ВЕРТОЛЕТ, ОСНАЩЕННЫЙ УСТРОЙСТВОМ ЭКСТРЕННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДЪЕМНОЙ СИЛЫ Российский патент 2020 года по МПК B64C27/04 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области вертолетов, в частности, вертолетов, оснащенных устройством экстренного обеспечения подъемной силы в случае поломки главного двигателя.

2. Предшествующий уровень техники

Вертолет классически содержит несущий и движущий винт, приводимый в движение через приводную систему, включающую в себя главную трансмиссионную коробку и по меньшей мере один главный двигатель, такой как газотурбинный двигатель. Главная трансмиссионная коробка вертолета предназначена, в частности, для передачи подъемных усилий от несущего винта на всю конструкцию вертолета. Вертолет содержит также средство компенсации крутящего момента, которое часто представляет собой хвостовой второй винт, связанный с приводной системой.

Существуют одномоторные вертолеты, то есть вертолеты, приводная система которых содержит только один двигатель. Существуют также многомоторные вертолеты, в частности, двухмоторные или трехмоторные вертолеты, то есть вертолеты, приводная система которых содержит несколько двигателей.

Независимо от рассматриваемого типа вертолета (одномоторного или многомоторного), отказ двигателя приводной системы приводит к снижению мощности, передаваемой приводной системой на несущий и движущий винт вертолета, что может иметь тяжелые последствия для вертолета и его пассажиров.

Например, в случае одномоторного вертолета потеря мощности главного двигателя вынуждает пилота произвести сложный маневр авторотации для аварийной посадки. Статистические данные показывают, что в некоторых условиях этот маневр может привести к «жесткой» посадке, чреватой серьезным повреждением вертолета.

В связи с этим заявитель предложил установить на вертолете средство, которое может очень быстро обеспечивать дополнительную мощность, чтобы обезопасить маневр авторотации одномоторного вертолета и воспрепятствовать резкому замедлению вращения несущего винта в любой из фаз этого маневра.

В случае многомоторного вертолета заявитель тоже предложил различные решения для подачи дополнительной мощности, позволяющие поддерживать достаточную мощность на уровне несущего винта вертолета. Например, одно из предложенных решений состоит в нагнетании текучей среды в работающие турбины для временного увеличения их мощности и преодоления проблемы потери или отказа двигателя. Другое решение состоит в механической поддержке работающих турбин за счет подачи механической мощности на газогенератор этой работающей турбины. Еще одно решение состоит в подаче дополнительной мощности непосредственно на несущий винт вертолета или на главную трансмиссионную коробку приводной системы.

Все предложенные решения для одномоторных или многомоторных вертолетов предусматривают обеспечение подачи дополнительной мощности на приводной системе, чтобы в конечном счете направить дополнительную мощность на уровне несущего винта, что позволяет ограничить снижение скорости вращения несущего винта и сохранить, таким образом, достаточную подъемную силу, чтобы поддерживать вертолет в полете или по крайней мере замедлить падение вертолета.

Одним из общих недостатков этих различных решений является то, что неисправность в кинематической цепи несущего винта (главная трансмиссионная коробка, несущий винт, устройство контроля шага, рулевой винт,…) невозможно компенсировать за счет подачи мощности. Таким образом, ни одно из предложенных решений не позволяет преодолеть проблему неисправности в кинематической цепи несущего винта.

Кроме того, в случае многомоторного вертолета необходимо увеличивать параметры газотурбинных двигателей, чтобы можно было поддерживать вертолет в полете в случае неисправности одного из двигателей. Это увеличение параметров газотурбинных двигателей отрицательно сказывается на массе и на расходе топлива.

Кроме того, в документе US 4 676 457 А было предложено оборудовать вертолет тяговыми устройствами, встроенными в фюзеляж, чтобы ограничить скорость падения. Однако решение, предусматривающее оснащение вертолета дополнительными устройствами, чтобы в случае необходимости обеспечивать дополнительную тяговую мощность, предполагает более сложную архитектуру вертолета и приводной системы, что тоже отрицательно сказывается на массе и на расходе топлива.

