УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ ГРУЗОВ ВЕРТОЛЕТОМ Российский патент 2007 года по МПК B64D9/00 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к устройствам для транспортирования грузов на тросовой внешней подвеске вертолетов, и может быть использовано для сокращения затрат летного времени при безопасном выполнении операций по доставке грузов.

Известно устройство для транспортирования грузов, представляющее собой контейнер в форме параллелепипеда с внутренними поворотными створками, обеспечивающими перепланировку объема контейнера за счет создания необходимых по размерам секций для перевозки различных грузов (авт. свид. СССР №1364559, кл. В65D 90/00, 1985). Недостатком известного устройства, как и всех плохообтекаемых грузов типа параллелепипед, является малая скорость транспортирования на внешней подвеске вертолета, поскольку внутренние изменения конфигурации контейнера с помощью поворотных створок не повлияли на его аэродинамические свойства.

Известно устройство для транспортирования грузов вертолетом, содержащее контейнер в форме параллелепипеда, снабженный узлами для подцепки, и комплект стропов внешней подвески, соединяемый с замком вертолета (патент РФ №2213678, кл. В64D 9/00, 2001). В этом устройстве контейнер выполнен из нескольких секций, расположенных на общей станине на расстоянии друг от друга. За счет изменения внутренней конфигурации созданы сквозные, проходимые для воздуха каналы, которые улучшили аэродинамику контейнера и могут обеспечить повышение скорости транспортирования грузов.

Недостатком известного устройства является необходимость изготовления достаточно жесткой (а следовательно, и материалоемкой) общей станины и прочных разобщенных секций, способных выдержать большие по величине аэродинамические силы, возникающие при повышенных скоростях полета. Сложность и большая материалоемкость конструкции может снизить полезную грузоподъемность устройства.

Наиболее близким по технической сущности, т.е. прототипом, является устройство для транспортирования грузов вертолетом, содержащее контейнер в форме параллелепипеда, оснащенный снаружи двумя хвостовыми стабилизаторами и снабженный узлами для подцепки, и комплект стропов внешней подвески, соединяемый с замком вертолета (Журнал "Гражданская авиация", №7, 1990, с.38-39). Хвостовые стабилизаторы выполнены в виде аэродинамических пластин (килей) с определенной площадью, установленных параллельно (не под углом) боковым поверхностям контейнера в задней его части с заданным выносом за верхнюю кромку и за задний торец. Кроме хвостовых стабилизаторов на контейнере снаружи установлена головная пластина. Ее назначение - создавать вихревые потоки в головной части контейнера и тем самым уменьшать лобовое сопротивление. Оптимальные размеры головной пластины и расстояние от переднего торца контейнера связаны определенными зависимостями с габаритами контейнера.

Летные испытания, проведенные у нас (в НПК "ПАНХ") в процессе совместной с авторами работы, подтвердили их данные о том, что предложенные ими средства стабилизации эффективны, но только при использовании всего комплекта средств и только для одного (расчетного) груза. Так при транспортировании на внешней подвеске вертолета Ми-26 контейнера массой 7,2 т с габаритами 8000×2800×2500 мм безопасная скорость полета возросла с 75...80 км/ч (без указанных выше средств) до 180...200 км/ч (с полным комплектом средств стабилизации).

Однако при отдельном использовании головная пластина и хвостовые стабилизаторы малоэффективны. При изменении конфигурации контейнера, например при увеличении длины без изменения других размеров, полный комплект средств (рассчитанный и изготовленный для первого варианта контейнера) также оказался не эффективным.

Кроме того, с ростом угла атаки (α) и скольжения выигрыш в уменьшении сопротивления от головной пластины снижается и полностью исчезает при α=25°. Отклонения других параметров от расчетных (величина выноса и размеры стабилизаторов, выноса и размеров головной пластины и пр.) существенно сужают область путевой устойчивости контейнера.

Достоинством устройства является отсутствие высоких требований к качеству изготовления головной пластины из обычного стального проката (каркас из уголков, обшитый листом). С другой стороны, хвостовые стабилизаторы, изготовленные нами по сложной современной технологии (выклейка из стеклоткани с применением полиэфирных смол) и имеющие идеальные поверхности и профили, не дали ощутимых результатов при изменении параметров контейнера или режимов полета от расчетных.

Сложность конструкции и большая трудоемкость изготовления и монтажа (на установку комплекта уходило более 3 часов) существенно ограничивают область применения известного устройства.

Кроме того, использование для подцепки одинаковых по длине стропов обеспечивает нулевой угол атаки (α=0) при подъеме, но приводит к отрицательному углу атаки контейнера в полете и увеличению нагрузки на вертолет за счет появления отрицательной подъемной силы.

Задачей настоящего изобретения является улучшение летно-технических характеристик вертолета при полете с грузом типа параллелепипед на внешней подвеске. Это обеспечивается путем использования более простых и доступных (менее трудоемких в изготовлении) внешних средств стабилизации, позволяющих предотвратить раскачку груза с обеспечением приемлемой величины приращения лобового сопротивления и, следовательно, позволяющих увеличить безопасную скорость полета.

