БЕСПИЛОТНЫЙ ВЕРТОЛЁТ "ТЕНЬ"

Предлагаемое техническое решение относится к области авиастроения, а конкретно к вертолетостроению и направлено на создание беспилотного многоцелевого летательного аппарата вертикального взлета и посадки, с грузоподъемностью от 150 кг до 3000 кг, и может быть использован для перемещения грузов, тушения пожаров, доставки гуманитарной помощи и средств спасения, а также может применяться как носитель различного вооружения, спецтехники и решения задач, требующих зависания и высокой маневренности, а из-за простоты конструкции, низкой материалоемкости и, соответственно, низкой себестоимости, может использоваться одноразово для специальных задач.
Известен одновинтовой беспилотный летательный аппарат "Виджилент 502" и созданный на его базе БПЛА "ARSS" (автономная винтокрылая снайперская система), описанные в литературе: "Современные винтокрылые беспилотные летательные аппараты", О.А. Завалов, А.Д. Маслов, 2008 (с. 128 - с. 140).
Вертолет выполнен по одновинтовой схеме с рулевым винтом и одним поршневым двигателем, имеет фюзеляж ферменной конструкции и полозковое шасси. Взлетная масса вертолета 499 кг, а "полезная" нагрузка до 100 кг, управление дистанционное.
Недостатком одновинтового беспилотного вертолета при эксплуатации, является то, что до 30%-40% мощности двигателя расходуется на привод рулевого винта, который создает силу тяги, потребную для компенсации крутящего момента несущего винта (реактивного момента), а также рулевой винт не рационально увеличивает габариты вертолета, утяжеляет конструкцию вертолета, демаскирует его, а обладая значительной "парусностью", рулевой винт усложняет точное путевое управление (прицеливание) вертолета.
Так же известен "Реактивный вертолет В-7" созданный в ОКБ им. М.Л. Миля, (https://youtu.be/ephAQK5QOOc; www/aviastar.org/v-7; Г. Лазарев, журнал "Техника-Молодежи", №4 - 1999 г.), при этом вертолет "В-7" создавался как опытный, для отработки основной идеологии "Сверхтяжелого вертолета-крана "В-16" с грузоподъемностью от 40 до 100 тонн, с установкой реактивных приводов ТРД на концах лопастей несущего винта.
Конструкция вертолета "В-7" представляет собой цельнометаллический каплевидный фюзеляж, а в верхней части фюзеляжа крепится редуктор, состоящий из вала несущего винта и привода вспомогательных агрегатов и рулевого винта. На оси вала несущего винта установлена втулка с лопастями и автомат перекоса. Топливный бак находится в нижней части фюзеляжа, а насос подает горючее в топливный регулятор, из которого оно поступает в коллектор вала несущего винта и оттуда, под действием центробежных сил, поступает к ТРД модели АИ-7, размещенных на концах двухлопастного несущего винта. Путевое управление вертолета, осуществляется хвостовым оперением и рулевым винтом, находящихся в индуктивном воздушном потоке, при этом в нижней части фюзеляжа установлено полозковое шасси.
Благодаря огромной исследовательской и конструкторской работе ОКБ им. М.Л. Миля над вертолетом "В-7", удалось выявить и уточнить все теоретические и технические проблемы вертолетов с реактивными двигателями на концах лопастей несущего винта.
Недостатком конструкции вертолета "В-7" является то, что хвостовое оперение находится слишком низко, по отношению к несущему винту и, не в "чистом" индуктивном потоке, а в турбулентном (спутном), а так же неудачный выбор двигателей ТРД, рассчитанных и спроектированных для эксплуатации в режиме линейного перемещением, ведь такая же проблема возникала при всех попытках установить реактивные двигатели ПВРД и ПуВРД в аналогичных проектах вертолетов с реактивными двигателями на концах лопастей.
Любой реактивный двигатель, если он специально не спроектирован для эксплуатации в поле центробежных сил, не будет полностью выполнять свою функцию, так как, например: гироскопический момент ТРД практически невозможно уравновесить в условиях гироскопического момента несущего винта, при этом центробежные силы от вращения лопасти, суммируются с центробежными силами от вращения турбины и компрессора ТРД, а это снижает ресурс двигателя в сотни раз, к тому же смазка, подача топлива, "плазма" горящего топлива в таком двигателе, так же находятся в центробежном поле и смещаются к одной внутренней стороне двигателя, "съедая" 50% и более его тяговых характеристик.
Так же известен "Несущий винт с реактивным приводом для вертолетов", RU 2059536 С1, В64С 27/18, который содержит лопасти, стенки которых образуют воздуховоды, соединенные с источником сжатого воздуха, при этом часть воздуховодов соединена с продольными щелями на верхней части передней кромке лопасти для выдувания воздуха и создания аэродинамических сил управления, а другая часть воздуховодов соединена с реактивными соплами, размещенными в концевых сечениях лопастей, где так же размещены топливные форсунки с системой зажигания, при этом источник сжатого воздуха выполнен в виде компрессора, вал которого кинематически связан с лопастями несущего винта, взаимодействующего с центральной шестерней, закрепленной на валу компрессора.
Недостатком конструкции несущего винта вертолета с реактивным приводом, является то, что аэродинамическое управление лопастей несущего винта, воздушными потоками, выходящими на верхней части лопастей, будет не стабильным из-за зависимости их аэродинамических характеристик от азимутного положения каждой лопасти во время вращения и перемещения вместе с вертолетом, при этом подача воздуха на верхнею часть лопастей, увеличит давление воздуха с этой стороны лопастей, что приведет к снижению их подъемной силы. К тому же кинематическая сложность комлевого крепления лопастей к корпусу компрессора и расположение топливного бака в обечайке воздухозаборника компрессора, в целом усложняет несущий винт и вертолет, а реактивные сопла на концах лопастей не получают весь объем нагнетаемого воздуха из-за его расходования на аэродинамическое управление и ламинарное сопротивление в протяженных каналах лопастей, к тому же расположение топливных форсунок в каналах воздуховодов, может дать только факельное горение топлива, преимущественно вне реактивного сопла.
