ВЕРТОЛЕТ Российский патент 2019 года по МПК B64C27/04 B64D27/14 

Изобретение относится к авиации, более конкретно - к вертолетам и направлено на повышение безопасности их полета.

Известен безопасный вертолет по патенту РФ на изобретение №2333135, МПК В64С 27/04, опубл. 10.09.2008 г.

Этот вертолет содержит тяговый двигатель и несущий винт с вертикальной осью, на вершине которой располагается четное количество, но не менее четырех лопастей. Вертолет также содержит соединительное устройство, выполняющее роль трансмиссии в режиме работы тягового двигателя, а в режиме работы стартовых двигателей - роль механизма обгонной муфты. Каждая вторая лопасть несущего винта имеет расчетно-укороченный размер габаритной длины и включает в свое устройство один или несколько элементарных работающих, например, на твердом топливе стартовых двигателей. Изобретение позволяет повысить безопасность при аварийной посадке вертолета.

Недостаток: низкая надежность.

Известен вертолет по патенту РФ на изобретение №2335432, МПК В64С 27/04, опубл. 10.10.2008 г.

Этот вертолет включает фюзеляж и соосные винты, причем винтов может быть два или более и они могут быть разного диаметра. По меньшей мере, один из винтов - управляемый с изменяемым шагом, а остальные - с фиксированным шагом. Во втором варианте вертолет имеет хвостовую балку с эластичной пневмокамерой на конце, причем при поднятой балке блокируется снижение тяги. В третьем варианте двигатель и редуктор размещены в отдельной мотогондоле), расположенной над фюзеляжем на пилонах и/или эластичных вставках.

Недостаток: низкая надежность вертолета связанная с тем, что при поломке одного винта тяги другого недостаточно для его посадки и, кроме того, возникновение дисбаланса нарушает работу второго винта.

Известен вертолет по патенту РФ №2 284284, МПК B64D 45/04, опубл. 27.08.2006.

Этот вертолет имеет систему безопасного приземления падающего во время воздушной аварии вертолета. Система безопасного приземления содержит парашют, размещенный в пустотелом цилиндре, расположенном в полости вала трансмиссии, на котором установлен несущий винт, а также расположенные в нижней части фюзеляжа вертолета реактивные двигатели торможения и надувные устройства. Указанный пустотелый вал выполнен в виде стальной трубы и имеет зубчатые колеса привода, выполненные на нем как одно целое.

Недостатки:

- применение парашютов для спасения вертолетов, имеющих очень большой вес нереально,

- применение надувных средств также нереально для больших вертолетов и кроме того они пожароопасны,

- применение реактивных двигателей перспективно, но не указан тип реактивного двигателя и способ его применения. Применение твердотопливных ракетных двигателей нереально из-за их пожаро- и взрывоопасности. Применение жидкостных ракетных двигателей проблематично из-за необходимости постоянной транспортировки окислителя. Применение ГТД возможно, но необходимо разработать его конструкцию, место установки и способ применения. Этого нет в пат. РФ №2 284284. Кроме того, по этому патенту предполагается совместное применение парашютов и реактивных двигателей (нескольких), что снижает надежность вертолета.

Известен вертолет по патенту РФ на изобретение №2148537, МПК В64С 7/20, опубл. 10.05.200 г., прототип.

Этот вертолет содержит корпус, воздушно-реактивный двигатель создания силы тяги для горизонтального полета, несущие винты, которые расположены внутри указанного корпуса и служат компрессором воздушно-реактивного двигателя, двигатель, который предназначен для вращения указанных несущих винтов, и кабину пилота. Предусмотрена защитная сетка, под которой расположены несущие винты. Створки расположены внизу под сеткой и предназначены для взлета и посадки.

Недостаток: плохая безопасность полета в связи с тем, что при разрушении винта посадка вертолета почти всегда приведет к катастрофическим последствиям.

Задача создания изобретения: повышение надежности и безопасности полета.

Технический результат: обеспечение безопасной посадки при разрушении винта.