По этой причине заявитель поставил перед собой задачу найти новое решение, позволяющее преодолеть недостатки известных решений.

3. Задачи изобретения

Изобретение призвано предложить вертолет, который может генерировать дополнительную вертикальную тягу, не затрагивая приводную систему вертолета.

По меньшей мере в варианте выполнения изобретение призвано обеспечивать дополнительную мощность в случае отказа двигателя, независимо от приводной системы вертолета.

По меньшей мере в варианте выполнения изобретение призвано предложить вертолет, который может поддерживать определенный уровень подъемной силы, в том числе в случае неисправности несущего винта.

По меньшей мере в варианте выполнения изобретение призвано предложить вертолет, который не испытывает отрицательных воздействий на массу и расход топлива.

4. Раскрытие изобретения

В связи с вышеизложенным объектом изобретения является вертолет, содержащий конструктивный каркас, по меньшей мере один несущий и движущий винт, соединенный с указанным конструктивным каркасом, и приводную систему для приведения в движение упомянутого несущего винта, содержащую трансмиссионную коробку передачи мощности и по меньшей мере один главный двигатель.

Кроме того, заявленный вертолет содержит несколько вспомогательных двигателей, закрепленных на упомянутом конструктивном каркасе и выполненных с возможностью обеспечения дополнительной подъемной силы вертолета в случае отказа приводной системы вертолета.

Заявленный вертолет отличается тем, что вспомогательный двигатель установлен съемно на конструктивном каркасе.

Эта дополнительная подъемная сила позволяет, в частности, преодолеть проблему нехватки мощности приводной системы в критической ситуации.

Во всем тексте конструктивный каркас вертолета обозначает жесткую конструкцию, состоящую из жестких элементов, таких как рамы, поперечины, стойки, кессоны, арки, пластины и т.д., соединенные друг с другом и образующие корпус вертолета.

Таким образом, заявленный вертолет может противостоять любым неисправностями приводной системы (трансмиссионная коробка передачи мощности, двигатель, несущий винт и т.д.) и поддерживать определенный уровень подъемной силы за счет применения вспомогательных двигателей, закрепленных на конструктивном каркасе вертолета. Иначе говоря, заявленный вертолет может в случае необходимости создавать дополнительную вертикальную тягу без участия несущего и движущего винта вертолета. Вспомогательные двигатели заявленного вертолета образуют устройство экстренного обеспечения подъемной силы вертолета.

Поскольку вспомогательные двигатели являются независимыми от приводной системы, они практически не являются интрузивными и не изменяют поведение вертолета в нормальной ситуации. Точно так же, они не требуют изменения концепции вертолета.

Заявленный вертолет позволяет также устанавливать вспомогательные двигатели только в случае необходимости. В частности, вспомогательными двигателями можно оборудовать разные вертолеты. Например, можно иметь в наличии несколько вспомогательных двигателей, предназначенных для оснащения нескольких вертолетов одного вертолетного парка. Для каждой полетной задачи вспомогательные двигатели устанавливают на вертолете парка, выбранном для выполнения этой задачи. Во время следующей полетной задачи, если для этого выбран другой вертолет, можно эти же двигатели снять с первого вертолета и установить на выбранном другом вертолете.

Заявленный вертолет обеспечивает более высокий уровень безопасности по сравнению с известными вертолетами.

Кроме того, в случае многомоторного вертолета изобретение позволяет отказаться от увеличения параметров двигателей для преодоления возможной проблемы отказа газотурбинного двигателя. За счет этого улучшается удельный расход главных двигателей.

Предпочтительно, согласно изобретению, конструктивный каркас содержит верхние рамы, расположенные вблизи несущего и движущего винта, и вспомогательные двигатели закреплены на этих верхних рамах.

Согласно этому предпочтительному варианту, вспомогательные двигатели закреплены на верхних рамах конструктивного каркаса, расположенных вблизи несущего винта. Эти верхние рамы передают вертикальные подъемные усилия на корпус вертолета. Расположение вспомогательных двигателей на уровне верхней части вспомогательного каркаса вертолета позволяет ограничить риски переворачивания или потери контроля во время активации вспомогательных двигателей.