В качестве наиболее близкого аналога, по наличию признаков, сходных с существенными признаками заявляемого устройства, принята конструкция: "Вертолет "Клен" с изменяемой центровкой", RU 168875 U1, В64С 27/06 (27/18), 24.08.2016.
Вертолет является модульным, за счет наличия быстросъемных элементов конструкции, и имеет фюзеляж, шасси, двигательную установку, выполненную в виде центробежных реактивных детонационных двигателей (ЦРДД) установленных на концевых частях лопастей несущего винта, автомат перекоса (Краб) с встроенными приводами управления циклическим и общим шагом несущего винта, расположенного над фюзеляжем и смонтированного посредством втулки на направляющем стакане вместе с автоматом перекоса, при этом парирование реактивного момента вращающегося несущего винта и путевое управление осуществляется управляемым поворотным килем установленным на хвостовой балке и находящегося в индуктивном потоке воздуха, а в нижней части фюзеляжа установлены средства управления и эксплуатации вертолета.
При этом фюзеляж выполнен в виде силовых стоек соединенных между собой силовой стенкой, с задней стороны которой установлены топливные баки, а с передней стороны, на пилонах, смонтированы ручки управления, средства установки полезного груза и кресло пилота, к тому же на пилонах установлены средства управления автоматом перекоса, путевого управления и управления двигателями, а так же средства контроля оборотов несущего винта, пространственного положения вертолета, уровня топлива в топливных баках и др. При этом встроенные приводы автомата перекоса и привод поворотного киля, выполнены гидравлическими, а привод изменения центровки выполнен электромеханическим, к тому же раскрутка несущего винта перед запуском двигателей, осуществляется внешним стартером.
Недостатками ближайшего аналога, является то, что отсутствие в конструкции вертолета стартера и генератора затрудняет его эксплуатацию вне "базы", а так же увеличивает время на его подготовку к использованию, к тому же, осуществление парирования реактивного момента несущего винта и путевое управление одним поворотным килем, снижает его эффективность при маневрировании вертолета из-за разницы угла поворота киля, при повороте вертолета влево или вправо по курсу при одновременном парировании реактивного момента несущего винта.
При этом, из-за незначительного вертикального размера, вертолет может быть, при вращении несущего винта, опасным при обслуживании на стоянке и при полетах в сложной рельефной местности, вблизи строений и в населенных пунктах.
Технической задачей заявленной полезной модели является создание малозаметного многоцелевого беспилотного вертолета с грузоподъемностью от 150 кг до 3000 кг и выше, а так же повышение безопасности эксплуатации беспилотного вертолета в полете и на земле, увеличение его грузоподъемности и маневренности в сложной рельефной местности и в населенных пунктах, упрощение конструкции, а так же упрощение предполетного обслуживания, загрузки и выгрузки "полезного" груза и, использование для полета различного углеводородного топлива, спирта и газового топлива.
Данная задача решается за счет того, что беспилотный вертолет содержит фюзеляж, шасси, топливный бак, несущий винт, расположенный и смонтированный посредством втулки на направляющем стакане, закрепленного на верхней части фюзеляжа, при этом на направляющем стакане так же смонтирован автомат перекоса, с встроенными приводами управления общим и циклическим шагом несущего винта, а силовая установка выполнена в виде центробежных реактивных детонационных двигателей (ЦРДД), установленных в концевых частях лопастей несущего винта, а для путевого управления имеется поворотный киль, расположенный под лопастями несущего винта и установленный на оси вращения привода, а к верхней части фюзеляжа, параллельно плоскости вращения несущего винта, радиально, равномерно и на одной оси закреплены несущие штанги, на одной из которых закреплен привод с поворотным килем путевого управления, а на другой несущей штанге закреплен привод, на оси вращения которого, установлен дополнительный поворотный киль, при этом лопасти несущего винта соединены с втулкой посредством упругих осей, выполненных в виде торсионов.
На верхней части направляющего стакана может быть установлен и закреплен сферический защитный экран из композитного радиопрозрачного материала для размещения под ним приемопередающих элементов связи, управления и навигации, к тому же нижняя часть сферического экрана, может быть выполнена в виде защитного кожуха стартера-генератора, который установлен и закреплен между втулкой и направляющим стаканом, при этом в стартер-генератор встроен датчик оборотов несущего винта.
Поворотный киль путевого управления, дополнительный поворотный киль и их приводы могут быть выполнены аналогичными друг другу, установлены и закреплены на несущих штангах симметрично относительно оси вращения несущего винта и снабжены датчиками углового положения килей.
Фюзеляж вертолета, может быть выполнен в виде полой, вертикальной конструкции округлой формы, расположенной по оси вращения несущего винта, а в фюзеляже установлены и смонтированы средства управления и эксплуатации, при этом к нижней части фюзеляжа прикреплена силовая платформа, а топливный бак, в виде нескольких секций, расположен вокруг фюзеляжа и закреплен к его нижней части.
Шасси может быть закреплено по внешнему периметру силовой платформы и выполнено в виде нескольких упругих стоек с опорными посадочными элементами в их нижних частях, при этом на нижней части силовой платформы могут быть крепежные устройства для крепления, запуска и сброса полезного груза, а на верхней части силовой платформы могут быть съемные крепежные элементы в виде рым-колец, для перемещения вертолета при его установке на крупногабаритный полезный груз и снятия с него.
Несущие штанги, на которых могут быть установлены поворотные кили, закреплены к верхней части фюзеляжа, посредством силовых фитингов, которые выполнены за одно целое с этими штангами, при этом несущие штанги состоят из двух частей и, имеют трубчатую телескопическую конструкцию, а внешние части, с меньшим диаметром, являются съемными и установлены внутрь закрепленных частей, и могут фиксироваться на определенном радиусе от оси вращения несущего винта.
Несущий винт, может быть снабжен съемным защитным кольцевым кожухом, для чего, к верхней части фюзеляжа, радиально и равномерно, закреплены съемные дополнительные несущие штанги, с телескопическими внешними частями, аналогичные несущим штангам с установленными поворотными килями, при этом защитный кожух скреплен, своей нижней частью, с возможностью съема, с внешними телескопическими частями дополнительных несущих штанг и штанг с поворотными килями, при этом кольцевой кожух может быть изготовлен из композитного материала с ребрами жесткости с внешней стороны, на которой выполнен обтекатель кожуха из вспененного конструкционного материала.
