НЕСУЩАЯ СИСТЕМА ВЕРТОЛЕТА Российский патент 1997 года по МПК B64C27/04 B64C27/32 B64C11/16 

Предлагаемое изобретение относится к авиации, а именно к конструкции несущих систем вертолетов.

Задача, решение которой предлагает данное изобретение, заключается в повышении КПД воздушных винтов, используемых как в системах несущих, так и в системе рулевых винтов.

В настоящее время известно несколько решений этой технической задачи.

Примером такого решения могут служить способы снижения доли мощности силовой установки вертолета, расходуемой на преодоление индуктивного сопротивления несущего винта на наиболее важном режиме его полета, а именно на режиме висения, т.к. эта доля составляет до 70% от всей потребной мощности. Это снижение достигается за счет оптимизации аэродинамических характеристик лопастей несущего винта, а именно выполнением аэродинамической компоновки лопастей с оптимальным набором профилей вдоль ее размаха и путем подбора по длине лопасти закона ее геометрической крутки, т.е. расположением профилей друг относительно друга. Оба эти способа позволяют уменьшить индуктивное сопротивление несущего винта и тем самым снизить долю мощности, расходуемую на преодоление этого вредного сопротивления (см. У.Джонсон "Теория вертолета", часть 1, Москва, "Мир", 1983 г. стр. 48-49; 58-59; 70-75). Однако использование таких аэродинамических приемов не позволяет существенно повлиять на КПД несущих винтов вертолета.

Известная несущая система вертолета Ми-8, содержащая лопасти винта, закрепленного на шарнирной втулке несущего винта (см. В.А. Данилин "Вертолет Ми-8", Москва, "Транспорт", 1988 г. стр. 125-142). В конструкции несущего винта этой системы реализованы все известные способы снижения его индуктивного сопротивления. Однако, несмотря на это, относительно большие потери мощности на преодоление индуктивного сопротивления винта являются существенным недостатком этой несущей системы.

Другой существенный недостаток несущего винта этой системы связан с распределением аэродинамической нагрузки вдоль размаха лопастей, где максимально ее значение на режимах висения и торможения, а также в полете с малой скоростью оказывается вблизи концевой части лопасти, т.е. на относительном радиусе что приводит к повышению вибрации агрегатов несущей системы и всего вертолета.

При создании предлагаемого технического решения ставилась задача повышения КПД несущей системы вертолета путем уменьшения индуктивного сопротивления лопастей винта.

Эта задача решена благодаря тому, что несущая система вертолета, содержащая лопасти, закрепленные на втулке несущего винта, имеет лопасти различной длины относительно друг друга и их длины определены соотношением
L_к (0,9 0,95)L_д
где L_к длина самой короткой лопасти,
L_д длина самой длинной лопасти,
причем статические моменты каждой лопасти относительно вертикальной оси несущей системы равны между собой.

При четном количестве лопастей, но не менее 4-х, лопасти одинаковой длины должны быть закреплены на противоположных рукавах втулки несущего винта.

При необходимости выравнивания перерезывающих сил, действующих во втулке несущего винта, от лопастей меньшей длины, эти лопасти устанавливают во втулке под большим начальным углом атаки относительно длинных лопастей, замеряемому по относительному радиусу .

Такая конструкция несущей системы вертолета, предусматривающая наличие укороченных лопастей, создает условия для более благоприятной аэродинамической интерференции от вихревого следа за лопастями винта. Применение в составе одного винта лопастей различного удлинения позволяет генерировать вихревую систему винта, в которой концевые вихревые жгуты соседних лопастей оказываются на цилиндрических поверхностях с различными радиусами. Вихревая система коротких лопастей генерирует во внешней области индуктивные скорости, направленные вверх, что снижает скос потока на лопастях большего удлинения, вызывая снижение индуктивной мощности винта в целом.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 дано схематичное изображение несущей системы вертолета при виде сверху; на фиг. 2 вид А на фиг.1, где углы установки лопастей несущего винта развернуты в одной плоскости.

Выполнение настоящего изобретения для простоты представлено на примере четырехлопастного несущего винта. Предлагаемая несущая система состоит из воздушного винта с четным количеством лопастей (четырех), закрепленных на втулке несущего винта 2.

Особенностью конструктивного выполнения предлагаемой несущей системы является выполнение, например, половины лопастей 1 меньшей длины относительно других лопастей. На чертеже короткие лопасти обозначены 1к, а длинные 1д.

Лопасти одинаковой длины установлены на противоположных рукавах втулки 2, что дает возможность выполнить попарную балансировку лопастей короткие с короткими, а длинные с длинными.

Длина коротких лопастей определена соотношением
L_к=(0,90-0,95)L_д,
где L_к длина коротких лопастей;
L_д длина длинных лопастей.

Например, применительно к вертолету Ми-8 длины лопастей должны быть:
L_к 9,7 м;
L_д 10,5 м.

Короткие лопасти 1к установлены под большим начальным углом атаки по сравнению с углом атаки длинных лопастей 1д. Так, короткие лопасти 1к на относительном радиусе установлены под углом Φ_к= Φ_д+ΔΦ,, а длинные 1 под углом Φ_д, где ΔΦ = (1÷3).

Следует отметить, что чем короче лопасть, тем больше ее установочный угол по относительному радиусу .

Рассмотрим режим осевого обтекателя лопастей. В условиях висения вблизи винта формируется поле вертикальных индуктивных скоростей. Наибольший вклад в распределение вертикальных скоростей вносят концевые вихри, стекающие с концов лопастей.

На винте с укороченными лопастями их распределение по радиусу будет подобно распределению индуктивных скоростей на винте с лопастями, имеющими повышенную геометрическую крутку, где на периферийной части иметаемого винтом диска вертикальные индуктивные скорости существенно меньше, чем на винте с лопастями, имеющими меньшую геометрическую крутку. От концевых вихрей укороченных лопастей во внешнем пространстве будет генерироваться скорость, направленная в сторону тяги винта, что снизит индуктивный скос потока в концевых сечениях длинных лопастей и увеличит скос потока во внутренней части диска. Поскольку индуктивное сопротивление пропорционально моменту от сил сопротивления, то за счет снижения индуктивного сопротивления концевых сечений длинных лопастей получаем увеличенное значение КПД винта в целом.

Использование: для повышения КПД силовых установок вертолетов путем уменьшения индуктивного сопротивления лопастей винта. Техническая сущность изобретения заключается в том, что в конструкцию несущей системы, содержащей любое (но не менее двух) количество лопастей, лопасти выполнены различной длины. При этом лопасти одинаковой длины закреплены в противоположных рукавах втулки несущего винта. Причем длина коротких лопастей определена соотношением: L_к=(0,9-0,95)L_д, где L_к - длина самой короткой лопасти; L_д - длина самой длинной лопасти. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Несущая система вертолета, содержащая лопасти, закрепленные на втулке несущего винта, отличающаяся тем, что лопасти имеют различную длину относительно одна другой, а их длины определены соотношением
L_к (0,9 0,95)L_д,
где L_к длина самой короткой лопасти;
L_д длина самой длинной лопасти,
причем статические моменты каждой лопасти относительно вертикальной оси несущей системы равны между собой. 2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что при четном количестве лопастей, но не менее четырех, лопасти одинаковой длины закреплены на противоположных рукавах втулки несущего винта. 3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что лопасти меньшей длины установлены во втулке под большим начальным углом атаки относительно длинных лопастей, замеренным на относительном радиусе и определяемым соотношением
Φ_к= Φ_д+ΔΦ,
где ΔΦ = 1_3^°.