АВТОЖИР, СПОСОБ ЕГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В СТОЯНОЧНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ И СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЕГО ЦЕНТРОВКИ Российский патент 1994 года по МПК B64C27/02 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к той ее части, которая относится к автожирам (их проектированию, изготовлению и эксплуатации).

Известно множество автожиров, построенных в 30-е годы нашего века (аппараты-гибриды, переходные от самолетов к вертолетам).

Автожир испанского инженера Сиервы "Сиерва" С-30 имеет фюзеляж, хвостовое вертикальное и горизонтальное оперения, трехопорное шасси с хвостовой опорой и винтомоторную установку с тянущим винтом. Лопасти авторотирующего винта крепятся к втулке посредством горизонтального и вертикального шарниров. Автожир имеет систему управления авторотирующим винтом (1) Автожир Сиервы не имеет несущего крыла.

Известен также крылатый автожир А-7-3А, имевший фюзеляж, несущее крыло, хвостовое горизонтальное и вертикальное оперения, трехопорное шасси с носовой опорой и предохранительной хвостовой опорой. Силовая установка выполнена с тянущим винтом. Авторотирующий винт установлен на вертикальной стойке, а его лопасти прикреплены к втулке на вертикальном и горизонтальном шарнирах. Авторотирующий винт предварительно раскручивается и связан с двигателем трансмиссией с гидромеханическим включением. На стоянке лопасти авторотирующего винта имеется возможность складываться по продольной оси аппарата поворотом относительно своих вертикальных шарниров с отсоединением демпфера колебания лопасти в плоскости вращения. Управление аппаратом во всех каналах осуществляется по самолетному типу: от ручки управления к элеронам крыла и рулю высоты стабилизатора, а от педалей - к рулю направления на киле (см. (1) стр. 21-24).

Наиболее близким техническим решением, выбранным за прототип, является автожир, выполненный по схеме Бенсена, содержащий фюзеляж с кабиной пилота, трехопорное шасси с носовой опорой и предохранительной хвостовой опорой, винтомоторную силовую установку с толкающим винтом, размещенную за кабиной пилота, хвостовое вертикальное оперение с рулем направления, связанным проводкой управления с педалями пилота. Авторотирующий двухлопастный винт установлен на вертикальной стойке на карданном подвесе и связан с перекладиной управления у пилота. Лопасти винта установлены на втулке жестко. Управление по тангажу и крену в этом автожире осуществляется путем отклонения всей несущей системы (2).

Данный автожир по своей сути представляет аппарат с балансирным управлением. При отклонении трапеции от себя автожир идет на кабрирование, а на себя - на пикирование. При отклонении трапеции вправо автожир уходит влево, и наоборот т. е. мнемоника управления по сравнению с самолетом с обычным аэродинамическим управлением не сохраняется.

Неудобно такие автожиры хранить в ангарах, т. к. их лопасти не складываются и габариты их определяются в этом случае диаметром несущего винта. Кроме того, при различных вариантах загрузки такого автожира невозможно регулирование его центровки, как непредусмотренное, что накладывает дополнительные трудности на управление аппаратом.

Цель изобретения - создание такого автожира, который бы управлялся от ручки управления и педалей точно так же, как и самолет с обычным аэродинамическим управлением, и чтобы пилот, пересевший с самолета на автожир, не чувствовал разницы в управлении этими аппаратами, т. е. в сохранении мнемоники управления между самолетом и автожиром.

Кроме того, уменьшение габаритов автожира при его транспортировке и хранении в ангаре, стоимость стояночного места в котором прямо пропорциональна занимаемой площади, определяемой габаритными размерами (необходимо также предусмотреть возможность регулирования центровки аппарата в зависимости от его загрузки при эксплуатации в различных вариантах - одноместном, учебном, хозяйственном и т. д. )
Достигаемый технический результат, обеспечиваемый изобретением, - повышение надежности автожира, безопасности полетов на нем, упрощение управления, снижение усилий на органах управления и уменьшение вибраций на них от воздействия авторотирующего несущего винта, сокращение длины разбега и т. д.