На направляющем стакане может быть смонтирован вращающийся коллектор для соединения топливных и электрических коммуникаций в фюзеляже с коммуникациями в лопастях несущего винта и в двигателях ЦРДД.
Встроенные приводы автомата перекоса, могут быть снабжены датчиками положения исполнительных элементов приводов.
Технический результат, обеспеченный приведенной совокупностью признаков, является повышение безопасности беспилотного вертолета, в определенных условиях его эксплуатации, за счет применения съемного кольцевого кожуха несущего винта, который так же увеличивает КПД несущего винта и соответственно грузоподъемность вертолета, а выполнение фюзеляжа вертикальным и расположение его по оси несущего винта, исключает экранирование им нисходящего воздушного потока, так же обеспечена многотопливность вертолета, за счет использования центробежных реактивных детонационных двигателей (ЦРДД), при этом улучшилась маневренность вертолета, за счет дополнительного поворотного киля с автономным приводом и применения упругих (торсионных) осей лопастей несущего винта, а так же сократилось время подготовки к полету, за счет возможности установки вертолета на подготовленный габаритный груз, с последующим его снятием, или сброс груза в пункте назначения, при этом увеличилась автономность вертолета за счет экономичности двигателей и сократилось время подготовки его к эксплуатации, за счет использования стартера-генератора с встроенным датчиком оборотов несущего винта, что так же упрощает конструкцию и структуру системы дистанционного и автономного управления беспилотным вертолетом.
Сущность предложенного технического решения поясняется чертежами, схемами и фотографией, на которых изображено.
На Фиг. 1 - Общий вид беспилотного вертолета, вид спереди, где показан фюзеляж с закрепленной, к его нижней части, силовой платформой, с крепежными элементами, на ее нижней стороне, для крепления, запуска или сброса груза, а на верхней части силовой платформы, установлены такелажные элементы для установки и снятия вертолета с габаритного "полезного" груза, так же показано шасси и топливный бак, а к верхней части фюзеляжа, закреплен направляющий стакан с установленным на нем, автоматом перекоса несущего винта с втулкой, в которую, своими осями, установлены лопасти, а в лопастях установлены двигатели с воздухозаборниками на передней кромке лопастей и эжекторы на концах лопастей, а на верхней части направляющего стакана и втулке, установлен сферический кожух и стартер-генератор, при этом по периметру верхней части фюзеляжа, показаны закрепленные телескопические несущие штанги с установленными поворотным килем путевого управления и дополнительным поворотным килем, а так же показан съемный кольцевой кожух несущего винта, установленный и закрепленный, на съемных, телескопических несущих штангах и на несущих штангах с установленными поворотными килями.
На Фиг. 2 - Вид А согласно Фиг. 1, где показан вертолет, вид сверху, лопасти несущего винта с установленными двигателями, воздухозаборники на передней кромке лопастей, эжекторы, съемный кольцевой кожух несущего винта, съемные несущие штанги, силовая платформа, топливный бак, шасси, а так же показано направление вращения несущего винта по стрелке "И".
На Фиг. 3 - Вид Б согласно Фиг. 2, где показан вертолет со снятым съемным кольцевым кожухом несущего винта и снятыми съемными телескопическими штангами, при этом на телескопических несущих штангах с установленными поворотными килями, сняты внешние части этих штанг.
На Фиг. 4 - Вид В согласно Фиг. 3, где показан вертолет, вид сверху, со снятыми съемными несущими телескопическими штангами и снятым кольцевым кожухом несущего винта, а так же показаны лопасти несущего винта, двигатели, воздухозаборники, эжекторы на концах лопастей, топливный бак, силовая платформа, шасси и сферический кожух, а так же показано направление вращения несущего винта по стрелке "И".
На Фиг. 5 - Сечение Г-Г согласно Фиг. 1, где показаны в разрезе: фюзеляж, направляющий стакан, втулка с установленными в нее упругими осями лопастей (повернуты на 90°), автомат перекоса с встроенным приводом управления циклическим шагом и его задающий - управляющий привод, а так же привод общего шага несущего винта и датчики положения исполнительных элементов этих приводов, а так же вращающейся коллектор, стартер-генератор, сферический кожух, электрические и топливные коммуникации.
На Фиг. 6 - Вид Д согласно Фиг. 1, где показан поворотный киль путевого управления с продольными вырезами, его привод поворота с датчиком поворота, и опорный кронштейн оси киля.
На Фиг. 7 - Вид Е согласно Фиг. 1, где показан дополнительный поворотный киль с продольными вырезами, его привод поворота с датчиком поворота и опорный кронштейн оси киля.
На Фиг. 8 - Вид Ж согласно Фиг. 1, где показаны: компоновка двигателя ЦРДД, установленного в лопасти несущего винта с направлением вращения по стрелке "И", воздухозаборник, реактивное сопло двигателя и его эжектор, а так же коммуникации в лопастях.
На Фиг. 9 - Фотография двигателя ЦРДД, где показан: смонтированный двигатель в концевой части лопасти (верхний обтекатель снят), эжектор в конце лопасти, воздухозаборник на передней кромке лопасти (вынесено), сферический кожух.
На Фиг. 10 - Вид К согласно Фиг. 2, где показан фрагмент съемного кольцевого, защитного кожуха несущего винта с элементом крепления кожуха на внешних частях несущих штанг вертолета.
Фиг. 11 - Вид Л согласно Фиг. 5, где показан стартер-генератор, его ротор с постоянными магнитами, закрепленный на верхней части втулки, с направлением вращения по стрелке "И", и статор с катушками обмотки, а так же показана обмотка датчика оборотов несущего винта.
Фиг. 12 - Сечение М-М согласно Фиг. 5, где показано расположение штоков - толкателей встроенного привода управления циклическим шагом несущего винта, расположенного на фланце в нижней части ползуна автомата перекоса, а так же показано крепление штока привода управления общим шагом несущего винта (далее возможно сокращение - НВ) к нижней части ползуна.
