RU2573698C2 - High-speed rotorcraft - Google Patents
High-speed rotorcraft Download PDFInfo
- Publication number
- RU2573698C2 RU2573698C2 RU2014119525/11A RU2014119525A RU2573698C2 RU 2573698 C2 RU2573698 C2 RU 2573698C2 RU 2014119525/11 A RU2014119525/11 A RU 2014119525/11A RU 2014119525 A RU2014119525 A RU 2014119525A RU 2573698 C2 RU2573698 C2 RU 2573698C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rotor
- wing
- helicopter
- aircraft
- take
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Toys (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области авиации, в частности к вертолетостроению, и направлено на создание вертоплана - винтокрылого летательного аппарата с авторотирующим преобразуемым в крыло несущим винтом, взлетом-посадкой без разбега-пробега, увеличенными величинами крейсерской скорости, аэродинамического качества и дальности полета по сравнению с вертолетом, винтокрылом и известным винтокрылым летательным аппаратом [1].The present invention relates to the field of aviation, in particular to helicopter engineering, and is aimed at creating a helicopter planes - a rotorcraft with an autorotating rotor, take-off and landing without take-off run, increased cruising speed, aerodynamic quality and flight range compared to helicopter, rotorcraft and a known rotorcraft [1].
По совокупности отличительных признаков наиболее близким является техническое решение винтокрылого летательного аппарата с авторотирующим несущим винтом и крылом [1].In terms of the set of distinguishing features, the closest is the technical solution of a rotorcraft with an autorotating rotor and wing [1].
В известном техническом решении винтокрылый летательный аппарат имеет авторотирующий несущий винт и крыло, турбовинтовые двигатели с реверсивными воздушными винтами изменяемого шага, фюзеляж, хвостовое оперение самолетного типа и вертолетно-самолетную систему управления. Несущий винт предназначен для обеспечения взлета-посадки без разбега-пробега, а крыло предназначено для осуществления максимальной разгрузки несущего винта на больших скоростях полета.In a known technical solution, a rotary-wing aircraft has an autorotating rotor and a wing, turboprop engines with variable pitch propellers, a fuselage, an aircraft tail unit and a helicopter-aircraft control system. The main rotor is designed to provide take-off and landing without an take-off run, and the wing is designed to provide maximum unloading of the main rotor at high flight speeds.
При этом вращающийся несущий винт на крейсерской скорости полета имеет существенно меньшее аэродинамическое качество по сравнению с аэродинамическим качеством крыла. Кроме того, для вращения несущего винта требуются нерациональная затрата энергии набегающего потока воздуха и мощности двигателей. Вследствие этого аэродинамическое качество данной системы с вращающимся несущим винтом оказывается меньше чем аэродинамическое качество крыла.At the same time, a rotating rotor at a cruising flight speed has a significantly lower aerodynamic quality compared to the aerodynamic quality of the wing. In addition, the rotation of the rotor requires the irrational expenditure of energy of the incoming air flow and engine power. As a result of this, the aerodynamic quality of this rotary rotor system is less than the aerodynamic quality of the wing.
Следовательно, для получения максимума аэродинамического качества этой системы необходимо вращение несущего винта в полете остановить, преобразовав его в крыло с минимальным значением углов установки лопастей для минимизации создаваемой ими подъемной силы и их аэродинамического сопротивления. Наиболее приемлемым для осуществления такого преобразования является авторотирующий несущий винт с жестким креплением лопастей к втулке.Therefore, to obtain the maximum aerodynamic quality of this system, it is necessary to stop the rotation of the rotor in flight, converting it into a wing with a minimum value of the angles of installation of the blades to minimize the lifting force and aerodynamic drag created by them. The most suitable for the implementation of such a conversion is an autorotating rotor with a rigid attachment of the blades to the sleeve.
Известно [2], что мощность двигателей на единицу взлетного веса вертикально взлетающих летательных аппаратов составляет: для вертолетов 0,25…0.3 л.с./кгс, для реактивных самолетов 3…4 л.с./кгс (эквивалентная мощность). Следовательно, альтернатива несущему винту в части минимума затрат мощности двигателей на единицу взлетного веса летательного аппарата вертикального взлета-посадки не существует.It is known [2] that the engine power per unit of take-off weight of vertically take-off aircraft is: for helicopters 0.25 ... 0.3 hp / kgf, for
Поэтому для вертоплана целесообразно воспользоваться положительным эффектом, который может дать комбинация несущий винт - подъемно-маршевые двигатели для повышения его взлетно-посадочных характеристик по сравнению с известным винтокрылым летательным аппаратом [1]. Для этого турбовинтовые двигатели с тянущими винтами изменяемого шага необходимо заменить турбовентиляторными двигателями, оснащенными реверсивно-девиаторными устройствами [3].Therefore, for a helicopter it is advisable to take advantage of the positive effect that a combination of a rotor - lift-propulsion engines can give to increase its take-off and landing characteristics compared to the known rotary-wing aircraft [1]. For this, turboprop engines with variable pitch traction screws must be replaced by turbofan engines equipped with reversible-deviator devices [3].
