чертеже не изображены), через промежуточные редукторы (12).
Скоростной комбинированный вертолет работает следующим образом.
На вертикальных режимах (взлет-посадка, висение, вертикальные набор высоты, снижение и т.п.) и при полетах на малых скоростях два соосно расположенных несущих винта (3) создают всю подъемную силу вертолета. Крыло (2) при этом в создании подъемной силы практически не участвует, ввиду малых скоростей набегающего на него воздушного потока. Винты изменяемого шага (4) пропульсивную силу не создают, для чего, с помощью механизма изменения шага лопастей, переводятся на режим нулевой тяги. Величина затрат мощности на их привод на этом режиме незначительна.
При необходимости увеличить скорость полета винты изменяемого шага (4) переводятся на режим создания тяги, величина которой выбирается пилотом в соответствии с режимом полета, обеспечивая, тем самым, поступательное движение аппарата. Управление тягой ВИШ (4) осуществляется при помощи рычага в кабине пилота (на чертеже не изображен). Подъемная сила скоростного комбинированного вертолета создается совместно соосными несущими винтами (3) и крылом (2), причем, чем больше скорость полета, тем большую часть подъемной силы создает крыло (2). С ростом скорости полета несущие винты (3), все больше разгружаемые крылом (2) от создания подъемной силы, потребляют все меньше мощности, появляющийся избыток которой идет на создание тяги пропульсивными движителями - винтами изменяемого шага (4).
При полетах на больших скоростях угловая скорость вращения свободных турбин двигателей (10) снижается по сигналам управления, в зависимости от скорости полета. Так как несущие винты (3) жестко связаны со свободной турбиной двигателя (10) посредством трансмиссии, то их скорость вращения тоже снижается. Тем самым, уменьшается величина результирующей воздушной скорости на законцовках лопастей, движущихся навстречу набегающему невозмущенному потоку. Это позволяет несущим винтам работать на большой скорости движения аппарата, без трансзвукового обтекания законцовок лопастей и присущих этому явлению пиковых увеличений нагрузок в лонжеронах лопастей и элементах проводки управления, а также без повышенной тряски и вибрации всего аппарата.
На всех режимах полета соосные несущие винты (3) и ВИШ (4) приводятся во вращение трансмиссией от общей силовой установки.
Управление скоростным комбинированным вертолетом осуществляется изменением величины и наклоном вектора результирующей силы несущих винтов (3) посредством органов управления, расположенных в кабине пилота: ручки циклического шага - циклическим шагом лопастей несущих винтов - в продольном (тангаж) и поперечном (крен) каналах, от ручки общего шага - общим шагом лопастей. С помощью педалей, путем дифференциального изменения шага лопастей соосных несущих винтов с использованием известных технических решений (на чертеже не изображено), осуществляется управление скоростным комбинированным вертолетом в путевом канале. Для увеличения управляемости аппарата в путевом канале педали управления, кроме дифференциального изменения шага лопастей несущих винтов, связаны с отклонением руля направления (8).
Оперение создает необходимый запас собственной устойчивости скоростного комбинированного вертолета: стабилизатор (6) - в продольном, центральный киль (7) и килевые шайбы (9) - в путевом каналах.
Поставленная задача на скоростном комбинированном вертолете решена за счет ряда технических решений, отличающих его от прототипа.
Так, на скоростном комбинированном вертолете установлено крыло (2), благодаря которому снижается нагрузка на лопасти несущих винтов (3) в части создания подъемной силы тем больше, чем больше скорость поступательного движения вертолета. Это, в свою очередь, приводит к снижению местных значений коэффициента подъемной силы Су сечений на законцовках отступающей лопасти, которые достигают своих критических величин, присущих явлению срыва, на большей скорости горизонтального полета, чем у прототипа. Снижение нагрузки на несущие винты (3) приводит, соответственно, к снижению потребляемой ими мощности, появляющийся избыток которой направляется на создание пропульсивной силы при помощи движителей - ВИШ (4), которые, таким образом, способны использовать для создания тяги большую мощность силовой установки, чем на прототипе.
Способность несущих винтов (3) работать на больших скоростях полета обеспечивается, в отличие от прототипа, за счет уменьшения угловой скорости их вращения, благодаря чему не возникает трансзвукового обтекания на элементах лопастей, движущихся навстречу набегающему невозмущенному потоку воздуха и сопутствующих этому явлению повышенных нагрузок и вибраций конструкции скоростного комбинированного вертолета.
Расположение ВИШ (4) за крылом (2) на скоростном комбинированном вертолете выгодно отличается от прототипа, на котором вентиляторы расположены в хвостовой части аппарата. Известно, что траектория движения лопастей несущего винта описывает конус, пространственное расположение которого зависит от управляющих воздействий летчика. При этом наибольшее приближение лопастей нижнего несущего винта к расположенным под ним элементам конструкции наблюдается в хвостовой части вертолета. Это сказывается на максимально допустимом по условиям безопасности по сближению с лопастями нижнего несущего винта диаметре пропульсивных движителей. Т.е. чем дальше они вынесены в хвост - тем меньше их максимально допустимый диаметр. А чем меньше диаметр пропульсивных движителей - тем меньшую тягу они способны развивать при неизменной мощности. Поэтому расположение ВИШ (4) на скоростном комбинированном вертолете на пилонах (5) за крылом, позволяет сделать диаметр ВИШ больше, чем на прототипе, благодаря чему они более эффективны, т.к. способны развивать большую тягу при той же подводимой к ним мощности.
Путевое управление комбинированным вертолетом осуществляется посредством дифференциального изменения шага несущих винтов (3) и отклонением руля направления (8). При этом не возникает эффекта запаздывания, как на прототипе, и, соответственно, повышается качество управления.
Применение хвостового оперения в виде горизонтально расположенного стабилизатора (6), вертикально расположенного центрального киля (7) с рулем направления (8) и двух вертикальных килевых шайб (9), установленных на законцовках стабилизатора, в отличие от примененной на прототипе конструкции в виде колец (обечаек) вентиляторов, увеличивает собственную устойчивость аппарата при полете с поступательной скоростью.
Все перечисленные отличия обеспечивают увеличение скорости полета при сохранении устойчивости и качества управления на всех режимах полета.
Полезная модель осуществима на авиационных предприятиях, имеющих современное технологическое оснащение и специализирующихся на выпуске механических агрегатов и узлов для летательных аппаратов и их окончательной сборке.
Скоростной комбинированный вертолет, содержащий фюзеляж, два соосно расположенных несущих винта, два пропульсивных движителя, разнесенных по бортам фюзеляжа, хвостовое оперение, двигатели и трансмиссию, отличающийся тем, что снабжен крылом, установленным в средней части фюзеляжа, двумя пилонами, расположенными по бортам фюзеляжа за крылом, на которых установлены пропульсивные движители (винты изменяемого шага), хвостовое оперение выполнено в виде горизонтально расположенного стабилизатора, вертикально расположенного центрального киля с рулем направления и двух вертикальных килевых шайб, установленных на законцовках стабилизатора, соосные несущие винты имеют возможность дифференциального изменения шага лопастей, а двигатели обладают возможностью снижения рабочих оборотов свободных турбин по сигналам управления при полетах на больших скоростях.
