Внешняя подвеска вертолета для транспортирования и сброса крупногабаритного груза Российский патент 2024 года по МПК B64D1/22 B64D9/00 B64D1/02 

Изобретение относится к оборудованию летательных аппаратов для транспортирования и сброса крупногабаритного груза, в частности с внешней подвески вертолета в полете.

Известна внешняя подвеска вертолета (RU 2608824 С1, МПК: B64D 9/00 (2006/01), B64D 1/12 (2006.01), опубл. 25.01.2017), содержащая силовой канат, стропы с узлами крепления подвески к фюзеляжу, верхний и нижний электромеханический замок, вертлюг-токосъемник, электрокабель и балку со стабилизирующим устройством.

Недостатками этого технического решения является то, что данное устройство предназначено только для транспортирования длинномерных грузов круглой формы и не предназначено для сброса груза.

Наиболее близкой к предлагаемому техническому решению является внешняя подвеска вертолета для транспортирования и сброса крупногабаритного груза по патенту RU 191205 U1, МПК: B64D 9/00 (2006/01), B64D 1/22 (2006/01), опубл. 29.07.2019, принятая за прототип и содержащая верхний замок, к которому посредством переходных звеньев подсоединены вертлюг-токосъемник и канат, к нижнему концу каната посредством кардана шарнирно подсоединена балка с жестко прикрепленными грузодержателями. Один грузодержатель, например, на заднем конце балки выполнен управляемым в виде электрозамка или пироболта. Другие грузодержатели на противоположном конце балки выполнены неуправляемыми, но их конструкция обеспечивает возможность свободного отделения груза после его сброса с управляемого грузодержателя. Из кабины через вертлюг-токосъемник по канату к балке проложен электрокабель для электропитания управляемого грузодержателя.

Указанное в описании прототипа обеспечение расчетного (заданного на земле) положения крупногабаритного груза при его сбросе независимо от угла наклона внешней подвески вертолета в полете не может быть реализовано, так как аэродинамические силы в полете приложены в центре давления сборки «груз+балка», а центр давления находится существенно ниже расположения шарнира. Всегда результирующая сила от веса груза и аэродинамических сил направлена вдоль центрального каната, а положение продольной оси макета в полете будет отличаться от заданного на земле и зависеть от скорости полета вертолета. В данном техническом решении, после срабатывания управляемого грузодержателя, под действием веса крупногабаритного груза при выходе из неуправляемого грузодержателя, создается момент силы относительно центра масс груза, под действием которого груз получает угловую скорость закрутки относительно поперечной оси аппарата.

Задачей предлагаемого решения является создание устройства для транспортирования вертолетом и сброса крупногабаритного груза с обеспечением стабильного положения груза в пространстве в процессе полета, устранением закрутки груза при сбросе и сокращением времени сборки груза с подвеской в полевых условиях для повторного транспортирования и сброса груза.

Техническим результатом изобретения является стабильность положения крупногабаритного груза в пространстве в процессе полета, устранение момента силы относительно центра масс груза и исключение силовых воздействий на груз в процессе сброса, сокращение времени и упрощение сборки груза с подвеской и отделение груза под расчетным углом.

Технический результат достигается тем, что во внешней подвеске вертолета для транспортирования и сброса крупногабаритного груза, содержащей верхний замок, к которому посредством переходных звеньев подсоединены вертлюг-токосъемник и центральный канат, балку с установленными в ней в местах подвеса груза грузодержателями и электрокабель, проложенный из кабины вертолета вдоль каната к упомянутой балке, балка выполнена в виде рамы ферменной пространственной конструкции с выступающими по бокам раскосами в передней части балки и стабилизирующим элементом, установленном в противоположной ее части, при этом балка снабжена элементами крепления на концах раскосов и на балке, расположенными на равноудаленном расстоянии друг от друга, причем в подвеску введены канаты грузовых строп равной длины, одними концами закрепленные к скобе, установленной на оконечности центрального каната, а другими концами - к элементам крепления на раскосах и балке, притом каждый грузодержатель образован двумя прямоугольными плитами, расположенными взаимно перпендикулярно между собой, соприкасаясь центрами плоскостей, и связанными между собой по центру пиротехническим узлом разделения, установленным в отверстия плит, с обеих сторон от центра плиты скреплены шпильками, при этом верхняя плита смонтирована на балке болтовыми соединениями через посадочные места, выполненные с двух сторон плиты, а нижняя плита посредством болтовых соединений, выполненных с двух сторон, прикреплена к грузу, причем в одной из частей балки установлено два жестко закрепленных грузодержателя, а в другой части балки - один, с возможностью перемещения в продольном направлении балки.

