СПОСОБ ПОЛЕТА ВЕРТОЛЕТА ПРИ ОТКАЗЕ СИЛОВОЙ УСТАНОВКИ С МЕХАНИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ ВИНТОВ ( ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК B64C27/04 

Область техники

Изобретение относится к воздушным летательным аппаратам, а именно к вертолетам с силовыми установками с механическим приводом винтов.

Уровень техники

Известен способ полета вертолета при отказе силовой установки с механическим приводом винтов [1], заключающийся в том, что при этом автоматически отключается с помощью муфты свободного хода вал силовой установки, чтобы не затрачивать мощности несущего винта на вращение двигателя, и переходе вертолета на режим аварийного авторотационного спуска, состоящего из четырех этапов: первый - планирование при постоянном угле и постоянной скорости, второй - торможение (уменьшение угла планирования и вертикальной скорости) и снижение за счет использовании кинетической энергии вертолета и несущего винта, третий - приземление и четвертый - пробег и уменьшение шага несущего винта, при ручном управлении пилотом.

Известен также способ повышения безопасности полета вертолета путем обеспечения газовой противопожарной защиты силовой установки вертолета [1], заключающийся в том, что при возникновении пожара в каком-либо из защищаемых отсеков силовой установки от датчиков сигнализации пожара в исполнительный блок поступает электрический сигнал, зажигается соответствующее табло в пилотской кабине, а в результате автоматического или ручного включения системы пожаротушения замыкается цепь подрыва пиропатронов в головке огнетушителей, открываются электромагнитные распределительные краны и огнегасящий состав поступает по трубопроводам и распределительным коллекторам в соответствующий отсек, при этом, выходя из коллектора, огнегасящий состав испаряется и заполняет отсек инертным газом, вследствие чего ограничивается приток атмосферного кислорода к очагу пожара, резко снижается температура в отсеке, что способствует прекращению пожара.

Недостатком такого широко используемого способа аварийного спуска вертолета является сложность управления авторотационным спуском вертолета, а следовательно, большая зависимость удачной посадки последнего от опытности пилота, а также от погодных условий, рельефа местности, что нередко приводит к тяжелым травмам или даже гибели экипажа и пассажиров, а также к поломке или полному разрушению вертолета.

Вышеуказанный способ противопожарной защиты силовой установки требует установки специальных огнетушителей.

Сущность изобретения

В основу изобретения поставлена задача предложения вариантов способа, позволяющего значительно повысить безопасность полета вертолета при отказе его силовой установки.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известном способе полета вертолета при отказе силовой установки с механическим приводом винтов, заключающемся в автоматическом отключении с помощью муфты свободного хода вала силовой установки от вала несущего винта или валов несущих винтов соосной схемы, при управлении пилотом с помощью оборудования управления и полета, скорости планирования и угла спуска вертолета, согласно изобретению на вертолете дополнительно устанавливают пневматическое силовое устройство, которое работает в режиме пневматического двигателя, при этом его воздушный вход соединяют через управляемый пневморегулирующий аппарат с газовым баллоном, в который перед полетом закачивают сжатый газ до высокого давления, а в полете при отказе силовой установки на этапе авторотационного планирующего спуска или непосредственно после автоматического отсоединения силовой установки от винта или винтов соосной схемы, что зависит от высоты и условий полета, включают пневматическое силовое устройство и соединяют его вал через трансмиссию, содержащую механизм сцепления вала пневматического силового устройства и валов несущих винтов, с валом винта или валами винтов соосной схемы через редукторы, при этом пневматическое силовое устройство, питаясь сжатым воздухом высокого давления из газового баллона через управляемый пневморегулирующий аппарат по командам пилота, обеспечивает плавную управляемую посадку вертолета.

Кроме этого, выпуск отработанного газа из пневматического силового устройства направляется в зоне шасси в направлении к земле.

Одновременно дополнительно поставлена задача дальнейшего повышения безопасности полета вертолета при отказе силовой установки с механическим приводом винтов, а также повышения пожарозащищенности силовой установки вертолета.

