АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ВЕРТОЛЕТА Российский патент 2001 года по МПК B64D25/00 B64D17/80 

Изобретение относится к области вертолетостроения, к аварийно-спасательному оборудованию и средствам защиты вертолета.

Вертолет в случае остановки (повреждения) двигателя в полете в силу своих конструктивных особенностей сразу же теряет высоту. Хотя несущий винт, вращаясь на оборотах авторотации, как известно, уменьшает вертикальную скорость падения, но и в этом случае остается необходимость дальнейшего снижения скорости падения с целью обезопасить машину от удара о поверхность суши (воды) и разрушения, а экипаж и пассажиров от гибели и увечья.

Для реализации этой цели в США (1957 г.) предлагалось создание и применение защитного парашюта, который крепится к верхнему концу вала несущего винта, размещается в обтекаемом кожухе и который легко раскрывается (можно раскрыть вручную) при аварии вертолета, выбрасывая парашют, замедляющий скорость падения вертолета до безопасной величины (Патент США N 2812147 от 05.11.57 г. по МКИ В 64 D 45/04, НКИ США 244-139 "Конструкция для крепления парашюта вертолета") - прототип.

Технической задачей предусматривалось создание кожуха с куполообразным обтекателем для размещения в нем тормозного парашюта, который обеспечивал бы выпуск парашюта независимо от состояния лопастей несущего винта. При этом для крепления парашюта и кожуха должна быть создана опорная платформа, которая обеспечивала бы при вращающемся вале несущего винта исключение вращения парашютной платформы, чтобы вращение несущего винта не передавалось стропам парашюта.

Для сбрасывания (выпуска) парашюта создан пусковой механизм.

В состав конструкции для крепления парашюта входят корпус вертолета, двигатель несущего винта, вал привода несущего винта, невращаемый вертикальный вал, находящийся в полом вращаемом вале несущего винта, платформа для крепления парашюта, которая крепится к невращаемому валу и которая может вращаться относительно вала несущего винта, снабжена куполообразным сбрасываемым кожухом.

Парашютная спасательная система вертолета, а именно конструкция для крепления спасательного парашюта вертолета, работает следующим образом.

При повреждении двигателя вертолета или лопастей несущего винта, а также при остановке двигателя из кабины с помощью ручного привода приводится в действие устройство ручного расстопорения кожуха парашюта: обтекатель под действием смещающейся пружины сбрасывается в воздушный поток. При этом освободившийся парашют под действием своей пружины частично выталкивается из кожуха и раскрывается в воздушном потоке.

Вертолет опускается на парашюте. При этом скорость падения вертолета замедляется до безопасной для экипажа и пассажиров.

Спасательная система, имеющая в своем составе единственное средство спасения - парашют, недостаточно надежна, несовершенна, так как в ней не используются современные эффективные средства для решения поставленной технической задачи. Порывом ветра парашют при выпуске из контейнера может отбросить на лопасти вращающегося пли застопоренного несущего винта. Низкая надежность такой системы указана и в описании аналогичной системы вертолета из-за возможности вращения вертолета вокруг вертикальной оси при аварийных ситуациях. Из-за отсутствия свойств плавучести фюзеляжа вертолета не обеспечивается спасение вертолета, пассажиров (грузов) и экипажа в случаях падения в воду.

Отсутствие средств мягкой посадки не обеспечивает безопасную аварийную посадку для пассажиров и для конструкции вертолета.

Аварийно-спасательная система, описанная в указанном прототипе (Патент США N 2812147 от 05.11.1957 г.), рассчитана лишь на вертолеты, у которых контейнер (кожух) для тормозного парашюта закреплен на верхнем конце неподвижного вала, проходящего внутри полого вала несущего винта. Такой вариант более приемлем для легких, имеющих небольшую грузоподъемность и соответственно небольшой вес вертолетов.

Создаваемой при авторотации подъемной силы недостаточно для удержания вертолета над поверхностью вынужденной посадки.

По этой причине, из-за различных неисправностей ежегодно в процессе эксплуатации вертолетов происходит значительное количество аварий и катастроф, которые приводят к потерям вертолетов, а с ними - экипажей, пассажиров и грузов.