Указанный технический результат в устройстве для транспортирования грузов вертолетом, содержащем контейнер в форме параллелепипеда с двумя хвостовыми стабилизаторами, снабженный узлами для подцепки, и комплект стропов внешней подвески, соединяемый с замком вертолета, достигается тем, что хвостовые стабилизаторы выполнены в виде поворотных створок, прикрепленных на заднем торце контейнера посредством вертикальных шарниров, смонтированных на боковых поверхностях, причем обе поворотные створки установлены с возможностью либо закрепления в плоскости заднего торца при хранении, либо поворота и закрепления в открытом положении под углом 120...180° к боковым стенкам контейнера перед полетом.

Поворотные створки могут быть выполнены составными с дополнительными пластинами, прикрепляемыми посредством вертикальных шарниров либо без них.

Поворотные створки фиксируются в открытом положении посредством регулируемых по длине тяг.

Стропы внешней подвески вертолета могут быть выполнены разновеликими по длине, причем стропы, прикрепленные около заднего торца, длиннее передних стропов с обеспечением при висении вертолета наклона продольной оси контейнера к горизонту под углом 10...35°.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображено устройство с вертолетом, вид сбоку (основными линиями изображено положение контейнера и стропов при висении вертолета, а тонкими - положение в полете); на фиг.2 - вид на контейнер сверху; на фиг.3 и 4 - возможные варианты выполнения створок и дополнительных пластин (основными линиями изображены в закрытом положении, а тонкими - в открытом положении).

Устройство для транспортирования грузов вертолетом 1 содержит контейнер 2 в форме параллелепипеда с узлами подцепки 3 (петли, проушины и т.п.). В состав устройства также входят стропы паука 4, 5 и центральный канат 6. При этом стропы 4 и 5 имеют разную длину. На заднем торце контейнера 2 посредством вертикальных шарниров 7 прикреплены створки 8. Для фиксации створок 8 на боковых сторонах контейнера 2 шарнирно прикреплены тяги 9 с регуляторами длины 10. При большой ширине контейнера длину створок 8 делают равной половине этого размера (фиг.2). В этом случае возможно использование в качестве створок существующих дверок с замками на заднем торце большегрузных контейнеров. Это обеспечивает в закрытом положении створок сохранность груза при хранении контейнера на складе. Створки 8 могут быть выполнены составными. Для этого к основной створке 8 прикреплены дополнительные пластины 11 посредством шарниров, идентичных шарнирам 7 (на фиг.4 - сверху), и дополнительных регулируемых по длине тяг, подобных тягам 9 (не показаны). Это дает возможность варьировать длину створок в зависимости от ширины и длины контейнера. Например, при узком контейнере створки 8 можно делать на всю его ширину с взаимным перекрытием створок при хранении на складе (фиг.3). При коротком и широком контейнере целесообразны составные створки с дополнительными пластинами 11 для увеличения общей длины створок (фиг.4). Возможно применение укороченных дополнительных пластин 11, прикрепленных непосредственно к створкам 8 без шарниров (на фиг.4 - снизу).

Кроме того, контейнер может быть оснащен снизу колесами 12.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. Перед применением контейнер 2 загружают и выкатывают на колесах 12 со склада. Груз внутри контейнера надежно закрепляют (швартуют), как при обычных перевозках по воздуху. Открывают задние створки и закрепляют под необходимым углом к боковым поверхностям контейнера. В случае использования в качестве створок задних дверей контейнера на задний торец целесообразно поставить шторку, выполненную, например, из парашютного чехла. С помощью регулируемых по длине тяг 9 устанавливают угол 120...180° между створками и боковыми поверхностями контейнера. При необходимости более точного налаживания стабильного положения контейнера в полете используют дополнительные пластины 11 на створках 8. Положением пластин 11 (как дополнительных аэродинамических поверхностей - триммеров) можно точно регулировать угол скольжения контейнера в полете. Для этого укороченные пластины 11, прикрепленные непосредственно к створкам 8, можно отогнуть в ту или иную сторону (как пластины на задней кромке крыла самолетов).

При зависании вертолета 1 над расположенным на земле контейнером 2 или при посадке рядом подцепляют к узлам 3 стропы 4 и 5, а центральный канат 6 подцепляют к замку вертолета 1. После подъема вертолетом в режиме висения контейнер 2 отклонится от горизонтали на угол α за счет разности длин стропов 4 и 5 (см. фиг.1). При этом угол γ отклонения центрального каната 6 от вертикали равен нулю, а угол α между продольной осью контейнера и горизонтом может быть равным 10...35° (начальный угол атаки).