Решение этой задачи достигается тем, что в известном способе полета вертолета при отказе силовой установки с механическим приводом винтов, заключающемся в автоматическом отключении с помощью муфты свободного хода вала силовой установки от вала несущего винта или валов несущих винтов соосной схемы, при управлении пилотом с помощью оборудования управления и полета, скорости планирования и угла спуска вертолета, согласно изобретению на вертолете дополнительно устанавливают пневматическое силовое устройство, которое может дистанционно переключаться либо в режим работы пневматического двигателя, либо в режим работы компрессора, при этом газовый двигательный вход пневматического силового устройства и его компрессорный выход соединяют через управляемый пневморегулирующий аппарат с газовым баллоном, при этом перед полетом вертолета, отключив с помощью муфты свободного хода вал силовой установки от вала несущего винта или валов несущих винтов соосной схемы и соединив его с валом пневматического силового устройства, которое переключают в режим работы компрессора, включают силовую установку, с помощью которой пневматическое силовое устройство, работая в режиме компрессора, через управляемый пневморегулирующий аппарат накачивает в газовый баллон газ, например воздух, до определенного высокого давления, после чего вышеуказанное оборудование приводят в исходное состояние, а пневматическое силовое устройство переключают для работы в режиме пневматического двигателя в полете при отказе силовой установки на авторотационном планирующем спуске или непосредственно после автоматического отсоединения силовой установки от винта или винтов соосной схемы, что зависит от высоты и условий полета, включают механизм сцепления трансмиссии, которая соединяет вал пневматического силового устройства с валом винта или валами винтов соосной схемы через редукторы, а пневматическое силовое устройство, работая в режиме пневматического двигателя, питаясь сжатым газом (воздухом) из газового баллона через управляемый пневморегулирующий аппарат по командам пилота обеспечивает оптимальную плавную управляемую посадку вертолета.

Кроме этого, предлагаются варианты усовершенствования данного способа, а именно:

- выпуск отработанного воздуха из пневматического силового устройства направляется в зоне шасси в направлении к земле;

- после аварийного спуска вертолета автоматически или вручную пилотом вышеуказанная пневматическая система переключается в режим заполнения газового баллона сжатым воздухом высокого давления;

- перед началом полета вертолета газовый баллон заполняют сжатым до высокого давления огнегасящим газом и подключают его через управляемый пневморегулирующий аппарат к противопожарной системе вертолета, которая обеспечивает тушение пожара силовой установки вышеуказанным огнегасящим газом, а если пожар произошел при аварийном спуске вертолета, то огнегасящий газ используется как рабочее тело для вращения пневматического двигателя, а отработанный в нем газ используется для тушения пожара;

- после ликвидации пожара и посадки вертолета или при аварийной посадке вертолета вне зоны его обслуживания и приведении вертолета в рабочее состояние экипажем газовый баллон заполняют сжатым воздухом для продолжения полета с возможностью при необходимости повторной управляемой плавной аварийной посадки вертолета;

- в одновинтовых вертолетах при поломке рулевого винта или его механического привода при аварийном спуске сжатый воздух через управляемый пневморегулирующий аппарат подается по трубопроводу в сопло, которое устанавливают в конце хвостовой балки вертолета от газового баллона, обеспечивая компенсацию реактивного момента, создаваемого несущим винтом, а, соответственно, или управляемую аварийную плавную посадку, или продолжение полета вертолета.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлен пример функциональной схемы одновинтового вертолета, а на фиг.2 - вертолета с двумя соосными винтами для осуществления данных вариантов способа, где позициями обозначены:

1 - фюзеляж;

2 - хвостовая балка;

3 - шасси;

4 - силовая установка;

5 - вал силовой установки;

6 - трансмиссия, содержащая механизм сцепления вала пневматического силового устройства с валом винта или валами винтов соосной схемы через редукторы;

7 - несущий винт или валы несущих винтов соосной схемы;

8 - вал несущего винта или валы несущих винтов соосной схемы;

9 - рулевой винт;

10 - оборудование управления и полета;

11 - пневматическое силовое устройство, работающее в режиме пневматического двигателя или в режиме компрессора;

12 - вал пневматического силового устройства;

13 - дистанционный переключатель режима работы пневматического силового устройства;

14 - газовый двигательный вход пневматического силового устройства;

15 - газовый компрессорный вход пневматического силового устройства;

16 - выход отработанного газа пневматического двигателя;

17 - управляемый пневморегулирующий аппарат;

18 - газовый баллон;

19 - газовая противопожарная система с пожарными датчиками;

20 - сопло;

21 - стабилизатор;

22 - вертикальное оперение.