Уменьшаются габариты аппарата при транспортировке и хранении, что упрощает их и снижает стоимость эксплуатации. Изменение центровки в зависимости от выполняемых автожиром задач позволяет расширить диапазон его функций в эксплуатации.

Данный технический результат достигается тем, что в автожире, содержащем фюзеляж с кабиной пилота, трехопорное шасси с носовой опорой и предохранительной хвостовой опорой, силовую установку с толкающим винтом, размещенную за кабиной пилота, хвостовое оперение с рулем направления, связанным проводкой управления с педалями в кабине пилота, и двухлопастный несущий авторотирующий винт, установленный на центральной вертикальной стойке с возможностью отклонения посредством органов управления в кабине пилота, фюзеляж и центральная вертикальная стойка выполнены в виде трубы одинакового между собой сечения, фюзеляж снабжен центральной кницей, жестко соединенной с центральной вертикальной стойкой, с трубой фюзеляжа и креслом пилота с образованием жесткого силового каркаса, хвостовое оперение автожира выполнено с горизонтальным оперением в виде стабилизатора, имеющего руль высоты, кинематически связанный проводкой управления с ручкой управления самолетного типа, установленной в кабине пилота, с обеспечением возможности управления автожиром в канале тангажа, автожир снабжен дополнительной трубой, одним концом шарнирно соединенной с центральной вертикальной стойкой, а другим концом шарнирно соединенной с сапогом навески несущей системы, основным подкосом регулируемой длины, одним концом соединенным с узлом крепления на мотораме, а другим концом шарнирно соединенным с сапогом навески несущей системы, дополнительным подкосом регулируемой длины, одним концом шарнирно соединенным с дополнительной трубой, а другим концом шарнирно соединенным с сапогом навески несущей системы в точке соединения основного подкоса, при этом в несущей системе авторотирующий винт установлен на вертикальном валу с возможностью свободного вращения, размещенном в свою очередь в сапоге навески несущей системы на оси, ориентированной по продольной оси автожира, с возможностью отклонения относительно ее, а сама несущая система кинематически связана с ручкой управления с возможностью отклонения в канале крена, причем автожир снабжен системой предварительной раскрутки несущего винта, лопасти которого установлены на общем совмещенном горизонтальном шаpниpе и на осевом шарнире каждая. Несущий авторотирующий винт снабжен устройством изменения общего шага лопастей, кинематически связанным с рычагом управления в кабине пилота. Каждая из половин стабилизатора в хвостовом оперении выполнена в виде трех пространственно расположенных стержней, шарнирно соединенных одними концами между собой, два из которых свободными концами шарнирно установлены на силовых элементах трубы фюзеляжа с превышением над последней и с образованием с полотняной обшивкой горизонтальной несущей поверхности, первый под углом к трубе фюзеляжа, а второй перпендикулярно ей, а третий стержень свободным концом шарнирно установлен на трубе фюзеляжа и лежит со вторым стержнем в одной поперечной вертикальной плоскости.

Система раскрутки несущего винта автожира выполнена в виде гибкого вала, одним концом соединенного через муфту сцепления с приводным валом от двигателя, а другим концом с ведущей шестерней, установленной на сапоге навески несущей системы и взаимодействующей с ведомой шестерней, установленной на несущем винте.

Устройство изменения общего шага лопастей несущего винта автожира выполнено в виде коромысла, размещенного над лопастями и установленного на одном конце подвижного в осевом направлении штока, размещенного в свою очередь внутри вала несущего винта, выполненного полым соосно ему, при этом противоположный конец штока выполнен взаимодействующим с исполнительным механизмом, кинематически связанным с рычагом управления в кабине пилота, а коромысло через тяги тандерного типа связано с поводками лопастей, закрепленными на последних.

