RU2844721C1 - Method of controlling aerodynamic moments of single-rotor helicopter - Google Patents
Method of controlling aerodynamic moments of single-rotor helicopterInfo
- Publication number
- RU2844721C1 RU2844721C1 RU2024136863A RU2024136863A RU2844721C1 RU 2844721 C1 RU2844721 C1 RU 2844721C1 RU 2024136863 A RU2024136863 A RU 2024136863A RU 2024136863 A RU2024136863 A RU 2024136863A RU 2844721 C1 RU2844721 C1 RU 2844721C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzles
- helicopter
- rotor
- moment
- created
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к способу управления аэродинамическими моментами: тангажа, крена и рыскания, винтокрылого летательного аппарата - вертолета одновинтовой схемы со струйной системой управления.The present invention relates to a method for controlling aerodynamic moments: pitch, roll and yaw, of a rotary-wing aircraft - a single-rotor helicopter with a jet control system.
Из уровня техники известны вертолеты одновинтовой схемы и системы управления такими вертолетами CN 101433766 B, 04.01.2012; IT 1303441 B1, 06.11.2000.The prior art includes single-rotor helicopters and control systems for such helicopters CN 101433766 B, 04.01.2012; IT 1303441 B1, 06.11.2000.
Системы управления вертолетов - сложные механические системы, содержащие большое количество элементов (в том числе - таких сложных, как автоматы перекоса) без которых управление вертолетами традиционных схем невозможно. Элементы систем управления подвержены большим постоянным и переменным нагрузкам, что снижает надежность и ресурс системы и накладывает существенные ограничения на параметры и компоновку лопастей несущих винтов.Helicopter control systems are complex mechanical systems containing a large number of elements (including such complex ones as swashplates) without which control of helicopters of traditional schemes is impossible. Elements of control systems are subject to large constant and variable loads, which reduces the reliability and service life of the system and imposes significant restrictions on the parameters and layout of the rotor blades.
Кроме того, вертолеты традиционных конструктивно-аэродинамических схем с системами управления на основе автоматов перекоса обладают принципиальными недостатками, снижающими управляемость (и соответственно - безопасность полета) на некоторых режимах. Так, например, вертолеты традиционных схем при маневрировании с большими перегрузками могут попадать в так называемый режим «подхвата», на котором управление вертолета по тангажу становится неэффективным, что делает эти режимы небезопасными. Предлагаемое техническое решение позволяет обеспечить управление моментами тангажа и рысканья вертолетов на всех режимах полета, что обеспечивает повышение безопасности полетов.In addition, helicopters with traditional design and aerodynamic configurations with control systems based on swashplates have fundamental shortcomings that reduce controllability (and, accordingly, flight safety) in some modes. For example, helicopters with traditional configurations, when maneuvering with high overloads, can enter the so-called "pickup" mode, in which the helicopter's pitch control becomes ineffective, which makes these modes unsafe. The proposed technical solution allows for control of pitch and yaw moments of helicopters in all flight modes, which increases flight safety.
В данном изобретении предложен альтернативный способ управления вертолетом одновинтовой схемы по тангажу, крену и рысканью с помощью струйной системы управления в разных вариантах исполнения такой системы управления.The present invention proposes an alternative method for controlling a single-rotor helicopter in pitch, roll and yaw using a jet control system in different versions of such a control system.
Известна струйная система путевого управления одновинтового вертолета NOTAR (без хвостового винта), описанная в патенте US 4948068 А, 14.08.1990. Такая система путевого управления одновинтовым вертолетом применяется вместо рулевого винта, обеспечивая компенсацию реактивного момента несущего винта и управление в канале рысканья. Струйная система NOTAR состоит из воздухозаборника, вентилятора, установленного в задней части фюзеляжа, воздушного канала в хвостовой балке, системы воздушных щелевых сопел системы суперциркуляции, расположенных вдоль образующих хвостовой балки, и хвостового сопла изменяемой площади.A jet system of directional control of a single-rotor NOTAR helicopter (without a tail rotor) is known, described in patent US 4948068 A, 14.08.1990. Such a system of directional control of a single-rotor helicopter is used instead of a tail rotor, providing compensation for the reactive moment of the main rotor and control in the yaw channel. The NOTAR jet system consists of an air intake, a fan installed in the rear part of the fuselage, an air duct in the tail boom, a system of air slot nozzles of the supercirculation system located along the generatrices of the tail boom, and a tail nozzle of variable area.