Фиг. 13 - Вид Н согласно Фиг. 5, где показано расположение штоков-толкателей задающего, управляющего привода управления циклическим шагом несущего винта по отношению к диску - имитатору кольца управления автомата перекоса (далее возможно сокращение - АП), а так же показаны места шарнирного крепления штоков электромеханических приводов диска-имитатора, при этом штоки закреплены по осям диска, которые соответствуют продольному управлению (тангажу) и поперечному управлению (крену) вертолета, а на одной из этих осей, к боковой части кольца-имитатора, закреплен цилиндрический палец-фиксатор от проворачивания диска, который установлен в паз направляющей вилки.
Фиг. 14 - Вид О согласно Фиг. 5, где показана упругая ось лопасти несущего винта в разрезе, выполненная в виде многослойного трубчатого торсиона с эластичным защитным кожухом.
Фиг. 15 - Блок-схема системы управления беспилотным вертолетом (далее возможно сокращение - СУ), где условно показана общая структура и состав блок-схемы, состоящей из бортовых и внешних элементов управления.
Фиг. 16 - Блок-схема блока электропитания вертолета, где условно показаны основные элементы блок-схемы и их связь с системой управления вертолетом и стартером-генератором.
Вариант осуществления предлагаемого беспилотного вертолета, выполнен и содержит:
базовый конструктивный элемент - фюзеляж 1 (Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4, Фиг. 5) вертикальной конструкции, силовую платформу 2, закрепленную 3 к нижней части фюзеляжа, при этом в его нижней части, закреплен топливный бак 4 состоящий из нескольких секций и расположенный вокруг фюзеляжа, при этом бак 4 соединен с регулирующими и топливоподающими элементами (не показано), управляемые блоком 4.6 системы управления (СУ) (фиг. 15), которая содержит бортовые элементы управления 4.1 и внешние элементы управления 4.1.1, при этом бортовые элементы, это: 4.2 - блок автоматизированной (автономной) системы управления, 4.3 - блок электропитания, 4.4 - блок бортовых датчиков, 4.5 - блок спутниковой и гироскопической навигации, 4.6 - блок исполнительный: управления асинхронными килями, автоматом перекоса (АП) несущего винта (НВ), управление подачей топлива, запуском-зажиганием двигателей, торможением НВ, 4.7 - блок управления полезным грузом, 4.8 - блок регистрации времени, 4.9 - блок приемо-передающий, спутникового или выделенного канала связи, 4.10 - блок управления видео камер(ы).
При этом внешние элементы управления 4.1.1 СУ, это: 4.11 - блок внешнего управления и объективного контроля, 4.12 - блок приемопередающий, спутникового или выделенного канала связи.
По периметру силовой платформы 2 закреплены (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4) упругие стойки шасси 5 с опорными посадочными элементами 6 на нижней части стоек, при этом на нижней части силовой платформы имеются крепежные устройства 7, выполненные в виде такелажных скоб, типа: DIN 82101, с приводами дистанционного управления (не показано), управляемые блоком 4.7 СУ (фиг. 15), для крепления, запуска или сброса "полезного" груза 8, а на верхней части силовой платформы 2 имеются съемные крепежные элементы 7.1 в виде рым-колец, типа: (ГОСТ 4751-73), для перемещения вертолета при его установке и снятия с крупногабаритного "полезного" груза 8 (фиг. 1, фиг. 3). К тому же, при креплении к нижней части силовой платформы крупногабаритного груза, нижняя часть груза может выполнять (фиг. 1, фиг. 3) функцию шасси.
На верхней части фюзеляжа (фиг. 1, фиг. 3) закреплен направляющий стакан 9 на котором, посредством втулки 10 смонтирован несущий винт 11, с направлением вращения по стрелке "И", состоящий из лопастей 12 соединенных с втулкой 10 посредством упругих осей 13, при этом оси, выполнены в виде многослойных (фиг. 5, фиг. 14) трубчатых торсионов, где упругие трубы 13.1 разного диаметра, изготовлены, например: из стали марки 60С2 по ГОСТ 14959-79, плотно вставлены друг в друга с промежуточной сухой смазкой 13.2 между ними, например: графитовой, марки ГС-1, ТУ 23.9-37215461-001:2012, а концы этих труб скреплены между собой 13.3 и с установочными концами 13.4 оси, например: спаяны припоем, типа: марки ПСр65, ГОСТ 19738-2015. При этом торсионы закрыты эластичным защитным кожухом 13.5.
В концевых частях лопастей 12, установлены (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3, фиг. 4, фиг. 8, фиг. 9) центробежные реактивные детонационные двигатели (ЦРДД) 14, при этом двигатели 14, использованные в беспилотном вертолете, выполнены в соответствии с Патентом ПМ RU №159772 от 23.06.2015 г., и связаны с воздухозаборниками 15 на передних кромках лопастей 12 и с эжекторами 16 на концах лопастей, с реактивными соплами 17 двигателей, внутри и по оси эжекторов.
К тому же в двигателях 14 ЦРДД, могут применяться основные виды светлого углеводородного топлива: дизельное зимнее топливо, бензин любой: авиационный или автомобильный, керосин осветительный, авиационное топливо ТС-1, ТС-2, газовое топливо и спирты, типа: Этанол, Гидролизный.
При этом при использовании двигателей ЦРДД, между реактивным соплом 17 и эжектором 16 создаются газодинамические условия для получения аномально высокого прироста тяги, достигающего 60%-90%, за счет использования в конструкции двигателя "Открытия академика В.Н. Челомея и др. №314" от 20 марта 1986 г.
К тому же, взаимодействие реактивной газовой струи из сопла 17 с воздухом в эжекторе 16, создает снижение давления воздуха на входе в эжектор, тем самым, исключая его лобовое сопротивление, а в зоне взаимодействия реактивной струи и воздуха в эжекторе, происходит интенсивное охлаждение раскаленных газов, что исключает видимое излучение газовой струи и значительно снижает акустическое давление и температуру "выхлопа".
К тому же детонационный режим работы двигателя ЦРДД, снижает расход топлива до 40% из-за полноты его сгорания в высокотемпературной камере сгорания, с повторителями детонационных импульсов и с обратными ударными волнами в упругой газовой среде.
При этом электрические 18 и топливные 19 коммуникации (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 5, фиг. 8) проходят к двигателям 14 внутри лопастей 12, а силовая ось лопастей пересекается с осью вращения 20 несущего винта 11, к тому же топливная система двигателей и их система зажигания - запуска (не показано) связаны с управляющими элементами блока 4.6 в системе управления (фиг. - 15).