Поэтому решение технической задачи создания вертолетов с амфибийным корпусом, оснащенных надежной аварийно-спасательной системой, обеспечивающей спасение пассажиров, экипажей и грузов, является актуальным и требует скорейшего воплощения с учетом современных достижений в авиационной и вертолетной технике.

Поставленная задача является реалистичной и вполне достижимой, а ее решение позволит резко сократить аварийность и число катастроф в процессе эксплуатации вертолетов и в авиации вообще, сберечь значительное количество вертолетов, а главное сберечь летный состав, пассажиров и грузы. К тому же спасение вертолета, потерпевшего аварию, позволит выяснить причину аварии (катастрофической ситуации), устранить и причину и предпосылки к ней на вертолете, потерпевшем аварию, а при необходимости и на всех других эксплуатируемых вертолетах.

Предлагается аварийно-спасательная система устройств, предназначенная для спасения пассажиров и экипажа при аварии вертолета в воздухе, которая обеспечивает безопасную аварийную посадку как на сушу, так и на воду.

Сущность заявляемой аварийно-спасательной системы в том, что она состоит из комплекса устройств, который кроме общих с прототипом несущего винта, парашютного контейнера со сбрасываемой крышкой, спасательного парашюта, устройства для присоединения парашюта и пульта управления в своем составе имеет:
- бортовые вертикальные щитки-стабилизаторы, расположенные по бортам фюзеляжа вдоль вертикальной оси, проходящей через центр тяжести вертолета, и управляемые двумя пневмоцилиндрами;
- тормозные пороховые двигатели мягкой посадки;
- радиовысотомер малых высот и телескопический щуп-замыкатель, служащие для определения расчетной высоты срабатывания тормозных пороховых двигателей мягкой посадки;
- несущий винт, снабженный устройствами аварийного отстрела лопастей;
- контейнер, размещенный в верхней части фюзеляжа между двигателями или за ними или в надстройке на фюзеляже, в котором помещен спасательный парашют, а также вытяжной парашют; при этом защитный чехол вытяжного парашюта с помощью вытяжного шнура сблокирован со сбрасываемой крышкой контейнера;
- чехол спасательного парашюта изготовлен из несгораемой ткани;
- стропы спасательного парашюта прикреплены к фалам, а фалы четырьмя узлами прикреплены к силовой раме фюзеляжа; при этом фалы укладываются в размещенные сверху на фюзеляже скобы, служащие для отбортовки и фиксации фал от узлов крепления фал до крышки парашютного контейнера;
- пиромеханизм, размещенный на передней стенке парашютного контейнера и служащий для отстрела (сброса) крышки контейнера и сблокированного с ней вытяжного парашюта;
- резиновые баллоны-поплавки с закаченным в них сжатым воздухом, закрепленные к днищу фюзеляжа между стойками шасси.

Для случая посадки вертолета на реку в состав аварийно-спасательной системы включено якорное устройство, предохраняющее от сноса по течению реки и столкновения вертолета с преградой на реке.

Заявляемое изобретение направлено на решение технической задачи, которая состоит в модернизации конструкции вертолета и оснащении вертолета надежной аварийно-спасательной системой, которая обеспечивает спасение вертолета с экипажем, пассажирами или грузами при аварии в воздухе и которая состоит из указанных выше устройств.

Решение технической задачи достигается:
1. приданием вертолету свойств плавучести;
2. размещением в верхней части фюзеляжа между двигателями или за ними (возможно в надстройке на фюзеляже) контейнера для укладки и транспортировки до момента применения тормозного спасательного и вытяжного парашютов;
3. созданием аварийно-спасательной парашютно-реактивной системы в пассажирских и специального назначения вертолетах, обеспечивающей безопасную аварийную посадку вертолета как на поверхность суши, так и на воду;
4. оборудованием вертолета средствами связи с учетом их использования для радиосвязи с наземными дежурными службами в случае аварии вертолета в воздухе, средствами сигнализации, обеспечивающими хорошую заметность на местности, где вертолет совершил аварийную посадку, а также устройствами для буксировки и бугелями для поднятия вертолета автокраном и погрузки его на автомобильную или железнодорожную платформу;
5. осуществлением, последовательно, аэродинамического и реактивного торможения падающего под действием силы тяжести вертолета с помощью спасательного парашюта и пороховых реактивных двигателей мягкой посадки, амортизирующих устройств и баллонов-поплавков.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая аварийно-спасательная система вертолета существенно отличается от прототипа наличием новых составляющих, позволяющих повысить надежность и безопасность вертолета с экипажем, пассажирами (грузом) при аварийной посадке на аэродроме или вне аэродрома, а также при посадке на воду.

