ВЕРТОЛЕТ Российский патент 2007 года по МПК B64C27/04 B64C11/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.

Изобретение относится к авиации - к вертолетам одновинтовой схемы, к вертолетам двухвинтовой соосной схемы и двухвинтовой продольной схемы /4/. Цель изобретения - повышение аэродинамических качеств вертолета. Техническим решением является построение несущей лопасти, фюзеляже с использованием формул двух, трех парабол; создание соосно расположенного над несущим винтом усеченного параболоида вращения.

Известна лопасть воздушного винта /1/, где передняя и задняя кромки образуются по формулам двух парабол: Y₁=K₁·X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2; Y₃=K₃X^1/2; Y₄=2R₀+K₄X^1/2; при этом плоскости пересекаются под острым углом на передней кромке.

Недостатком данной лопасти является малая рабочая площадь, что снижает подъемную силу.

Известен вертолет, содержащий фюзеляж с установленными на нем несущими крыльями, несущий винт и хвостовое оперение, у которого фюзеляж выполнен в виде крыла /2/.

Недостатком данной конструкции является отсутствие подъемной силы нижней части фюзеляжа, так как она линейна.

Известен скоростной воздушный аппарат /3/, который содержит фюзеляж с хвостовым оперением, с двумя соосно расположенными несущими винтами и снабжен средством для создания аэродинамической подъемной силы в виде соосно расположенной и закрепленной над несущими винтами полусферы.

Недостатком данной конструкции является малая эффективность полусферы.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Для повышения эффективности лопасти несущего винта, лопасти рулевого винта, /крыла/ задняя и передняя кромки образуются пересечением трех или двух парабол:

Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2; Y₃=-K₃X² /фиг.1/ или Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2 /фиг.2/, касающиеся окружности радиусом R≥R₀, центр которой находится на расстоянии l≥2/3L, где L - проекция длины лопасти на координату X.

Изначально задаются следующие величины:

- α≥7° - угол атаки;

- параметры R₀, R, L, l≥2/3L.

Коэффициенты К₁ и К₂ рассчитываются по формулам:

где точки А и В - точки касания парабол Y₁ и Y₂ с окружностью радиусом R. Точка А находится пересечением линии угла атаки α≥7° с перпендикуляром, восстановленным из точки l≥2/3L; точка В - конец диаметра, отложенного на перпендикуляре от точки А окружности радиусом R. Профиль нижней и верхней лопасти образуется пересечением двух парабол:

Передняя острая кромка закруглена радиусом задняя кромка образуется параболой: Y₆=K₆X^1/2 - служащая для уменьшения завихрений с напуском /фиг.3-2/ на конце лопасти и уменьшающаяся до нуля на 1/3 длины лопасти от начала координат. Конец лопасти загнут на угол β≥60° для направления центробежного потока для увеличения подъемной силы. Конец лопасти длиной до 1,5 м имеет механическое кольцевое соединение для уменьшения продольных и поперечных колебаний. Для возможности управления поворотом лопасти рулевого винта лопасть соединяется с кольцом пружинной пластиной. Лопасть длиной более 1,5 м имеет продольный профиль в виде параболы:

Y₇=K₇X^1/2 - для уменьшения продольных колебаний /фиг.4/.

Коэффициенты выбираются из следующих величин:

К₃≥1; К₄≥1; К₅=(0,5÷0,8)К₄; К₅≥1; К₆≥1; К₇≥1.

Лопасть изготавливается из композиционных материалов /патент №1363699 от 6.02.1997 г./ /фиг.1, фиг.2, фиг.3/ или /4/.

Фюзеляж вертолета одновинтовой схемы, вертолетов двухвинтовой соосной схемы, двухвинтовой продольной схемы /4/ мало участвует в подъемной силе, хотя имеет большую несущую площадь.

Для повышения подъемной силы нижняя и верхняя поверхности фюзеляжа проектируются по формулам двух парабол:

Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2; /фиг.6÷фиг.11-1/, касающиеся окружности радиусом R≥R_o, центр которой расположен на расстоянии l≥2/3·L, где L - проекция длины фюзеляжа на координату X. Коэффициенты К₁ и К₂ рассчитываются по формулам:

где точка А - точка пересечения перпендикуляра, восстановленного из точки l≥2/3·L с линией угла атаки α≥7°. Точка В - противоположная точка диаметра, отложенного от точки А на восстановленном перпендикуляре. Изначально задаются следующие величины:

- угол атаки α≥7°;

- радиусы R₀ и R;

- величины проекции L и l≥2/3·L.