Недостатком такого решения является его одноканальность, то есть невозможность создания с помощью такой системы управляющих моментов крена и тангажа вертолета, что приводит к необходимости использования в системе управления вертолета также и автомата перекоса и других взаимодействующих с ними элементов механической системы управления. The disadvantage of such a solution is its single-channel nature, i.e. the impossibility of creating helicopter roll and pitch control moments using such a system, which leads to the need to use a swash plate and other interacting elements of the mechanical control system in the helicopter control system.
Известна также струйная система управления моментами крена и рысканья самолетов вертикального взлета и посадки Як-36, Як-38, Як-141, AV-8 Harrier, F-35 и др., состоящая их двух воздушных каналов отбора сжатого воздуха от двигателя, расположенных вдоль размаха консолей крыла и двух управляемых реактивных сопел на оконечностях консолей крыла. Управление величинами моментов крена самолета вертикального взлета и посадки осуществляется с помощью дифференциального изменения давления и расхода воздуха через управляемые сопла, направляющие сжатый воздух вниз, а управление величинами моментов рысканья осуществляется за счет отклонения осей управляемых сопел от вертикали на сравнительно небольшие углы (разные по знаку для правого и левого сопла) в плоскостях, примерно параллельных плоскости симметрии самолета.Also known is a jet system for controlling the roll and yaw moments of vertical takeoff and landing aircraft Yak-36, Yak-38, Yak-141, AV-8 Harrier, F-35, etc., consisting of two air ducts for compressed air extraction from the engine, located along the span of the wing consoles and two controlled jet nozzles at the ends of the wing consoles. Control of the roll moments of a vertical takeoff and landing aircraft is carried out by differentially changing the pressure and air flow through controlled nozzles directing compressed air downwards, and control of the yaw moments is carried out by deflecting the axes of the controlled nozzles from the vertical by relatively small angles (different in sign for the right and left nozzles) in planes approximately parallel to the plane of symmetry of the aircraft.
Такая струйная система также не решает задачу управления моментами тангажа, крена и рыскания без использования автоматов перекоса в механической системе управления вертолета одновинтовой схемы.Such a jet system also does not solve the problem of controlling pitch, roll and yaw moments without using swashplates in the mechanical control system of a single-rotor helicopter.
Задачей, на которую направлено предлагаемое техническое решение, является разработка способа управления моментами тангажа, крена и рысканья вертолетов одновинтовой схемы с использованием конструкции без автоматов перекоса и других, взаимодействующих с ними элементов.The task, which the proposed technical solution is aimed at, is to develop a method for controlling pitch, roll and yaw moments of single-rotor helicopters using a design without swashplates and other elements interacting with them.
Техническим результатом является упрощение и удешевление винтовой системы, повышение ее надежности, безотказности и ресурса.The technical result is a simplification and reduction in the cost of the screw system, an increase in its reliability, trouble-free operation and service life.
Технический результат достигается благодаря способу управления аэродинамическими моментами вертолета одновинтовой схемы, имеющего несущий винт с приводом вращения, две трубчатые хвостовые балки, присоединенные к фюзеляжу вертолета и разнесенные по разные стороны от плоскости симметрии вертолета, струйную систему управления, включающую управляемые сопла, расположенные на оконечностях балок. Способ управления моментами указанного вертолета характеризуется тем, что момент тангажа создают синхронным поворотом сопел и/или изменением площади их выходных сечений, момент крена создают разнонаправленным поворотом сопел и/или изменением площади их выходных сечений, момент рыскания создают разнонаправленным изменением давления или расхода воздуха через сопла левой и правой балок аппарата, при этом компенсация реактивного момента несущего винта обеспечивается работой щелевых сопел системы суперциркуляции. The technical result is achieved due to the method of controlling the aerodynamic moments of a single-rotor helicopter having a rotor with a rotation drive, two tubular tail booms attached to the fuselage of the helicopter and spaced apart on different sides from the plane of symmetry of the helicopter, a jet control system including controlled nozzles located at the ends of the booms. The method of controlling the moments of the said helicopter is characterized by the fact that the pitch moment is created by synchronous rotation of the nozzles and/or by changing the area of their outlet sections, the roll moment is created by multidirectional rotation of the nozzles and/or by changing the area of their outlet sections, the yaw moment is created by multidirectional change in pressure or air flow through the nozzles of the left and right booms of the apparatus, wherein compensation for the reactive moment of the rotor is ensured by the operation of the slot nozzles of the supercirculation system.