Для управления аварийно-спасательной системой вертолета могут быть использованы устройство автоматического управления отстрелом лопастей несущего винта, так как это устройство функционально входит в аварийно-спасательную систему, а также радиовысотомер малых высот, который используется и для определения момента срабатывания тормозных пороховых двигателей мягкой посадки.

При достижении вертолетом расчетной высоты над поверхностью суши (воды) радиовысотомер выдает электрический сигнал на обмотку контактора, через контакты которого замыкаются электрические цепи запуска тормозных пороховых двигателей мягкой посадки.

Для управления аварийно-спасательной системой в ее составе имеется пульт с органами управления и сигнализации, размешенный в удобном месте на приборной доске в кабине вертолета.

Для исключения вращения вертолета вокруг вертикальной оси при отказе двигателей, рулевого винта, при выпущенном тормозном спасательном парашюте на внешних боковых поверхностях фюзеляжа смонтированы отклоняющиеся на 90 градусов с помощью пневмоцилиндров, соединенных с баллоном сжатого воздуха (азота), вертикальные стабилизирующие щитки.

Пороховые реактивные двигатели мягкой посадки могут крепиться к внешним боковым поверхностям в задней части фюзеляжа в имеющихся для них выемках с помощью кронштейнов крепления или устанавливаться в угловых нишах фюзеляжа, причем выхлопные трубы (сопла) реактивных двигателей отклонены на некоторый расчетный угол в стороны от бортов фюзеляжа, что исключает при их работе возникновение опрокидывающего момента от реактивной силы, а выхлопные газы отводятся от надувных резиновых баллонов-поплавков, прикрепленных к днищу фюзеляжа.

Крышка парашютного контейнера и сблокированный с ней вытяжной парашют при аварии отстреливаются (сбрасываются) с помощью пиромеханизма, снаряженного пиропатроном типа ПК-3М-2 (двухкапсюльным).

Предложенная аварийно-спасательная система вертолета, обеспечивающая спасение вертолета с экипажем, пассажирами или грузом при аварии в воздухе, представлена на фигурах 1-3.

На фиг. 1 представлен общий вид вертолета, имеющего корпус амфибийного типа, колесное шасси для посадки на сушу и баллоны-поплавки с закаченным в них сжатым воздухом для посадки на воду.

Фиг. 1:
- фюзеляж 1 амфибийного типа,
- хвостовая балка 2,
- хвостовое оперение 3 с рулевым винтом,
- силовая установка (двигатели) 4,
- несущий винт 5,
- пиротехнические устройства 6 аварийного отстрела лопастей несущего винта,
- контейнер 7 для укладки и транспортирования спасательного и вытяжного парашютов вертолета,
- крышка 8 парашютного контейнера,
(позиции с 9 по 12 на фиг.1 не показаны),
- узлы крепления 13 фал спасательного парашюта к корпусу фюзеляжа,
- фалы 14 спасательного парашюта,
- пружинные скобы 15 для отбортовки и фиксации фал спасательного парашюта на внешней поверхности фюзеляжа от крышки парашютного контейнера до узлов крепления фал,
- бортовые вертикальные щитки-стабилизаторы 16 с пневмоцилиндрами выпуска-уборки щитков (пневмоцилиндры на фиг. не показаны),
- щуп 17 для определения расчетной высоты, на которой срабатывают тормозные пороховые двигатели мягкой посадки, контактное устройство которого замыкает электрические цепи поджига пороховых реактивных двигателей,
- тормозные пороховые реактивные двигатели 18 мягкой посадки,
- колесное шасси 19,
- резиновые баллоны-поплавки 20 с закаченным в них сжатым воздухом.