Решение указанной задачи достигнуто в вертолете, содержащем фюзеляж с днищем, несущий винт на валу, соединенном через редуктор с двумя газотурбинным двигателями, размещенными в верхней части фюзеляжа, имеющими воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и сопло, тем, что в нижней части фюзеляжа установлен вертикально вспомогательный газотурбинный двигатель, имеющий воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и сопло,

Вспомогательный газотурбинный двигатель может быть выполнен биротативным, содержащим биротативный компрессор и биротативную турбину.

Между турбиной и соплом вспомогательного газотурбинного двигателя может быть выполнена форсажная камера.

Вспомогательный газотурбинный двигатель может быть валом отбора мощности соединен с агрегатами.

На днище фюзеляжа может быть выполнена платформа безопасности, имеющая вертикальное отверстия для размещения сопла вспомогательного газотурбинного двигателя в аварийном режиме, внутренняя полость платформы безопасности заполнена демпфирующим материалом.

В качестве демпфирующего материала может быть применена сотовая конструкция.

В качестве демпфирующего материала может быть применена металлорезина.

Сущность изобретения поясняется на чертежах (фиг. 1…10), где:

- на фиг. 1 приведена схема безопасного вертолета,

- на фиг. 2 приведен вид А на фиг. 1,

- на фиг. 3 приведена схема компоновки винта, редуктора и вспомогательного газотурбинного двигателя,

- на фиг. 4 приведен вспомогательный газотурбинный двигатель вертолета, первый вариант в рабочем положении,

- на фиг. 5 приведен вспомогательный газотурбинный двигатель вертолета, второй вариант в рабочем положении,

- на фиг. 6 приведена конструкция вспомогательного газотурбинного двигателя вертолета, первый вариант, повернуто на 90°.

- на фиг. 7 приведена конструкция газотурбинного двигателя вертолета, 2-й вариант, повернуто на 90°.

- на фиг. 8 приведена схема передачи мощности от трех ГТД на винт,

- на фиг. 9 приведена платформа безопасности,

- на фиг. 10 приведен разрез В - В.

Безопасный вертолет (фиг. 1 и 2) содержит фюзеляж 1, несущий винт 2, хвост 3, управляющий винт 4, основной вал 5, соединяющий винт 2 через редуктор 6 с двумя валами отбора мощности 7 от двух маршевых газотурбинных двигателей 8, установленных в верхней части фюзеляжа 1 (Фиг. 1 и 8).

Кроме того, вертолет оборудован вспомогательным газотурбинным двигателем 9, установленным вертикально, который третьим валом отбора мощности 10 соединен с редуктором 6 (фиг. 1 и 8).

На днище 11 фюзеляжа 1 закреплена платформа безопасности 12, полость 13 которой заполнена демпфирующим материалом 14. В качестве демпфирующего материала 14 может быть применен сотовый наполнитель или металлорезина. В платформе безопасности 12 выполнено центральное отверстие 15. К днищу 11 прикреплены посадочные опоры 16.

Вспомогательный газотурбинный двигатель 9 (ГТД) содержит (фиг. 3 и 4) воздухозаборник 17, компрессор 18, камеру сгорания 19 с форсунками 20, турбину 21 и сопло 22.

Вспомогательный газотурбинный двигатель 9 по первому варианту (фиг. 2) имеет одну основную топливную систему 23.

Основная топливная система 23 содержит топливопровод 24, в котором установлен топливный насос 25, соединенный с приводом 26.

Вспомогательный газотурбинный двигатель 9 выполнен биротативным и содержит два вала: внутренний 27, соединенный через муфту 28 с валом 7 и внешний вал 29. Внутренний и внешний валы 27 и 29 вращаются в противоположные стороны.

На фиг. 5 приведен второй вариант вспомогательного газотурбинного двигателя 9, который дополнительно содержит форсажную камеру 30 с форсажным коллектором 31 внутри и форсажную топливную систему 32.

Форсажная топливная система 32 содержит топливопровод 33 с установленным в нем форсажным насосом 34, к которому присоединен привод 35. Топливопровод 33 соединен с форсажным коллектором 31.

