НЕСУЩИЙ ВИНТ ВЕРТОЛЕТА Российский патент 2004 года по МПК B64C27/32 B64C27/46 B64C11/16 

Изобретение относится к технике воздушных несущих винтов для вертолетов и может быть использовано на пассажирских, десантно-транспортных и военных вертолетах.

Известные несущие винты для вертолетов выполнены в виде многолопастного осесимметричного устройства. Каждая лопасть несущего винта выполнена в виде плоскопараллельной или плоскопрофильной полосы, установленной под определенным углом к плоскости вращения, что позволяет рабочей поверхности лопасти как наклонной поверхности перемещать массу воздуха от передней кромки к задней, обеспечивая при этом получение реактивной силы, направленной суммарно от всех лопастей вдоль оси вращения винта вверх от земли, и таким образом создавать подъемную силу, обеспечивающую вертикальный подъем, например, двухлопастного вертолета АН-1, "Хью Кобра" [1], или четырехлопастного вертолета AS-32 SUPER PUMA [2], или отечественного вертолета МИ-24 [3].

Недостатком известных несущих винтов вертолетов [1], [2] и [3] является то, что при вращении винта не используется энергия от центробежной силы. Так как при работе винта воздух не только смещается наклонными рабочими поверхностями лопастей вдоль оси вращения винта, обеспечивая его несущую способность, но и за счет центробежной силы значительная часть воздушной массы из под лопастей винта устремляется в радиальном направлении вдоль лопастей и срывается с их концевых гребней в окружающее воздушное пространство, перенося в него всю кинетическую энергию, полученную при радиальном движении большой массы воздуха вдоль лопастей, снижая тем самым и кпд работы винта.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является несущий винт вертолета МИ-26, десантно-транспортного назначения [4]. Лопасти винта МИ-26, также как и аналогов [1], [2], [3], выполнены плоскими, одна из поверхностей которых рабочая, имеющая с плоскостью вращения острый угол. Форма концевого гребня каждой лопасти близка к прямоугольной. Кроме того, концы лопастей снабжены электрическими фонарями, обеспечивая световой контур диаметра винта, равного 32 м.

Недостатком такого технического решения является то, что все восемь лопастей МИ-26 не приспособлены для использования той кинетической энергии, которая формируется от перемещения вдоль рабочей поверхности каждой лопасти потока воздуха, создаваемого центробежной силой при вращении винта.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в увеличении коэффициента полезного действия несущего винта.

Это достигается тем, что несущий винт вертолета, выполненный в виде сбалансированных и совмещенных на одной оси одним из двух своих концов, нескольких плоскопрофильных пластинчатых лопастей, имеющих по диаметру винта концевые гребни, передние и задние кромки. Одна из двух поверхностей лопастей - рабочая, имеет острый угол с плоскостью вращения. Концевой гребень каждой лопасти выполнен плоским и имеет загиб в сторону рабочей поверхности на угол α, величиной от 90 до 135°, а максимальная высота концевой кромки этого гребня относительно рабочей поверхности может составлять от 0,5 до 3,5% от величины диаметра винта D. Кроме того, плоскость гребня составляет с прямолинейной передней кромкой лопасти тупой угол β, который может быть от 91 до 115°. При этом максимальная кривизна законцовки гребня смещена в сторону задней кромки лопасти. В данном техническом решении концевой гребень каждой лопасти составляет с ее рабочей поверхностью угол α=90°, а максимальная высота гребня относительно рабочей поверхности составляет 1,5% от величины диаметра винта D. Плоскость гребня составляет с передней кромкой угол β=97°.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен вид с вырывами четырехлопастного винта сверху. На фиг.2 изображено сечение А-А одной из лопастей. На фиг.3 изображен вид фиг.2 по стрелке Б.

Устройство несущего винта выполнено из четырех плоскопрофильных лопастей 1, имеющих рабочую поверхность 2, переднюю кромку 3, заднюю кромку 4, а также направленный в сторону рабочей поверхности концевой гребень 5 с законцовкой 6, максимальная величина которой относительно рабочей поверхности 2 равна Н.

Устройство работает следующим образом.

Несущий винт диаметром D при вращении в воздухе обеспечивает перемещение большой массы воздуха к земле, создавая реактивную силу, которая удерживает либо поднимает вертолет. Перемещение воздуха к земле осуществляется с помощью рабочих поверхностей 2 лопастей 1. При этом при быстром вращении винта омывающий его лопасти воздух получает большую величину центробежной силы, которая направлена радиально, вдоль рабочих поверхностей 2 лопастей 1. Значительная масса воздуха, перемещенная центробежной силой вдоль рабочих поверхностей 2 лопастей 1, доходит до гребней 5, изменяя свое направление движения на угол α, и подмешивается к основному потоку воздуха, перемещаемого наклонными рабочими поверхностями 2. При этом ядро радиального потока воздуха из-под каждой лопасти 1 всегда смещается в сторону задней кромки 4, где профиль гребня 5 имеет максимальную высоту Н, что позволяет в большей степени улавливать радиальный поток воздуха, а значит и большую величину кинетической энергии от радиального потока направлять вниз, т.е. подмешивать к основному потоку, увеличивая тем самым тягу винта. Размещение плоскости гребня 5 под углом β к передней кромке 3 позволяет обеспечить минимальное лобовое сопротивление от гребня 5.

Полезность заявляемого устройства заключается в рациональном использовании кинетической энергии от действия центробежной силы, что обеспечивает увеличение несущей способности винта. Экспериментально-лабораторная проверка модельного варианта двухлопастного винта, при скорости его вращения лишь 950 об/мин показала прирост тяги на 6,4%.

Измерения тяги осуществлялись с помощью дифференциальных весов.

Источники информации

1. Журнал “Моделист-конструктор” № 7, 2001, стр. 24.

2. То же.

3. Журнал “Техника молодежи” № 4, 2000, стр. 40.

4. Журнал “Моделист-конструктор” № 8, 1989, стр. 7.

Изобретение относится к технике воздушных, а именно несущих винтов для вертолета, и может быть использовано на пассажирских, десантно-транспортных и военных вертолетах. Концевой гребень каждой лопасти выполнен плоским и составляет с передней кромкой лопасти угол от 91 до 115°, а с рабочей поверхностью лопасти - угол от 90 до 135°, при этом его высота над рабочей поверхностью составляет от 0,5 до 3,5% от величины диаметра винта. Изобретение позволяет повысить кпд несущего винта вертолета. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Несущий винт вертолета, выполненный в виде сбалансированных и совмещенных на одной оси одним из двух своих концов нескольких плоскопрофильных пластинчатых лопастей, имеющих по диаметру винта концевые гребни, передние и задние кромки, а одна из двух поверхностей лопасти - рабочая, имеющая острый угол с плоскостью вращения, отличающийся тем, что концевой гребень каждой лопасти выполнен плоским и имеет загиб в сторону рабочей поверхности на угол α, который может быть от 90 до 135°, а максимальная высота концевой кромки этого гребня относительно рабочей поверхности может составлять от 0,5 до 3,5% от величины диаметра винта D, кроме того, плоскость гребня составляет с прямолинейной передней кромкой лопасти тупой угол β, который может быть от 91 до 115°.2. Винт по п.1, отличающийся тем, что концевой гребень каждой лопасти составляет с ее рабочей поверхностью угол α=90°.3. Винт по п.1, отличающийся тем, что максимальная высота гребня относительно рабочей поверхности составляет 1,5% от величины диаметра винта D.4. Винт по п.1, отличающийся тем, что плоскость гребня составляет с передней кромкой угол β=97°.