Способ преобразования автожира в стояночное положение заключается в том, что отсоединяют проводку управления к несущей системе в канале крена, отсоединяют основной подкос от узла его крепления на мотораме, поворачивают дополнительную стойку с несущей системой вперед по оси автожира, присоединяют основной подкос к узлу его крепления на мотораме, освобождают лопасти несущего винта от элементов крепления с сохранением возможности вращения в осевом их шарнире и в плоскости вращения винта, поворачивают лопасти в плоскости их вращения и в их осевых шарнирах до ориентации их по продольной оси автожира и фиксируют в таком положении.

Способ заключается в относительном изменении положения точки приложения вектора подъемной силы несущего винта и центра масс автожира. Последовательно или одновременно увеличивают или уменьшают длину основного и дополнительного подкосов с обеспечением изменения положения оси несущего винта и соответственно вектора, реализуемой на нем подъемной силы плоско-параллельным переносом по продольной оси ОХ автожира.

На фиг. 1 изображен автожир, вид сбоку; на фиг. 2 - автожир, вид спереди; на фиг. 3 - автожир, вид в плане; на фиг. 4 - устройство изменения общего шага лопастей несущего винта; на фиг. 5 - автожир в сложенном стояночном положении.

Автожир содержит фюзеляж в виде трубы 1 и центральную вертикальную стойку 2, тоже в виде трубы одинакового сечения с трубой фюзеляжа 1. Центральная кница 3 жестко соединена с центральной вертикальной стойкой 2 с трубой фюзеляжа 1 и с креслом 4 пилота с образованием жесткого силового каркаса. Шасси - трехопорное с носовой опорой 5 и с основными рессорными опорами 6. На трубе фюзеляжа 1 имеется предохранительная хвостовая опора 7. Силовая установка состоит из двигателя 8 и толкающего воздушного винта 9. Хвостовое оперение состоит из вертикального оперения в виде киля 10 и руля 11 направления и горизонтального оперения в виде стабилизатора 12 и руля 13 высоты. Руль 11 связан проводкой управления с педалями (не показано) в кабине пилота по самолетному типу. Руль 13 связан проводкой 14 управления с ручкой 15 управления самолетного типа в кабине пилота с обеспечением возможности управления автожиром в канале тангажа. Авторотирующий несущий винт 16 установлен с возможностью свободного вращения. Дополнительная стойка 17 одним концом шарнирно соединена с центральной вертикальной стойкой 2, а другим концом - с сапогом 18 навески несущего винта 16. Основной подкос 19 регулируемой длины одним концом соединен с узлом крепления на мотораме 20, а другим концом шарнирно соединен с сапогом навески 18 несущей системы. Дополнительный подкос 21 регулируемой длины одним концом шарнирно соединен с дополнительной стойкой 17, а другим концом шарнирно соединен с сапогом 18 в точке соединения с ним основного подкоса 19. Авторотирующий несущий винт 16 размещен в сапоге 18 на оси (не показано), ориентированной по продольной оси автожира с возможностью отклонения относительно ее. Несущая система с винтом 16 связана проводкой 22 управления с ручкой 15 управления с возможностью отклонения в канале крена. Лопасти 23 и 24 несущего винта 16 установлены на общем совмещенном горизонтальном шарнире 25 и каждая на своем осевом шарнире (не показано). Каждая из половин стабилизатора 12 в хвостовом оперении выполнена в виде трех пространственно расположенных стержней 26, 27 и 28, шарнирно соединенных одними концами между собой. Стержни 26 и 27 свободными концами шарнирно установлены на силовых элементах 29 трубы 1 фюзеляжа с превышением над последней с образованием с полотняной обшивкой горизонтальной несущей поверхности. Стержень 26 установлен под углом к трубе 1 фюзеляжа, а стержень 27 - перпендикулярно ей. Стержень 28 свободным концом шарнирно установлен на трубе 1 фюзеляжа и лежит со стержнем 27 в одной поперечной вертикальной плоскости.