Лучший вариант осуществления

Вариант способа по п.1 формулы осуществляется следующим образом.

Перед полетом вертолета в газовый баллон 18 от внешнего источника накачивают сжатый воздух до высокого давления, например до 20...31,4 МПа, а при полете в случае отказа силовой установки 4 с помощью муфты свободного хода трансмиссии 6 ее вал автоматически отключается от вала несущего винта или валов несущих винтов соосной схемы, чтобы несущий винт или несущие винты соосной схемы не затрачивали мощность на вращение силовой установки 4, после чего с помощью оборудования управления полета пилот либо начинает сначала аварийный авторотирующий планирующий полет вертолета при постоянном угле и постоянной скорости до достижения определенной высоты снижения для экономии энергии сжатого воздуха в газовом баллоне, а затем включает механизм сцепления трансмиссии 6, который соединяет вал пневматического силового устройства 11, работающего в режиме двигателя через трансмиссию 6 с валом несущего винта или валами несущих винтов соосной схемы 8, который начинает питаться через управляемый пневморегулирующий аппарат 17 сжатым воздухом высокого давления и вращать несущий винт или несущие винты соосной схемы, обеспечивая по командам пилота оптимальную плавную управляемую посадку вертолета, либо, если высота вертолета, при которой произошел отказ силовой установки 4 низкая, то включение в работу пневматического силового устройства 11 происходит автоматически сразу же после срабатывания муфты свободного хода трансмиссии 6, а пилот производит плавную управляемую посадку вертолета.

Дополнение по п.2 к варианту способа по п.1 формулы осуществляется следующим образом.

Для повышения плавности посадки вертолета выпуск отработанного воздуха из пневматического силового устройства 11 осуществляется в зоне шасси 3 в направлении к земле.

Вариант способа по п.3 формулы осуществляется следующим образом.

Перед полетом вертолета пилот, отключив с помощью муфты свободного хода трансмиссии 6 вал 5 силовой установки 4 от несущего винта или несущих винтов соосной схемы и соединив его с валом 12 пневматического силового устройства 11, которое он переключает в режим работы компрессором, включает силовую установку 4 и компрессор, через управляемый пневморегулирующий аппарат 17 накачивает в газовый баллон 18 сжатый газ, например воздух, до определенного давления, например до 20...31,4 МПа, после чего приводит вышеуказанное оборудование в исходное состояние, а пневматическое силовое устройство 11 переключает с помощью дистанционного переключателя 13 в режим пневматического двигателя, а во время полета и при отказе силовой установки 4 с помощью муфты свободного хода трансмиссии 6 ее вал 5 автоматически отключается от несущего винта 7, чтобы несущий винт 7 не затрачивал мощность на вращение силовой установки 4, после чего с помощью оборудования управления и полета 10 пилот либо начинает сначала аварийный авторотирующий планирующий полет вертолета при постоянном угле и постоянной скорости до достижения определенной высоты снижения для экономии энергии сжатого газа в газовом баллоне 18, а затем включает механизм сцепления трансмиссии 6, которая соединяет вал пневматического силового устройства 11 через трансмиссию 6 с валом несущего винта или валами несущих винтов соосной схемы 7, который начинает питаться через управляемый пневморегулирующий аппарат 17 сжатым газом высокого давления от газового баллона 18 и вращать несущий винт или несущие винты соосной схемы 7, обеспечивая по командам пилота оптимальную управляемую посадку вертолета, либо, если высота вертолета, при которой произошел отказ силовой установки 4, низкая, то включение в работу пневматического силового устройства 11 в режим пневматического двигателя происходит автоматически сразу же после срабатывания муфты свободного хода трансмиссии 6 и пилот производит управляемую посадку вертолета.

Дополнение по п.4 формулы к варианту способа по п.3 формулы осуществляется следующим образом.

Для повышения плавности посадки вертолета выпуск отработанного газа из пневматического силового устройства 11, работающего в режиме пневматического двигателя, осуществляется в зоне шасси 3 в направлении к земле.

Дополнение по п.5 формулы к варианту способа по п.3 формулы осуществляется следующим образом.

