ГОЛОВКА РОТОРА АВТОЖИРА Российский патент 2005 года по МПК B64C27/02 B64C5/00 

Изобретение относится к авиации, а более конкретно к конструкциям автожиров.

Известна головка ротора автожира, содержащая узел втулки ротора, связанный с шарниром качания втулки (см. а.с. СССР №1064594, кл. В 64 С 27/02, оп. 10.02.2000 г.).

Недостатком известной конструкции является недостаточная аэродинамическая устойчивость ротора автожира в полете, что приводит к неустойчивости всего летательного аппарата во время полета.

Наиболее близкой к заявленной является головка ротора автожира, содержащая узел втулки ротора, связанный с шарниром качания втулки (см. патент РФ №2005657, кл. В 64 С 27/02, оп.15. 01.1994 г.).

Недостатком известной конструкции также является недостаточная аэродинамическая устойчивость ротора автожира в полете, что приводит к неустойчивости всего летательного аппарата в полете. Кроме того, для известной конструкции характерен сравнительно высокий уровень вибраций головки ротора, обусловленный наличием механического и аэродинамического дисбалансов ротора.

Изобретение позволяет повысить аэродинамическую устойчивость ротора автожира в полете, а также снизить уровень вибраций головки ротора.

Указанный технический результат достигается за счет того, что головка ротора автожира, содержащая узел втулки ротора, связанный с шарниром качания втулки, снабжена аэродинамической поверхностью, связанной с неподвижным относительно оси втулки элементом головки ротора и размещенной таким образом, что расчетная точка приложения результирующей аэродинамической силы, возникающей на этой поверхности, смещена в сторону хвостовой части автожира от оси продольного качания втулки.

Указанный технический результат достигается также за счет того, что аэродинамическая поверхность снабжена средством изменения угла ее установки.

При этом дополнительно обеспечивается возможность «настройки» положения аэродинамической поверхности на заданный диапазон скоростей полета, которую выполняют на земле или непосредственно в полете.

Указанный технический результат достигается также за счет того, что аэродинамическая поверхность расположена по обе стороны от продольной плоскости симметрии автожира.

Такое расположение аэродинамической поверхности (по сравнению с ее односторонним расположением) облегчает аэродинамическую балансировку системы ротора и его подвески.

Указанный результат достигается также в том случае, когда аэродинамическая поверхность выполнена симметричной относительно продольной плоскости симметрии автожира.

На фигуре 1 показана конструкция головки ротора автожира согласно настоящему изобретению; элементы втулки ротора автожира показаны в положении, соответствующем расположению лопастей несущего винта автожира вдоль продольной оси последнего. На фигуре 2 показан автожир (вид сверху) согласно настоящему изобретению с асимметрично расположенной относительно продольной плоскости симметрии автожира аэродинамической поверхностью. На фигуре 3 показан автожир (вид сверху) согласно настоящему изобретению с симметрично расположенной относительно продольной плоскости симметрии автожира аэродинамической поверхностью.

Головка ротора автожира содержит (см. фиг.1) втулку 1 ротора, закрепленную на оси 2, установленной на рычаге 3, связанном с шарниром 4 качания втулки по тангажу, т.е. вокруг оси 5 продольного качания. Шарнир 4 качания втулки по тангажу, в свою очередь, связан с шарниром 6 качания втулки по крену, который жестко закреплен на несущей раме 7 автожира. Шарнир 4 качания втулки по тангажу и шарнир 6 качания втулки по крену, образующие карданный подвес втулки 1, могут быть выполнены в виде единого шарнира, например в виде шарнира шарового типа или в виде шарнира на гибких связях, с сохранением функций, присущих совокупности отдельных шарниров. Со втулкой 1 жестко связаны щеки 8 (на фигуре 1 видна только одна, расположенная ближе к наблюдателю), между которыми на оси 9 закреплено коромысло 10, к которому непосредственно крепятся лопасти несущего винта автожира (на фигуре 1 не показаны). К рычагу 3 шарнирно прикреплены тяги 11 (на фигуре 2 видна только одна из них, расположенная ближе к наблюдателю) системы управления ротором автожира (не показана).