Автожир имеет систему раскрутки несущего винта 16. В эту систему входит гибкий вал 30, одним концом соединенный с приводным валом через муфту сцепления (не показано) от двигателя 8. Вторым концом гибкий вал 30 соединен с ведущей шестерней 31, установленной на сапоге 18, взаимодействующей в свою очередь с ведомой шестерней 32, установленной на несущем винте 16.

Устройство изменения общего шага лопастей 23 и 24 несущего винта 16 на данном автожире может быть выполнено, например, в виде коромысла 33, размещенного над лопастями 23 и 24 и установленного на одном конце подвижного в осевом направлении штока 34. Шток 34 размещен в свою очередь внутри вала 35 несущего винта 16, выполненного полым соосно ему. Противоположный конец штока 34 взаимодействует с исполнительным механизмом, кинематически связанным с рычагом управления (не показан) в кабине пилота. Коромысло 33 через тяги 36 тандерного типа связано с поводками (не показаны) лопастей 23 и 24.

Автожир функционирует следующим образом.

Запущенный двигатель 8 раскручивает толкающий винт 9, создающий горизонтальную тягу. Одновременно с запуском двигателя или чуть позже производят предварительную раскрутку несущего винта 16 через гибкий вал 30. Автожир разбегается и при достижении взлетной скорости пилот берет ручку 15 управления на себя, отклоняя таким образом руль высоты 13, и отключает гибкий вал 30 от двигателя 8. Подъемная сила создается раскрученным несущим винтом 16, который продолжает вращаться под действием набегающего потока. Автожир взлетает. Управление автожиром в полете осуществляется по самолетному типу. Педалями пилот отклоняет руль 11 направления, а отклонением ручки управления 15 на себя - от себя через проводку 14 управления пилот отклоняет руль 13 высоты. Отклоняя ручку 15 вправо - влево пилот через проводку 22 воздействует на несущий винт 16, который, будучи установленным в сапоге 18 шарнирно на оси, ориентированной по продольной оси автожира, отклоняется также вправо или влево согласно движению ручки управления 15. Таким образом, в автожире сохранен полностью самолетный принцип управления - мнемоника управления сохранена. Пилот самолета, управляя этим автожиром, не чувствует разницы в управлении.

Предусмотренная в автожире система изменения общего шага лопастей 23 и 24 в конечном итоге не служит для управления подъемной силой винта 16. Используется она в следующих случаях. Во-первых, для установки лопастей 23 и 24 на нулевой угол атаки для уменьшения сопротивления вращению винта 16 и сокращению времени его раскрутки. Во-вторых, для переведения лопастей на установочный угол атаки. Возможно ее использование также, чтобы "подорвать" винт при аварийной авторотирующей посадке при отказе двигателя 8. Система управления общим шагом винта 16 спроектирована таким образом, что обеспечивает лопастям 23 и 24 два крайних положения по углу установки - с нулевым углом атаки и установочным. Промежуточное положение лопасти 23 и 24 не занимают, что и не требуется для данного автожира.

Способ преобразования автожира в стояночное положение может быть осуществлен следующим образом. На остановленном несущем винте 16 отсоединяют проводку 22 в канале крена и отсоединяют основной подкос 19 от узла его крепления на мотораме 20. Далее поворачивают дополнительную стойку 17 с несущим винтом 16 вперед по оси автожира и вновь присоединяют основной подкос 19 к узлу его крепления на мотораме 20, т. к. конструкция спроектирована таким образом, что после поворота дополнительной стойки 17 освобожденный конец основного подкоса 19 может быть приведен к узлу, от которого его отсоединили первоначально. Затем освобождают лопасти 23 и 24 от элементов их крепления к втулке, однако не полностью и с сохранением возможности вращения в осевом их шарнире и в плоскости вращения винта 16. Поворачивают лопасти 23 и 24 в плоскости их вращения и в их осевых шарнирах до ориентации их по продольной оси автожира и фиксируют в таком положении. Таким образом, произведя все вышеуказанные операции, получают минимальный габаритный размер автожира для размещения его на стоянке, определяемый лишь колеей шасси и длиной аппарата по оси ОХ. Для транспортировки такая конфигурация наиболее предпочтительна, так как дополнительная стойка 17 с несущей системой зафиксирована таким образом, что воздействия на элементы конструкции от вибраций при транспортировке минимальны.

