ВЕРТОЛЕТ Российский патент 2005 года по МПК B64C27/82 B64C19/02 B64C21/02 

Изобретение относится к области авиации и может быть использовано в конструкциях одновинтовых вертолетов.

Известен вертолет, который включает в себя несущий винт, хвостовую балку, имеющую задний концевой участок, продольную щель для управления циркуляцией воздуха, идущую вдоль хвостовой балки с отверстиями для выхода воздуха, и подруливающее устройство с лопатками, установленное на заднем участке хвостовой балки, отклоняющими воздушный поток в поперечном направлении (Патент РФ №2155703. Способ управления подруливающим устройством вертолета и подруливающее устройство для вертолета. – МКИ₆: В 64 С 27/82. - БИ №25, 10.09.99). Недостатком известного вертолета является сложность конструкции и малая эффективность управления при полетах вертолета в условиях критической плотности воздуха.

Известен одновинтовой вертолет, состоящий из фюзеляжа, кинематически соединенного с несущим винтом, хвостовой балки, закрепленной на заднем отсеке фюзеляжа, концевой балки, соединенной с задней оконечностью хвостовой балки, рулевого винта, установленного на концевой балке, при этом хвостовая балка имеет поперечные сечения, внешний обвод каждого из которых выполнен обтекаемой формы и сужается от заднего отсека фюзеляжа по мере приближения к концевой балке. Выполнение хвостовой балки с внешним профилем, имеющим достаточно обтекаемую верхнюю часть и нижнюю достаточно плоскую часть, которые в месте сопряжения образуют достаточно острые две сплошные грани от заднего отсека фюзеляжа до оконечности хвостовой балки, обеспечивает большую транспортную мощность и высокую сопротивляемость вертолета воздействию индуктивного потока воздуха от вращения лопастей несущего винта, особенно, в режиме висения (Патент FR №2582615. Вертолет. - МКИ: В 64 С 27/04, 1/00. - ВОИС. “Патенты”. - №49 от 05.12.1986 г.). Данный вертолет принят за прототип.

Недостатком известного вертолета, принятого за прототип, является недостаточная управляемость вертолета по рысканию, особенно, с разворотом в направлении вращения несущего винта в условиях малой плотности воздуха, приводящей к срыву потока воздуха лопастями рулевого винта.

Основной задачей, на решение которой направлен заявляемый вертолет, является повышение маневренности вертолета по рысканию в условиях критической плотности воздуха и увеличение потолка полетов вертолетов.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного изобретения, является повышение управляемости одновинтовым вертолетом с рулевым винтом по рысканию в условиях критической плотности воздуха и увеличение высоты полетов вертолетов.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном вертолете, содержащем несущий винт, кинематически соединенный с фюзеляжем, включающим хвостовую и концевую балки, последняя имеет форму профилированного киля, установленного на заднем конце хвостовой балки и развернутого в горизонтальной плоскости под углом к вертикальной плоскости симметрии фюзеляжа, при этом внешний обвод поперечных сечений хвостовой балки выполнен обтекаемой формы и сужается по мере приближения к концевой балке, на которой установлен рулевой винт, согласно предложенному техническому решению сбоку хвостовой балки закреплен профилированный дефлектор с аэродинамической наружной поверхностью, носок которого расположен на уровне отрыва от боковой поверхности хвостовой балки индуктивного потока воздуха, создаваемого вращением несущего винта, а внутренняя поверхность дефлектора огибает нижнюю часть боковой поверхности хвостовой балки и образует с ней сужающий под хвостовую балку воздушный канал с продольной щелью для выброса реактивной струи воздуха в направлении, противоположном перемещению лопасти несущего винта над хвостовой балкой; дефлектор закреплен на хвостовой балке, по крайней мере, на расстоянии, равном 0,65-0,85 длины лопасти от оси вращения несущего винта.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного вертолета, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности “новизна”.

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности “изобретательский уровень”.

На фиг.1 схематично показан вертолет, вид сверху; на фиг.2 - схема распределения индуктивного потока воздуха от лопастей несущего винта вертолета на хвостовую балку; на фиг.3 - расположение дефлектора сбоку хвостовой балки, сечение А-А на фиг.2.

Одновинтовой вертолет содержит фюзеляж 1 с несущим винтом 2, хвостовую балку 3, закрепленную на заднем отсеке 4 фюзеляжа 1, концевую балку 5, соединенную с задней оконечностью хвостовой балки 3, рулевой винт 6, установленный на концевой балке 5 (Фиг.1). Хвостовая балка 3 имеет поперечные сечения, внешний обвод каждого из которых выполнен обтекаемой формы и сужается от заднего отсека 4 фюзеляжа 1 по мере приближения к концевой балке 5. Внешние обводы поперечных сечений концевой балки 5 выполнены в виде аэродинамического профиля, создающего от скоростного потока воздуха при горизонтальном полете вертолета дополнительный момент с силой P₁, вектор которой совпадает с направлением момента силы тяги P₂ рулевого винта 6, противодействующий реактивному моменту M_R несущего винта 2. Наибольшие скорости индуктивного потока воздуха от вращения несущего винта 2 обдувают хвостовую балку на длине от 0,65 до 0,85R радиуса вращения лопастей несущего винта 2 (Фиг.2). В зоне наибольшего индуктивного потока воздуха от вращения лопастей несущего винта 2 на расстоянии f от боковой стороны хвостовой балки 3 на последней закреплен профилированный дефлектор 7 с аэродинамической наружной поверхностью 8, носок 9 которого расположен на уровне отрыва от боковой поверхности хвостовой балки 3 индуктивного потока воздуха, создаваемого вращением несущего винта 2, а внутренняя поверхность 10 дефлектора 7 огибает нижнюю часть боковой поверхности хвостовой балки 3 и образует с ней сужающий под хвостовую балку воздушный канал 11 с продольной щелью 12 для выброса реактивной струи воздуха в направлении, противоположном перемещению лопасти несущего винта над хвостовой балкой, создающий дополнительный момент М_д с силой Р₃, вектор которой совпадает с направлением вращения несущего винта 1 (Фиг.3).