Предпочтительно, согласно изобретению, вспомогательные двигатели содержат пиротехнические устройства.

Согласно этому предпочтительному варианту, во вспомогательных двигателях применяют пиротехнические устройства. Эти пиротехнические устройства позволяют очень быстро генерировать тягу и вместе с тем занимают небольшой габарит. Эти пиротехнические устройства содержат, например, газогенератор на твердом проперголе, устройство воспламенения твердого проперголя, управляемое электрически и связанное с вычислительным устройством срабатывания устройства воспламенения, и реактивное сопло.

Предпочтительно, согласно изобретению, вспомогательные двигатели выполнены, каждый, с возможностью обеспечивать одинаковую тяговую мощность и расположены и ориентированы на конструктивном каркасе таким образом, чтобы действовать тяговыми усилиями в направлениях, пересекающихся в единственной точке, называемой точкой схождения.

Предпочтительно, согласно этому варианту, точка схождения расположена в центре несущего винта в плоскости лопастей несущего винта таким образом, чтобы результирующая тяговых усилий вспомогательных двигателей была вертикальной и была приложена к верхней части стойки несущего винта.

Это расположение и ориентация вспомогательных двигателей позволяют генерировать вертикальную результирующую тяговых усилий. Кроме того, крутящий момент, действующий на конструктивный каркас, является нулевым на уровне точки схождения, что устраняет риски вынужденного вращения вертолета под действием вспомогательных двигателей.

Предпочтительно, согласно изобретению, точка схождения является центром тяжести вертолета.

Предпочтительно заявленный вертолет дополнительно содержит блок управления, связанный с каждым вспомогательным двигателем и выполненный с возможностью подачи команды на активацию каждого вспомогательного двигателя в случае неисправности в приводной системе вертолета.

Этот блок управления является, например, электронным вычислительным устройством регулирования вертолета (более известным под английской аббревиатурой EECU). Это вычислительное устройство встроено, например, в устройство регулирования газотурбинных двигателей, известное под английской аббревиатурой FADEC от Full Authority Digital Engine Control. Блок управления может быть также связан с устройствами отслеживания высоты полета вертолета, такими как альтиметр, чтобы автоматически управлять активацией вспомогательных двигателей, как только высота полета становится критической и на одном из газотурбинных двигателей вертолета обнаруживается неисправность. Согласно этому варианту, блок управления выполнен с возможностью автоматической активации вспомогательных двигателей при приближении к земле.

Согласно предпочтительному варианту изобретения, вертолет оснащен четырьмя вспомогательными двигателями, равномерно распределенными на конструктивном каркасе.

Объектом изобретения является также вертолет, характеризующийся в комбинации всеми или частью вышеупомянутых или указанных ниже отличительных признаков.

5. Список фигур

Другие задачи, отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного исключительно в качестве не ограничительного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 изображает схематичный вид вертолета, предназначенного для оснащения устройством экстренного обеспечения подъемной силы с целью получения вертолета согласно варианту выполнения изобретения.

Фиг. 2 - схематичный вид с частичным вырезом вертолета согласно варианту выполнения изобретения.

Фиг. 3 - схематичный вид с частичным вырезом вертолета согласно другому варианту выполнения изобретения.

6. Подробное описание варианта выполнения изобретения

В целях наглядности и ясности масштабы и пропорции на фигурах не соблюдены. В нижеследующем подробном описании, представленном со ссылками на фигуры, каждый элемент вертолета представлен так, как он расположен, когда вертолет расположен горизонтально, если только не указано иное. Это расположение показано на фиг. 1-3.

Кроме того, на всех фигурах идентичные, подобные или аналогичные элементы имеют одинаковые обозначения. Наконец, термины «продольный», «поперечный» и «вертикальный» использованы не ограничительно относительно показанной на фигурах прямоугольной системы координат L, T, V. Продольное направление соответствует главному направлению вертолета.

На фиг. 1 показан вертолет, содержащий конструктивный каркас 5. Этот конструктивный каркас 5 показан на фиг. 1 пунктирной линией. Этот каркас образует корпус вертолета и содержит верхние рамы 6, стойки 7, нижние рамы 8, поперечины и т.д., соединенные между собой, образуя корпус вертолета.