Реверсивные устройства турбовентиляторных двигателей применяются для торможения аппарата и уменьшения его посадочной скорости, подобно реверсу винтов изменяемого шага турбовинтовых двигателей на известном винтокрылом летательном аппарате. Девиаторы - поворотные сопла турбовентиляторных двигателей используют для их отклонения в сторону поверхности площадки на заданный угол на взлете-посадке с целью создания вертикальной составляющей тяги, дополняющей тягу несущего винта.Reversible devices of turbofan engines are used to brake the device and reduce its landing speed, similar to reversing the propellers of a variable pitch of turboprop engines on a well-known rotorcraft. Deviators - rotary nozzles of turbofan engines are used to deflect them to the surface of the platform at a given angle on take-off and landing in order to create a vertical component of the thrust that complements the thrust of the rotor.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание вертоплана с авторотрующим преобразуемым в крыло (двух, трех, четырехлопастным) несущим винтом для минимизации аэродинамического сопротивления системы несущий винт-крыло с целью достижения более высоких значений крейсерской скорости, аэродинамического качества и дальности полета по сравнению с вертолетом, винтокрылом и известным винтокрылым летательным аппаратом [1]. Кроме того, вертоплан по сравнению с этим винтокрылым летательным аппаратом должен иметь более высокие взлетно-посадочные характеристики.The task to which the proposed technical solution is directed is to create a helicopter with an autorun convertible into a wing (two, three, four-bladed) rotor to minimize the aerodynamic drag of the rotor-wing system in order to achieve higher values of cruising speed, aerodynamic quality and flight range in comparison with a helicopter, rotorcraft and a known rotorcraft [1]. In addition, a helicopter in comparison with this rotary-wing aircraft should have higher takeoff and landing characteristics.
Технический результат обеспечивается тем, что в известном винтокрылом летательном аппарате, содержащем авторотирующий несущий винт, турбовинтовые двигатели с воздушными реверсивными винтами изменяемого шага, крыло, фюзеляж, хвостовое оперение самолетного типа, самолетно-вертолетную систему управления, авторотирующий несущий винт с жестким креплением лопастей выполнен преобразуемым в крыло, двигатели турбовентиляторного типа выполнены с реверсивно-девиаторными устройствами.The technical result is ensured by the fact that in a known rotary-wing aircraft containing an autorotating rotor, turboprop engines with variable speed propellers, a wing, a fuselage, an airplane type tail, an airplane-helicopter control system, an autorotating rotor with a rigid mount of the blades are made convertible in the wing, turbofan engines are made with reversible-deviator devices.
Техническое решение изобретения поясняется чертежом фиг. 1. На фиг. 1 схематично изображен вертоплан в полете с вращающимся трехлопастным (для примера) несущим винтом. Вертоплан содержит авторотирующий несущий винт с жестким креплением лопастей 1, крыло 2, турбовентиляторные двигатели 3, фюзеляж 4, хвостовое оперение 5. На фиг. 2 вертоплан представлен в полете с преобразованным в крыло несущим винтом.The technical solution of the invention is illustrated by the drawing of FIG. 1. In FIG. 1 schematically shows a helicopter in flight with a rotating three-blade (for example) rotor. The hovercraft contains an autorotating rotor with rigid fastening of the
Полет вертоплана осуществляется следующим образом.The flight of a helicopter is as follows.
