Высокоскоростной винтокрылый летательный аппарат

ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ ОТНОСИТСЯ К ОБЛАСТИ АВИАЦИОННОЙ ТЕХНИКИ, А ИМЕННО К ВИНТОКРЫЛЫМ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТАМ. УСТРОЙСТВО СОДЕРЖИТ ФЮЗЕЛЯЖ, ЖЕСТКИЙ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ НЕСУЩИЙ ВИНТ С ГРУППОЙ ЛОПАСТЕЙ РАСПОЛОЖЕННЫХ СТРЕЛОВИДНО ОТНОСИТЕЛЬНО ВЕКТОРОВ ОКРУЖНЫХ СКОРОСТЕЙ СЕЧЕНИЙ ЛОПАСТЕЙ. НА КОНЦАХ ЛОПАСТЕЙ УСТАНОВЛЕНЫ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА, КАМЕРЫ СМЕШЕНИЯ ГАЗОВ ИСВЕРХЗВУКОВЫЕ РЕАКТИВНЫЕ СОПЛА КОМПРЕССОРНЫХ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (КВРД). НА ФЮЗЕЛЯЖЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНО УСТАНОВЛЕН ТЯГОВЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ СВЯЗАННЫЙ С ВОЗДУШНЫМ КОМПРЕССОРОМ КВРД. СТРЕЛОВИДНОЕ РАСПОЛОЖЕНИЕ ЛОПАСТЕЙ НЕСУЩЕГО ВИНТА ЗАТЯГИВАЕТ ПОЯВЛЕНИЕ ВОЛНОВОГО КРИЗИСА, ЧТО ПОЗВОЛЯЕТ СУЩЕСТВЕННО УВЕЛИЧИТЬ СКОРОСТЬ ГОРИЗОНТАЛЬНОГО ПОЛЕТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА, УПРОСТИТЬ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ И ПОВЫСИТЬ БЕЗОПАСНОСТЬ ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ.

(КОНЦЕПЦИЯ РАЗВИТИЯ ВИНТОКРЫЛОЙ АВИАЦИИ ДЛЯ СКОРОСТИ >800 км час.)

Предложение относится к области авиации, конкретно к летательным аппаратам тяжелее воздуха, а именно к винтокрылым летательным аппаратам (ВКЛА). В открытой литературе нет описания ВКЛА работающего со сверхзвуковой скоростью движения наступающих лопастей несущего винта в горизонтальном полете. Поэтому изобретение пионерское.

Основной причинной небольшой скорости горизонтального полета современного ВКЛА является сложение окружной скорости вращения лопасти винта и скорости горизонтального полета ВКЛА на наступающей лопасти несущего винта. При приближении суммарной скорости к скорости звука на лопасти возникает волновой кризис со всеми негативными последствиями. Концепция большинства разрабатываемых в настоящее время проектов высокоскоростных винтокрылых летательных аппаратов (ВКЛА) основана на УМЕНЬШЕНИИ величины окружной скорости вращения конца лопасти несущего винта В ГОРИЗОНТАЛЬНОМ ПОЛЕТЕ, либо на полной ОСТАНОВКЕ ВИНТА.

Однако предлагаемые известные решения либо дают очень малую добавку скорости, либо очень усложняют летательный аппарат и уменьшают безопасность полета.

В описании изобретения, наоборот, предложена концепция УВЕЛИЧЕНИЯ скорости движения наступающей лопасти несущего винта ВКЛА до СВЕРХЗВУКОВЫХ СКОРОСТЕЙ при одновременном использовании ЖЕСТКОГО РЕАКТИВНОГО НЕСУЩЕГО ВИНТА СО СТРЕЛОВИДНО РАСПОЛОЖЕННЫМИ ЛОПАСТЯМИ.

Новая концепция зиждится на ДВУХ новых разработках:

1. Патент 2378155 «Высокоскоростной воздушный винт», в котором лопасть с фиксированной геометрией расположена стреловидно по отношению к вектору окружной скорости сечения лопасти.

2. Заявка на изобретение 2011110642 »Способ работы Компрессорного Воздушно-Реактивного Двигателя (КВРД).

Задача: Существенное повышение скорости горизонтального полета, упрощение схемы и, соответственно, повышение безопасности.

Поставленная цель достигается тем, что ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВИНТОКРЫЛЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ СОДЕРЖИТ ФЮЗЕЛЯЖ, ЖЕСТКИЙ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ НЕСУЩЕИЙ ВИНТ (ПО ПАТЕНТУ 2358155), С УСТАНОВЛЕННЫМИ НА КОНЦАХ ЛОПАСТЕЙ КАМЕРАМИ СГОРАНИЯ ТОПЛИВА, КАМЕРАМИ СМЕШЕНИЯ ГАЗОВ И СВЕРХЗВУКОВЫМИ РЕАКТИВНЫМИ СОПЛАМИ КОМПРЕССОРНЫХ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ (КВРД) (представленных в заявке на патент 2011110642) И СОДЕРЖИТ ДОПОЛНИТЕЛЬНО ТЯГОВЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СВЯЗАННЫЙ С ВОЗДУШНЫМ КОМПРЕССОРОМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО СЖАТИЯ ВОЗДУХА КВРД.

