RU2834312C1

RU2834312C1 - Method of takeoff without run-up of rotary-wing aircraft

Info

Publication number: RU2834312C1
Application number: RU2023126551A
Authority: RU
Inventors: Владимир Всеволодович Краснобородько; Дмитрий Александрович Сыроватский
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Полиграф-СВ
Filing date: 2023-10-17
Publication date: 2025-02-05

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly, to rotorcraft takeoff methods. Proposed method consists in that aircraft is mounted on movable mobile platform to allow installation of aircraft at whatever angle of wind airflow. Platform is equipped with a system of rope limiters with dynamometric sensors, which control occurrence and increase of lift (thrust). System of winding up the windmill rotor from artificially created air flows is made in the form of an axial fan installed at an angle to the plane of rotation of the rotor. System for controlling the height of separation from the aircraft platform is implemented in the form of an optical element which catches the response from the mating part placed directly on the aircraft body.

EFFECT: possibility of takeoff without takeoff run of rotorcraft with autorotting rotor without excessive load on aircraft systems.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам взлета винтокрылых летательных аппаратов.The invention relates to the field of aviation, in particular to methods of taking off rotary-wing aircraft.

Винтокрылый летательный аппарат, оснащённый авторотирующим несущим винтом, работающий по принципу создания подъемной силы на малых скоростях полета относится к типу «автожир (гироплан)», и занимает по своим лётным качествам промежуточное положение между аппаратами самолётного типа, с горизонтальным взлётом и вертолётного типа, с вертикальным взлётом, имея непродолжительный разбег перед выполнением взлёта. Для данных типов летательных аппаратов существуют способы обеспечения взлёта с минимизацией длины разбега или практически полным его отсутствием.A rotary-wing aircraft equipped with a wind-rotating rotor, operating on the principle of creating lift at low flight speeds, is classified as an "autogyroplane (gyroplane)" and occupies an intermediate position in its flight characteristics between aircraft-type aircraft with horizontal takeoff and helicopter-type aircraft with vertical takeoff, having a short takeoff run before takeoff. For these types of aircraft, there are methods for ensuring takeoff with a minimization of the takeoff run or its almost complete absence.

Известен способ выполнения взлёта автожира, включающий стартовую раскрутку несущего винта от работающей силовой установки на минимальном угле общего шага до оборотов, превышающих полётные, отключение несущего винта от силовой установки, увеличение тяги силовой установки до максимальной, увеличение общего шага лопастей несущего винта и выполнение отрыва, отличающийся тем, что после отключения несущего винта от силовой установки и увеличения тяги осуществляют разбег при минимальном угле общего шага, несущий винт при этом располагают нейтрально или под отрицательным углом атаки к потоку, по достижении скорости отрыва общий шаг несущего винта увеличивают до полётного значения или значения, превышающего полётное на безопасную величину, и выполняют отрыв (RU2327603C1, 2008 г.).A method for performing a takeoff of an autogyro is known, which includes a starting spin-up of the main rotor from a working power plant at a minimum collective pitch angle to speeds exceeding the flight speed, disconnecting the main rotor from the power plant, increasing the thrust of the power plant to maximum, increasing the collective pitch of the main rotor blades and performing a lift-off, characterized in that after disconnecting the main rotor from the power plant and increasing the thrust, a take-off run is performed at a minimum collective pitch angle, the main rotor is positioned neutrally or at a negative angle of attack to the flow, upon reaching the lift-off speed, the collective pitch of the main rotor is increased to the flight value or a value exceeding the flight value by a safe amount, and lift-off is performed (RU2327603C1, 2008).