Пиротехнический узел в грузодержателе может быть выполнен в виде пирозамка или пироболта.

Стабилизирующий элемент может быть выполнен в виде стабилизирующего парашюта или в виде хвостовой балки со стабилизирующим килем (вертикальным оперением).

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1-9).

На фиг. 1 представлен общий вид внешней подвески вертолета;

на фиг. 2 - вид слева внешней подвески вертолета;

на фиг. 3 - общий вид внешней подвески вертолета в момент сброса крупногабаритного груза;

на фиг. 4 - общий вид предлагаемого грузодержателя;

на фиг. 5 - разрез А-А предлагаемого грузодержателя;

на фиг. 6 - разрез Б-Б предлагаемого грузодержателя;

на фиг. 7 - разрез предлагаемого грузодержателя в момент сброса крупногабаритного груза;

на фиг. 8 - общий вид балки с крупногабаритным грузом;

на фиг. 9 - вид слева балки с крупногабаритным грузом.

Внешняя подвеска вертолета 1 для транспортирования и сброса крупногабаритного груза 10, содержит верхний замок 2, к которому посредством переходных звеньев 18 подсоединены вертлюг-токосъемник 4 и центральный канат 3. В ее состав также входит балка 7 с установленными в ней в местах подвеса груза грузодержателями 8 и электрокабель 17, проложенный из кабины вертолета 1 вдоль центрального каната 3 и вдоль одного из грузовых канатов 6 к упомянутой балке 7. Балка 7 выполнена в виде рамы ферменной пространственной конструкции, например, из алюминиевого сплава АМг6 ГОСТ 21488-97, с выступающими по бокам раскосами 11 в передней ее части (по направлению полета), и стабилизирующим элементом 9, установленном в противоположной ее части. Балка 7 снабжена элементами крепления, например, проушинами 24, которые закреплены на концах раскосов 11 и проушиной 12, закрепленной на балке 7. При этом все элементы крепления 24 и 12 находятся на равноудаленном расстоянии друг от друга.

Причем подвеска 1 содержит три каната грузовых строп 6 равной длины. Одними концами канаты грузовых строп 6 закреплены к скобе 5, установленной на оконечности центрального каната 3, а другими концами - к элементам крепления, например, проушинам 24 на раскосах 11 и проушине 12 на балке 7.

Притом каждый грузодержатель 8 образован двумя прямоугольными плитами 13 и 14, выполненными, например, из стали 30ХГСА-2ГП ГОСТ 4543-2016, расположенными взаимно перпендикулярно между собой, соприкасаясь центрами плоскостей, и связанными между собой по центру пиротехническим узлом разделения 15, установленным в отверстия плит 13 и 14. С обеих сторон от центра пиротехнического узла 15 вдоль балки 7 плиты 13 и 14 стыкуются шпильками 16. При этом верхняя плита 13 смонтирована на балке 7 болтовыми соединениями (болтами 19 и шайбами 20) через посадочные места, выполненные с обеих сторон от центра плиты 13, а нижняя плита 14 посредством болтовых соединений (болтами 19 и шайбами 20), через посадочные места, выполненные с обеих сторон от центра плиты 14, прикреплена к грузу 10. Причем в одной части балки 7 установлено два жестко закрепленных грузодержателя, а в другой части - один, с возможностью перемещения в продольном направлении балки 7.

Пиротехнический узел разделения 15 в грузодержателе 8 может быть выполнен в виде пирозамка или пироболта, в данном случае пиротехнический узел разделения 15 выполнен в виде пирозамка.

Стабилизирующий элемент 9 может быть выполнен в виде стабилизирующего парашюта или в виде хвостовой балки со стабилизирующим килем (вертикальным оперением).

На балке 7 могут быть установлены, например, посадочные опоры 23 для обеспечения посадки балки 7 после сброса крупногабаритного груза 10.

Количество грузодержателей 8 в передней и задней частях балки 7 может варьироваться, в данном случае в передней части балки 7 установлено два грузодержателя, а в задней части - один. Использование трех грузодержателей, и возможность перемещения одного из них вдоль балки, делает сборку крупногабаритного груза с балкой статически определимой, что позволяет точно определить нагрузки, воспринимаемые конструкцией балки и груза, а также исключает силовые воздействия на груз от теплового расширения балки, что происходит при полете на высоте около 5 км.

Для уменьшения массы грузодержателей 8 толщина плит 13 и 14 в местах крепления может быть меньше, чем остальная ее часть.

Геометрические размеры плит 13 и 14 определяются в зависимости от габаритных размеров пиротехнических узлов, размещаемых в посадочных местах плит, и нагрузок, воспринимаемых ими в процессе полета и сброса.

