ВЕРТОЛЕТ Российский патент 2019 года по МПК B64C27/22 

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:

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. Изобретение повышает эффективность работы несущего винта.

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 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.

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, имеющим воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и сопло, отличающийся тем, что в нижней части фюзеляжа установлен вспомогательный газотурбинный двигатель, имеющий воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и сопло, при этом сопло вспомоательного газотурбинного двигателя выполнено поворотным в вертикальной плоскости с возможностью его установки в вертикальном положении в аварийном режиме.

Между турбиной и соплом вспомогательного газотурбинного двигателя может быть выполнена форсажная камера. Вспомогательный газотурбинный двигатель может быть валом отбора мощности соединен с винтом.

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.

Технический результат: обеспечение безопасной посадки при разрушении винта. 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 приведен вспомогательный газотурбинный двигатель вертолета, первый вариант в рабочем положении,

- на фиг. 4 приведен вспомогательный газотурбинный двигатель вертолета, второй вариант в аварийном положении,

- на фиг. 5 приведена конструкция вспомогательного газотурбинного двигателя вертолета, первый вариант в рабочем положении,

- на фиг. 6 приведена конструкция газотурбинного двигателя вертолета, 2-й вариант в аварийном положении,

- на фиг. 7 приведена схема передачи мощности от трех ГТД на винт2,

- 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 10).

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

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. Сопло 22 закреплено на шарнире 23 и имеет привод поворота 24. Сопло 22 вспомогательного газотурбинного двигателя 9 выполнено поворотным в вертикальной плоскости с возможностью его установки в вертикальном положении в аварийном режиме (фиг. 1 и 3). Привод поворота 24 должен обеспечивать поворот сопла 22 на угол от 0 до 95°.

Вспомогательный газотурбинный двигатель 9 по первому варианту (фиг. 2) имеет одну основную топливную систему 25.

Основная топливная система 25 содержит топливопровод 26, в котором установлен топливный насос 27, соединенный с приводом 28.

На фиг. 4 приведен второй вариант вспомогательного газотурбинного двигателя 9, который дополнительно содержит форсажную камеру 29 с форсажным коллектором 30 внутри и форсажную топливную систему 31.

Форсажная топливная система 31 содержит топливопровод 32 с установленным в нем форсажным насосом 33, к которому присоединен привод 34. Топливопровод 32 соединен с форсажным коллектором 30.

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.

Кроме того, срез сопла 22 в рабочем положении выходит в расширяющийся канал 35 (фиг. 1 и 2).

На фиг. 5 приведена конструкция вспомогательного газотурбинного двигателя 9 вертолета, первый вариант в рабочем положении.

Вспомогательный ГТД 9 содержит вал 36, установленный на опорах 37, статор компрессора 38, ротор компрессора 39, статор турбины 40, ротор турбины 41 и внутренний редуктор 42, связанный с валом 36 для отбора мощности. Ротор компрессора 39 и ротор турбины 41 соединены валом 36.

На фиг. 6 приведена конструкция вспомогательного газотурбинного двигателя 9 вертолета, 2-й вариант в аварийном положении.

Вспомогательный ГТД 9 содержит вал 36, установленный на опорах 37, статор компрессора 38, ротор компрессора 39, статор турбины 40, ротор турбины 41 и внутренний редуктор 42, связанный с валом 36 для отбора мощности. Ротор компрессора 39 и ротор турбины 41 соединены валом 36. Кроме того, между турбиной 21 и соплом 22 расположена форсажная камера 28 с форсажным коллектором 40 для впрыска топлива на форсажных режимах.

На фиг. 7 приведена схема передачи мощности от ГТД 8 и вспомогательного ГТД 9 на винт 2 через редуктор 6. Редуктор 6 содержит корпус 43 в полости которого 44 на опорах 45 установлены зубчатые передачи 46.

На фиг. 8 приведена схема передачи мощности от ГТД 8 и вспомогательного ГТД 9 на винт 2 от валов 10 через муфты 47, и от вала 5 через муфту 48.

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.

Потом 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. На основных режимах (в полете) струя выхлопных газов из сопла 22 истекает в канал 35 (фиг. 2).

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. Тяговооруженность винта 2 составляет 1,1…1,2.

РАБОТА ВЕРТОЛЕТА В АВАРИЙНОМ РЕЖИМЕ, первый вариант

При поломке винта 2 отключаюм муфты 47 (фиг. 8), потом при помощи привода поворота 24 поворачивают сопло 22 в вертикальной плоскости до его установки в вертикальное положение (фиг. 4 и 6). Сопло 22 устанавливается своим срезом в центральное отверстие 15 платформы безопасности 12 строго вертикально (фиг. 9).

Реактивная тяга, создаваемая соплом 22 достаточна для мягкой посадки вертолета.

РАБОТА ВЕРТОЛЕТА В АВАРИЙНОМ РЕЖИМЕ, второй вариант

При 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 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 кам использование максимальных возможностей вспомогательного ГТД 9 приходится применять чрезвычайно редко.

При отказе одного из маршевых двигателей 8 отключают соответствующую муфту 47 и продолжают полет.

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 газотурбинным двигателями, размещенными в верхней части фюзеляжа, имеющими воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и сопло. В нижней части фюзеляжа установлен третий газотурбинный двигатель, имеющий воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и сопло, при этом сопло третьего газотурбинного двигателя выполнено поворотным в вертикальной плоскости с возможностью его установки в вертикальном положении в аварийном режиме. Между турбиной и соплом третьего газотурбинного двигателя выполнена форсажная камера. На днище фюзеляжа выполнена платформа безопасности, имеющая вертикальное отверстия для размещения сопла третьего газотурбинного двигателя в аварийном режиме. Внутренняя полость платформы безопасности заполнена демпфирующим материалом, в качестве которого применена сотовая конструкция или металлорезина. Обеспечивается возможность безопасной посадки при разрушении несущего винта. 5 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Вертолет, содержащий фюзеляж с днищем, несущий винт на валу, соединенном через редуктор с двумя газотурбинным двигателями, размещенными в верхней части фюзеляжа, имеющим воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и сопло, отличающийся тем, что в нижней части фюзеляжа установлен вспомогательный газотурбинный двигатель, имеющий воздухозаборник, компрессор, камеру сгорания, турбину и сопло, при этом сопло вспомогательного газотурбинного двигателя выполнено поворотным в вертикальной плоскости с возможностью его установки в вертикальном положении в аварийном режиме.

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

3. Вертолет по п. 1, отличающийся тем, что вспомогательный газотурбинный двигатель валом отбора мощности соединен с винтом.

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

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

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