RU229097U1 - Скоростной вертолёт с дисковым крылом - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области авиастроения, а именно к пилотируемым и беспилотным летательным аппаратам вертикального взлёта и посадки. Самыми скоростными летательными аппаратами с вертикальным взлётом и посадкой являются конвертопланы, например, Bell V-22 Osprey - 500 км/ч, V-228 Valor - 556 км/ч и AW609 фирмы «AgustWestland» - 563 км/ч. Вертолёты в классическом исполнении похвастаться такой скоростью не могут в силу аэродинамических свойств несущего винта. Исходя из этого, пришла пора переходить на турбореактивные двигатели. Но здесь есть один существенный минус, который тормозит этот процесс, это большие потери топлива на режимах вертикального взлёта и посадки, а также на режиме висения. Одним из способов уменьшить расход топлива на этих режимах является совместное применение гибридной силовой установки и двух патентов на полезную модель №216906 - дисковое крыло-трансформер и №222337 - модульная силовая установка. Совместное применение этих устройств позволяет решить сразу несколько проблем, связанных с: лобовым сопротивлением подъёмно-тянущих винтов конвертопланов, сложным управлением при их переходе из режимов вертикального полёта в горизонтальный и обратно, а также с аэродинамическими свойствами классических несущих винтов вертолёта.

Description

Полезная модель относится к области авиастроения, а именно к пилотируемым и беспилотным летательным аппаратам вертикального взлета и посадки.

Из существующего уровня техники известно, что максимальная скорость вертолетов в настоящее время составляет 468-487 км/ч. Такой скоростью в горизонтальном полете обладают такие вертолеты, как SIKORSKY Х-2 - 468 км/ч и EUROCOPTER Х-3 - 487 км/ч. Самым быстрым вертолетом российского производства является вертолет КА-50 «Черная акула» - 390 км/ч. Основные ограничения скорости для вертолетной техники связаны с аэродинамическими свойствами несущего винта: во-первых, когда при увеличении горизонтальной скорости полета на кончиках лопастей несущего винта возникает переход через границу давления, так называемый скачок уплотнения и во-вторых, срыв потока на несущем винте. В первом случае происходит разрушение несущего винта, во втором случае вертолет сваливается в пике.

Отдельным видом летательных аппаратов вертикального взлета и посадки являются конвертопланы. Самые скоростные из них: Bell V-22 Osprey - 500 км/ч, V-228 Valor - 556 км/ч и AW609 фирмы «AgustWestland» - 563 км/ч. Основными ограничителями скорости для конвертопланов являются сами несуще-тянущие винты, которые при достижении определенной горизонтальной скорости становятся их тормозом, или по-другому антипарусом. Вторым трудным моментом в создании и управлении конвертопланами является переходный процесс от вертикального полета к горизонтальному и обратно.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является летательный аппарат, описанный в патенте WO 2003035470 А1, 01.05.2003, В64С 27/24. Недостатками данного технического решения являются: во-первых, достаточно большое лобовое сопротивление дискового крыла в силу своей сложной составной конструкции, во-вторых, сложный механизм управления шагом лопастей при использовании соосной схемы воздушных винтов, в-третьих, ограниченная маневренность летательного аппарата, так как двигатели, расположенные по бокам фюзеляжа механически связаны с несущими валами поворотных систем и, как результат, отсутствует возможность, описанного в патенте летательного аппарата, перемещения боком без применения автомата перекоса, о котором в патенте ничего не упоминается.

Задачей, на решение которой направлена заявленная полезная модель, является создание скоростного вертолета с наименьшим лобовым сопротивлением.