На направляющем стакане 9 так же смонтирован (фиг. 1, фиг. 5, фиг. 11, фиг. 12, фиг. 13) автомат перекоса 21 НВ, при этом автомат перекоса, типа: "Краб", примененный в беспилотном вертолете, выполнен в соответствии с Патентом ПМ RU №163712 от 25.12.2015 г, и имеет кинематику, без тяг, качалок и без шарнирной связи кольца управления 24 с фюзеляжем 1, а имеет кинематическую - шарнирную связь с лопастями 12, через тяги 22, шарнирно (не показано) соединенные с наружным кольцом 23, которое через шлиц-шарнир АП 21 связано с втулкой 10, к тому же, наружное кольцо 23 вращается относительно кольца управления 24 на подшипнике 25, при этом кольцо управления установлено на сферическом подшипнике 26 ползуна 27, а нижняя часть ползуна выполнена в виде фланца 28, при этом ползун установлен на направляющем стакане 9 с фиксацией от проворачивания (не показано).
Автомат перекоса 21 НВ имеет (фиг. 5) встроенный привод 29 управления циклическим шагом несущего винта 11 и выполнен, например: в виде нескольких одинаковых по конструкции цилиндров 30, 30.1, 30.2 закрепленных вертикально, равномерно по периметру и радиально на нижней части ползуна 27, выполненной в виде фланца 28, при этом штоки одностороннего действия 31, 31.1, 31.2, подпружиненных поршней (не показано) этих цилиндров, имеют поворотные упоры 32, которые взаимодействуют с нижней частью кольца управления 24 своей верхней упорной площадкой, а количество цилиндров в приводе управления не менее трех, при этом один из указанных цилиндров находится на продольной оси вертолета, а все штоки закрыты гофрированными защитными кожухами (не показано), при этом цилиндры 30, 30.1, 30.2 привода 29, гидравлически связаны с аналогичными цилиндрами в задающем -управляющем (фиг. 5, фиг. 12, фиг, 13) приводе 33, смонтированного в фюзеляже 1, и в котором установлены и закреплены цилиндры 34, 34.1, 34.2, конструктивно, а также по количеству и расположению совпадающие с количеством и расположением цилиндров в приводе 29 управления циклическим шагом НВ и, с такими же выступающими штоками подпружиненных поршней (не показано) одностороннего действия 35, 35.1, 35.2, с поворотными упорами 36, взаимодействующих своими верхними упорными площадками с нижней частью диска-имитатора 37, аналогичного кольцу управления 24 и установленного на сферической опоре 38, закрепленной в фюзеляже своей центральной частью.
При этом на боковой поверхности диска 37 (Фиг. - 5, Фиг. - 13), на его поперечной оси, закреплен цилиндрический палец-фиксатор 37.1, предохраняющий от проворачивания диск 37 вокруг вертикальной оси, и установленный в вертикальный паз направляющей вилки 37.2 закрепленной в фюзеляже.
К периферийной части (фиг. 13, фиг. 5) диска 37, на продольной оси диска, параллельной продольной оси вертолета, шарнирно закреплен 39 шток 39.1 электромеханического привода 40 двухстороннего действия, установленного и закрепленного в фюзеляже, для продольного управления вертолетом (тангаж), с датчиком 41 положения штока 39.1 относительно исходного (нулевого) положения, также к периферийной части диска 37, на оси диска, перпендикулярной его продольной оси, шарнирно закреплен 42 шток 42.1 электромеханического привода 43 двухстороннего действия, установленного и закрепленного в фюзеляже, для поперечного управления вертолетом (крен), с датчиком 44 положения штока 42.1 относительно исходного (нулевого) положения.
К тому же (фиг. 5) каждый цилиндр 30, 30.1, 30.2 привода 29, управления циклическим шагом НВ, имеет замкнутую гидравлическую связь 45, с аналогичными цилиндрами 34, 34.1, 34.2 в задающем - управляющем приводе 33, к тому же цилиндры и гидравлические коммуникации 45 заполнены гидравлической жидкостью с положительным давлением и с минимальным изменением вязкости при температуре от +50°С до -50°С, например: марки 7-50С-3 (ГОСТ 20734 75).
Электромеханический (фиг. 5, фиг. 12) привод 46 двухстороннего действия, управления общим шагом НВ, установлен и закреплен в нижней части направляющего стакана 9, а шток 47 привода закреплен 48 в нижней части 28 ползуна 27, к тому же привод 46 снабжен датчиком 49 положения штока 47 относительно его исходного положения (нулевого).
К тому же, исходным (нулевым) положением штоков 39.1, 42.1 и 47, приводов 40, 43, 46, считается положение, когда угол атаки каждой лопасти 12 НВ 11, установлен от +0.3° до +0.7°.
При этом приводы 40, 43, и 46 выполнены в виде "Электрических линейных актуаторов", серии: "Venture VMO", в исполнении "IP54" и с двухсторонним ходом штока, а датчики 41, 44, 49 положения штоков приводов 40, 43, 46, выполнены в виде датчиков Холла, типа: "HS2: Dual Hall Effect Sensors / IP65", и встроены в выше указанные актуаторы (Производство / поставку осуществляет ООО "Вексон", г. Санкт - Петербург).
КВ
На верхней части (фиг. 1, фиг. 5) направляющего стакана 9 закреплен сферический защитный экран 50 из композитного радиопрозрачного материала (Материал марки "ХАФС", производства ГНЦ РФ ОАО "ОНПП "Технология"), для размещение под ним приемопередающих элементов связи, управления и навигации вертолета 51 (показано условно), включая элементы пространственной ориентации вертолета, а так же гироскоп и высотомер (не показано), управляемые блоками 4.5 и 4.9 СУ (фиг. 15), к тому же нижняя часть (фиг. 5) защитного экрана выполнена в виде защитного кожуха 52 стартера-генератора 53 (фиг. 5, фиг. 11), а стартер-генератор, примененный в беспилотном вертолете, выполнен в соответствии с Патентом RU №2265133 от 14.04. 2004 г., и управляется блоками 4.2, системы управления (фиг. 15) и блоком питания 4.3 (фиг. 16), который содержит: 53.1 - инвертор управления и переключения стартера-генератора 53 (фиг. - 5, фиг. - 11, фиг. - 16) на режим генератора или стартера, или режим торможения НВ, системой управления 4.2 (фиг. - 15, фиг. - 16), к тому же инвертор 53.1 соединен с обмоткой 56.1 (фиг. - 11, фиг. - 16) статора 56 стартера-генератора 53, а обмотка 57 датчика 58, оборотов НВ, имеет связь с блоком 4.2 системы управления (фиг. 15, фиг. 16).