Вертолет содержит также несущий и движущий винт 10, соединенный с конструктивным каркасом 1. Ротор несущего винта 10 связан с несущими и движущими лопастями 9. Вертолет содержит также приводную систему, приводящую в движение несущий винт 10. Эта приводная система содержит трансмиссионную коробку 11 передачи мощности и два главных двигателя 12а, 12b.

На фиг. 2 представлен схематичный вид вертолета согласно варианту выполнения, основанному на вертолете, показанном на фиг. 1. Этот вид имеет вырез для показа верхних рам, стоек, нижних рам, поперечин и т.д. конструктивного каркаса 5. Кроме органов и элементов, описанных со ссылками на фиг. 1, этот вертолет содержит также четыре вспомогательных двигателя 21а, 21b, 21c, 21d, закрепленных на верхних рамах 6 конструктивного каркаса 5. Каждый вспомогательный двигатель выполнен с возможностью обеспечения по команде дополнительной подъемной силы вертолета в случае отказа главного двигателя 12а, 12b вертолета.

Вспомогательные двигатели представляют собой, например, пиротехнические ракеты, содержащие главный газогенератор на твердом проперголе, устройство воспламенения твердого проперголя и реактивное сопло. Для осуществления изобретения можно использовать любой другой тип вспомогательного двигателя.

Предпочтительно все вспомогательные двигатели являются идентичными и выполнены с возможностью обеспечения одинаковой мощности. Они закреплены съемно на верхних рамах 5 конструктивного каркаса 5, например, при помощи крепежных хомутов, оснащенных системой типа винт-гайка. Кроме того, они ориентированы вниз таким образом, чтобы создавать направленную вниз силу тяги. Тяга, производимая каждым вспомогательным двигателем 21а, 21b, 21c, 21d, схематично показана на фиг. 2 и 3 стрелкой, обозначенной буквой Р.

Согласно предпочтительному варианту выполнения, участие каждого вспомогательного двигателя в создании дополнительной подъемной силы является умеренным. Для этого вспомогательный двигатель выполнен таким образом, чтобы максимальная мощность, которую он может производить, составляла около 20% максимальной мощности главного двигателя вертолета, причем в течение времени порядка 30 секунд. Вспомогательные двигатели должны только замедлить падение вертолета в течение короткого времени вблизи земли и не предназначены для обеспечения продолжения полета в случае поломки одного или нескольких главных двигателей вертолета.

На фиг. 3 представлен схематичный вид вертолета согласно другому варианту выполнения вертолета, в котором вспомогательные двигатели 21а, 21b, 21c, 21d расположены и ориентированы на конструктивном каркасе 5 таким образом, чтобы создавать силы тяги Р в направлениях, пересекающихся в единственной точке, называемой точкой схождения. Эта точка обозначена на фиг. 3 буквой С. Вид на фиг. 3 содержит также вырез для показа верхних рам, стоек, нижних рам, поперечин и т.д. конструктивного каркаса 5. В варианте выполнения, представленном на фиг. 3, точка С схождения расположена в центре несущего винта 10 в плоскости лопастей 9. Согласно этому варианту выполнения, результирующая сил тяги Р вспомогательных двигателей 21а, 21b, 21c, 21d является вертикальной, что ограничивает любой риск переворачивания и вращения вертолета.

Активацией вспомогательных двигателей может управлять блок управления, связанный с каждым вспомогательным двигателем и выполненный с возможностью управления активацией каждого вспомогательного двигателя в случае неисправности в приводной системе вертолета.

Этот блок управления может быть также связан с устройством отслеживания высоты полета вертолета, таким как альтиметр или любое эквивалентное устройство. В случае необходимости во время выполнения полетной задачи этим блоком управления может также управлять вручную пилот, например, в случае экстренной ситуации, чтобы обойти препятствие или чтобы выполнить маневр уклонения от обстрела противником.