Данная задача решается за счет того, что заявленная полезная модель скоростной вертолет с дисковым крылом, содержащий дугообразный несимметричный в вертикальной проекции фюзеляж, гибридную силовую установку, одноуровневое дисковое крыло-трансформер, приводимое во вращательное движение электродвигателями с внешним ротором на постоянных магнитах, передающих вращение на дисковое крыло-трансформер через объединительную шестерню посредством центробежных сцеплений, соединенное с фюзеляжем посредством карданного подвеса, хвостовое оперение с рулевым винтом, маршевый турбореактивный двигатель, расположенный сзади фюзеляжа по центру в горизонтальной проекции, два маневровых турбореактивных двигателя, расположенных на пилонах по бокам фюзеляжа с возможностью поворота перпендикулярно оси пилонов и параллельно фюзеляжу вертолета в вертикальной проекции, причем все турбореактивные двигатели являются частью гибридной силовой установки и приводят в работу стартер-генераторы, которые вырабатывают электроэнергию для электродвигателей, приводящих в движение дисковое крыло-трансформер.

Является предпочтительным, что все турбореактивные двигатели имеют сопла с изменяемым вектором тяги.

Является предпочтительным, что момент вращения от электродвигателей на дисковое крыло-трансформер передается через объединительную шестерню посредством обгонных муфт.

Является предпочтительным, что хвостовое оперение имеет рулевой винт, интегрированный в кольцо типа импеллер на основе Т-образного редуктора.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является то, что использование маневровых турбореактивных двигателей, расположенных на пилонах по бокам фюзеляжа с возможностью поворота перпендикулярно оси пилонов и параллельно фюзеляжу вертолета в вертикальной проекции, создают дополнительную тягу при вертикальном взлете и посадке, что позволяет уменьшить диаметр дискового крыла-трансформера и, как следствие, уменьшить лобовое сопротивление и, как следствие, повысить горизонтальную скорость полета.

Сущность полезной модели поясняется эскизами, на которых изображено:

На фиг. 1 - Компоновка основных узлов скоростного вертолета с дисковым крылом-трансформером;

На фиг. 2 - Положение лопастей дискового крыла-трансформера и маневровых турбореактивных двигателей при горизонтальном полете;

На фиг. 3 - Положение лопастей дискового крыла-трансформера и маневровых турбореактивных двигателей на режимах взлета, посадки и висении.

Скоростной вертолет с дисковым крылом-трансформером, далее ДКТ, состоит из: дискового крыла-трансформера патент №216906 1 (фиг. 1, 2), дугообразного несимметричного в вертикальной проекции фюзеляжа 2 (фиг. 1, 2), маршевого турбореактивного двигателя с изменяемым вектором тяги 3 (фиг. 1, 2), стартер-генератора маршевого двигателя 4 (фиг. 1), двух маневровых турбореактивных двигателей с изменяемым вектором тяги 5 (фиг. 1, 2), стартер-генераторов турбореактивных двигателей 6 (фиг. 1), двух независимых механизмов поворота маневровых двигателей 7 (фиг. 1), электродвигателей с внешним ротором на постоянных магнитах 8 (фиг. 1).

Функционирует скоростной вертолет с ДКТ следующим образом.

В режиме вертикального взлета и посадки маневровые двигатели 5 (фиг. 1, 2) переводятся механизмами поворота маневровых двигателей 7 (фиг. 1) в вертикальное положение, лопасти ДКТ после раскрутки устанавливаются с положительным шагом по направлению вращения ДКТ (фиг. 3). Вращение ДКТ происходит за счет электродвигателей 8 (фиг. 1), которые передают крутящий момент через центробежные сцепления или обгонные муфты на общую объединительную шестерню несущего вала ДКТ. Питание ЭД осуществляется от стартер-генераторов маневровых двигателей 6 (фиг. 1) и, при необходимости, стартер-генератора маршевого турбореактивного двигателя. Общая вертикальная тяга складывается из положительной подъемной силы, создаваемой ДКТ и вертикальным вектором тяги маневровых двигателей. Вращение вокруг оси несущего вала в режиме висения или вертикального перемещения скоростного вертолета осуществляется либо управляемыми соплами, либо отклонением маневровых двигателей от вертикальной оси в разные стороны относительно фюзеляжа вертолета. В случае применения в хвостовом оперении рулевого винта, скорость разворота вокруг своей оси возрастает.

