ВИНТОКРЫЛЫЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ Российский патент 2012 года по МПК B64C27/22 

Изобретение относится к области самолетов и вертолетов, в частности воздушных винтов и систем управления полетом.

Технологический предел скорости вертолетов определяется разницей в скорости движения наступающих и отступающих лопастей несущего винта. У винтокрылых летательных аппаратов с двумя несущими винтами этот недостаток компенсируется вращением роторов в противоположных направлениях, однако необходимость создания одними и теми же винтами вертикальной подъемной силы и горизонтальной тяги является ограничивающим фактором увеличения скорости полета. Для преодоления этих ограничений создавались летательные аппараты с двумя несущими винтами и двумя ("Камов" Ка-22) или одним (Sikorsky X2) толкающими винтами (журнал "Популярная механика", август 2008 года, "Вертолет с толкающим винтом"). Общим для современных винтокрылых летательных аппаратов с толкающими винтами является принцип управления полетом с помощью автоматов перекоса несущих винтов, изменением силы тяги толкающих винтов и за счет аэродинамических плоскостей хвостового оперения. Недостатком летательных аппаратов, построенных по таким схемам, является наличие автоматов перекоса в конструкции несущих винтов.

Известна схема винтокрылого летательного аппарата с несущими соосными винтами без автомата перекоса, управление которым осуществляется с помощью пары движущих соосных вращающихся в противоположных направлениях винтов с независимыми друг от друга изменяемыми углами атаки лопастей, размещенных на подвижной части хвостовой балки (патент RU 2417922).

Целью предлагаемого изобретения является увеличение горизонтальной скорости полета по сравнению с винтокрылыми летательными аппаратами, использующими для создания горизонтальной тяги несущие винты, и улучшение маневренности винтокрылого летательного аппарата с толкающими винтами с одновременным повышением его надежности.

Поставленная цель достигается применением на летательном аппарате двух противоположновращающихся несущих винтов без автоматов перекоса с раздельно дифференциально регулируемым для каждого винта шагом лопастей и использованием для создания горизонтальной тяги и маневрирования по курсу, тангажу и крену двух толкающих соосных винтов на хвостовой балке, циклический шаг лопастей каждого из толкающих винтов может изменяться с помощью автоматов перекоса, устанавливающих углы атаки лопастей от положительных до отрицательных и общий шаг лопастей каждого из толкающих винтов может изменяться дифференциально раздельно для каждого из винтов.

Винтокрылый летательный аппарат имеет следующую конструкцию.

Несущие винты устроены следующим образом: два соосных винта с противоположнонаправленным вращением лопастей располагаются один под другим и шаг лопастей может изменяться раздельно дифференциально для каждого из винтов.

Толкающие винты устроены следующим образом: пара соосных винтов с противоположными направлениями вращения лопастей располагаются на концевой части хвостовой балки и циклический шаг лопастей каждого из толкающих винтов может изменяться с помощью автоматов перекоса, устанавливающих углы атаки лопастей от положительных до отрицательных и общий шаг лопастей каждого из толкающих винтов может изменяться дифференциально раздельно для каждого из винтов.

Принцип работы винтокрылого летательного аппарата

Соосные несущие винты обеспечивают удержание летательного аппарата в воздухе (подъемную силу). Также несущие винты осуществляют разворачивание летательного аппарата в горизонтальной плоскости (по курсу) за счет дифференциального изменения шага одного из винтов по отношению к другому.

Управление скоростью полета и направлением полета осуществляется путем изменения скорости вращения толкающих винтов и шагов (углов атаки лопастей) толкающих винтов от положительных, обеспечивающих тягу вперед, до отрицательных, что обеспечивает летательному аппарату движение как вперед, так и в обратном направлении.

Управление креном осуществляется способом, когда лопасти одного из толкающих винтов приводятся в такое положение, что плоскости лопастей разворачиваются параллельно или почти параллельно к оси вращения винтов вращения, создавая реактивный момент и наклоняя весь летательный аппарат относительно его продольной оси в сторону, противоположную направлению вращения винта, осуществляющего кренение.

Управление по курсу и тангажу осуществляется изменением вектора тяги толкающих винтов, отклоняя его на необходимый угол от продольной оси летательного аппарата за счет управления циклическими шагами лопастей каждого из винтов с помощью автоматов перекоса.

Расположенные на хвостовой балке винты названы здесь толкающими, поскольку в большинстве случаев применения винтокрылого летательного аппарата удобнее, чтобы эти винты находились сзади.

Предлагаемая конструкция толкающих винтов для винтокрылого летательного аппарата позволит обеспечить следующие технические преимущества:

1. Перенос функций управления полетом с несущих винтов на толкающие позволяет упростить конструкцию несущих винтов за счет упразднения автомата перекоса лопастей несущих винтов и повысить, тем самым, надежность всего летательного аппарата.

2. Перенос функции обеспечения горизонтальной тяги с несущих винтов на движущие увеличивает КПД несущих винтов и скорость полета винтокрылого летательного аппарата.

3. Маневренность винтокрылого летательного аппарата за счет изменения тяги движущих винтов в различных направлениях и раздельного изменения углов атаки лопастей движущих винтов значительно увеличивается в режиме горизонтального полета и при висении в воздухе, что может быть особенно ценно в боевых условиях.

4. Соосная схема размещения движущих винтов позволяет компенсировать отрицательные вращательные и гироскопические моменты при маневрах в разные стороны, присущие схемам с одним хвостовым винтом.

Изобретение относится к авиации, в частности к конструкции комбинированных винтокрылых летательных аппаратов. Винтокрылый летательный аппарат содержит два соосных несущих винта и два толкающих соосных винта, расположенных на хвостовой балке. Несущие винты имеют противоположное направление вращения и шаг лопастей каждого из несущих винтов может изменяться раздельно дифференциально для каждого из винтов. Толкающие винты имеют противоположное направление вращения, циклический шаг каждого из толкающих винтов может изменяться с помощью автоматов перекоса, устанавливающих углы атаки лопастей от положительных до отрицательных, и общий шаг лопастей толкающих винтов может изменяться раздельно дифференциально для каждого из них. Обеспечивается перенос функций управления винтокрылым летательным аппаратом с несущих винтов на толкающие.

Винтокрылый летательный аппарат, имеющий два соосных несущих противоположно направленно вращающихся винта, которые располагаются один под другим, и шаг каждого из винтов может изменяться раздельно дифференциально для каждого из винтов; также имеющий пару толкающих соосных противоположно направленно вращающихся винтов, располагающихся на хвостовой балке, циклический шаг лопастей каждого из винтов может изменяться с помощью автоматов перекоса, устанавливающих углы атаки лопастей от положительных до отрицательных, и общий шаг лопастей каждого из винтов может изменяться дифференциально раздельно для каждого из винтов.