Перед взлетом вертоплана без разбега, как и на известном винтокрылом летательном аппарате, на старте осуществляют раскрутку аторотирующего несущего винта 1 до заданной частоты вращения с целью приобретения им необходимого запаса кинетической энергии.Before take-off of the helicopter without take-off, as on the well-known rotorcraft, at the start they carry out the spin-up of the
После этого с использованием известной системы управления увеличением общего шага и тяги несущего винта 1 выполняют вертикальный подъем аппарата до отрыва колес шасси от поверхности площадки. Затем, практически одновременно, переводят рычаги управления турбовентиляторными двигателями (РУД) во взлетное положение и производят разгон аппарата до достижения заданных значений скорости и высоты на взлете.After that, using the known control system for increasing the total pitch and the thrust of the
Все рекомендации по реализации данного способа взлета [4] применимы в полном объеме в том случае, если препятствия в направлении взлета не превышают по высоте нормированных величин. При наличии более высоких препятствий одновременно с переводом РУД во взлетное положение отклоняют поворотные сопла турбовентиляторных двигателей 3 в сторону взлетной площадки на заданный угол с целью создания вертикальной составляющей тяги, дополняющей тягу несущего винта для реализации более крутой траектории движения вертоплана на взлете, сопоставимой с траекторией движения вертолета.All recommendations for the implementation of this take-off method [4] are applicable in full if obstacles in the take-off direction do not exceed the normalized values in height. If there are higher obstacles, while turning the throttle to the take-off position, the rotary nozzles of the
В горизонтальном полете с ростом скорости подъемная сила крыла 2 увеличивается, разгружая несущий винт. На заданной скорости осуществляют уменьшение частоты вращения несущего винта 1 вплоть до его полной остановки. Для этого устанавливают такой общий шаг несущего винта, при котором углы притекания воздушного потока к сечениям наступающих лопастей и проекции их аэродинамических сил на направление движения минимальны.In horizontal flight, with increasing speed, the lift of the
При достижении несущим винтом 1 минимальной частоты вращения и заданного азимутального положения его лопастей включают тормоз несущего винта для его окончательного торможения и фиксации. Данный тормоз используется также для остановки вращения несущего винта и его фиксации на стоянке после завершения полета. Известные конструкции таких тормозов и системы их управлением для остановки вращения несущего винта и его фиксации на стоянке после завершения полета нашли применение, например, на серийно выпускаемых вертолетах.When the
В результате данного преобразования две лопасти трехлопастного несущего винта 1, расположенные впереди его оси вращения симметрично относительно продольной оси фюзеляжа, становятся консолями крыла стреловидного типа. Третья лопасть несущего винта располагается сзади оси его вращения над фюзеляжем. После этого общим шагом устанавливают заданные значениями углов установки лопастей для минимизации создаваемой ими подъемной силы и их аэродинамического сопротивления на больших скоростях полета.As a result of this transformation, two blades of a three-bladed
Известно, что аэродинамическое профильное сопротивление крыла состоит из сопротивления трения и формы (давления) [5]. Отличительная особенность стреловидного крыла вертоплана заключается в том, что левая лопасть остановленного несущего винта обтекается потока воздуха спереди, а правая лопасть - сзади.It is known that the aerodynamic profile drag of a wing consists of friction drag and shape (pressure) [5]. A distinctive feature of the swept wing of a helicopter is that the left blade of the stopped main rotor flows around the air flow in front and the right blade in the back.
На скоростях воздушного потока воздуха с числом Маха не более 0,7 сопротивление трения профилей лопастей - консолей крыла будет одинаковым. Сопротивление форы профилей левой лопасти из-за различного направления набегающего потока воздуха окажется несколько отличным от сопротивления формы профилей правой лопасти. Однако сопротивление формы профилей с небольшой относительной толщиной существенно меньше сопротивления трения этих профилей.At air flow rates with a Mach number of not more than 0.7, the friction resistance of the profiles of the blades - wing consoles will be the same. The resistance of the handicap profiles of the left blade due to the different direction of the incoming air flow will be slightly different from the shape resistance of the profiles of the right blade. However, the shape resistance of profiles with a small relative thickness is significantly less than the friction resistance of these profiles.
Следовательно, аэродинамическое профильное сопротивление левой и правой лопасти остановленного несущего винта в полете будет практически одинаковым. Именно это позволяет отказаться от сложного способа поворота правой лопасти на 180° в процессе торможения несущего винта для достижения ее полной идентичности с левой лопастью по отношению к набегающему потоку воздуха.Therefore, the aerodynamic profile resistance of the left and right blades of a stopped rotor in flight will be almost the same. This is what allows us to abandon the complicated method of turning the right blade 180 ° during braking of the rotor in order to achieve its full identity with the left blade with respect to the incoming air flow.
Все это в совокупности позволяет реализовать на вертоплане более высокие значения крейсерской скорости, аэродинамического качества и дальности полета по сравнению с вертолетом, винтокрылом и известным винтокрылым летательным аппаратом [1].All this together allows you to realize higher values of cruising speed, aerodynamic quality and flight range on a helicopter compared with a helicopter, rotorcraft and a known rotorcraft [1].