При эксплуатации в зависимости от загрузки автожира возникает необходимость в регулировании его центровки. В приведенных в начале данного описания аналоге и прототипе это не предусмотрено. Причем конструкция спроектирована таким образом, что обеспечивает плоско-параллельный перенос вектора приложения подъемной силы несущего винта 16 и соответственно его оси по оси ОХ автожира. Кинематическая схема: основной подкос 19 - сапог 18 - дополнительная стойка 17 - дополнительный подкос 21 и геометрические параметры указанных элементов, а также ход подкосов 19 и 21 спроектированы и подобраны таким образом, что изменением и регулировкой длины подкосов 19 и 21 осуществляется плоско-параллельный перенос оси винта 16 и соответственно вектора его подъемной силы по продольной оси аппарата. Данное свойство обеспечивает изменение центровки автожира в зависимости от загрузки, одновременно исключая необходимость последующего аэродинамического парирования момента, возникшего бы при неплоско-параллельном переносе оси винта 16 и соответственно вектора его подъемной силы, относительно центра масс автожира. (56) Журнал "Моделист-конструктор" N 3, 1987, с. 20-21.

Журнал "Моделист-конструктор" N 5, 1988, с. 7.

Изобретение относится к авиационной технике в частности к автожирам, их проектированию, изготовлению и эксплуатации. Цель изобретения - повышение надежности автожира, безопасности полетов на нем, упрощение управления, снижение усилий на органах управления и уменьшение вибраций на них от воздействия авторотирующего несущего винта, сокращение длины разбега. Уменьшаются габариты аппарата при транспортировке и хранении, что упрощает их и снижает стоимость эксплуатации. Предусмотренное регулирование центровки позволяет расширить диапазон функций автожира в эксплуатации. Автожир имеет фюзеляж в виде трубы 1, центральную вертикальную стойку 2 тоже в виде трубы одинакового сечения с трубой фюзеляжа 1. Центральная кница 3 жестко соединена со стойкой 2, с трубой фюзеляжа 1 и креслом 4 пилота. Шасси - трехопорное с насовой опорой 5. Силовая установка состоит из двигателя 8 и толкающего воздушного винта 9. Хвостовое оперение нормальной схемы. Дополнительная стойка 17 одним концом шарнирно соединен со стойкой 3, а другим концом шарнирно соединена с сапогом 18 навески несущего винта. Основной 19 и дополнительный 21 подкосы выполнены регулируемой длины. Винт 16 размещен в сапоге 18 на оси, ориентированной по продольной оси автожира с возможностью отклонения относительно ее. Проводка 22 управления связывает несущую систему с винтом 16, ручкой 15 управления и обеспечивает управление отклонением винта 16 в канале крена от ручки 15. В автожире предусмотрены преобразование его в стояночную конфигурацию путем определенного складывания и фиксации лопастей 23 и 24 винта 16, а также возможность регулирования его центровки изменением длины основного 19 и дополнительного 21 подкосов. 3 с. и 3 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Автожир, содержащий фюзеляж с кабиной пилота, трехопорное шасси с носовой опорой и предохранительной хвостовой опорой, силовую установку с толкающим винтом, размещенную за кабиной пилота, хвостовое вертикальное оперение с рулем направления, связанным проводкой управления с педалями в кабине пилота, и двухлопастной несущий авторотирующий винт, установленный на центральной вертикальной стойке с возможностью отклонения посредством органов управления в кабине пилота, отличающийся тем, что фюзеляж и центральная вертикальная стойка выполнены в виде трубы одинакового сечения, фюзеляж снабжен центральной кницей, жестко соединенной с центральной вертикальной стойкой, с трубой фюзеляжа и креслом пилота с образованием жесткого силового каркаса, хвостовое оперение автожира выполнено с горизонтальным оперением в виде стабилизатора, имеющего руль высоты, кинематически связанный проводкой управления с ручкой управления самолетного типа, установленной в кабине пилота с обеспечением возможности управления автожиром в канале тангажа, автожир