К тому же инвертор 53.1 (фиг. 16) имеет связь с аккумулятором 53.2 через выпрямитель 53.3 и с преобразователем напряжения 53.4 на выходе стартера-генератора 53 (при включенном режиме генератора), при этом блок питания 4.3 (при подготовке вертолета к выполнению задачи) может быть связан с внешним источником питания 53.5 (не показан).
При этом стартер-генератор 53, с использованием бортового аккумулятора 53.2 (фиг. 15, фиг. 16) или внешнего питания 53.5 (не показан), предназначен для осуществления раскрутки несущего винта 11, перед запуском двигателей 14 и обеспечения бортового энергопитания, а так же торможения НВ после посадки вертолета и выключения двигателей 14, установлен (фиг. - 5, фиг. - 11) и закреплен между втулкой 10 и направляющим стаканом 9, к тому же роторная часть 54 стартера-генератора 53, с постоянными магнитами 55, закреплена к верхней части втулки 10, а его статорная часть 56 с обмоткой 56.1 и с обмоткой 57, встроенного в стартер-генератор датчика 58 оборотов несущего винта, закреплена к направляющему стакану 9.
При этом управление (фиг. 15, фиг. 16) стартером-генератором 53 и переключение его с режима стартера в режим генератора или в режим торможения НВ, задается управляющими элементами блока питания 4.3 (фиг. - 16) и блоком управления 4.2 бортовой системы управления 4.1 вертолета (фиг. - 15), куда так же поступают данные с обмотки 57 датчика 58 (фиг. 11), оборотов несущего винта, встроенного в стартер-генератор 53.
Для путевого управления вертолетом и обеспечения его высокой маневренности, к верхней части фюзеляжа 1, параллельно плоскости вращения НВ, радиально, равномерно и на одной оси (фиг. 1, фиг. 3) закреплены несущие штаги 60 и 60.1, при этом несущие штанги закреплены посредством силовых фитингов 61 и 62 которые выполнены за одно целое с этими штангами, при этом несущие штанги состоят из двух частей и, имеют трубчатую телескопическую конструкцию, а их внешние части 63 и 64, с меньшим диаметром, являются съемными и устанавливаются внутрь закрепленных частей штанг и могут фиксироваться 65 и 66 на определенном радиусе от оси вращения несущего винта.
На несущей штаге 60 закреплен (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 6) привод 67, на оси 68 которого закреплен поворотный киль 69 путевого управления, при этом ось вращается в подшипниках 70, а конец оси находится в опорном кронштейне 71, а полость 72 киля заполнена вспененным конструкционным материалом, к тому же привод снабжен редуктором 73, двигателем 74 с датчиком 75 углового положения поворотного киля путевого управления, относительно его исходного (нулевого) положения.
.
На несущей штанге 60.1 закреплен (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 7) привод 76, на оси 68.1 которого закреплен дополнительный поворотный киль 77, при этом ось вращается в подшипниках 70.1, а конец оси находится в опорном кронштейне 78, а привод имеет двигатель 79 с датчиком 80 углового положения дополнительного поворотного киля, относительно его исходного (нулевого) положения, при этом полость 72.1 заполнена вспененным конструкционным материалом, типа: пенопласт марки "Акримид" /AKRIMID™ /, производства ФГУП "НИИ Полимеров", к тому же дополнительный поворотный киль 77 и киль путевого управления 69, а также их приводы и датчики выполнены аналогичными (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 6, фиг. 7).
При этом исходным (нулевым) положением килей 69 и 77, считается положение, когда вертикальная ось каждого киля, параллельна оси вращения 20 несущего винта 11.
К тому же датчики 75 и 80, углового положения килей 69, 77 выполнены в виде преобразователей угловых перемещений (энкодеров) типа ЛИР-МА212А (производство / поставка, Компания "Микроном", г. Смоленск)
При этом поворотный киль 69 путевого управления и дополнительный поворотный киль 77, находясь в нисходящих (индуктивных) потоках воздуха, при эксплуатации беспилотного вертолета, поворачиваются относительно друг друга асинхронно и, если киль 69 осуществляет путевое управление, то киль 77 парирует силы трения, поворачивающие вертолет в сторону вращения несущего винта (реактивный момент), а это трение в подвижной кинематической связи втулки 10 и коллектора 109, относительно направляющего стакана 9, а так же (фиг. 5) трение в подшипнике 25, между кольцом управления 24 и внешним кольцом 23 и в стартере-генераторе 53, когда он находится под нагрузкой.
К тому же дополнительный поворотный киль 77 увеличивает скорость поворота вертолета вокруг своей вертикальной оси при маневрировании, а так же стабилизирует балансировку путевого управления вертолета при его посадке в режиме авторотации несущего винта, когда оба поворотных киля находятся в восходящем потоке воздуха при снижении вертолета.
.
Для обеспечения, в определенных условиях эксплуатации, безопасного использования беспилотного вертолета, и увеличения эффективности несущего винта 11, он снабжен (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 10) съемным защитным кольцевым кожухом 81 (импеллером), корпус которого изготовлен из композитного материала (Материал марки,"Органит 10Т", производства ФГУП "ВИАМ" ГНЦ РФ), с ребрами жесткости 82 с внешней стороны, на которой выполнен обтекатель 83 кожуха из вспененного конструкционного материала (Пенопласт марки "Акримид" /AKRIMID™/, производства ФГУП "НИИ Полимеров") с последующим покрытием (Армирующая краска марки, "Диапокс", производства фирмы "Пенопласт - Техно", г. Москва), к тому же кожух может быть моноблочным или изготовлен из нескольких скрепляемых частей (не показано).