Дополнительное оборудование аварийно-спасательной системы вертолета (на фиг. не показано):
- устройство отцепки спасательного парашюта;
- якорное устройство,
- веревочная лестница;
- проблесковые фонари аварийной сигнализации;
- пиротехнические средства (ракетницы) сигнализации;
- радиотелефонная станция связи с наземными дежурными службами.

Фиг.2. Аварийная посадка вертолета (вид спереди):
- фюзеляж 1;
- силовая установка (двигатели) 4;
- устройства 6 аварийного отстрела лопастей несущего винта, стропы спасательного парашюта 12 вертолета;
- узлы крепления 13 фал спасательного парашюта;
- фалы 14 спасательного парашюта;
- бортовые вертикальные щитки-стабилизаторы 16, щуп 17 (показ. на фиг. 3);
- сопла тормозных пороховых двигателей (носовых) 18, колесное шасси 19;
- резиновые баллоны-поплавки 20.

ПРИМЕЧАНИЕ: При включении аварийно-спасательной системы вертолета в работу и при поломке хотя бы одной лопасти несущего винта автоматически срабатывает система отстрела лопастей несущего винта: лопасти отстреливаются. Вертолет опускается на спасательном парашюте, как показано на фигурах 2 и 3.

Фиг.3 Аварийная посадка вертолета (вид сбоку):
- фюзеляж 1 вертолета-амфибии, хвостовая балка 2,
- хвостовое оперение 3,
- силовая установка 4,
- парашютный контейнер 7,
- крышка 8 парашютного контейнера,
- пиромеханизм 9 отстрела крышки контейнера и вытяжного парашюта (на фиг. не показан),
- предохранительный чехол 10 вытяжного парашюта,
- вытяжной парашют 11,
- спасательный парашют 12 вертолета,
- узлы крепления 13 фал спасательного парашюта (два передних и один или два задних),
- фалы 14 спасательного парашюта,
- щитки-стабилизаторы 16, щуп 17,
- тормозные пороховые реактивные двигатели 18 мягкой посадки,
- колесное шасси 19 с гидроамортизаторами,
- резиновые баллоны-поплавки 20,
- механизм отцепки спасательного парашюта на фиг. не показан.

Аварийно-спасательная система вертолета работает следующим образом.

Приняв решение на применение аварийно-спасательной системы, командир экипажа предупреждает экипаж об аварийной посадке и включает систему отстрела лопастей несущего винта: лопасти 5 отстреливаются (сбрасываются) с помощью пиромеханизмов 6 (фиг.2).

Через 1-1,5 секунды после отстрела лопастей 5 несущего винта, срабатывает пиромеханизм 9 (фиг. 3) отстрела крышки 8 парашютного контейнера 7 и вытяжного парашюта 11, так как крышка 8 сблокирована с предохранительным чехлом 10 вытяжного парашюта 11 вытяжным шнуром.

Крышка 8 уносится воздушным потоком, увлекает за собой свернутый вытяжной парашют 11, сдергивает (снимает) с него чехол 10: вытяжной парашют 11 раскрывается и вытягивает из контейнера 7 спасательный парашют 12 вертолета. Вертолет транспортируется и снижается на спасательном парашюте 12 с расчетной вертикальной скоростью. Для предотвращения, исключения вращения вертолета вокруг вертикальной оси пилот выпускает управляемые пневмоцилиндрами бортовые щитки-стабилизаторы 16, которые работают как стабилизатор авиабомбы при ее падении. Радиовысотомер малых высот (на фиг. не показан) посредством электроконтактной ламели отслеживает расчетную высоту срабатывания тормозных пороховых двигателей 18 и при достижении ее замыкает электрические цепи поджига пороховых двигателей 18 мягкой посадки.

Если по какой-либо причине запуска тормозных пороховых двигателей не произошло, то при достижении вертолетом высоты 10 метров над поверхностью суши (воды) срабатывает электроконтактное устройство щупа 17, тормозные двигатели 18 включаются и создают тормозящий момент расчетной величины, предотвращающий удар о поверхность суши (воды), т.е. и в случае аварии с выключенными основными двигателями 4 обеспечивается мягкая посадка вертолета.

Соприкосновение с поверхностью посадки смягчается также газогидроамортизаторами стоек и колесами шасси 19, амортизаторами сидений, а при посадке на воду надувными резиновыми баллонами-поплавками 20, закрепленными к днищу вертолета.