Головка ротора снабжена аэродинамической поверхностью 12, связанной с неподвижным относительно оси втулки элементом головки ротора, например с рычагом 3 (как это показано на фиг.1) или с неподвижным относительно оси 2 втулки элементом шарнира. В качестве аэродинамической поверхности 12 может использоваться элемент типа «крыло», т.е. элемент, способный при обтекании его воздушным потоком создавать подъемную силу. При этом подбирают геометрические характеристики аэродинамической поверхности 12, обеспечивающие достижение в условиях возмущенного потока заявленного технического результата в заданном диапазоне скоростей полета.

Аэродинамическая поверхность 12 размещена таким образом, что расчетная точка 13 приложения результирующей аэродинамической силы, возникающей на этой поверхности, смещена в сторону хвостовой части автожира от оси 5 продольного качания втулки на расстояние «L».

Аэродинамическая поверхность 12 может быть оснащена средством 14 изменения угла α ее установки. Указанное средство может быть выполнено, в частности, в виде стойки с изменяемой длиной, шарнирно связанной с аэродинамической поверхностью 12 и с неподвижным относительно оси втулки элементом головки ротора (например, с рычагом 3). Длина стойки может меняться вручную (на земле) или с помощью электрического, гидравлического, а также иного привода (преимущественно, дистанционно в полете). При таком выполнении средства 14 изменения угла установки аэродинамической поверхности последняя устанавливается с возможностью изменения ее углового положения, например, как это показано на фиг.1, с помощью шарнира 15. Возможно использование других известных средств, обеспечивающих возможность изменения углового положения аэродинамической поверхности 12 и последующее надежное удержание (фиксацию) ее в заданном положении.

Аэродинамическая поверхность 12 может быть расположена как по одну сторону от продольной плоскости 16 симметрии автожира, так и по обе стороны от последней, но быть асимметричной относительно продольной плоскости 16 симметрии автожира (последний вариант расположения аэродинамической поверхности дан на фигуре 2, несущий винт с лопастями 17 показан в произвольном положении). В частном случае, аэродинамическая поверхность 12, расположенная по обе стороны от продольной плоскости симметрии автожира, может быть выполнена симметричной относительно продольной плоскости 16 симметрии автожира (такой вариант расположения аэродинамической поверхности показан на фигуре 3, несущий винт с лопастями 17 показан в произвольном положении). Угол α установки аэродинамической поверхности 12 может быть определен, в частности, как угол между хордой 18 ее профиля и плоскостью 19, перпендикулярной оси 2 втулки ротора. Линии 18' и 18" на фиг. 1 показывают возможные отклонения углового положения линии хорды 18 при изменении угла α установки аэродинамической поверхности 12.

Головка ротора автожира работает следующим образом. В полете ротор автожира, закрепленный на втулке 1, вращается вместе с ней вокруг оси 2. Управление положением ротора автожира в полете пилот осуществляет посредством изменения положения ручки управления (не показана), связанной через систему управления с тягами 11. Тяги 11 передают управляющее воздействие на шарнирно закрепленный рычаг 3, жестко связанный с осью 2 втулки 1 ротора. Изменения положения в пространстве оси 2 втулки 1 приводит к изменениям положения вращающегося ротора автожира, которым соответствуют определенные вертикальная и горизонтальная составляющие скорости полета.

Аэродинамическая поверхность 12 при помощи средства 14 изменения угла α ее установки фиксируется в некотором положении, заданном для положения ротора автожира на выбранной скорости полета.