Недостаток данного способа заключается в наличии достаточно протяжённого участка пробега по земле, повышенной нагрузке на механические части системы предварительной раскрутки от силовой установки и саму силовую установку вызывающие, как следствие, их ускоренный износ и уменьшение рабочего ресурса, а также усложнение конструкции за счёт необходимости обеспечения летательного аппарата системой соединения и разъединения привода несущего винта, передающего вращение от силовой установки.The disadvantage of this method is the presence of a fairly long section of the run on the ground, increased load on the mechanical parts of the pre-spin system from the power plant and the power plant itself, causing, as a consequence, their accelerated wear and a reduction in the working life, as well as the complication of the design due to the need to provide the aircraft with a system for connecting and disconnecting the main rotor drive, transmitting rotation from the power plant.

Известен также способ взлета без разбега винтокрылого летательного аппарата с авторотирующим несущим винтом и крылом, заключающийся в раскрутке несущего винта на минимальном общем шаге до заданной частоты вращения на старте, отличающийся тем, что осуществляют вертикальный подъем аппарата до отрыва колес шасси от поверхности площадки увеличением общего шага и тяги несущего винта, после этого его разгон переводом во взлетное положение рычагов управления двигателями до достижения заданных значений скорости и высоты на взлете (RU2514012C1, 2014 г.).A method for taking off without a run of a rotary-wing aircraft with a wind-rotating rotor and wing is also known, consisting of spinning up the rotor at a minimum common pitch to a specified rotation frequency at takeoff, characterized in that the apparatus is lifted vertically until the landing gear wheels are lifted off the surface of the platform by increasing the common pitch and thrust of the rotor, after which it is accelerated by moving the engine control levers to the takeoff position until the specified values of speed and altitude are reached at takeoff (RU2514012C1, 2014).

Данный способ взлета, являющийся наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, также имеет ряд недостатков. В частности, имеет место менее быстрый и более энергоёмкий процесс взлёта, поскольку необходимую частоту вращения авторотирующего несущего винта для создания им требуемой величины подъемной силы обеспечивают за счет накопленного запаса кинетической энергии при его раскрутке на старте, а также за счет возрастающей энергии набегающего потока воздуха в процессе взлета. Кроме того, способ является менее безопасным, поскольку отсутствуют автоматические средства контроля, обеспечивающие своевременное изменение режимов работы силовой установки и органов, создающих подъёмную силу летательного аппарата, в зависимости от достижения значений частоты вращения и подъёмной силы, приемлемых на разных этапах взлёта.This takeoff method, which is the closest technical solution chosen as a prototype, also has a number of disadvantages. In particular, it is a slower and more energy-intensive takeoff process, since the required rotation speed of the autorotating rotor to create the required amount of lift is provided by the accumulated reserve of kinetic energy during its spin-up at the start, as well as by the increasing energy of the oncoming air flow during takeoff. In addition, the method is less safe, since there are no automatic control means that ensure timely changes in the operating modes of the power plant and the elements that create the aircraft's lift, depending on the achievement of the rotation speed and lift values acceptable at different stages of takeoff.

Технической задачей заявленного изобретения является осуществление способа взлета без разбега винтокрылого летательного аппарата с авторотирующим несущим винтом таким образом, при котором отсутствуют сложные по технике пилотирования этапы, контроль взлёта выполняется в автоматическом режиме с минимизацией времени взлёта, а также отсутствует чрезмерная нагрузка на системы летательного аппарата.The technical task of the claimed invention is to implement a method for takeoff without a run of a rotary-wing aircraft with a wind-rotating rotor in such a way that there are no technically complex piloting stages, takeoff control is performed automatically with minimization of takeoff time, and there is no excessive load on the aircraft systems.