Рассмотрим предложенный способ управления аэродинамическими моментами на примере малоразмерного беспилотного вертолета без автоматов перекоса со струйной системой управления.Let us consider the proposed method of controlling aerodynamic moments using the example of a small-sized unmanned helicopter without swashplates with a jet control system.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема малоразмерного беспилотного вертолета одновинтовой схемы без автомата перекоса со струйной системой управления.Fig. 1 shows a schematic diagram of a small-sized unmanned helicopter with a single-rotor design without a swash plate and a jet control system.
Позициями на фиг. 1 обозначены:The positions in Fig. 1 indicate:
1 - фюзеляж с размещенной в нем силовой установкой (электрической или на базе ДВС);1 - fuselage with a power plant located in it (electric or based on an internal combustion engine);
2 - несущий винт с фиксированным шагом и без автомата перекоса;2 - fixed-pitch rotor without swashplate;
3 - хвостовые балки;3 - tail booms;
4 - поворотные реактивные сопла с управляемой площадью;4 - rotary jet nozzles with controlled area;
5 - щелевые сопла системы суперциркуляции;5 - slot nozzles of the supercirculation system;
6 - воздухозаборники струйной системы управления;6 - air intakes of the jet control system;
7 - лопасти несущего винта;7 - rotor blades;
8 - отсек полезной нагрузки;8 - payload compartment;
9 - шасси.9 - chassis.
На фиг. 2 представлена схема простейшего поворотного сопла.Fig. 2 shows a diagram of the simplest rotary nozzle.
На фиг. 3 показано поворотное сопло с изменяемой площадью выходного сечения.Fig. 3 shows a rotating nozzle with a variable outlet cross-section area.
Вертолет (фиг. 1) содержит:The helicopter (Fig. 1) contains:
- фюзеляж 1, в котором размещены основные системы и агрегаты вертолета и отсеки для полезной нагрузки 8, силовая установка (электрическая или на базе ДВС), трансмиссия, вентилятор (вентиляторы) струйной системы, запас энергии (например, аккумулятор или топливные элементы);- fuselage 1, which houses the main systems and units of the helicopter and compartments for payload 8, power plant (electric or based on internal combustion engines), transmission, fan (fans) of the jet system, energy reserve (for example, battery or fuel cells);
- размещенные на поверхности фюзеляжа воздухозаборники 6, обеспечивающие снабжение струйной системы управления потребным расходом воздуха, в том числе - необходимым для охлаждения агрегатов;- air intakes 6 located on the surface of the fuselage, providing the jet control system with the required air flow, including that necessary for cooling the units;
- несущий винт, состоящий из лопастей 7 и втулки 8 без системы управления общим и циклического шагом лопастей (автомата перекоса);- a main rotor consisting of blades 7 and a hub 8 without a control system for the general and cyclic pitch of the blades (swashplate);
- две трубчатые хвостовые балки 3, разнесенные по разные стороны от плоскости симметрии вертолета, оси которых могут быть расположены под острыми углами к плоскости симметрии вертолета, либо могут быть параллельными, причем расстояние от плоскости симметрии вертолета до выходного сечения сопел выбирают в диапазоне 0,3 - 0,8 радиуса несущего винта, а расстояние от плоскости, перпендикулярной плоскости симметрии вертолета и проходящей через ось несущего винта, до выходного сечения сопел выбирают в диапазоне 0,5 - 1,2 радиуса несущего винта;- two tubular tail booms 3, spaced apart on different sides from the plane of symmetry of the helicopter, the axes of which can be located at acute angles to the plane of symmetry of the helicopter, or can be parallel, wherein the distance from the plane of symmetry of the helicopter to the outlet section of the nozzles is selected in the range of 0.3 - 0.8 of the radius of the main rotor, and the distance from the plane perpendicular to the plane of symmetry of the helicopter and passing through the axis of the main rotor, to the outlet section of the nozzles is selected in the range of 0.5 - 1.2 of the radius of the main rotor;
- струйную систему управления, которая включает последовательно расположенные воздухозаборники, вентилятор (вентиляторы) либо с индивидуальными электрическими приводами (импеллеры), либо с приводом от трансмиссии, внутренние воздушные каналы, расположенные в хвостовых балках и управляемые сопла 4 на их оконечностях;- a jet control system, which includes sequentially located air intakes, a fan (fans) either with individual electric drives (impellers) or driven by the transmission, internal air ducts located in the tail booms and controlled nozzles 4 at their ends;
- щелевые сопла 5, размещенные на боковых поверхностях хвостовых балок вдоль их осей, обеспечивающие снижение мощности, потребной для компенсации реактивного момента несущего винта;- slot nozzles 5, located on the side surfaces of the tail booms along their axes, providing a reduction in the power required to compensate for the reactive torque of the main rotor;
- шасси 9.- chassis 9.