Определив коэффициенты К₁ и К₂ проводят параболы Y₁ и Y₂; это и будет фюзеляж вертолета, его профиль /фиг.6÷фиг.11-1/.

Применяя усеченный параболоид вращения: Y=X²/R² /5/, /фиг.5/, соосно расположенный над несущим винтом вертолета, обеспечиваем повышение аэродинамического эффекта. Используя каноническую формулу параболы: Y²=2PX; /5/, проведем предварительный расчет усеченного параболоида вращения. К примеру, радиус несущей лопасти вертолета МИ-8 равен 11,5 м. Уменьшим его в три раза получим - X=R=3,5 м. Зададим величину Y=3 м. Рассчитаем величину фокусного расстояния: P=Y²/2X=9/7≈1,3 м. Величина X₀ на уровне фокусного расстояния Р равна - X₀=Y²/2P=9/2·1,3≈2,7 м. Высота усеченного параболоида вращения равна h=Y-P=1,7 м.

Уменьшение радиуса несущего винта в три раза влечет за собой повышение числа оборотов в мин в три раза и увеличение результирующей площади несущего винта в три раза. Все это может адекватно обеспечить подъемную силу вертолета МИ-8.

Повернем на 180° усеченный параболоид вращения /фиг.5/ и, соосно расположив над несущим винтом, сверху над фюзеляжем получим вертолет одновинтовой схемы /фиг.6/, вертолет двухвинтовой соосной схемы /фиг.7/, двухвинтовой продольной схемы /фиг.8/. Проект вертолета, вписанного снизу под фюзеляж усеченного параболоида вращения, соосно расположенного над несущим винтом - это вертолет одновинтавой схемы /фиг.9/, вертолеты двухвинтовой соосной схемы /фиг.10/ и двухвинтовой продольной схемы /фиг.11/. Проектирование вертолетов и проектов вертолетов по формулам двух парабол с применением усеченного параболида вращения по сравнению с /4/ дает следующие технические результаты:

- повышение подъемной силы несущего винта более 20% при уменьшении его длины в два раза, соответственно с увеличением и числа оборотов в два раза;

- фюзеляж параболоидной формы повышает подъемную силу до 10;

- установка усеченного параболоида вращения сверху над фюзеляжем вертолета и снизу фюзеляжа проекта вертолета повышает подъемную силу на 10%;

- уменьшение продольных и поперечных колебаний несущей лопасти более 20%.

На фиг.1 изображена лопасть несущего винта, где 1 - загиб конца лопасти на угол β≥60°; 2 - узлы крепления; 2а - напуск; 3 - лонжероны; 4 - хвостовой отсек. На фиг.2 изображена аналогичная лопасть несущего винта. На фиг.3 изображен профиль лопасти несущего винта, где 2а - напуск, 3 - лонжероны, 4 - хвостовой отсек. На фиг.4 изображен продольный профиль несущей лопасти. На фиг.5 изображен параболоид вращения. На фиг.6 изображен профиль вертолета одновинтовой схемы, где 1 - физеляж, 2 - усеченный параболоид вращения, 3 - органы управления, 4 - несущие лопасти, 6 - крыло, 5 - узлы крепления параболоида к фюзеляжу. На фиг.6а изображена часть профиля вертолета фиг.6. На фиг.9 изображен профиль проекта вертолета одновинтовой схемы с обозначением элементов аналогично фиг.6 за исключением позиции 5 узла крепления параболоида к фюзеляжу /то же на фиг.10, фиг.11/.

На фиг.7 изображен профиль вертолета двухвинтовой схемы где 1 - фюзеляж, 2 - усеченный параболоид вращения, 3 - органы управления вертолетом, 4 - несущие лопасти, 6 - крыло, 5 - узлы крепления усеченного параболоида вращения.

На фиг.10 изображен профиль проекта вертолета двухвинтовой схемы с обозначением элементов аналогично фиг.7, исключая поз.5. На фиг.8 изображен профиль вертолета двухвинтовой продольной схемы, где 1 - фюзеляж, 2 - усеченный параболоид вращения, 4 - несущие лопасти, 5 - узлы крепления параболоида вращения к фюзеляжу. На фиг.11 изображен профиль проекта вертолета двухвинтовой продольной схемы с обозначением элементов аналогично фиг.8, исключая поз.5.

