Силовая установка с управляемым вектором тяги

Предлагаемая полезная модель относится к области силовых установок с управляемым вектором тяги и может быть использована при создании летательных аппаратов, способных влетать и садиться вертикально или маневрировать за счет изменения направления вектора тяги силовой установки, например самолетов вертикального взлета и посадки, судов на воздушной подушке, экранопланов и дирижаблей. Техническим результатом, решаемым предлагаемой полезной моделью, является создание конструкции силовой установки с управляемым вектором тяги, позволяющей отклонять вектор тяги силовой установки как в вертикальной продольной плоскости на угол в диапазоне до 145° (на 30° вверх и на 105° вниз), так и в поперечной плоскости, путем поворота насадка на угол до ±180° относительно продольной оси кольцевого канала. Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием силовой установки с управляемым вектором тяги в которой, согласно полезной модели, насадок установлен с возможностью поворота относительно продольной оси неподвижно закрепленного кольцевого канала и снабжен механизмом поворота насадка, установленным на кольцевом канале и состоящим из двух частей, одна из которых закреплена на неподвижном кольцевом канале, а другая - на насадке, а устройство забора воздуха установлено на неподвижной части кольцевого канала.

Полезная модель относится к области силовых установок с управляемым вектором тяги и может быть использована при создании летательных аппаратов, способных влетать и садиться вертикально или маневрировать за счет изменения направления вектора тяги силовой установки, например самолетов вертикального взлета и посадки, судов на воздушной подушке, экранопланов и дирижаблей.

Известна силовая установка, состоящая, по крайней мере, из одного двигателя, и одного подъемно-маршевого вентилятора, соединенных механической трансмиссией, кольцевых каналов, в которых расположен вентилятор и снабженных насадками, причем выходное сечение насадка каждого подъемно-маршевого вентилятора выполнено под углом к вертикали, и на их выходе установлена решетка поворотных профилей и привод их отклонение с тягами и качалками (см. а.с. 1766781, кл. B64C 29/00, 1989 г.)

Недостатками известной конструкции являются:

- применение в конструкции жестких поворотных решеток профилей, что приводит к большим гидравлическим потерям при отклонении вектора тяги;

- большая масса и подверженность поворотных профилей самовозбуждающимся колебаниям типа флаттер.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции является силовая установка с управляемым вектором тяги, содержащая, по крайней мере, один двигатель и один подъемно-маршевый вентилятор, кольцевой канал, в котором размещен подъемно-маршевый вентилятор, насадок, выходное сечение которого выполнено под углом к вертикали и прямоугольным с постоянной (равной диаметру) шириной в верхней части и цилиндрическим в нижней части, и горизонтальным участком по оси нижней части, устройство забора воздуха, боковые ограничители потока воздуха от вентилятора, решетки поворотных профилей, сборные гибкие лопатки, размещенные горизонтально с равным шагом, и установленные на выходе насадка, привод отклонения решеток с тягами и качалками, при этом сборные гибкие лопатки имеют жесткую переднюю часть, образованную аэродинамическим крыльевым профилем, и гибкую хвостовую часть, в виде тонких пластин с задней утолщенной кромкой, которые соединены с помощью тяг и качалок, образующих параллелограмный механизм, привод их отклонения, при этом верхняя и нижняя горизонтальные кромки выходного сечения канала вентилятора выполнены в виде гибких пластин, геометрически аналогичных хвостовым частям поворотных профилей (см. патент на ПМ 27051, по кл B64D 27/00, 2002 г.)

Недостатком известной конструкции является:

- невозможность ее использования для управления положением дирижабля на режимах вертикального взлета и посадки и малых скоростях полета вблизи земли при воздействии ветра т.к. вектор тяги силовой установки может откланяться только в вертикальной плоскости.

Боковые и курсовые возмущения от действия ветра парировать практически нечем из-за неэффективности обычных аэродинамических рулей на малых скоростях полета.

Техническим результатом, решаемым предлагаемой полезной моделью, является создание конструкции силовой установки с управляемым вектором тяги, позволяющей отклонять вектор тяги силовой установки как в вертикальной продольной плоскости на угол в диапазоне до 145° (на 30° вверх и на 105° вниз), так и в поперечной плоскости, путем поворота насадка на угол до ±180° относительно продольной оси кольцевого канала.

Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают созданием силовой установки с управляемым вектором тяги, содержащей, по крайней мере, один двигатель и один подъемно-маршевый вентилятор, кольцевой канал с подъемно-маршевым вентилятором, насадок, выходное сечение которого выполнено под углом к вертикали и прямоугольным с постоянной (равной диаметру) шириной в верхней части и цилиндрическим в нижней части, и горизонтальным участком по оси нижней части, устройство забора воздуха, боковые ограничители потока воздуха от вентилятора, решетки поворотных профилей, сборные гибкие лопатки, размещенные горизонтально с равным шагом, и установленные на выходе насадка, привод отклонения решеток с тягами и качалками, при этом сборные гибкие лопатки имеют жесткую переднюю часть, образованную аэродинамическим крыльевым профилем, и гибкую хвостовую часть, в виде тонких пластин с задней утолщенной кромкой, которые соединены с помощью тяг и качалок, образующих параллелограмный механизм, привод их отклонения, при этом верхняя и нижняя горизонтальные кромки выходного сечения канала вентилятора выполнены в виде гибких пластин, геометрически аналогичных хвостовым частям поворотных профилей, в которой, согласно полезной модели, насадок установлен с возможностью поворота относительно продольной оси неподвижно закрепленного кольцевого канала и снабжен механизмом поворота насадка, установленным на кольцевом канале и состоящим из двух частей, одна из которых закреплена на неподвижном кольцевом канале, а другая - на насадке, а устройство забора воздуха установлено на неподвижной части кольцевого канала.