Перед заходом вертоплана на посадку в горизонтальном полете на заданной скорости тормоз несущего винта выключают, устанавливают необходимый общий шаг для осуществления раскрутки несущего винта набегающим потоком воздуха до требуемой частоты вращения. С целью ускоренной раскрутки несущего винта, в случае необходимости, используют систему его раскрутки на старте перед взлетом.Before entering the helicopter landing in horizontal flight at a given speed, the rotor brake is turned off, the necessary general step is set for the rotor to spin up by the incoming air flow to the required speed. In order to accelerate the promotion of the rotor, if necessary, use the system of its promotion at the start before takeoff.
Для выполнения посадки вертоплана без пробега на глиссаде планирования устанавливают заданную скорость, заданную величину общего шага авторотирующего несущего винта 1 с целью обеспечения максимально возможной частоты его вращения и необходимого запаса кинетической энергии. Затем на заданной высоте относительно поверхности посадочной площадки включают реверсивные устройства турбовентиляторных двигателей 3 для торможения аппарата и уменьшения посадочной скорости. После этого перед окончанием торможения увеличивают общий шаг и тягу несущего винта 1 для уменьшения скорости приземления аппарата вплоть до нулевого значения к моменту касания колес шасси поверхности площадки.To perform a helicopter landing without mileage, a predetermined speed, a predetermined total pitch of the
Все рекомендации по реализации данного способа посадки [6] приемлемы на вертоплане в полном объеме. В случае необходимости выполнения посадки на площадку ограниченных размеров, после окончания торможения аппарата и выключения реверсивных устройств турбовентиляторных двигателей 3 отклоняют поворотные сопла двигателей в сторону поверхности площадки на заданный угол для создания вертикальной составляющей тяги в дополнение к тяге несущего винта 1. Это позволяет осуществить кратковременное зависание вертоплана перед приземлением подобно вертолету.All recommendations for the implementation of this landing method [6] are acceptable on a helicopter in full. If it is necessary to land on a site of limited size, after braking the device and turning off the reversing devices of the
Проведенный заявителем анализ уровня техники показал, что совокупность существенных признаков заявленного технического решения является новой и промышленно приемлемой для достижения указанного технического результата и соответствует условию патентоспособности изобретения.The analysis of the prior art by the applicant showed that the set of essential features of the claimed technical solution is new and industrially acceptable to achieve the specified technical result and meets the patentability condition of the invention.
Источники информацииInformation sources
1. Патент RU 130951 U1, МПК В64С 27/22, опубл. 10.08.2013 г.1. Patent RU 130951 U1, IPC ВСС 27/22, publ. 08/10/2013
2. Миль М.Л., Некрасов А.В. и др. Вертолеты. Расчет и проектирование. Аэродинамика. Издательство «Машиностроение», Москва, 1966 г. (стр. 26).2. Mil M.L., Nekrasov A.V. and other helicopters. Calculation and design. Aerodynamics. Publishing House "Engineering", Moscow, 1966 (p. 26).
3. Максимов Η.Α., Секистов Β.Α. «Двигатели самолетов и вертолетов», военное издательство министерства обороны СССР, Москва, 1977 г. (стр. 197-202).3. Maksimov Η.Α., Sekistov Β.Α. “Aircraft and Helicopter Engines,” Military Publishing House of the USSR Ministry of Defense, Moscow, 1977 (p. 197-202).
4. Патент RU 2514012 C1, МПК В64С 27/02, опубл. 25.02.2014 г.4. Patent RU 2514012 C1, IPC ВСС 27/02, publ. 02/25/2014
5. Свищев Г.П. Авиация, энциклопедия. Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», ЦАГИ, Москва, 1994 г. (стр. 527, 528).5. Svishchev G.P. Aviation, encyclopedia. Scientific publishing house "Big Russian Encyclopedia", TsAGI, Moscow, 1994 (p. 527, 528).