снабжен дополнительной стойкой, одним концом шарнирно соединенной с центральной вертикальной стойкой, а другим концом шарнирно соединенной с сапогом навески несущей системы, основным подкосом регулируемой длины, одним концом соединенным с узлом крепления на мотораме, а другим концом шарнирно соединенным с сапогом навески несущей системы, дополнительным подкосом регулируемой длины, одним концом шарнирно соединенным с дополнительной стойкой, а другим концом шарнирно соединенным с сапогом навески несущей системы в точке соединения основного подкоса, при этом в несущей системе авторотирующий винт установлен с возможностью свободного вращения на вертикальном валу, размещенном в сапоге навески несущей системы на оси, ориентированной на продольной оси автожира с возможностью отклонения относительно нее, а сама несущая система кинематически связана с ручкой управления с возможностью отклонения в канале крена, причем автожир снабжен системой предварительной раскрутки несущего винта, лопасти которого установлены на общем совмещенном горизонтальном шарнире и на осевом шарнире каждая, а несущий авторотирующий винт снабжен устройством изменения общего шага лопастей, кинематически связанным с рычагом управления в кабине пилота. 2. Автожир по п. 1, отличающийся тем, что каждая из половин стабилизатора в хвостовом оперении выполнена в виде трех пространственно расположенных стержней, шарнирно соединенных одними концами между собой, два из которых свободными концами шарнирно установлены на силовых элементах трубы фюзеляжа с превышением над последней и с образованием с полотняной обшивкой горизонтальной несущей поверхности, первый - под углом к трубе фюзеляжа, а второй - перпендикулярно ей, а третий стержень свободным концом шарнирно установлен на трубе фюзеляжа и лежит с вторым стержнем в одной поперечной вертикальной плоскости. 3. Автожир по п. 1, отличающийся тем, что система предварительной раскрутки несущего винта выполнена в виде гибкого вала, одним концом соединенного через муфту сцепления с приводным валом от двигателя, а другим концом соединенного с ведущей шестерней, установленной на сапоге навески несущей системы и взаимодействующей с ведомой шестерней, установленной на несущем винте. 4. Автожир по п. 1, отличающийся тем, что устройство изменения общего шага лопастей его несущего винта выполнено в виде коромысла, разделенного над лопастями и установленного на одном конце подвижного в осевом направлении штока, размещенного внутри вала несущего винта, выполненного полым, соосно с ним, при этом противоположный конец штока выполнен взаимодействующим с исполнительным механизмом, кинематически связанным с рычагом управления в кабине пилота, а коромысло через тяги тандерного типа связано с поводками лопастей, закрепленными на последних. 5. Способ преобразования автожира в стояночное положение, заключающийся в фиксации лопастей винта с обеспечением минимально возможного габаритного размера, отличающийся тем, что отсоединяют проводку управления к несущей системе в канале крена, отсоединяют основной подкос от узла его крепления на мотораме, поворачивают дополнительную стойку с несущей системой вперед по оси автожира, присоединяют основной подкос к узлу его крепления на мотораме, освобождают лопасти несущего винта от элементов крепления с сохранением возможности вращения в осевом их шарнире и в плоскости вращения винта, поворачивают лопасти в плоскости их вращения и в их осевых шарнирах до ориентации их по продольной оси автожира и фиксируют их в таком положении. 6. Способ регулирования центровки автожира, заключающийся в относительном изменении положения точки приложения вектора подъемной силы несущего винта и центра масс автожира, отличающийся тем, что последовательно или одновременно увеличивают или уменьшают длину основного и дополнительного подкосов с обеспечением изменения положения оси несущего винта и соответственно вектора реализуемой на нем подъемной силы плоскопараллельным переносом по продольной оси OX автожира.