Вспомогательный газотурбинный двигатель 9 установлен вертикально в центре масс фюзеляжа 1 вертолета (фиг. 1).

Платформа безопасности 12, как упомянуто ранее имеет центральное отверстие 15, выполненное вертикально на оси, проходящей через центр масс вертолета. Диаметр центрального отверстия 15 D₀ больше диаметра среза сопла 22 - D_c.

D₀≥D_c.

На фиг. 6 приведена более детально конструкция вспомогательного газотурбинного двигателя 9 вертолета, первый вариант, повернуто на 90°.

Вспомогательный ГТД 9 как упомянуто ранее содержит внутренний вал 27, установленный на внутренних опорах 36, статор компрессора 37, два ротора компрессора 38 и 39, выполненные с возможность. Вращения в противоположном направлении и без направляющих аппаратов между ними, статор турбины 40, и два ротора турбины 41 и 42, также выполненные с возможностью вращения в противоположные стороны и без сопловых аппаратов между ними. С внешним валом 29 связан внутренний редуктор 43, к которому присоединен вал отбора 44 для отбора мощности на вспомогательные агрегаты, например, электрогенератор. Первый ротор компрессора 38 и второй ротор турбины 42 соединены внутренним валом 27.

Второй ротор компрессора 38 и первый ротор турбины 41 соединены внешним валом 29, установленным на внешних опорах 45.

На фиг. 7 приведена конструкция вспомогательного газотурбинного двигателя 9 вертолета, 2-й вариант, повернуто на 90°.

Дополнительно к первому варианту между турбиной 21 и соплом 22 расположена форсажная камера 29 с форсажным коллектором 30 для впрыска топлива на форсажных режимах.

Форсажная топливная система 32 содержит топливопровод 33 с установленным в нем форсажным насосом 34, к которому присоединен привод 35. Топливопровод 33 соединен с форсажным коллектором 31.

На фиг. 8 приведена схема передачи мощности от маршевых ГТД 8 и вспомогательного ГТД 9 на винт 2 через редуктор 6. С валов 10 маршевых ГТД 8 на вал 5 между ними установлены муфты 46.

На фиг. 8 приведена более детально конструкция редуктора 6. Редуктор 6 содержит корпус 47 в полости которого 48 на опорах 40 установлены зубчатые передачи 49

На фиг. 9 приведена платформа безопасности 12, а на фиг. 10 приведен разрез В-В.

РАБОТА ВЕРТОЛЕТА В НОРМАЛЬНОМ РЕЖИМЕ, 1 вариант

Сначала запускают газотурбинные двигатели 8 в режиме «малого газа» (фиг. 1 и 3). Вспомогательный ГТД 9 не используют в обычной ситуации полета.

На взлетной режиме работы обеих маршевых ГТД 8 подъемной силы, создаваемой винтом будет достаточно для взлета и полета на крейсерской скорости.

РАБОТА ВЕРТОЛЕТА В АВАРИЙНОМ РЕЖИМЕ, при отказе маршевого ГТД

При отказе одного маршевого ГТД 8 (фиг. 1), подъемной силы винта 2 вертолета будет недостаточно для продолжения полета и посадки.

Поэтому запускают вспомогательный ГТД 9. Для этого, при помощи стартера (не показан) раскручивают вал 36 (фиг. 5) и ротора компрессора 39 и турбины 41 газотурбинного двигателя 9 (фиг. 5) и запускают привод 28, который раскручивает топливный насос 27, топливо (авиационный керосин) по топливопроводу 26 подается в форсунки 20 камеры сгорания 19, где воспламеняется при помощи запальника (не показан). Продукты сгорания проходят через турбину 21. Мощность с турбины 21 передается на компрессор 18, который сжимают воздух, идущий через воздухозаборник 17. Сжатый воздух подается в камеру сгорания 19 для поддержания процесса горения. Реактивная тяга вспомогательного газотурбинного двигателя 9 передается на фюзеляж 1, что в совокупности с силой тяги винта 2 обеспечивает взлет, полет вертолета и его посадку в нормальном режиме. Совместная тяговооруженность винта 2 и вспомогательного ГТД 9 на номинальном режиме составляет 1,05…1,1.