После аварийного спуска вертолета на землю для ускорения прекращения вращения винта или винтов соосной схемы 7 автоматически или вручную пилотом пневматическое оборудование переключается в режим заполнения газового баллона 18 сжатым газом, что создает на вал 8 несущего винта или несущих винтов соосной схемы 7 нагрузку, при этом часть израсходованной энергии сжатого воздуха возвращается в газовый баллон 18.

Дополнение по п.6 формулы к варианту способа по п.3 формулы осуществляется следующим образом.

Перед полетом вертолета на базе обслуживания его газовый баллон заполняют огнегасящим газом, например азотом, и подключают его через управляемый пневморегулирующий аппарат 17 к противопожарной системе вертолета 19, которая обеспечивает тушение пожара силовой установки 4 вышеуказанным огнегасящим газом, а если пожар произошел при аварийном спуске вертолета, например из-за пожара силовой установки 4, то огнегасящий газ одновременно используется для вращения пневматического силового устройства 11, а отработанный в нем газ - для тушения очага пожара.

Дополнение по п.7 к варианту способа по п.3 осуществляется следующим образом.

После ликвидации пожара и аварийной посадки вертолета или просто аварийной посадки вертолета вне зоны его обслуживания и приведения его в рабочее состояние экипажем газовый баллон 18 перед возобновлением полета заполняется сжатым воздухом для продолжения полета с возможностью надежной повторной управляемой аварийной посадки вертолета.

Дополнение по п.8 формулы к варианту способа по п.3 формулы осуществляется следующим образом.

В одновинтовых вертолетах при поломке рулевого винта 9 или его привода сжатый газ через управляемый пневморегулирующий аппарат 17 подается по трубопроводу в сопло 20, которое устанавливается в конце хвостовой балки 2 вертолета, при аварийном спуске от газового баллона 18, а при исправной силовой установке 4 от пневматического силового устройства 11, работающего в режиме компрессора, обеспечивая компенсацию реактивного момента, создаваемого несущим винтом 7, а соответственно, или управляемую аварийную посадку, или продолжение полета вертолета.

Из рассмотренного видно, что введение совокупностей отличительных признаков позволяет по сравнению с прототипом значительно повысить безопасность полетов вертолетов и их надежность.

Промышленная применимость

Реализация предлагаемых вариантов способа и создание на его основе конструкции вертолетов не представляет больших технических трудностей для авиационной промышленности, т.к. для этого предлагается широко используемое оборудование, отличающееся повышенной надежностью из за простоты его конструкции. Возможно использование, в частности, пневматических двигателей и баллонов для сжатого воздуха высокого давления до 31,6 МПа, применяемых на морских боевых торпедах.

Источник информации

1. Володко A.M. «Безопасность полетов вертолетов». Москва: Транспорт, 1981 г., стр.195...200, стр.131 (Прототип).

Изобретение относится к вертолетам. Способ полета вертолета при отказе силовой установки с механическим приводом винтов заключается в том, что на вертолете устанавливают пневматическое силовое устройство (11), которое работает в режиме пневматического двигателя, при этом воздушный вход (14) пневматического устройства соединяют через управляемый пневморегулирующий аппарат (17) с газовым баллоном (18), в который перед полетом закачивают сжатый газ до высокого давления. В полете при отказе силовой установки (4) на этапе авторотационного планирующего спуска включают пневматическое силовое устройство и соединяют его вал (12) через трансмиссию (6) с валом винта (8). Во втором варианте на вертолете дополнительно устанавливают пневматическое силовое устройство, которое может дистанционно переключаться либо в режим работы пневматического двигателя, либо в режим работы компрессора. Изобретение повышает безопасность полета. 2 н. и 6 з.п. ф-лы. 2 ил.