Силовая установка на базе ДВС, по сравнению с электрической, приводит к определенному усложнению конструкции и условий эксплуатации, однако обеспечивает значительное увеличение продолжительности и дальности полета.A power plant based on an internal combustion engine, compared to an electric one, leads to a certain complication of the design and operating conditions, but provides a significant increase in the duration and range of the flight.
На практике, если серийные импеллер или силовой вентилятор не удовлетворяют запросу по производительности, в струйную систему управления могут быть установлены два и более импеллера или два и более силовых вентилятора.In practice, if a serial impeller or power fan does not satisfy the performance requirement, two or more impellers or two or more power fans can be installed in the jet control system.
Рассмотрим принцип работы устройства управления аэродинамическими моментами вертолета одновинтовой схемы и этапы способа управления таким вертолетом.Let us consider the operating principle of the device for controlling the aerodynamic moments of a single-rotor helicopter and the stages of the method for controlling such a helicopter.
Воздух из воздухозаборников поступает в воздушные каналы и далее нагнетается в сопла соответствующим устройством. Это либо импеллеры с индивидуальными приводами, расположенные внутри фюзеляжа вблизи корневых сечений хвостовых балок, либо силовой вентилятор, расположенный внутри фюзеляжа вблизи корневых сечений хвостовых балок. Струйная система одновременно выполняет функции охлаждения силовой установки (СУ): электродвигателей или двигателя внутреннего сгорания и трансмиссии, то есть струйная система управления интегрирована с силовой установкой аппарата. Управляемые сопла, установленные на оконечностях хвостовых балок, присоединенных к фюзеляжу вертолета, оснащены механизмами поворота и/или перепускными окнами для изменения площади выходного сечения, для создания вертикальных и горизонтальных составляющих силы тяги.Air from the air intakes enters the air ducts and is then forced into the nozzles by the appropriate device. These are either impellers with individual drives located inside the fuselage near the root sections of the tail booms, or a power fan located inside the fuselage near the root sections of the tail booms. The jet system simultaneously performs the functions of cooling the power plant (PU): electric motors or an internal combustion engine and transmission, i.e. the jet control system is integrated with the power plant of the apparatus. Controllable nozzles installed on the ends of the tail booms attached to the fuselage of the helicopter are equipped with rotation mechanisms and/or bypass windows to change the area of the outlet section, to create vertical and horizontal components of the thrust force.
Поворот сопла и изменение площади перепускных окон осуществляют с помощью электрического сервопривода или любого механического устройства, связанного с системой автоматического управления.The rotation of the nozzle and the change in the area of the bypass windows are carried out using an electric servo drive or any mechanical device connected to the automatic control system.