С реализацией предлагаемой аварийно-спасательной системы вертолета обеспечивается безопасная аварийная посадка вертолета на сушу и на воду, а также обеспечивается возможность расследования и устранения причин отказов и неисправностей, приведших к аварии.

При аварии (катастрофе) вертолета, не оборудованного аварийно-спасательной системой, расследование причин отказов и аварий в полном объеме не обеспечивается.

Возможность создания и применения заявляемой вертолетной аварийно-спасательной системы для спасения вертолета вместе с экипажем, пассажирами или грузами подтверждается известным прототипом, описанием заявляемых устройств, наличием необходимых современных парашютных систем, тормозных пороховых двигателей, пиромеханизмов и необходимых вспомогательных устройств, функционально входящих в состав аварийно-спасательной системы.

ПРИМЕЧАНИЕ: В результате создания аварийно-спасательной системы и оборудования такой системой вертолета Россия сможет обеспечить свою поисково-спасательную службу МЧС надежной машиной, участвовать в международном конкурсе на поисково-спасательный вертолет совместно с другими странами, а при соответствующем решении выйти на мировой рынок.

Изобретение относится к авиации. Аварийно-спасательная система содержит несущий винт, контейнер со сбрасываемой крышкой и спасательным парашютом, устройство для присоединения парашюта, пульт управления аварийно-спасательной системой. Она снабжена бортовыми вертикальными щитками-стабилизаторами, расположенными вдоль вертикальной оси, проходящей через центр масс, управляемыми двумя пневмоцилиндрами. Имеются также тормозные пороховые двигатели мягкой посадки и служащие для их автоматического включения радиовысотомер малых высот и телескопический щуп-замыкатель. Несущий винт снабжен устройствами аварийного отстрела лопастей. В контейнере, размещенном в верхней части фюзеляжа между двигателями или за ними, расположен также вытяжной парашют, сблокированный со сбрасываемой крышкой контейнера. Чехол спасательного парашюта выполнен из несгораемой ткани, а его стропы присоединены к фалам спасательного парашюта, прикрепленным четырьмя узлами к силовой раме фюзеляжа. Фалы укладываются в размещенные сверху на фюзеляже скобы, служащие для их отбортовки и фиксации от узлов их крепления до парашютного контейнера. Предложенная система обеспечит безопасную аварийную посадку на сушу и воду, а также расследование и устранение причин отказа и неисправностей. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Аварийно-спасательная система вертолета, содержащая несущий винт, контейнер со сбрасываемой крышкой и спасательным парашютом, устройство для присоединения парашюта, пульт управления аварийно-спасательной системой, отличающаяся тем, что она снабжена бортовыми вертикальными щитками-стабилизатора, расположенными вдоль вертикальной оси, проходящей через центр масс, управляемыми двумя пневмоцилиндрами, тормозными пороховыми двигателями мягкой посадки и служащими для их автоматического включения радиовысотомером малых высот и телескопическим щупом-замыкателем, несущий винт снабжен устройствами аварийного отстрела лопастей, в контейнере, размещенном в верхней части фюзеляжа между двигателями или за ними, расположен также вытяжной парашют, сблокированный со сбрасываемой крышкой контейнера, причем чехол спасательного парашюта выполнен из несгораемой ткани, а его стропы присоединены к фалам спасательного парашюта, прикрепленным четырьмя узлами к силовой раме фюзеляжа и укладываемым в размещенные сверху на фюзеляже скобы, служащие для отбортовки и фиксации фал от узлов их крепления до парашютного контейнера. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что для сброса крышки парашютного контейнера на его передней стенке установлен отстреливающий пиромеханизм. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что телескопический щуп-замыкатель установлен под фюзеляжем или хвостовой балкой. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что тормозные пороховые двигатели мягкой посадки в количестве трех или четырех установлены в фюзеляже или закреплены к фюзеляжу на одинаковых расстояниях от центра масс. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что снабжена резиновыми баллонами-поплавками с закаченным в них сжатым воздухом, закрепленными под фюзеляжем. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что скобы для отбортовки фал спасательного парашюта выполнены из пружинной стали.