МЕЖДУ ДОСТИГАЕМЫМ ТЕХНИЧЕСКИМ ЭФФЕКТОМ И СУЩЕСТВОМ ИЗОБРЕТЕНИЯ ИМЕЕТСЯ СЛЕДУЮЩАЯ ПРИЧИННОСЛЕДСТВЕННАЯ СВЯЗЬ:

1). Концепция основана на повышении оборотов несущего винта ВКЛА на режиме висения до окружной скорости концов лопастей>250 м сек и достижении в горизонтальном полете концами наступающих лопастей несущего винта сверхзвуковой скорости >400 м сек. Это позволяет существенно уменьшить диаметр винта, позволяет на отступающей лопасти уменьшить область обратного обтекания и возникновения срыва потока, позволяет, соответственно, уменьшить опрокидывающий момент в горизонтальном полете, а также позволяет достичь высокой экономичности в работе самого КВРД.

2) Стреловидное, по отношению к вектору окружной скорости сечения лопасти, расположение лопастей жесткого несущего винта по патенту 2378155 позволяет существенно отодвинуть начало появления волнового кризиса. На высокой дозвуковой скорости угол стреловидности затягивает начало волнового кризиса, а на сверхзвуковой скорости способствует получению высоких характеристик профиля лопасти. Известно что чем выше стреловидность тем позднее наступает волновой кризис. Опасным участком является ТОЛЬКО участок где возникает волновой кризис. Но у винта по патенту 2378155 чем ближе к оси винта тем угол стреловидности существенно больше чем в конце лопасти, и как это видно из фиг.1 описания заявки при 4-х опорных лопастях и при длине опорной лопасти=0.5 R, угол стреловидности на конце лопасти=30, на радиусе=0,7 R он равен 45, а на радиусе=0,5R он равен 70.

3). Прямоточный КВРД установленный на лопастях несущего винта вертолета в несколько раз экономичнее современных Прямоточных ВРД работающих на М=1-2, т.к. степень сжатия воздуха на входе в камеру сгорания в КВРД не определяется только окружной скоростью вращения концов лопастей несущего винта, как это имеет место в современных ВРД, а уменьшение давления и повышение плотности газа на входе в реактивное сопло двигателя, осуществляемое в камере смешения газов, существенно повышает полетный КПД сопла.

4) Двухсторонняя фиксация стреловидно расположенных лопастей, большой угол стреловидности, а также затягивание появления волнового кризиса позволит не увеличить уровень шума от несущего винта.

5) Отсутствие в несущей системе ВКЛА редукторов, трансмиссий и отсутствие реактивных моментов существенно повышает безопасность.

6) В связи с отсутствием на жестком несущем винте систем управления общим и циклическим шагом лопастей функции этих систем управления решается системой управления оборотов и СТРУЙНЫМИ ЗАКРЫЛКАМИ ЛОПАСТЕЙ подключенными к компрессору предварительного сжатия воздуха КВРД. На Фиг 2. представлена схема высокоскоростного вертолета. На самолетном фюзеляже (1) вертолета установлен несущий винт (2), лопасти которого снабжены компрессорными ВРД с реактивными сверхзвуковыми соплами (3) и струйными (реактивными) закрылками (4), дополнительный авиационный турбовинтовой двигатель (5) и воздушный компрессор предварительного сжатия воздуха (6) КВРД связанный с двигателем (5).

Вертолет работает следующим образом: Перед полетом авиационный двигатель (5) приводит во вращение воздушный компрессор предварительного сжатия воздуха (6). Сжатый воздух из компрессора (б) через полые лопасти несущего винта (2) поступает в камеру сгорания топлива КВРД. После включения зажигания винт (2) раскручивается реактивной струей газа вытекающей из сверхзвукового сопла (3) КВРД до оборотов при которых вертолет взлетает и переходит в режим висения. А затем вертолет начинает горизонтальный полет посредством пропульсивной силы несущего винта (2) и тяги пропеллера двигателя (5). Посадка вертолета производится в обратном порядке. В полете положением винтокрылого летательного аппарата в пространстве управляют струйными закрылками лопастей (4)

Высокоскоростной винтокрылый летательный аппарат, содержащий фюзеляж, жесткий высокоскоростной несущий винт, в котором лопасть с фиксированной геометрией расположена стреловидно по отношению к вектору окружной скорости сечения лопасти, на концах лопастей установлены камеры сгорания топлива, камеры смешения газов и сверхзвуковые реактивные сопла компрессорных воздушно-реактивных двигателей (КВРД), летательный аппарат также содержит дополнительный тяговый авиационный двигатель, связанный с воздушным компрессором предварительного сжатия воздуха КВРД.