Вертолет может пролететь значительное расстояние, продолжить выполнение полета и вернуться в район расположения ремонтной базы.

РАБОТА ВЕРТОЛЕТА В АВАРИЙНОМ РЕЖИМЕ, первый вариант при поломке винта

При поломке винта 2 отключают обе муфты 47 (фиг. 8). Запускают вспомогательный двигатель 9.

Реактивная тяга, создаваемая совместно винтом 2 и соплом 22 достаточна для мягкой посадки вертолета.

РАБОТА ВЕРТОЛЕТА В АВАРИЙНОМ РЕЖИМЕ с вторым вариантом вспомогательного ГТД

При наличии форсажной камеры 30 (фиг. 4) и необходимости задействуют форсажную топливную систему 31 (фиг. 4), для этого запускают форсажный привод 34, который раскручивает топливный насос 33, топливо (авиационный керосин) по топливопроводу 32 подается в форсажный коллектор 30 форсажной камеры сгорания 29, где воспламеняется при помощи запальника (не показан), увеличивая реактивную тягу создаваемую соплом 22. Продукты сгорания через сопло 22 истекают вертикально вниз.

Тяга, создаваемая соплом 22, увеличивается по сравнению с бесфорсажным режимом в 2…3 раза, что компенсирует отсутствие винта 2 и обеспечивает аварийную посадку вертолета ценой большого расхода топлива.

Применение форсажной камеры в вспомогательном газотурбинном двигателе 9 позволяет спроектировать вспомогательный ГТД 9 меньших габаритов и веса, что очень важно, так как использование максимальных возможностей вспомогательного ГТД 9 приходится применять чрезвычайно редко.

Применение изобретения позволило:

- обеспечить безопасную посадку при разрушении винта,

- сохранить жизнь экипажу и пассажирам.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям вертолетов. Вертолет содержит фюзеляж с днищем, несущий винт на валу, соединенном через редуктор с двумя газотурбинными двигателями, размещенными в верхней части фюзеляжа, имеющими воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину. В нижней части фюзеляжа установлен вертикально вспомогательный газотурбинный двигатель, имеющий воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и сопло. Вспомогательный газотурбинный двигатель может быть выполнен биротативным, содержащим биротативный компрессор и биротативную турбину. Между турбиной и соплом вспомогательного газотурбинного двигателя может быть выполнена форсажная камера. На днище фюзеляжа выполнена платформа безопасности. Обеспечивается безопасная посадка при разрушении винта. 6 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Вертолет, содержащий фюзеляж с днищем, несущий винт на валу, соединенном через редуктор с двумя газотурбинными двигателями, размещенными в верхней части фюзеляжа, имеющим воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и сопло, отличающийся тем, что в нижней части фюзеляжа вертикально установлен вспомогательный газотурбинный двигатель, имеющий воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и сопло.

2. Вертолет по п. 1, отличающийся тем, что вспомогательный газотурбинный двигатель выполнен биротативным, содержащим биротативный компрессор и биротативную турбину.

3. Вертолет по п. 1 или 2, отличающийся тем, что между турбиной и соплом вспомогательного газотурбинного двигателя выполнена форсажная камера.

4. Вертолет по п. 1, отличающийся тем, что вспомогательный газотурбинный двигатель валом отбора мощности соединен с вспомогательными агрегатами.

5. Вертолет по п. 1, отличающийся тем, что на днище фюзеляжа выполнена платформа безопасности, имеющая вертикальное отверстие для размещения сопла вспомогательного газотурбинного двигателя в аварийном режиме, внутренняя полость платформы безопасности заполнена демпфирующим материалом.

6. Вертолет по п. 4, отличающийся тем, что в качестве демпфирующего материала применена сотовая конструкция.

7. Вертолет по п. 4, отличающийся тем, что в качестве демпфирующего материала применена металлорезина.