Технический результат способа взлета без разбега винтокрылого летательного аппарата с авторотирующим несущим винтом достигается тем, что летательный аппарат размещается на подвижной мобильной платформе, позволяющей установить аппарат под любым углом относительно создаваемого на местности ветрового потока воздуха, оснащается системой тросовых ограничителей с динамометрическими датчиками, контролирующими возникновение и возрастание подъёмной силы (тяги), системой раскрутки авторотирующего несущего винта от искусственно создаваемых набегающих потоков воздуха, выполненной в виде осевого вентилятора, установленного под углом к плоскости вращения несущего винта, а также системой контроля высоты отрыва от площадки летательного аппарата, реализованной в форме оптического элемента, улавливающего отклик от ответной части, размещённой непосредственно на корпусе летательного аппарата.The technical result of the method of takeoff without a run of a rotary-wing aircraft with a wind-rotating rotor is achieved in that the aircraft is placed on a movable mobile platform that allows the apparatus to be installed at any angle relative to the wind air flow created on the terrain, is equipped with a system of cable limiters with dynamometric sensors that control the occurrence and increase of lift (thrust), a system for spinning up the wind-rotating rotor from artificially created oncoming air flows, made in the form of an axial fan installed at an angle to the plane of rotation of the rotor, as well as a system for monitoring the height of separation from the platform of the aircraft, implemented in the form of an optical element that captures a response from a counter part located directly on the body of the aircraft.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображена подвижная платформа с установленным на ней летательным аппаратом винтокрылого типа с авторотирующим несущим винтом, вид сборку; на фиг. 2 изображена принципиальная схема органов автоматического управления взлётом летательного аппарата винтокрылого типа с авторотирующим несущим винтом.Fig. 1 shows a mobile platform with a rotorcraft with a wind-rotating main rotor installed on it, assembly view; Fig. 2 shows a basic diagram of the automatic takeoff control organs of a rotorcraft with a wind-rotating main rotor.

Способ взлета без разбега винтокрылого летательного аппарата с авторотирующим несущим винтом состоит в следующем.The method of takeoff without a run of a rotary-wing aircraft with a wind-rotating rotor is as follows.

Подвижная мобильная платформа 1 с размещённым на ней винтокрылым летательным аппаратом 2 с авторотирующим несущим винтом устанавливается в месте взлёта, при этом её положение определяется по наиболее благоприятному направлению взлёта летательного аппарата относительно превалирующего на местности ветрового потока. Летательный аппарат 2 закрепляется системой тросовых ограничителей 5 и 6 с динамометрическими датчиками 14 и 17, контролирующими возникновение и возрастание подъёмной силы (тяги). Предварительная раскрутка маршевого авторотирующего винта производится под действием набегающей воздушной струи, создаваемой системой раскрутки авторотирующего несущего винта 11 от искусственно создаваемых потоков воздуха, выполненной в виде осевого вентилятора, установленного под углом А к плоскости вращения несущего винта. С увеличением оборотов несущего винта начинает нарастать подъёмная сила и переднее колесо 7 летательного аппарата начинает отрываться от поверхности 12 платформы 1. При этом, динамометрические датчики 14 и 17 фиксируют натяжение тросового ограничителя 6. По достижении определённого значения подъёмной силы происходит совмещение на оси а-а оптического элемента 8, установленного на платформе 1 и улавливающей части 9, установленной на летательном аппарате 2, благодаря чему электронный блок управления 10 по сигналу, поступившему от оптического элемента 8, определяет точку достижения летательным аппаратом оптимальной высоты отрыва, подаёт сигнал через групповую линию связи 19 для отключения держателей 15, 16, 18 тросовых ограничителей. Включается в работу маршевый винт 4, летательный аппарат набирает высоту и осуществляет взлёт. В процессе подъёма информация о силе натяжения тросовых ограничителей 5 и 6 передаётся в электронный блок управления 10, который используя линию двухсторонней связи 20 регулирует интенсивность работы системы раскрутки авторотирующего несущего винта 11. В процессе взлёта электронный блок управления 10 по беспроводному радиоканалу связи (не показано) обменивается информацией с блоком автоматического пилотирования 13, контролирующим частоту вращения маршевого винта 4 от силовой установки (не показано) летательного аппарата.A mobile platform 1 with a rotary-wing aircraft 2 with a wind-rotating rotor placed on it is installed at the take-off site, with its position being determined by the most favorable take-off direction of the aircraft relative to the prevailing wind flow on the terrain. The aircraft 2 is secured by a system of cable limiters 5 and 6 with dynamometric sensors 14 and 17 monitoring the occurrence and increase of lift (thrust). Preliminary spin-up of the cruise wind-rotating rotor is performed under the action of the oncoming air stream created by the wind-rotating rotor spin-up system 11 from artificially created air flows, made in the form of an axial fan installed at an angle A to the plane of rotation of the rotor. As the rotor speed increases, the lift begins to increase and the front wheel 7 of the aircraft begins to lift off from the surface 12 of the platform 1. In this case, the dynamometer sensors 14 and 17 record the tension of the cable limiter 6. Upon reaching a certain value of the lift, the optical element 8 mounted on the platform 1 and the catching part 9 mounted on the aircraft 2 are aligned on the axis a-a, due to which the electronic control unit 10, based on the signal received from the optical element 8, determines the point at which the aircraft reaches the optimum lift-off height, and sends a signal via the group communication line 19 to disconnect the holders 15, 16, 18 of the cable limiters. The cruise propeller 4 is activated, the aircraft gains altitude and takes off. During the ascent, information about the tension force of the cable limiters 5 and 6 is transmitted to the electronic control unit 10, which, using the two-way communication line 20, regulates the intensity of the operation of the spin-up system of the autorotating main rotor 11. During the take-off, the electronic control unit 10 exchanges information via a wireless radio communication channel (not shown) with the automatic piloting unit 13, which controls the rotation frequency of the cruise rotor 4 from the power plant (not shown) of the aircraft.

