СКОРОСТНОЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ ВЕРТОЛЕТ Российский патент 2015 года по МПК B64C27/22 

Изобретение относится к винтокрылым летательным аппаратам, а именно к скоростным комбинированным вертолетам.

Известны скоростные комбинированные летательные аппараты, являющиеся гибридом одновинтового вертолета и самолета с неподвижным крылом (патент WO 2005/005250, 2005, «Гибридный вертолет», В64C; патент US 3506219, 1970, «Вертолет с управляющим и толкающим устройством», В64C 27/22). Вертолеты имеют фюзеляж с расположенными на нем крыльями, несущий винт, рулевой винт, хвостовое оперение, тянущий или толкающий пропульсивный воздушный винт (пропеллер) для увеличения скорости полета.

Недостатком аналогов является повышенная опасность травмирования наземного персонала открытым пропульсивным винтом. Другим недостатком являются низкие характеристики маневренности, вызванные удаленным расположением пропульсивного винта от центра масс винтокрыла. Расположение пропульсивного воздушного винта в носовой или хвостовой части фюзеляжа, т.е. на максимальном удалении от центра масс винтокрыла, увеличивает его момент инерции, что снижает характеристики маневренности.

Наиболее близким аналогом (прототипом) является винтокрыл гибридного типа (патент US 5738301, 1998, «Винтокрыл гибридного типа», В64C 27/82), содержащий фюзеляж, состоящий из передней, средней и хвостовой части с хвостовым оперением, силовую установку, две консоли крыла, несущий винт, рулевой винт, расположенный на конце хвостовой части фюзеляжа, толкающий винт в кольце, расположенный на хвостовой части фюзеляжа за рулевым винтом, трансмиссию, содержащую главный редуктор, редуктор рулевого винта, хвостовой вал, связывающий главный редуктор с толкающим винтом и с редуктором рулевого винта.

Недостатком прототипа является повышенная масса конструкции и низкие характеристики маневренности, вызванные удаленным расположением толкающего винта от центра масс винтокрыла. На максимальной скорости полета мощность, передаваемая хвостовым валом трансмиссии на толкающий двигатель, составляет до 90% мощности, подаваемой на главный редуктор при висении. Это приводит к необходимости усиливать конструкцию трансмиссии и хвостовой части фюзеляжа. Удаленный пропульсивный двигатель значительно нагружает трансмиссию и хвостовую балку продольными силами и скручивающим моментом, что также требует увеличения прочности, а следовательно, и увеличения массы конструкции.

Другим недостатком прототипа является возможное повреждение кольца и лопастей толкающего винта при посадке на авторотации.

Указанные недостатки не позволяют также увеличить диаметр пропульсивного воздушного винта для увеличения скорости полета.

Задачей заявляемого изобретения является уменьшение массы скоростного комбинированного вертолета, повышение его маневренных характеристик, безопасности и скорости полета.

Поставленная задача решена за счет того, что в скоростном комбинированном вертолете, содержащем фюзеляж, состоящий из передней, средней и хвостовой частей, хвостовое оперение, силовую установку, две консоли крыла, несущий винт, рулевой винт, толкающий винт в кольце, трансмиссию, содержащую главный редуктор, редуктор рулевого винта и хвостовой вал, для достижения целей изобретения толкающий винт установлен на хвостовом валу в конце средней части фюзеляжа и его кольцо жестко связано с фюзеляжем, при этом хвостовая часть фюзеляжа выполнена в виде трубчатого корпуса с опорным силовым кольцом, жестко связанным с кольцом толкающего винта, а сам толкающий винт снабжен автоматом перекоса с управлением общим и циклическим шагом лопастей.

При этом жесткое крепление опорного силового кольца хвостовой части фюзеляжа к кольцу толкающего винта выполнено в виде стержней, а жесткое крепление кольца толкающего винта к средней части фюзеляжа - с помощью обтекаемых крепежных элементов, обеспечивающих спрямление набегающего воздушного потока к толкающему винту, а обшивка средней части фюзеляжа имеет со стороны, обращенной к толкающему винту, сужение и/или углубления, предназначенные для обеспечения доступа набегающего воздушного потока к лопастям толкающего винта.

В скоростном комбинированном вертолете главный редуктор соединен с хвостовым валом через промежуточный редуктор, а трубчатый корпус хвостовой части фюзеляжа со стороны, обращенной к толкающему винту, имеет крышку с подшипником для хвостового вала.