С разгоном вертолета 1 до скорости 50...60 км/ч на створках 8 происходят срывы потока воздуха, которые приводят к перепаду давления на каждой створке. В результате на каждой створке образуется аэродинамическая сила, стремящаяся повернуть контейнер в противоположную сторону. При динамическом равновесии этих сил обеспечивается продольное положение контейнера по полету за счет равенства моментов, действующих на контейнер. При нарушении равновесия сил, например при маневре вертолета или порыве ветра, контейнер отклонится от направления полета. С поворотом продольной оси контейнера, например передним торцом влево, на правой створке возникнет больший перепад давления, а на левой створке уменьшится. В результате возникнет восстанавливающий момент, возвращающий контейнер в исходное положение.

Кроме того, наличие открытых створок 8 в полете сдвигает назад центр давления аэродинамических сил, действующих на боковые поверхности, относительно центра масс контейнера. В результате возникает дополнительный стабилизирующий момент. Поэтому, начиная со скорости 50...60 км/ч, продольная ось контейнера стабильно располагается по направлению полета даже при больших углах атаки α контейнера.

С набором скорости угол γ отклонения центрального каната 6 от вертикали растет, а угол α между продольной осью контейнера и горизонтом уменьшается. В результате угол атаки α уменьшается с критических значений (15...35°) до минимальных (1...10°), и возникает подъемная сила, уменьшающая нагрузку на вертолет от силы веса контейнера.

Проведенные летные испытания на вертолете Ми-8 с контейнером массой 2,5 т и габаритами 5000×1000×2000 мм показали, что установкой поворотных створок (дверок на заднем торце) под углом 155...160° обеспечивается стабилизация и путевая устойчивость груженого контейнера до скорости 160...170 км/ч, а пустого (масса 700 кг) - до 140 км/ч. При этом ограничение по скорости полета было только по касанию центральным канатом ограждения грузового люка. В полете с такими скоростями нагрузка на вертолет от силы веса контейнера снижалась по показаниям тягомера на 500 кг за счет оптимального угла атаки. Возможность регулирования положения створок по углу установки позволяет добиваться положения контейнера в полете строго навстречу набегающему потоку, что уменьшает лобовое сопротивление.

Использование предложенного устройства обеспечит эффективное использование грузоподъемности вертолетов за счет меньшей материалоемкости контейнеров, а также сокращение сроков работ по снижению затрат на доработку контейнеров за счет использования в качестве стабилизирующих средств элементов его конструкции, например задних дверей и т.п.

Предложенное устройство исключает раскачку груза в полете с увеличенными скоростями и обеспечивает безопасное выполнение операций по доставке грузов на внешней подвеске вертолетов.

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к устройствам для транспортирования грузов на тросовой внешней подвеске вертолетов. Устройство содержит контейнер в форме параллелепипеда с двумя хвостовыми стабилизаторами, комплект стропов внешней подвески, соединяемый с замком вертолета. В качестве стабилизаторов используют две поворотные створки, закрепленные на заднем торце контейнера посредством вертикальных шарниров, смонтированных на боковых поверхностях контейнера. Поворотные створки установлены с возможностью либо закрепления в плоскости заднего торца при хранении, либо поворота и закрепления в открытом положении под углом 120...180° к боковым стенкам контейнера перед полетом. Поворотные створки выполнены составными с дополнительными пластинами, прикрепляемыми посредством вертикальных шарниров или без них. Дополнительные пластины позволяют производить более тонкую регулировку обтекания встречного потока воздуха для обеспечения продольной устойчивости контейнера в полете. Поворотные створки фиксируются в открытом положении посредством регулируемых по длине тяг. Стропы внешней подвески вертолета выполнены разновеликими по длине, причем стропы, прикрепленные около заднего торца, длиннее передних стропов с обеспечением при висении вертолета наклона продольной оси контейнера к горизонту под углом 10...35°. Техническим результатом заявленного изобретения является улучшение летно-технических характеристик вертолета. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для транспортирования грузов вертолетом, содержащее контейнер в форме параллелепипеда с двумя хвостовыми стабилизаторами, снабженный узлами для подцепки, и комплект стропов внешней подвески, соединяемый с замком вертолета, отличающееся тем, что хвостовые стабилизаторы выполнены в виде поворотных створок, прикрепленных на заднем торце контейнера посредством вертикальных шарниров, смонтированных на боковых поверхностях контейнера, причем поворотные створки установлены с возможностью либо закрепления в плоскости заднего торца при хранении, либо поворота и закрепления в открытом положении под углом 120...180° к боковым стенкам контейнера перед полетом.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что поворотные створки выполнены составными с дополнительными пластинами, прикрепляемыми посредством вертикальных шарниров либо без них.3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что поворотные створки фиксируются в открытом положении посредством регулируемых по длине тяг.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что стропы внешней подвески вертолета выполнены разновеликими по длине, причем стропы, прикрепленные около заднего торца, длиннее передних стропов с обеспечением при висении вертолета наклона продольной оси контейнера к горизонту под углом 10...35°.