Необходимые для балансировки и управления вертолетом величины реактивных сил тяги хвостовых сопел регулируют, управляя расходом и/или давлением воздуха, поступающего от устройства для нагнетания воздуха струйной системы в ее каналы и далее в хвостовые сопла. Таким устройством может быть, например, приводимый от маршевого поршневого двигателя вентилятор с поворотными лопатками входного направляющего аппарата, или с поворотными лопатками рабочего колеса, в котором управляют расходом и давлением за счет изменения углов установки соответствующих лопаток. Конструктивно более простым устройством может быть импеллер - вентилятор в кольцевом канале, приводимый отдельным электродвигателем, в котором управляют расходом и давлением, изменяя частоту вращения.The values of the reactive thrust forces of the tail nozzles required for balancing and controlling the helicopter are regulated by controlling the flow rate and/or pressure of the air coming from the device for pumping air of the jet system into its channels and then into the tail nozzles. Such a device may be, for example, a fan with rotating blades of the inlet guide vane, driven by a cruising piston engine, or with rotating blades of the working wheel, in which the flow rate and pressure are controlled by changing the installation angles of the corresponding blades. A structurally simpler device may be an impeller - a fan in an annular channel, driven by a separate electric motor, in which the flow rate and pressure are controlled by changing the rotation frequency.
В результате обеспечивается возможность управления реактивными силами сопел струйной системы вертолета в горизонтальной и вертикальной плоскостях таким образом, что, сочетая их возможные комбинации, обеспечивают необходимые величины моментов крена, тангажа и рысканья как для балансировки, так и для управления угловым положением вертолета. Изменяя углы поворота сопел синхронно, управляют моментом тангажа, а асинхронно - моментом крена. Изменяя расход воздуха через сопла, изменяют величины реактивных сил (при синхронном изменении расходов через импеллеры), и управляют моментом рыскания (при асинхронном изменении расходов). На боковых поверхностях хвостовых балок размещены щелевые сопла. Истекающий из них по касательной к поверхностям балок воздух обеспечивает суперциркуляционное обтекание балок потоком, индуцированным несущим винтом. В результате на балках создаются значительные боковые силы, обеспечивающие компенсацию реактивного момента несущего винта при умеренных затратах мощности. Такой способ обеспечивает максимальное упрощение (и, соответственно, удешевление) конструкции и повышение ее надежности.As a result, it is possible to control the reactive forces of the helicopter jet system nozzles in the horizontal and vertical planes in such a way that, combining their possible combinations, they provide the necessary values of the roll, pitch and yaw moments both for balancing and for controlling the angular position of the helicopter. By changing the rotation angles of the nozzles synchronously, the pitch moment is controlled, and asynchronously - the roll moment. By changing the air flow through the nozzles, the values of the reactive forces are changed (with a synchronous change in flow rates through the impellers), and the yaw moment is controlled (with an asynchronous change in flow rates). Slot nozzles are located on the side surfaces of the tail booms. The air flowing out of them tangentially to the surfaces of the booms provides supercirculation flow around the booms with a flow induced by the main rotor. As a result, significant lateral forces are created on the booms, providing compensation for the reactive moment of the main rotor with moderate power costs. This method ensures maximum simplification (and, accordingly, reduction in cost) of the design and increases its reliability.
Посредством хвостовых реактивных сопел вертолета без автоматов перекоса со струйной системой управления решают задачи создания вертикальных и горизонтальных составляющих реактивных сил. Хвостовые сопла могут быть различной конструкции. На фиг. 2 представлена схема простейшего поворотного сопла.The tail jet nozzles of a helicopter without swashplates with a jet control system solve the problems of creating vertical and horizontal components of jet forces. Tail nozzles can be of different designs. Fig. 2 shows a diagram of the simplest rotary nozzle.
Ориентация выходящей струи воздуха такого сопла задает соотношение вертикальной и горизонтальной составляющих его силы тяги, а величина силы тяги сопла определяется импульсом истекающей струи воздуха, площадью его выходного сечения и избыточным давлением воздуха на его срезе. Требуемое сочетание горизонтальной Тг и вертикальной Тв составляющих силы тяги сопла достигают поворотом сопла на угол θ=arctg(Тв/Тг) относительно плоскости строительной горизонтали вертолета с помощью специального механического или электрического привода любой известной подходящей конструкции.The orientation of the outgoing air stream of such a nozzle sets the ratio of the vertical and horizontal components of its thrust force, and the magnitude of the nozzle thrust force is determined by the momentum of the outgoing air stream, the area of its outlet cross-section, and the excess air pressure at its section. The required combination of horizontal T g and vertical T v components of the nozzle thrust force is achieved by turning the nozzle by an angle θ = arctg (T v /T g ) relative to the plane of the helicopter's construction horizontal using a special mechanical or electric drive of any known suitable design.