6. Патент RU 2506203 C1, МПК В64С 27/02, опубл. 10.02.2014 г.6. Patent RU 2506203 C1, IPC ВСС 27/02, publ. 02/10/2014
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014119525/11A RU2573698C2 (en) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | High-speed rotorcraft |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014119525/11A RU2573698C2 (en) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | High-speed rotorcraft |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014119525A RU2014119525A (en) | 2015-11-20 |
| RU2573698C2 true RU2573698C2 (en) | 2016-01-27 |
Family
ID=54553042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014119525/11A RU2573698C2 (en) | 2014-05-15 | 2014-05-15 | High-speed rotorcraft |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2573698C2 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2629475C1 (en) * | 2016-03-15 | 2017-08-29 | Дмитрий Сергеевич Дуров | High-speed turbofan combined helicopter |
| RU2653953C1 (en) * | 2017-06-01 | 2018-05-15 | Дмитрий Сергеевич Дуров | Unmanned high-speed helicopter-airplane |
| RU2701076C1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-09-24 | Николай Борисович Болотин | Helicopter |
| RU2708775C1 (en) * | 2018-12-17 | 2019-12-11 | Николай Борисович Болотин | Helicopter |
| RU2714090C1 (en) * | 2018-12-17 | 2020-02-11 | Николай Борисович Болотин | Rotorcraft |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6471158B1 (en) * | 1999-07-15 | 2002-10-29 | Robert P. Davis | Vertical take-off and landing vehicle configured as a compound autogyro |
| RU2369525C2 (en) * | 2008-01-15 | 2009-10-10 | Андрей Леонидович Шпади | Convertiplane |
| RU2500578C1 (en) * | 2012-07-02 | 2013-12-10 | Сергей Николаевич ПАВЛОВ | Rotary-wing aircraft |
-
2014
- 2014-05-15 RU RU2014119525/11A patent/RU2573698C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6471158B1 (en) * | 1999-07-15 | 2002-10-29 | Robert P. Davis | Vertical take-off and landing vehicle configured as a compound autogyro |
| RU2369525C2 (en) * | 2008-01-15 | 2009-10-10 | Андрей Леонидович Шпади | Convertiplane |
| RU2500578C1 (en) * | 2012-07-02 | 2013-12-10 | Сергей Николаевич ПАВЛОВ | Rotary-wing aircraft |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2629475C1 (en) * | 2016-03-15 | 2017-08-29 | Дмитрий Сергеевич Дуров | High-speed turbofan combined helicopter |
| RU2653953C1 (en) * | 2017-06-01 | 2018-05-15 | Дмитрий Сергеевич Дуров | Unmanned high-speed helicopter-airplane |
| RU2701076C1 (en) * | 2018-12-10 | 2019-09-24 | Николай Борисович Болотин | Helicopter |
| RU2708775C1 (en) * | 2018-12-17 | 2019-12-11 | Николай Борисович Болотин | Helicopter |
| RU2714090C1 (en) * | 2018-12-17 | 2020-02-11 | Николай Борисович Болотин | Rotorcraft |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014119525A (en) | 2015-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110546068B (en) | VTOL aircraft using rotors to simulate rigid wing aerodynamics | |
| US9676479B2 (en) | VTOL aircraft | |
| US8376264B1 (en) | Rotor for a dual mode aircraft | |
| EP2871128B1 (en) | Energy recovery turbine system for an aircraft | |
| Hitchens | Propeller aerodynamics: the history, aerodynamics & operation of aircraft propellers | |
| CN108082466A (en) | A kind of tilting duct connection wing layout vertically taking off and landing flyer | |
| WO2015200345A1 (en) | Five-wing aircraft to permit smooth transitions between vertical and horizontal flight | |
| RU2573698C2 (en) | High-speed rotorcraft | |
| RU2682756C1 (en) | Convertible plane | |
| CN105235892A (en) | Multimodal flight conversion control method for hybrid layout rotary-wing unmanned aerial vehicle | |
| RU2652863C1 (en) | High-speed hybrid helicopter-aircraft | |
| EA202092494A1 (en) | INDIVIDUAL AIRCRAFT WITH VERTICAL TAKE-OFF AND LANDING | |
| US20030168552A1 (en) | Aircraft propulsion system and method | |
| WO2022139623A1 (en) | Swashplate for a multi-rotor aircraft with rigidly mounted blades and operating method thereof | |
| CN202728571U (en) | Private aircraft | |
| US20200354050A1 (en) | Convertiplane | |
| CN108423157B (en) | Two-blade propeller suitable for tilting rotor aircraft | |
| CN103754360B (en) | A kind of flying saucer rotorcraft | |
| US11987349B2 (en) | Rotatable nacelle for centrifugal fan on aircraft | |
| CN106808943A (en) | DCB Specimen close coupled type vertical take-off and landing flying car | |
| RU192967U1 (en) | SHORT TAKEOFF AND LANDING PLANE | |
| RU130951U1 (en) | RUNWING AIRCRAFT WITH AUTOMOTIVE ROLLING SCREW AND WING | |
| US11144070B1 (en) | Short take off and land aircraft | |
| RU183800U1 (en) | ROPE WING BEZRUKOV | |
| RU2497721C2 (en) | Mukhamedov's vtol aircraft with jump landing gear |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190516 |