РАБОТА ВЕРТОЛЕТА.

Параболообразная несущая лопасть при вращении создает повышенное давление на нижней плоскости и разрежение на верхней плоскости, сила которых пропорциональна угловой скорости. Воздушный поток устремляется вниз, создавая подъемную силу и некоторое разрежение под усеченным параболоидом вращения. Воздушный поток устремляется под купол, создавая дополнительную подъемную силу. Вертолет взлетает и движется по маршруту. Воздушный поток создает на нижней кромке фюзеляжа повышенное давление, на верхней кромке - пониженное давление, создавая дополнительную подъемную силу. Вертолет прибывает к месту назначения и садится.

Исследования, проведенные на макете вертолета одновинтовой схемы, показали что подъемная сила несущего винта увеличивается более 20% по сравнению с /4/ при уменьшении его длины в два раза. Подъемная сила с применением усеченного параболоида вращения повышает подъемную силу примерно на 10%. Фюзеляж параболоидной формы повышает подъемную силу примерно до 10%.

Уменьшаются продольные и поперечные колебания несущей лопасти более 20%.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент №2228882 от 20 мая 2004 г.

2. Патент №20896455 1997 г.

3. Патент №2101214 от 22 апр. 1997 г.

4. "Вертолет труженик и воин" Изд. ДОСААФ СССР, 1984 г., г.Москва.

5. Справочник по математике. Гос. изд. тех. литературы, 1957 г., г.Москва.

Изобретение относится к области несущих винтов летательных аппаратов. Вертолет имеет несущий винт, фюзеляж, двигатели, органы управления. Задняя и передняя кромки лопастей несущего винта образованы пересечением двух парабол. Конец лопасти длиной 1,5 м загнут на угол β≥60° и имеет механическое кольцевое соединение. Соосно с соответствующим несущим винтом сверху над фюзеляжем либо снизу фюзеляжа установлен усеченный параболоид вращения. Изобретение направлено на решение задачи повышения подъемной силы. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Вертолет, имеющий по меньшей мере один несущий винт, фюзеляж, двигатели, органы управления, отличающийся тем, что задняя и передняя кромки лопастей несущего винта образованы пересечением двух парабол: Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2 или трех парабол: Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2; Y₃=K₃X^1/2, касающихся окружности радиусом R≥R₀, центр которой находится на расстоянии ≥2/3L, где L - проекция длины лопасти на координату X; изначально задают следующие величины: угол атаки α≥7°, параметры R, R₀, L, ≥2/3L, коэффициенты рассчитываются по формулам K₁=Y_1A/X_1A ^1/2 и К₂=Y_2B-2R_o/X_2B ^l/2, где точки А и В - точки касания парабол Y₁ и Y₂ окружности радиусом R, профиль нижней и верхней лопасти образованы пересечением двух парабол: Y₄=K₄X^1/2, Y₅=2R'+K₅X^1/2, передняя острая кромка закруглена радиусом R'≥R_o' задняя кромка образуется параболой: Y₆=К₆Х^1/2, служащей для уменьшения завихрений с напуском M≥R_o' на конце лопасти и уменьшающейся до нуля на 1/3 длины лопасти от начала координаты X, конец лопасти загнут на угол β≥60°, конец лопасти длиной 1,5 м имеет механическое кольцевое соединение для уменьшения продольных и поперечных колебаний, лопасть длиной более 1,5 м имеет продольный профиль в виде параболы Y₇=K₇X^1/2 с возможностью уменьшения продольных колебаний, коэффициенты выбираются из следующих величин:

К₃≥1; К₄≥1; К₅=/0,5÷0,8/K₄; К₅≥1; К₆≥1; К₇≥1.

2. Вертолет по п.1, отличающийся тем, что нижняя и верхняя поверхности фюзеляжа спроектированы по формулам двух парабол: Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2, касающихся окружности радиусом R≥R₀, центр которой расположен на расстоянии ≥2/3L, где L - проекция длины фюзеляжа на координату X; коэффициенты K₁ и К₂ рассчитаны по формулам

K₁=Y_1A/X_1A ^1/2; K₂=Y_2B-2R_o/X_2B ^1/2, где точка А - точка пересечения перпендикуляра, восстановленного из точки ≥2/3L с линией угла атаки α≥7°; точка В - противоположный конец диаметра, отложенного от точки А, изначально задаются: угол атаки α≥7°, радиусы R₀ и R, величины проекций L и ≥2/3L.