Таким образом, необходимое соотношение вертикальных и горизонтальных составляющих реактивной силы каждого сопла достигают поворотом реактивных сопел вокруг их оси вращения относительно оси, примерно параллельной строительной горизонтали вертолета на углы, определенные потребными для управления моментами. А управление величиной реактивной силы осуществляют за счет изменения напора и расхода воздуха струйной системы.Thus, the required ratio of the vertical and horizontal components of the reactive force of each nozzle is achieved by turning the reactive nozzles around their axis of rotation relative to the axis approximately parallel to the helicopter's construction horizontal at angles determined by the moments required for control. And the magnitude of the reactive force is controlled by changing the pressure and air flow rate of the jet system.
Возможен также вариант сопла, содержащего окна на верхней и нижней поверхности балки (фиг. 3). При этом управляют вертикальной составляющей суммарной реактивной силы сопла, изменяя соотношения площадей верхнего и нижнего окна, например, посредством поворотной створки. При необходимости создания горизонтальной компоненты реактивной силы аналогичные окна размещают на боковых поверхностях оконечности балки. Такой вариант сопла может обеспечить повышение быстродействия системы управления, поскольку не требует обязательного изменения производительности (расхода/напора) относительно инерционного импеллера или силового вентилятора.A nozzle variant containing windows on the upper and lower surfaces of the beam is also possible (Fig. 3). In this case, the vertical component of the total reactive force of the nozzle is controlled by changing the ratio of the areas of the upper and lower windows, for example, by means of a rotary shutter. If it is necessary to create a horizontal component of the reactive force, similar windows are placed on the side surfaces of the beam end. This nozzle variant can provide an increase in the speed of the control system, since it does not require a mandatory change in the performance (flow rate/pressure) relative to the inertial impeller or power fan.
В зависимости от поставленной технической задачи возможно совмещение в конструкции сопла обоих способов управления величиной вертикальной и горизонтальной составляющих сил тяг реактивного сопла (и поворот и изменение площади выходного сечения) или увеличение количества сопел.Depending on the technical task at hand, it is possible to combine both methods of controlling the magnitude of the vertical and horizontal components of the thrust forces of the jet nozzle (both rotation and change in the area of the outlet cross-section) in the nozzle design, or to increase the number of nozzles.
Необходимая для балансировки и управления вертолета величина равнодействующей реактивной силы тяги сопла достигается управлением массовым расходом и давлением воздуха в его струйной системе управления, изменяя частоту вращения устройства для нагнетания воздуха (импеллеров или силового вентилятора) или изменяя углы установки его рабочих лопаток - как рабочего колеса, так и направляющего и/или спрямляющего аппаратов.The value of the resultant reactive thrust force of the nozzle required for balancing and controlling the helicopter is achieved by controlling the mass flow rate and air pressure in its jet control system, changing the rotation frequency of the air injection device (impellers or power fan) or changing the installation angles of its working blades - both the rotor wheel and the guide and/or straightening apparatus.
При этом во всех вариантах компоненты реактивных сил тяг управляемых реактивных сопел на соответствующих плечах, параллельные плоскости строительной горизонтали вертолета, создают моменты рысканья, а перпендикулярные этой плоскости компоненты сил реактивных тяг управляемых реактивных сопел на соответствующих плечах, создают моменты тангажа и/или крена.In this case, in all variants, the components of the reactive forces of the thrusts of the controlled jet nozzles on the corresponding arms, parallel to the plane of the helicopter's construction horizontal, create yaw moments, and the components of the reactive forces of the thrusts of the controlled jet nozzles on the corresponding arms, perpendicular to this plane, create pitch and/or roll moments.