Шпильки 16 необходимы для исключения осевой нагрузки на пиротехнический узел разделения 15 и для направленного сброса крупногабаритного груза 10 с балки 7. Расположение и количество шпилек 16 для сборки грузодержателя 8 и болтов для его монтажа к балке 7 и крупногабаритному грузу 10 должно быть такое, чтобы обеспечивалась наибольшая жесткость соединения. В данном случае, например, на плите 13 имеется два отверстия, расположенные по центру с каждого края плиты, а на плите 14 - четыре отверстия, расположенные по углам плиты.

Если пиротехнический узел разделения 15 в грузодержателе 8 выполнен в виде пироболта, в плиты 13 и 14 могут быть установлены переходные втулки, предназначенные для исключения повреждения плит при его срабатывании, для многократного использования грузодержателей.

При проведении большого количества однотипных сбросов, рационально готовить заранее два комплекта быстрозаменяемых грузодержателей. Это существенно упростит стыковку разделяемых объектов между собой для проведения последующих сбросов и сократит время на проведение этих сбросов.

Для ориентации крупногабаритного груза по направлению полета в состав балки включен стабилизирующий элемент 9, который может быть выполнен в виде стабилизирующего парашюта или стабилизирующего киля (вертикального оперения). В данном случае используется стабилизирующий парашют, который при наборе горизонтальный скорости вертолетом более 50 км/ч, обеспечивает аэродинамическую стабилизацию крупногабаритного груза по набегающему потоку. Стабилизирующим элементом в виде стабилизирующего парашюта также можно регулировать расчетный (требуемый) угол сброса груза. Аналогичный способ аэродинамической стабилизации груза при полете на внешней подвеске вертолета описан в инструкции по транспортированию грузов на внешней подвеске вертолетов (утверждена распоряжением Минтранса России от 08.01.2004 № КР-2-p).

Стабилизирующий элемент в виде хвостовой балки со стабилизирующим килем (вертикальным оперением) может быть использован при транспортировании и сбросе груза с собственной парашютной системой, для исключения запутывания строп парашюта в момент раскрытия.

Ферменная пространственная конструкция балки сводит к минимуму воздействия на балку от ветровых потоков. Также ферменная конструкция балки существенно снижает ее массу, что при больших массах груза, позволяет вертолету набирать требуемую высоту и скорость в полете.

Применение трех канатов грузовых строп, закрепленных на передних раскосах балки и противоположной ее части, расположенных на равноудаленном расстоянии друг от друга, увеличивает стабильность сборки груза с балкой в полете, а также позволяет точно определить воспринимаемые нагрузки на конструкцию балки.

При подаче команды на сброс крупногабаритного груза 10, которая подается из кабины вертолета 1 по электрическому кабелю 17, проложенному по канатам 3 и 6 внешней подвески и балке 7, происходит одновременное срабатывание пиротехнических узлов 15, установленных во всех грузодержателях 8, и отделение плит 13 и 14 друг от друга под действием силы тяжести груза 10, что исключает силовые возмущения на крупногабаритный груз в процессе разделения и предотвращает закрутку груза 10.

Также одновременное срабатывание пиротехнических узлов в грузодержателях исключает столкновение крупногабаритного груза с балкой, а большая длина центрального каната, до 40 м, и большая длина трех канатов грузовых строп, до 15 м, исключает сближение балки с вертолетом после отделения груза.

Внешняя подвеска вертолета 1 для транспортирования и сброса крупногабаритного груза 10 работает следующим образом.

Перед полетом крупногабаритный груз 10 устанавливают на опорную поверхность на вертолетной площадке. Затем на груз 10 устанавливают балку 7 со стабилизирующим парашютом 9 и установленными на ней грузодержателями 8, используя болтовое соединение (болты 19, например, по ГОСТ 7798-70 и шайбы пружинные 20, например, по ГОСТ 6402-70).

Далее монтируют три каната грузовых строп 6, которые при помощи крюков-карабинов (на фиг. не показаны) одними концами закрепляют к скобе 5, установленной на оконечности центрального каната 3, а другими - два каната грузовых строп 6 прикрепляют к элементам крепления, например, проушинам 24 закрепленным на концах раскосов 11, а один канат грузовых строп 6 - к элементу крепления, например, проушине 12 закрепленной на балке 7, при этом все проушины 24 и 12 находятся на равноудаленном расстоянии друг от друга.

Далее к верхнему замку 2 вертолета 1 посредством переходных звеньев 18 подсоединяют центральный канат 3 и вертлюг-токосъемник 4.