На ротор автожира в полете могут действовать различные возмущающие факторы, приводящие к дестабилизации полета. Одним из таких дестабилизирующих факторов является внезапный порыв ветра, который может привести к резкому изменению положения плоскости вращения лопастей 17 несущего винта автожира и, как следствие, к потере автожиром устойчивости в полете. В предложенной конструкции головки ротора автожира вместе с изменением углового положения оси 2 втулки ротора (в частности, его головки) под действием внезапного возмущения происходит и изменение углового положения аэродинамической поверхности 12. В результате возрастает угол атаки аэродинамической поверхности 12 к набегающему потоку, что приводит к изменению приложенной к этой поверхности в точке 13 аэродинамической силы, стремящейся возвратить аэродинамическую поверхность 12 в исходное, по отношению к набегающему потоку, положение. Указанная сила через рычаг с плечом «L» прикладывается к втулке ротора, стремясь (без усилий со стороны пилота) скомпенсировать внешнее возмущение. Тем самым, повышается аэродинамическая устойчивость ротора автожира в полете. Одновременно, достигается эффект триммирования системы управления ротором автожира.

Подбором плеча «L», площади аэродинамической поверхности 12, в сочетании с выбором угла α добиваются необходимой аэродинамической устойчивости ротора (и заданного триммирования) по тангажу, а выбором положения аэродинамической поверхности 12 относительно продольной плоскости 16 симметрии автожира, а также ее формы, добиваются указанной устойчивости по крену. Кроме того, при заданной асимметрии положения аэродинамической поверхности 12 относительно продольной плоскости 16 симметрии автожира (как это показано на фиг.2) и подобранных угле α и геометрии этой поверхности достигается компенсация (по меньшей мере, частичная) известной несимметричности распределения подъемных сил между «левой» и «правой» сторонами вращающегося ротора.

На некоторых режимах полета, из-за наличия у ротора механического и аэродинамического дисбалансов, на головке ротора, в частности на рычаге 3, присутствуют вибрации, которые через тяги 11 и далее через систему управления ротором передаются на ручку управления. В известных конструкциях автожиров вибрации ручки управления могут достигать таких уровней, при которых эффективное управление автожиром становится затруднительным. Составляющие виброперемещений головки ротора, проявляющиеся как поперечные перемещения аэродинамической поверхности 12, подавляются ею за счет возникновения сил аэродинамического демпфирования. А это, в свою очередь, также способствует повышению устойчивости ротора автожира в полете и облегчает работу пилота.

Изобретение относится к винтокрылым летательным аппаратам, в частности автожирам. Предлагаемая головка содержит узел втулки ротора, связанный с шарниром качания втулки, и аэродинамическую поверхность, связанную с осью втулки. Данная поверхность размещена так, что расчетная точка приложения возникающей на ней результирующей аэродинамической силы смещена в сторону хвостовой части автожира от оси продольного качания втулки. Причем указанная аэродинамическая поверхность установлена на элементе, жестко связанном с осью втулки. Аэродинамическая поверхность может быть снабжена средством изменения угла ее установки, располагаться по обе стороны от продольной плоскости симметрии автожира и быть симметричной относительно этой плоскости симметрии. Технический результат изобретения состоит в повышении аэродинамической устойчивости ротора автожира в полете и снижении уровня вибраций головки ротора. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Головка ротора автожира, содержащая узел втулки ротора, связанный с шарниром качания втулки, аэродинамическую поверхность, связанную с осью втулки и размещенную так, что расчетная точка приложения результирующей аэродинамической силы, возникающей на этой поверхности, смещена в сторону хвостовой части автожира от оси продольного качания втулки, отличающаяся тем, что указанная аэродинамическая поверхность установлена на элементе, жестко связанном с указанной осью втулки.2. Головка ротора автожира по п.1, отличающаяся тем, что аэродинамическая поверхность снабжена средством изменения угла ее установки.3. Головка ротора автожира по п.1 или 2, отличающаяся тем, что аэродинамическая поверхность расположена по обе стороны от продольной плоскости симметрии автожира.4. Головка ротора автожира по п.3, отличающаяся тем, что аэродинамическая поверхность выполнена симметричной относительно продольной плоскости симметрии автожира.