Таким образом, в процессе разгона обеспечивается достижение максимальной тяги движителей и одновременно максимальной тяги несущего винта за счет наиболее полного использования экранного эффекта земли на малой высоте поступательного движения аппарата, а также выполняется взлет без разбега винтокрылого летательного аппарата с авторотирующим несущим винтом без использования сложных по технике пилотирования этапов, выполняется контроль взлёта в автоматическом режиме с минимизацией времени взлёта и без чрезмерной нагрузки на системы летательного аппарата.Thus, during the acceleration process, the maximum thrust of the propellers and, at the same time, the maximum thrust of the rotor are achieved due to the most complete use of the ground effect at a low altitude of the forward motion of the aircraft, and a takeoff without a run of a rotary-wing aircraft with an autorotating rotor is performed without the use of complex piloting stages, and takeoff control is performed in automatic mode with minimization of takeoff time and without excessive load on the aircraft systems.

Необходимую частоту вращения авторотирующего несущего винта для создания им требуемой величины подъемной силы обеспечивают преимущественно за счет возрастающей энергии набегающего потока воздуха, искусственно создаваемого системой раскрутки авторотирующего несущего винта, выполненной в виде осевого вентилятора, установленного под углом к плоскости вращения несущего винта.The required rotation speed of the autorotating rotor to create the required amount of lift is achieved primarily by increasing the energy of the oncoming air flow, artificially created by the autorotating rotor spin-up system, which is made in the form of an axial fan installed at an angle to the plane of rotation of the rotor.

Claims

1. A method for taking off without a run of a rotary-wing aircraft with a wind-rotating main rotor, characterized in that the aircraft is placed on a movable mobile platform that allows the aircraft to be installed at any angle relative to the wind air flow created on the terrain, which is equipped with a system of cable limiters with dynamometric sensors that monitor the occurrence and increase of lift (thrust), a system for spinning up the wind-rotating main rotor from artificially created air flows, made in the form of an axial fan installed at an angle to the plane of rotation of the main rotor, as well as a system for monitoring the height of separation from the aircraft platform, implemented in the form of an optical element that captures a response from a counter part located directly on the body of the aircraft.

2. The method according to paragraph 1, characterized in that the system for spinning up the autorotating rotor from artificially created air flows is implemented in the form of several axial fans installed at an angle to the plane of rotation of the rotor.