Установка насадка с возможностью поворота относительно продольной оси неподвижно закрепленного кольцевого канала при помощи привода позволяет отклонять вектор тяги силовой установки как в вертикальной продольной плоскости на угол в диапазоне до 145° (на 30° вверх и на 105° вниз), так и в поперечной плоскости, на угол до ±180°.

Разделение канала на две части и выполнение механизма поворота насадка из двух частей, одна из которых закреплена на неподвижном кольцевом канале, а другая - на насадке, позволяет изготавливать и регулировать составные части силовой установки независимо друг от друга, что сокращает производственный цикл, повышает производительность и снижает их стоимость.

При проведении патентных исследований, не выявлены решения идентичные заявляемому, а, следовательно, заявляемая конструкция полезной модели соответствует критерию «новизна».

Считаем, что сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для практической реализации полезной модели.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется нижеследующим описанием ее конструкции и чертежами, где:

На фиг.1 - изображена силовая установка, вид сбоку с частичным разрезом по вертикальной плоскости симметрии;

на фиг.2 - то же, вид снизу;

на фиг.3 - вид А фиг 1.

на фиг.4 - изображено сечение Б-Б по плоскости поворота насадки

Силовая установка с управляемым вектором тяги содержит, по крайней мере, один двигатель 1 и один подъемно-маршевый вентилятор 2, кольцевой канал 3 с подъемно-маршевым вентилятором, насадок 4, механизм его поворота 5, устройство забора воздуха 6, боковые ограничители потока воздуха от вентилятора 7, решетки поворотных профилей, сборные гибкие лопатки 8, размещенные горизонтально с равным шагом, и установленные на выходе насадка 4, привод отклонения 9 решеток с тягами 10 и качалками 11.

Насадок 4 установлен с возможностью поворота относительно продольной оси неподвижно закрепленного кольцевого канала 3 и снабжен механизмом поворота насадка 5, установленным на кольцевом канале.

При этом выходное сечение насадка выполнено под углом к вертикали и прямоугольным с постоянной (равной диаметру) шириной в верхней части 12 и цилиндрическим в нижней части 13, и горизонтальным участком по оси нижней части 14.

Механизм поворота насадка 5 может состоять из двух частей. Одна часть 16 закреплена на неподвижном кольцевом канале 3, а другая часть 17 установлена на насадке 4 и имеет возможность поворота относительно первой части.

Механизм поворота может быть выполнен в зависимости от технологических возможностей в виде или зубчатых передач, или ременных, или тросовых передач и т.д.

В качестве привода поворота насадка может быть использован любой тип двигателей и на их новизну авторы не претендуют. (http://do.gendocs.ru)

Например, часть 16 механизма поворота насадки на кольцевом канале выполнена в виде направляющей, а вторая часть 17, размещенная на насадке 4 выполнена в виде опор качения, и а в качестве привода поворота используют трос, направляющие ролики и приводной шкив, соединенный с шаговым электромотором.

Выполнение части механизма поворота насадки на кольцевом канале в виде направляющей, а второй части, размещенной на насадке в виде опор качения, и закрепление привода ее поворота на кольцевом канале обеспечивает надежное крепление насадка и точность его поворота, упрощает конструкцию и процесс сборки установки, позволяет снизить сопротивление и, следовательно, мощность привода поворота.

Количество опор качения (по крайней мере, не менее 3) выбирают из условий равномерности передачи нагрузки и устойчивости конструкции.

Сборные гибкие лопатки 8 имеют жесткую переднюю часть, образованную аэродинамическим крыльевым профилем, и гибкую хвостовую часть, в виде тонких пластин с задней утолщенной кромкой, которые соединены с помощью тяг и качалок, образующих параллелограмный механизм.

Кольцевой канал 3 имеет верхнюю и нижнюю горизонтальные кромки 15 в виде гибких пластин, геометрически аналогичных хвостовым частям поворотных профилей

Прямые боковые выходные кромки канала 3 продолжены назад на величину равную длине хвостовой части поворотного профиля и служат для предотвращения бокового растекания струи при ее отклонении.

Площадь проекции выходного сечения канала на вертикальную и горизонтальную плоскости рассчитывают, исходя из потребной тяги вентилятора 2.