1. Способ полета вертолета при отказе силовой установки с механическим приводом винтов, заключающийся в автоматическом отключении с помощью муфты свободного хода вала силовой установки от вала несущего винта или валов несущих винтов соосной схемы при управлении пилотом с помощью оборудования управления и полета, скорости планирования и угла спуска вертолета, отличающийся тем, что на вертолете дополнительно устанавливают пневматическое силовое устройство, которое работает в режиме пневматического двигателя, при этом его воздушный вход соединяют через управляемый пневморегулирующий аппарат с газовым баллоном, в который перед полетом закачивают сжатый газ до высокого давления, а в полете при отказе силовой установки на этапе авторотационного планирующего спуска или непосредственно после автоматического отсоединения силовой установки от винта или винтов соосной схемы, что зависит от высоты и условий полета, включают пневматическое силовое устройство и соединяют его вал через трансмиссию, содержащую механизм сцепления валов пневматического силового устройства и валов несущих винтов, с валом винта или валами винтов соосной схемы через редукторы, при этом пневматическое силовое устройство, питаясь сжатым воздухом высокого давления из газового баллона через управляемый пневморегулирующий аппарат, по командам пилота обеспечивает оптимальную плавную управляемую посадку вертолета.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что выпуск отработанного газа из пневматического силового устройства направляется в зоне шасси в направлении к земле.3. Способ полета вертолета при отказе силовой установки с механическим приводом винтов, заключающийся в автоматическом отключении с помощью муфты свободного хода вала силовой установки от вала несущего винта или валов несущих винтов соосной схемы при управлении пилотом с помощью оборудования управления и полета, скорости планирования и угла спуска вертолета, отличающийся тем, что на вертолете дополнительно устанавливают пневматическое силовое устройство, которое может дистанционно переключаться либо в режим работы пневматического двигателя, либо в режим работы компрессора, при этом газовый двигательный вход пневматического силового устройства и его компрессорный выход соединяют через управляемый пневморегулирующий аппарат с газовым баллоном, при этом перед полетом вертолета, отключив с помощью муфты свободного хода вал силовой установки от вала несущего винта или валов несущих винтов соосной схемы и соединив его с валом пневматического силового устройства, которое переключают в режим работы компрессора, включают силовую установку, с помощью которой пневматическое силовое устройство, работая в режиме компрессора, через управляемый пневморегулирующий аппарат накачивает в газовый баллон газ, например воздух, до определенного высокого давления, после чего вышеуказанное оборудование приводят в исходное состояние, а пневматическое силовое устройство переключают для работы в режиме пневматического двигателя, в полете при отказе силовой установки на авторотационном планирующем спуске или непосредственно после автоматического отсоединения силовой установки от винта или винтов соосной схемы, что зависит от высоты и условий полета, включают механизм сцепления трансмиссии, которая соединяет вал пневматического силового устройства с валом винта или валами винтов соосной схемы через редукторы, а пневматическое силовое устройство, работая в режиме пневматического двигателя, питаясь сжатым газом (воздухом) из газового баллона через управляемый пневморегулирующий аппарат, по командам пилота обеспечивает оптимальную плавную управляемую посадку вертолета.4. Способ по п.3, отличающийся тем, что выпуск отработанного воздуха из пневматического силового устройства направляется в зоне шасси в направлении к земле.5. Способ по п.3, отличающийся тем, что после аварийного спуска вертолета, автоматически или вручную пилотом вышеуказанная пневматическая система переключается в режим заполнения газового баллона сжатым воздухом высокого давления.6. Способ по п.3, отличающийся тем, что перед началом полета вертолета газовый баллон заполняют сжатым до высокого давления огнегасящим газом и подключают его через управляемый пневморегулирующий аппарат к противопожарной системе вертолета, которая обеспечивает тушение пожара силовой установки вышеуказанным огнегасящим газом, а если пожар произошел при аварийном спуске вертолета, то огнегасящий газ используется как рабочее тело для вращения пневматического двигателя, а отработанный в нем газ используется для тушения пожара.7. Способ по п.3, отличающийся тем, что после ликвидации пожара и посадки вертолета или при аварийной посадке вертолета, вне зоны его обслуживания и приведения вертолета в рабочее состояние экипажем, газовый баллон заполняют сжатым воздухом для продолжения полета с возможностью при необходимости повторной управляемой плавной аварийной посадки вертолета.8. Способ по п.3, отличающийся тем, что в одновинтовых вертолетах при поломке рулевого винта или его механического привода, при аварийном спуске сжатый воздух через управляемый пневморегулирующий аппарат подается по трубопроводу в сопло, которое устанавливают в конце хвостовой балки вертолета, от газового баллона, обеспечивая компенсацию реактивного момента, создаваемого несущим винтом, а соответственно, или управляемую аварийную плавную посадку, или продолжение полета вертолета.