Вертолет работает следующим образом.

При управлении полетом одновинтового вертолета по курсу реактивный момент М_R, действующий на фюзеляж 1 от вращающего момента М_нв несущего винта 2, уравновешивается моментами сил, развиваемых тягой P₂ рулевого винта 6 посредством регулирования угла установки его лопастей и аэродинамической силой Р₁ от профилированной концевой балки 5 за счет циркуляционного обтекания ее встречным скоростным потоком воздуха, создающими на хвостовой балке 1 в направлении вращения лопастей 5 несущего винта моменты, противодействующие реактивному моменту M_R.

При управлении полетом одновинтового вертолета по рысканию, т.е. с околонулевыми скоростями, а также в условиях низкой плотности воздуха, часть реактивного момента M_R, действующего на фюзеляж 1 от вращающего момента М_нв несущего винта 2, компенсируется дополнительным моментом интегрированной силы P₃, создаваемой на хвостовой балке 1 циркуляционным обтеканием индуктивным потоком воздуха аэродинамического профиля 8 дефлектора 7 и выброса реактивной струи воздуха через сужающий под хвостовую балку 3 воздушный канал 11 с продольной щелью 12 в направлении, противоположном перемещению лопасти несущего винта 2 над хвостовой балкой 3. Полученный запас тяги рулевого винта 6 позволяет повысить управляемость при висении или подъеме одновинтового вертолета по рысканию. Предложенная конструкция вертолета позволит обеспечить безопасность полетов в горных условиях и значительно повысить потолок полетов вертолетов до уровня, располагаемого несущим винтом и мощностью силовой установки.

На предложенную конструкцию вертолета с аэродинамическим дефлектором сбоку хвостовой балки разработан эскизный проект и изготовлен макет хвостовой балки вертолета для продувки ее в аэродинамической трубе.

Изобретение относится к области авиации и может быть использовано в одновинтовых вертолетах. Вертолет содержит фюзеляж с несущим винтом, хвостовую и концевую балки, рулевой винт, при этом хвостовая балка сужается от заднего отсека фюзеляжа по мере приближения к концевой балке, а концевая балка имеет поперечные сечения, внешние обводы которых выполнены в виде аэродинамического профиля, создающие от воздействия скоростного напора воздуха при горизонтальном полете вертолета момент силы, противодействующий реактивному моменту несущего винта. Сбоку хвостовой балки закреплен профилированный дефлектор с аэродинамической наружной поверхностью, носок которого расположен на уровне отрыва от боковой поверхности хвостовой балки индуктивного потока воздуха, создаваемого вращением несущего винта, а внутренняя поверхность дефлектора огибает нижнюю часть боковой поверхности хвостовой балки и образует с ней сужающий под хвостовую балку воздушный канал с продольной щелью для выброса реактивной струи воздуха в направлении, противоположном перемещению лопасти несущего винта над хвостовой балкой. Дефлектор закреплен на хвостовой балке на расстоянии, равном 0,65-0,85 радиуса вращения лопасти несущего винта. Технический результат – повышение управляемости одновинтовым вертолетом с рулевым винтом по рысканию в условиях критической плотности воздуха и увеличение высоты полетов вертолетов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вертолет, содержащий несущий винт, кинематически соединенный с фюзеляжем, включающим хвостовую и концевую балки, последняя имеет форму профилированного киля, установленного на заднем конце хвостовой балки и развернутого в горизонтальной плоскости под углом к вертикальной плоскости симметрии фюзеляжа, при этом внешний обвод поперечных сечений хвостовой балки выполнен обтекаемой формы и сужается по мере приближения к концевой балке, на которой установлен рулевой винт, отличающийся тем, что сбоку хвостовой балки закреплен профилированный дефлектор с аэродинамической наружной поверхностью, носок которого расположен на уровне отрыва от боковой поверхности хвостовой балки индуктивного потока воздуха, создаваемого вращением несущего винта, а внутренняя поверхность дефлектора огибает нижнюю часть боковой поверхности хвостовой балки и образует с ней сужающий под хвостовую балку воздушный канал с продольной щелью для выброса реактивной струи воздуха в направлении, противоположном перемещению лопасти несущего винта над хвостовой балкой.2. Вертолет по п.1, отличающийся тем, что дефлектор закреплен на хвостовой балке по крайней мере на расстоянии, равном 0,65-0,85 радиуса вращения лопасти несущего винта.