Размещение толкающего винта непосредственно перед хвостовой частью фюзеляжа, т.е. значительно ближе к центру масс скоростного комбинированного вертолета, значительно уменьшает его момент инерции, что повышает маневренные характеристики и снижает требования к прочности трансмиссии и хвостовой части фюзеляжа, что приводит к уменьшению массы скоростного винтокрыла. Расположение толкающего винта в кольце и в средней части фюзеляжа обеспечивает безопасность наземного персонала и исключает повреждение толкающего винта при посадке на авторотации, что позволяет увеличить диаметр толкающего винта до размеров, соизмеримых с поперечным сечением самого фюзеляжа и, следовательно, увеличить тягу и скорость полета.

Установка на толкающий винт автомата перекоса с управлением общим и циклическим шагом обеспечивает не только изменение тяги толкающего винта, но и обеспечивает создание составляющей силы тяги в направлении, перпендикулярном хвостовому валу, которая, наряду с рулевым винтом, компенсирует реактивный момент несущего винта, а также позволяет управлять углом тангажа и рыскания скоростного комбинированного вертолета в дополнение к функциям несущего винта. Наличие автомата перекоса также улучшает маневренные характеристики скоростного комбинированного вертолета и позволяет снизить вес хвостовой части фюзеляжа, оперения и рулевого винта.

Наличие промежуточного редуктора позволяет повысить мощность, передаваемую от главного редуктора к толкающему винту через хвостовой вал в скоростном полете, и согласовать оси вращения хвостового вала и высоко расположенного главного редуктора. Жесткое крепление кольца толкающего винта к средней и хвостовой частям фюзеляжа с помощью обтекаемых крепежных элементов, с одной стороны, обеспечивает целостность и жесткость всего фюзеляжа, а с другой стороны, наряду с сужениями и/или углублениями средней части фюзеляжа, свободное протекание воздушного потока через толкающий винт.

Предлагаемые схемные и конструктивные изменения позволяют уменьшить массу скоростного комбинированного вертолета, повысить его маневренные характеристики, безопасность и скорость полета.

Конструкция скоростного комбинированного вертолета поясняется чертежами, где изображено:

на фиг. 1 - скоростной комбинированный вертолет, изометрическая проекция;

на фиг. 2 - скоростной комбинированный вертолет, вид спереди;

на фиг. 3 - скоростной комбинированный вертолет, фрагмент изометрической проекции.

Скоростной комбинированный вертолет содержит фюзеляж (фиг. 1 и фиг. 2), состоящий из передней 1, средней 2 и хвостовой 3 частей, вертикальное и горизонтальное хвостовое оперение 4, установленное на хвостовой части 3 для стабилизации и управления скоростным комбинированным вертолетом в полете. В передней части 1 фюзеляжа располагается кабина экипажа и бортовое оборудование. В средней части 2 также размещается бортовое оборудование (на рисунке не показано) и силовая установка 5 (фиг. 1 и фиг. 3). Силовая установка 5 состоит из одного или нескольких газотурбинных двигателей. Две консоли крыла 6 жестко присоединены с двух сторон к средней части 2 фюзеляжа и служат для создания подъемной силы в скоростном полете, а также для внешней подвески различного оборудования. Многолопастный несущий винт 7 расположен над средней частью (фиг. 1 и фиг. 2) и предназначен для создания подъемной и пропульсивной силы. В конце хвостовой части 3 фюзеляжа находятся рулевой винт 8, который может быть заключен в кольцо.

Толкающий винт 9 в кольце 10 размещен между средней 2 и хвостовой 3 частью фюзеляжа. Несущий винт 7, рулевой винт 8 и толкающий винт 9 приводятся в движение силовой установкой 5 с помощью трансмиссии, содержащей (фиг. 3) главный редуктор 11, редуктор рулевого винта 12 (фиг. 1), хвостовой вал 13 и промежуточный редуктор 14. Главный редуктор 11 (см. фиг. 3) соединен с хвостовым валом 13 через промежуточный редуктор 14. Толкающий винт 9 установлен на хвостовом валу 13 в конце средней части 2 фюзеляжа и его кольцо 10 жестко связано с фюзеляжем, при этом хвостовая часть 3 фюзеляжа выполнена в виде трубчатого корпуса с опорным силовым кольцом 15, жестко связанным с кольцом 10, а сам толкающий винт 9 снабжен автоматом перекоса 16 с управлением общим и циклическим шагом лопастей. Трубчатый корпус хвостовой части 3 фюзеляжа со стороны, обращенной к толкающему винту 9, имеет крышку с подшипником (на рисунке не показаны) для хвостового вала 13.

Жесткое крепление опорного силового кольца 15 хвостовой части 3 фюзеляжа к кольцу 10 толкающего винта 9 выполнено в виде стержней 17, а жесткое крепление кольца 10 к средней части 2 фюзеляжа - с помощью обтекаемых крепежных элементов 18, обеспечивающих спрямление набегающего воздушного потока к толкающему винту 8. Обшивка средней части 2 фюзеляжа (фиг. 1) имеет со стороны, обращенной к толкающему винту 9, сужение и/или углубления 19, предназначенные для обеспечения доступа набегающего воздушного потока к лопастям толкающего винта 9.