Центральный канат 3 и канаты грузовых строп 6 могут быть выполнены, например, по ГОСТ 3088-80.

После взлета вертолета 1 и набора скорости более 50 км/ч, внешняя подвеска отклоняется, а груз 10 устанавливается на расчетный угол. При достижении запланированной высоты и скорости производят сброс груза 10, посылая сигнал из кабины вертолета 1 от пульта управления пиротехническими средствами по электрическому кабелю 17, проложенному по канатам 3 и 6 к балке 7 на пиротехнические узлы 15 в грузодержателях 8. Происходит срабатывание пирозамков 15 и разделение плит 13 и 14 грузодержателей 8. При этом плиты 13 остаются на балке 7, а плиты 14 остаются в полете на грузе 10. Груз 10 переходит в свободный полет в расчетном положении. Вертолет 1 возвращается на место взлета с балкой 7 и производит ее посадку, например, на посадочные опоры 23.

Затем плиты 13 и 14 демонтируют соответственно с балки 7 и груза 10 и отправляют на сборку. При сборке плит 13 и 14 используют новый пиротехнический узел 15. Для проведения следующего сброса, сборку балки 7 и груза 10 производят с новыми грузодержателями 8, которые в последующем будут заменены на заранее собранные предыдущие грузодержатели.

Таким образом достигается стабильность положения крупногабаритного груза в пространстве в процессе полета, устранение момента силы относительно центра масс груза и исключение силовых воздействий на груз в процессе сброса, сокращение времени и упрощение сборки груза с подвеской и отделение груза под расчетным углом.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам внешней подвески грузов к вертолетам. Внешняя подвеска вертолета для транспортирования и сброса крупногабаритного груза содержит верхний замок, к которому посредством переходных звеньев подсоединены вертлюг-токосъемник и центральный канат, балку с установленными в ней грузодержателями и электрокабель, проложенный из кабины вертолета вдоль каната к упомянутой балке. Балка выполнена в виде рамы ферменной пространственной конструкции с выступающими по бокам раскосами в передней части балки и стабилизирующим элементом. Балка снабжена элементами крепления на концах раскосов и на балке, расположенными на равноудаленном расстоянии друг от друга. Каждый грузодержатель образован двумя прямоугольными плитами, расположенными взаимно перпендикулярно между собой, соприкасаясь центрами плоскостей, и связанными между собой по центру пиротехническим узлом разделения, установленным в отверстия плит. Обеспечивается стабильность положения крупногабаритного груза в процессе полета, устранение момента силы относительно центра масс груза и исключение силовых воздействий на груз в процессе сброса. 4 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Внешняя подвеска вертолета для транспортирования и сброса крупногабаритного груза, содержащая верхний замок, к которому посредством переходных звеньев подсоединены вертлюг-токосъемник и центральный канат, балку с установленными в ней в местах подвеса груза грузодержателями и электрокабель, проложенный из кабины вертолета вдоль каната к упомянутой балке, отличающаяся тем, что балка выполнена в виде рамы ферменной пространственной конструкции с выступающими по бокам раскосами в передней части балки и стабилизирующим элементом, установленным в противоположной ее части, при этом балка снабжена элементами крепления на концах раскосов и на балке, расположенными на равноудаленном расстоянии друг от друга, причем в подвеску введены канаты грузовых строп равной длины, одними концами закрепленные к скобе, установленной на оконечности центрального каната, а другими концами - к элементам крепления на раскосах и балке, притом каждый грузодержатель образован двумя прямоугольными плитами, расположенными взаимно перпендикулярно между собой, соприкасаясь центрами плоскостей, и связанными между собой по центру пиротехническим узлом разделения, установленным в отверстия плит, с обеих сторон от центра плиты состыкованы шпильками, верхняя плита смонтирована на балке болтовыми соединениями через посадочные места, выполненные с обеих сторон от центра плиты, а нижняя плита посредством болтовых соединений, выполненных с двух сторон от центра плиты, прикреплена к грузу, причем в одной части балки установлено два жестко закрепленных грузодержателя, а в другой части - один, с возможностью перемещения в продольном направлении балки.

2. Внешняя подвеска вертолета по п. 1, отличающаяся тем, что пиротехнический узел в грузодержателе выполнен в виде пирозамка.

3. Внешняя подвеска вертолета по п. 1, отличающаяся тем, что пиротехнический узел в грузодержателе выполнен в виде пироболта.

4. Внешняя подвеска вертолета по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что стабилизирующий элемент выполнен в виде стабилизирующего парашюта.

5. Внешняя подвеска вертолета по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что стабилизирующий элемент выполнен в виде хвостовой балки со стабилизирующим килем.