Согласно предпочтительному варианту, ось тяги вспомогательных двигателей можно ориентировать при помощи средств типа сопла, створки для обеспечения горизонтального положения вертолета.

Изобретение не ограничивается только описанными вариантами выполнения. Изобретение можно применять также для одномоторного вертолета. Изобретение может также предусматривать больше (или меньше) четырех вспомогательных двигателей для экстренного обеспечения подъемной силы.

Точно так же, подробное описание относится к вспомогательным двигателям, расположенным на верхних рамах конструктивного каркаса вертолета. Согласно другим, не показанным на фигурах вариантам, вспомогательные двигатели можно, разумеется, расположить в любой точке конструктивного каркаса, в частности, на посадочных полозьях вертолета.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям аварийных систем, обеспечивающих безопасную посадку вертолетов. Вертолет содержит конструктивный каркас (5), по меньшей мере один несущий и движущий винт (10), соединенный с указанным конструктивным каркасом (5), и приводную систему для приведения в движение упомянутого несущего винта (10), содержащую трансмиссионную коробку (11) передачи мощности и по меньшей мере один главный двигатель (12a,12b). Вертолет дополнительно содержит несколько вспомогательных двигателей (21а,21b,21c,21d), закрепленных на упомянутом конструктивном каркасе (5) съемно. Обеспечивается возможность создания дополнительной подъемной силы вертолета в случае отказа приводной системы вертолета. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вертолет, содержащий конструктивный каркас (5), по меньшей мере один несущий и движущий винт (10), соединенный с указанным конструктивным каркасом (5), и приводную систему для приведения в движение упомянутого несущего винта (10), содержащую трансмиссионную коробку (11) передачи мощности и по меньшей мере один главный двигатель (12a,12b), и дополнительно содержащий несколько вспомогательных двигателей (21а,21b,21c,21d), закрепленных на упомянутом конструктивном каркасе (5) и выполненных с возможностью обеспечения дополнительной подъемной силы вертолета в случае отказа приводной системы вертолета, отличающийся тем, что каждый вспомогательный двигатель (21а,21b,21c,21d) установлен съемно на конструктивном каркасе (5).

2. Вертолет по п. 1, отличающийся тем, что конструктивный каркас (5) дополнительно содержит верхние рамы (6), расположенные вблизи несущего и движущего винта (10), и тем, что упомянутые вспомогательные двигатели (21а,21b,21c,21d) закреплены на упомянутых верхних рамах (6).

3. Вертолет по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что вспомогательные двигатели (21а,21b,21c,21d) содержат пиротехнические устройства.

4. Вертолет по одному из пп. 1-3, отличающийся тем, что вспомогательные двигатели (21а,21b,21c,21d) выполнены, каждый, с возможностью обеспечивать одинаковую тяговую мощность, и тем, что они расположены и ориентированы на упомянутом конструктивном каркасе (5) таким образом, чтобы создавать тяговые усилия в направлениях, пересекающихся в единственной точке, называемой точкой (С) схождения.

5. Вертолет по п. 4, отличающийся тем, что упомянутая точка (С) схождения расположена в центре несущего винта (10) в плоскости лопастей (9) несущего винта таким образом, чтобы результирующая тяговых усилий вспомогательных двигателей была вертикальной и была приложена к верхней части стойки несущего винта.

6. Вертолет по п. 4, отличающийся тем, что упомянутая точка (С) схождения является центром тяжести вертолета.

7. Вертолет по одному из пп. 1-6, отличающийся тем, что дополнительно содержит блок управления, связанный с каждым вспомогательным двигателем (21а,21b,21c,21d) и выполненный с возможностью подачи команды на активацию каждого вспомогательного двигателя (21а,21b,21c,21d) в случае неисправности в приводной системе вертолета.

8. Вертолет по п. 7, отличающийся тем, что упомянутый блок управления выполнен с возможностью автоматической активации вспомогательных двигателей (21а,21b,21c,21d) при приближении к земле.

9. Вертолет по одному из пп. 1-8, отличающийся тем, что содержит четыре вспомогательных двигателя (21а,21b,21c,21d), равномерно распределенных на упомянутом конструктивном каркасе (5).