Для установки и крепления (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 10) кольцевого кожуха 81 несущего винта 11, в верхней части фюзеляжа, параллельно плоскости вращения НВ, радиально и равномерно, закрепляются съемные дополнительные несущие штанги 84, 85, 86, 87, 88, 89 с силовыми фитингами 90, 91, 92, 93, 94, 95, и с внешними телескопическими частями 96, 97, 98, 99, 100, 101, с фиксацией их 102, 103, 104, 105, 106, 107, на определенном радиусе от оси вращения несущего винта, к тому же дополнительные несущие штанги выполнены аналогичными телескопическим штангам 60 и 60.1 с установленными поворотными килями.
При этом кольцевой защитный кожух 81 несущего винта 11, устанавливается на внешние телескопические части дополнительных несущих штанг и внешние телескопические части несущих штанг с поворотными килями 69 и 77, и скрепляется с ними, элементами 108 (фиг. 1, фиг. 10) крепления в своей нижней части, с возможностью последующего быстрого съема.
Заключение несущего винта 11 в кольцевой (фиг. 1, фиг. 2) защитный кожух 81 (импеллер), позволяет снизить концевое обтекание лопастей, а так же снижает шумность НВ, увеличивает КПД несущего винта, позволяет уменьшить диаметр несущего винта и повышает безопасность (защищая от столкновений и защищая людей от увечий), при этом внутренняя, выходная часть кольцевого кожуха, выполнена в виде диффузора, а входная часть в виде плавного закругления верхней, внутренней кромки кольца 81.
Однако из-за дополнительного веса кольцевого кожуха 81 и веса элементов его крепления, в конструкции беспилотного вертолета предусмотрены (фиг. 3, фиг. 4) съем кольцевого кожуха и съем дополнительных элементов крепления кольцевого кожуха НВ и, их установка при необходимости (фиг. 1, фиг. 3).
Для соединения (фиг. 8, фиг. 9, фиг. 5) двигателей 14, установленных в лопастях 12 НВ, с электрическими и топливными коммуникациями вертолета, на направляющий стакан 9, герметично-подвижно установлен вращающийся коллектор 109, который вращается вместе с втулкой 10, и выполнен в виде втулки с внутренними кольцевыми коммуникациями 18, 19 для каждого двигателя и соединенными с двигателями 14 в лопастях 12.
Работа заявленного беспилотного вертолета, показана в режиме проверки и подготовки к полету, в зависимости от поставленной задачи его использования.
Проверяется отсутствие внешних помех, способных помешать вращению несущего винта 11, запуску двигателей 14 в лопастях 12, и последующему взлету. Проверяется наличие рабочего напряжения в бортовой сети, а при отсутствии напряжения, для запуска двигателей, к блоку питания 4.3 (фиг. 15, фиг. 16), подключается внешний источник питания 53.5, включается система управления и все ее компоненты (фиг. 15, фиг. 16), включая бортовые 4.1 и внешний блок управления 4.1.1 с элементами управления и объективного контроля 4.11 и связи 4.12.
Проверяется наличие выбранного топлива в баке 4, достаточного для выполнения предстоящей задачи. После включения СУ, все приводы и их исполнительные элементы, а так же рабочие органы вертолета, должны установиться в исходное (нулевое) положение и эта информация отражается на внешнем блоке управления и объективного контроля 4.11 (фиг. 15).
Отражается информация датчиков 41, 44, 49 (фиг. 5), показывающие, что электромеханические приводы 40, 43, задающего -управляющего привода 33 и электромеханический привод 46, управления общим шагом НВ, установили свои штоки 39.1, 42,1 47 в исходное (нулевое) положение, при этом ползун 27 передвигается по направляющему стакану 9, будучи скрепленным в месте 48 со штоком 47, в положение, когда лопасти 12 устанавливаются тягами 22, связанных с внешним кольцом 23 автомата перекоса 21, на общий угол атаки (общий шаг) +0.3° - +0.7°.
А приводы 40 и 43 устанавливают (фиг. 5, фиг. 13) свои штоки 39.1 и 42.1 в положение, когда диск-имитатор 37 кольца управления 24, занимает "горизонтальное" положение, опираясь на сферическую опору 38 и крепления 39 и 48 штоков 31.1 и 42.1, закрепленных к периферийной части этого диска. При этом диск 37 фиксируется от проворачивания цилиндрическим пальцем-фиксатором 37.1, установленным в паз направляющей вилки 37.2, для исключения боковых, круговых нагрузок на штоки 39.1 и 42.1.
Диск-имитатор 37, установившись в "горизонтальное" положение, выставляет на одну высоту штоки 35, 35.1, 35.2 поршней (не показано) цилиндров 34, 34.1, 34.2, взаимодействуя с их поворотными, упорными поверхностями 36, своей нижней поверхностью (фиг. 5, фиг. 13).
Гидравлическая жидкость, находящаяся в цилиндрах 34, 34.1, 34.2, через замкнутую гидравлическую связь 45, равномерно распределяется, выставляя (фиг. 5, фиг. 12) штоки 31, 31.1, 31.2 поршней (не показано) цилиндров 30, 30.1, 30.2, встроенного привода 29 управления циклическим шагом НВ, на один уровень по высоте, при этом, эти штоки, своими поворотными упорами 32 равномерно упираются в нижнею поверхность кольца управления 24, выставляя его в "горизонт", при этом лопасти 12, управляемые тягами 22, устанавливаются в исходное (нулевое) положение с одинаковыми углами атаки (шагом)+0,3° - +0,7°, каждой лопасти.
Если автомат перекоса 21, с помощь приводов 40, 43, 46 установил лопасти 12 в исходное положение, это значит, что и их штоки 39.1, 42.1, 47 находятся в исходном (нулевом) положении и гидравлическая связь 45 замкнутой гидравлической системы каждой пары цилиндров 30 и 34, 30.1 и 34.1, 30.2 и 34.2 достаточно заполнены гидравлической жидкостью.