Скоростной комбинированный вертолет работает следующим образом.

При работающей силовой установке 5 создаваемый ею вращающий момент передается на главный редуктор 11, который осуществляет вращение несущего винта 7 с постоянной скоростью. От главного редуктора 11 вращение, через промежуточный редуктор 14, передается на хвостовой вал 13, который также вращается с постоянной скоростью. Вращение хвостового вала 13 приводит к вращению лопастей толкающего винта 9 и, через редуктор рулевого винта 12, лопастей рулевого винта 8.

В режиме вертикального взлета, посадки и висения лопасти толкающего винта 9, по команде управления общим шагом толкающего винта, с помощью автомата перекоса 16 устанавливаются в положение, обеспечивающее нулевую тягу толкающего винта 9. Управление скоростным комбинированным вертолетом осуществляется как и обычным вертолетом одновинтовой схемы.

В режиме горизонтального полета на автомат перекоса 16 толкающего винта 9 поступают команды управления как общим, так и циклическим шагом лопастей, что приводит к созданию как дополнительной пропульсивной силы, увеличивающей скорость полета, так и боковой составляющей пропульсивной силы, позволяющей разворачивать скоростной комбинированный вертолет относительно центра масс.

В режиме посадки на авторотации толкающий винт 9 продолжает создавать пропульсивную силу, благодаря передаче вращающего момента от несущего винта 7 с помощью трансмиссии, что предоставляет экипажу больше возможности для выбора места аварийной посадки.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям комбинированных летательных аппаратов. Скоростной комбинированный вертолет содержит фюзеляж, состоящий из передней, средней и хвостовой частей, хвостовое оперение, силовую установку, две консоли крыла, несущий винт, рулевой винт, толкающий винт в кольце, трансмиссию, содержащую главный редуктор, редуктор рулевого винта и хвостовой вал. Толкающий винт установлен на хвостовом валу в конце средней части фюзеляжа и его кольцо жестко связано с фюзеляжем. Хвостовая часть фюзеляжа выполнена в виде трубчатого корпуса с опорным силовым кольцом, жестко связанным с кольцом толкающего винта, а сам толкающий винт снабжен автоматом перекоса с управлением общим и циклическим шагом лопастей. Жесткое крепление опорного силового кольца хвостовой части фюзеляжа к кольцу толкающего винта выполнено в виде стержней, а жесткое крепление кольца толкающего винта к средней части фюзеляжа - с помощью обтекаемых крепежных элементов, обеспечивающих спрямление набегающего воздушного потока к толкающему винту. Обеспечивается уменьшение массы скоростного комбинированного вертолета и повышение его маневренных характеристик и скорости полета. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Скоростной комбинированный вертолет, содержащий фюзеляж, состоящий из передней, средней и хвостовой частей, хвостовое оперение, силовую установку, две консоли крыла, несущий винт, рулевой винт, толкающий винт в кольце, трансмиссию, содержащую главный редуктор, редуктор рулевого винта и хвостовой вал, отличающийся тем, что толкающий винт установлен на хвостовом валу в конце средней части фюзеляжа и его кольцо жестко связано с фюзеляжем, при этом хвостовая часть фюзеляжа выполнена в виде трубчатого корпуса с опорным силовым кольцом, жестко связанным с кольцом толкающего винта, а сам толкающий винт снабжен автоматом перекоса с управлением общим и циклическим шагом лопастей.

2. Скоростной комбинированный вертолет по п. 1, отличающийся тем, что жесткое крепление опорного силового кольца хвостовой части фюзеляжа к кольцу толкающего винта выполнено в виде стержней, а жесткое крепление кольца толкающего винта к средней части фюзеляжа - с помощью обтекаемых крепежных элементов, обеспечивающих спрямление набегающего воздушного потока к толкающему винту.

3. Скоростной комбинированный вертолет по п. 1, отличающийся тем, что обшивка средней части фюзеляжа имеет со стороны, обращенной к толкающему винту, сужение и/или углубления, предназначенные для обеспечения доступа набегающего воздушного потока к лопастям толкающего винта.

4. Скоростной комбинированный вертолет по п. 1, отличающийся тем, что главный редуктор соединен с хвостовым валом через промежуточный редуктор.

5. Скоростной комбинированный вертолет по п. 1, отличающийся тем, что трубчатый корпус хвостовой части фюзеляжа со стороны, обращенной к толкающему винту, имеет крышку с подшипником для хвостового вала.