Таким образом, посредством устройства двухбалочной струйной системы вертолета обеспечивают возможность создания моментов тангажа, крена и рысканья, как для балансировки, так и для управления угловым движением вертолета:Thus, by means of the device of the two-beam jet system of the helicopter, it is possible to create pitch, roll and yaw moments, both for balancing and for controlling the angular movement of the helicopter:
- с помощью управления суммой горизонтальных составляющих тяг хвостовых сопел реализуют управление моментами рысканья вертолета;- by controlling the sum of the horizontal components of the tail nozzle thrusts, the helicopter yaw moments are controlled;
- с помощью управления суммой вертикальных составляющих тяг хвостовых сопел реализуют управление моментами тангажа вертолета;- by controlling the sum of the vertical components of the tail nozzle thrusts, control of the helicopter pitch moments is realized;
- управление моментами крена осуществляют за счет дифференциального (направленного в разные стороны) управления вертикальных составляющих сил тяг хвостовых сопел, разнесенных в противоположные стороны относительно плоскости симметрии вертолета.- control of roll moments is carried out by means of differential (directed in different directions) control of the vertical components of the tail nozzle thrust forces, spaced in opposite directions relative to the plane of symmetry of the helicopter.
Предлагаемый способ позволяет обеспечить пространственную ориентацию вертолета, в частности, посредством управления аэродинамическими моментами, а именно моментами тангажа, крена и рысканья вертолета без использования автоматов перекоса и других, взаимодействующих с ними элементов, что упрощает и удешевляет винтовую систему и повышает ее надежность, безотказность и ресурс.The proposed method allows for the spatial orientation of a helicopter, in particular, by controlling aerodynamic moments, namely pitch, roll and yaw moments of a helicopter without using swashplates and other elements interacting with them, which simplifies and reduces the cost of the propeller system and increases its reliability, trouble-free operation and service life.
Для отработки предлагаемого способа в НИЦ КИ и РВКЛА ЦАГИ был создан экспериментальный аппарат-демонстратор, представляющий собой беспилотный вертолет с взлетной массой около 100 кг и диаметром несущего винта 2 м. Силовая установка включает поршневой двигатель РМЗ-650, редуктор, обеспечивающий привод несущего винта и двух силовых вентиляторов, нагнетающих воздух в хвостовые балки, закрепленные к фюзеляжу. На концах хвостовых балок установлены поворотные сопла, управляемые сервоприводами. Конструкция сопел соответствует показанной на фиг. 2. При ручном управлении аппаратом по сигналу ручки управления «от себя» или «на себя» сопла синхронно отклоняются, соответственно, вниз или вверх, создавая нужный момент тангажа. При отклонении ручки управления, например, влево, левое сопло отклоняется вверх, а правое - вниз, создавая момент крена влево. Таким образом, управление моментом тангажа осуществляют синхронным поворотом сопел, а моментом крена - их асинхронным поворотом. Согласованные отклонения сопел при одновременном управлении и по крену, и по тангажу обеспечиваются бортовым вычислителем системы автоматического управления (САУ). САУ, по сигналам инерциальных датчиков (линейных и угловых скоростей и ускорений), обеспечивает также компенсацию случайных возмущений при полете, что существенно улучшает характеристики устойчивости и управляемости аппарата.To test the proposed method, an experimental demonstrator apparatus was created at the NIC KI and RVKLA TsAGI. It is an unmanned helicopter with a takeoff weight of about 100 kg and a rotor diameter of 2 m. The power plant includes a piston engine RMZ-650, a gearbox providing a drive for the rotor and two power fans pumping air into the tail booms attached to the fuselage. Rotary nozzles controlled by servo drives are installed at the ends of the tail booms. The design of the nozzles corresponds to that shown in Fig. 2. When manually controlling the apparatus, using a signal from the control stick "away from you" or "towards you", the nozzles synchronously deflect downwards or upwards, respectively, creating the required pitch moment. When deflecting the control stick, for example, to the left, the left nozzle deflects upwards and the right one downwards, creating a roll moment to the left. Thus, the pitch moment is controlled by synchronous rotation of the nozzles, and the roll moment is controlled by their asynchronous rotation. Coordinated nozzle deflections during simultaneous control of both roll and pitch are provided by the onboard computer of the automatic control system (ACS). The ACS, using signals from inertial sensors (linear and angular velocities and accelerations), also provides compensation for random disturbances during flight, which significantly improves the stability and controllability characteristics of the apparatus.