В горизонтальный полет скоростной вертолет переходит путем перевода маневровых двигателей 5 (фиг. 1, 2) в горизонтальное положение и последующим запуском маршевого двигателя 3 (фиг. 1, 2) для достижения крейсерской скорости. После достижения крейсерской скорости полета ЭД отключаются, а лопасти ДКТ переводятся в нейтральное положение, при этом несущий вал ДКТ может отклоняться по необходимости от вертикали в сторону маршевого двигателя, ставя ДКТ под углом к набегающему потоку, а лопасти ДКТ ставятся с некоторым отрицательным углом, что приводит ДКТ во вращательное движение набегающим потоком, при этом увеличивая подъемную силу по принципу гироплана, а также убирая при этом вихревые процессы из пограничного слоя, возникающие над ДКТ, вследствие перетекания воздуха с нижней плоскости на верхнюю по поверхности лопастей. Управление горизонтальным полетом производится за счет изменения вектора тяги маневровых и маршевого турбореактивных двигателей, а также хвостового оперения.

Гибридная силовая установка позволяет поместить корпус несущего вала ДКТ в карданный подвес и сделать центральную ось ДКТ подвижной и, в свою очередь, позволяет скоростному вертолету перемещаться на малых скоростях как боком, так и под любым другим углом в горизонтальной плоскости. При этом центр тяжести вертолета не меняется вследствие того, что объединительная шестерня и весь привод на основе электродвигателей находится с противоположной стороны карданного подвеса по центральной оси ДКТ, а центр тяжести ДКТ по центральной оси совпадает с центром карданного подвеса.

Применение нескольких электродвигателей одновременно обеспечивает повышенную отказоустойчивость, как и применение трех стартер-генераторов. Так, при выходе из строя одного из 10 используемых электродвигателей, как пример, потеря мощности составит 10% от всей мощности силовой установки, и так далее.

Дугообразный, несимметричный в вертикальной проекции фюзеляж в паре с работой маршевого двигателя создадут вокруг корпуса ламинарный поток, так как неизбежная турбулентность, возникающая вследствие прохождения максимальных точек кривизны корпуса, будет спрямляться за счет всасывания воздуха в воздухозаборник маршевого двигателя.

Claims (4)

1. Скоростной вертолёт с дисковым крылом, содержащий дугообразный несимметричный в вертикальной проекции фюзеляж, гибридную силовую установку, одноуровневое дисковое крыло-трансформер, приводимое во вращательное движение электродвигателями с внешним ротором на постоянных магнитах, передающих вращение на дисковое крыло-трансформер через объединительную шестерню посредством центробежных сцеплений, соединённое с фюзеляжем посредством карданного подвеса, хвостовое оперение с рулевым винтом, маршевый турбореактивный двигатель, расположенный сзади фюзеляжа по центру в горизонтальной проекции, два маневровых турбореактивных двигателя, расположенных на пилонах по бокам фюзеляжа с возможностью поворота перпендикулярно оси пилонов и параллельно фюзеляжу вертолёта в вертикальной проекции, причём все турбореактивные двигатели являются частью гибридной силовой установки и приводят в работу стартер-генераторы, которые вырабатывают электроэнергию для электродвигателей, приводящих в движение дисковое крыло-трансформер.

2. Скоростной вертолёт с дисковым крылом по п.1, отличающийся тем, что все турбореактивные двигатели имеют сопла с изменяемым вектором тяги.

3. Скоростной вертолёт с дисковым крылом по п.1, отличающийся тем, что момент вращения от электродвигателей на дисковое крыло-трансформер передаётся через объединительную шестерню посредством обгонных муфт.

4. Скоростной вертолёт с дисковым крылом по п.1, отличающийся тем, что хвостовое оперение имеет рулевой винт, интегрированный в кольцо типа импеллер на основе Т-образного редуктора.