Верхняя и нижняя горизонтальные кромки 15 выходного сечения канала 3 выполнены в виде гибких пластин, геометрически аналогичных хвостовым частям поворотных профилей и состоят из гибкой части с задней утолщенной кромкой и служат для поворота потока и уменьшения потерь за счет улучшения организации течения.

Все задние утолщенные кромки в решетке поворотных профилей соединены между собой с помощью двух тяг - 10, двух верхних и двух нижних качалок 11, образующих параллелограмные механизмы, обеспечивающие их синхронное отклонение.

В зависимости от компоновки силовой установки кольцевой канал 3 на своей верхней или боковой поверхности содержит установленное по полету за вентилятором 2 устройство для забора воздуха 6 в виде, например, управляемого подвижного воздухозаборника 18 ковшового типа.

Работу силовой установки с управляемым вектором тяги рассмотрим на примере ее использования на дирижабле.

Силовая установка работает следующим образом:

Перед взлетом дирижабля, имеющего некоторое превышение взлетной массы над сплавной силой, через качалки 11 и тяги 10 отклоняют гибкие хвостовые части поворотных профилей на необходимый угол вниз, поворачивая, таким образом, вектор тяги подъемно-маршевых вентиляторов 2 вверх.

Для управления положением дирижабля на режимах вертикального взлета посадки используют поворот насадка относительно продольной оси кольцевого канала в диапазоне до ±180°.

При достижении необходимой тяги силовой установки дирижабль производит вертикальный взлет и далее разгоняется за счет постепенного поворота вектора тяги силовой установки в горизонтальное положение.

При достижении эволютивной скорости полета, т.е. такой скорости, при которой всю подъемную силу, необходимую для полета создает подъемный газ и аэродинамическая составляющая, возникающая на оболочке дирижабля, вектор тяги силовой установки поворачивается в горизонтальное положение.

Далее полет происходит как у обычного дирижабля. Перед посадкой дирижабля или переходом его в режим висения все перечисленные операции выполняются в обратной последовательности.

В случаях отсутствия перегруза дирижабля (нулевая плавучесть) наличие управляемого вектора тяги позволяет повысить маневренные характеристики дирижабля вблизи земли.

При необходимости наполнения воздушных баллонетов выдвигают в канал за вентилятором 2 воздухозаборник ковшового типа - 18, обеспечивающий отбор потребного количества воздуха.

По завершении процесса воздухозаборник убирают. Частичное открытие воздухозаборника - 18 позволяет с минимальными потерями производить плавный процесс снижения дирижабля и компенсировать утечки воздуха из баллонетов.

Описанная конструкция насадка 4 и решетки профилей позволяют отклонять вектор тяги в вертикальной плоскости в диапазоне 145° (на 30° вверх и на 105° вниз), что обеспечивает как взлет и разгон, так и торможение в полете и посадку дирижабля. Кроме этого поворот насадка 4 относительно горизонтальной оси, с помощью механизма поворота 5 на ±180° в поперечной плоскости, и отклонение решетки профилей от 0° до 105°, позволяет реализовать поворот вектора тяги силовой установки практически в любую сторону, что обеспечивает эффективное управление положением дирижабля на режимах висения вблизи земли или в полете с малой скоростью, когда аэродинамические рули еще не могут создавать достаточные управляющие силы.

Конструкция по полезной модели реализована и испытана на одноместных экспериментальных дирижаблях.

Испытания показали высокую надежность конструкции и подтвердили ее проектные характеристики, а именно способность отклонять вектор тяги силовой установки за счет поворота решетки профилей от 0° до 105° и дополнительную возможность поворота потока в поперечной плоскости на ±180° за счет поворота насадка относительно продольной оси кольцевого канала.

Силовая установка с управляемым вектором тяги, содержащая, по крайней мере, один двигатель и один подъемно-маршевый вентилятор, кольцевой канал с подъемно-маршевым вентилятором, насадок, выходное сечение которого выполнено под углом к вертикали и прямоугольным с постоянной (равной диаметру) шириной в верхней части и цилиндрическим в нижней части, и горизонтальным участком по оси нижней части, устройство забора воздуха, боковые ограничители потока воздуха от вентилятора, решетки поворотных профилей, сборные гибкие лопатки, размещенные горизонтально с равным шагом и установленные на выходе насадка, привод отклонения решеток с тягами и качалками, при этом сборные гибкие лопатки имеют жесткую переднюю часть, образованную аэродинамическим крыльевым профилем, и гибкую хвостовую часть в виде тонких пластин с задней утолщенной кромкой, которые соединены с помощью тяг и качалок, образующих параллелограмный механизм, привод их отклонения, верхняя и нижняя горизонтальные кромки выходного сечения канала вентилятора выполнены в виде гибких пластин, геометрически аналогичных хвостовым частям поворотных профилей, отличающаяся тем, что насадок установлен с возможностью поворота относительно продольной оси неподвижно закрепленного кольцевого канала и снабжен механизмом поворота насадка, установленным на кольцевом канале и состоящим из двух частей, одна из которых закреплена на неподвижном кольцевом канале, а другая - на насадке, а устройство забора воздуха установлено на неподвижной части кольцевого канала.