Вентилятор струйной системы обеспечивает также прокачку воздуха через фюзеляж и, соответственно, охлаждение компонентов силовой установки.The jet system fan also provides air circulation through the fuselage and, accordingly, cooling of the power plant components.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2844721C1 true RU2844721C1 (en) | 2025-08-05 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1609036C (en) * | 1989-02-28 | 1995-08-27 | Анатолий Трофимович Белобаба | Helicopter |
| US20130161444A1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-06-27 | Pegasus Helicopter, Inc. | High efficiency hub for pressure jet helicopters |
| US8636243B2 (en) * | 2010-11-12 | 2014-01-28 | Textron Innovations Inc. | Anti-torque nozzle system with internal sleeve valve for a rotorcraft |
| RU2607687C1 (en) * | 2015-10-26 | 2017-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Nozzle of gas-jet helicopter control system |
| RU168483U1 (en) * | 2016-06-28 | 2017-02-06 | Николай Алексеевич Цуриков | Helicopter Tracking Device |
| RU2812001C1 (en) * | 2023-08-11 | 2024-01-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Helicopter engine exhaust deflection method |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU1609036C (en) * | 1989-02-28 | 1995-08-27 | Анатолий Трофимович Белобаба | Helicopter |
| US8636243B2 (en) * | 2010-11-12 | 2014-01-28 | Textron Innovations Inc. | Anti-torque nozzle system with internal sleeve valve for a rotorcraft |
| US20130161444A1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-06-27 | Pegasus Helicopter, Inc. | High efficiency hub for pressure jet helicopters |
| RU2607687C1 (en) * | 2015-10-26 | 2017-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Nozzle of gas-jet helicopter control system |
| RU168483U1 (en) * | 2016-06-28 | 2017-02-06 | Николай Алексеевич Цуриков | Helicopter Tracking Device |
| RU2812001C1 (en) * | 2023-08-11 | 2024-01-22 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук | Helicopter engine exhaust deflection method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0661206B1 (en) | An unmanned vertical take-off and landing, horizontal cruise, air vehicle | |
| US6464166B1 (en) | Ducted fan vehicles particularly useful as VTOL aircraft | |
| EP2738091B1 (en) | Vertical take-off and landing (VTOL) aerial vehicle and method of operating such a VTOL aerial vehicle | |
| US5152478A (en) | Unmanned flight vehicle including counter rotating rotors positioned within a toroidal shroud and operable to provide all required vehicle flight controls | |
| CN103079955B (en) | private plane | |
| US6824095B2 (en) | VSTOL vehicle | |
| AU673608B2 (en) | Ancillary aerodynamic structures for an unmanned aerial vehicle having ducted, coaxial counter-rotating rotors | |
| KR101502290B1 (en) | Personal aircraft | |
| US7275712B2 (en) | Ducted fan vehicles particularly useful as VTOL aircraft | |
| US4071207A (en) | Vertical take-off aircraft | |
| RU2563921C1 (en) | Rotorcraft with vertical takeoff | |
| US4358074A (en) | Propulsion system for V/STOL aircraft | |
| US20040104303A1 (en) | Vstol vehicle | |
| CN109131867B (en) | Aircraft with a plurality of aircraft body | |
| US6113029A (en) | Aircraft capable of hovering and conventional flight | |
| US5405104A (en) | Stopped rotor aircraft utilizing a flipped airfoil X-wing | |
| EP3934979B1 (en) | Vertical take off and landing vehicle | |
| WO2004031876A1 (en) | Flight control system for vtol aircraft | |
| RU2844721C1 (en) | Method of controlling aerodynamic moments of single-rotor helicopter | |
| RU2844701C1 (en) | Single-rotor helicopter (versions) | |
| RU2820873C1 (en) | Method of controlling aerodynamic moments of coaxial helicopter | |
| RU2820875C1 (en) | Coaxial helicopter (versions) | |
| US10577086B2 (en) | High efficiency stall proof airfoil and means of control | |
| WO2024209496A1 (en) | Electric coaxial rotor aircraft | |
| RU2851172C1 (en) | Method for controlling conventional scheme helicopters with swashplates |