К тому же, СУ устанавливает поворотный киль 69 путевого управления и дополнительный поворотный киль 77 в исходное (нулевое) положение (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 6, фиг. 7), вращая двигатель 74 привода 67 и двигатель 79 привода 76, до показания датчиками 75 и 80 исходного (нулевого) углового положения поворотных килей, когда вертикальные оси килей 69 и 77 будут параллельны оси 20 вращения несущего винта 11, что соответственно должно отразиться в блоке внешнего управления и объективного контроля 4.11 (фиг. 15).
Перед запуском двигателей 14, СУ подает команду на перевод стартера-генератора 53 (фиг. 5, фиг. 11, фиг. 15, фиг. 16) в режим стартера, когда бортовое напряжение, или внешнее питание 53.5, подается на обмотку 56.1 статора 56, закрепленного к направляющему стакану 9 (фиг. 5), с определенной согласованностью (не показано) по отношению к положению постоянных магнитов 55 ротора 54, закрепленного к верхней части втулки 10.
Начинается раскрутка несущего винта 11, лопасти 12 которого установлены в исходное (нулевое) положение, и после достижения им, НВ, 150 об/мин, которые контролируются датчиком 58 встроенным в статор 56 и выдающим сигнал в блок 4.2 (фиг. 15, фиг. 16) со своей обмотки 57, пропорциональный количеству проходящих магнитов 55 над датчиком 58 в единицу времени.
Система управления, выдает команду через блок 4.6 на поочередный запуск двигателей 14 ЦРДД, включается (фиг. 5, фиг. 4, фиг. 8, фиг. 9) система зажигания, а из бака 4 подается топливо через коллектор 109 в один из двигателей, а после его запуска, подается топливо в другой двигатель и, после его запуска и увеличения оборотов НВ до 200 об/мин, СУ переключает стартер-генератор в режим генератора, когда он начинает подавать напряжение в бортовую сеть вертолета и на зарядку аккумулятора 53.2 через преобразователь напряжения 53.4.
При этом принудительная подача топлива из бака 4 отключается, а регулирование количества топлива остается, так как топливо будет поступать в двигатели за счет центробежных сил, действующих на топливо, при прохождении его в лопастях 12.
Система управления проверяет-тестирует весь комплекс навигационного оборудования и элементы пространственной ориентации вертолета и связи 51 (показано условно) находящихся под кожухом 50 (фиг. 5) и управляемые блоками 4.5 и 4.9 СУ (фиг. 15), а так же работу технологического, вспомогательного оборудования, управляемого блоками 4.6, 4.7, 4.8, 4.10.
Подготовка и проверка беспилотного вертолета завершена.
Топливные и электрические коммуникации 19, 18 к двигателям 14 перекрываются, а стартер-генератор 53 переводится СУ в режим торможения НВ (фиг. 11, фиг. 16), когда инвертором 53.1 на выход генератора подключается нагрузка в виде балластного резистора (не показано) с сопротивлением, равным внутреннему сопротивлению обмотки 56.1 статора 56 и, большой ток в обмотке 56.1, создает торможение движению постоянных магнитов 55 ротора 54 в магнитном поле статора 56.
После остановки вращения НВ, стартер-генератор переводится СУ в обычный режим ожидания.
В зависимости от условий, при которых предстоит выполнять задачу беспилотным вертолетом, например: предстоящий полет будет в горной местности или среди строений, а предстоящая посадка и взлет будут проходить в населенном пункте или при скоплении людей - с целью повышения безопасности вертолета и увеличения его грузоподъемности, на несущий винт 11 вертолета, устанавливается (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 10) съемный кольцевой, защитный кожух 81 (импеллер).
Для этого, помимо несущих штанг 60, 60.1, с установленными на них поворотными килями 69 и 77, и их внешних телескопических элементов 63 и 64, в верхней части фюзеляжа 1, равномерно и радиально закрепляются, через силовые фитинги, съемные несущие штанги 84, 85, 86, 87, 88, 89, с их внешними телескопическими элементами 96, 97, 98, 98, 99, 100, 101, которые закрепляются на определенном радиусе от оси вращения НВ и на которые, как и на элементы 63 и 64, устанавливается и закрепляется кольцевой, защитный кожух 81 своими крепежными элементами 108.
После установки на нижней части силовой платформы 2, необходимого "полезного" груза 8 (фиг. 1, фиг. 3), или установки вертолета с помощью рым-колец 7.1 на (габаритный) груз и закрепления его в крепежных устройствах 7, а так же введения в блок 4.2 бортовой СУ 4.1 (фиг. 15), маршрута и других параметров полета или взятия управления вертолетом, внешним блоком управления 4.1.1 СУ и объективного контроля 4.11, вертолет начинает выполнять задачу.
Запускаются двигатели 14, как это описано выше, и после перевода стартера-генератора 53 в режим генератора и подключения его в бортовую сеть и отключения принудительной подачи топлива в двигатели, оставляя только регулирование количества топлива поступающего в двигатели, СУ увеличивает обороты НВ до взлетного режима, а привод 46, управления (фиг. 5, фиг. 12) общим шагом НВ, поднимает ползун 27 и увеличивает общий шаг каждой лопасти 12 на необходимый угол атаки - вертолет начинает взлет.
После отрыва посадочных элементов 6 шасси 5, или нижней части крупногабаритного груза от опорной поверхности, СУ двигателями 79 и по показаниям датчика 80, поворачивает (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 6, фиг. 7) дополнительный поворотный киль 77, находящегося в индуктивном потоке воздуха от вращения НВ, до положения, когда полностью парируются силы трения в кинематической, подвижной связи втулки 10 НВ 11 и стартера-генератора 53 с направляющим стаканом 9 и трение в подшипнике 25 АП 21, исключая вращение (реактивный момент) фюзеляжа 1 с грузом 8 в сторону вращения НВ и, автоматически отслеживает это положение.
После достижения вертолетом "высоты принятия решения" на полет по маршруту, СУ двигателями 74 и по показаниям датчика 75, поворачивает (фиг. 1, фиг. 3, фиг. 6, фиг. 7) поворотный киль путевого управления 69, находящегося в индуктивном потоке воздуха от вращения НВ, до положения когда "носовая часть" вертолета поворачивается в строну направления предстоящего полета и, отслеживает это положение киля 69, с учетом курса полета и атмосферных явлений.
Система управления, приводами 40 и 43 управления (фиг. 5, фиг. 12, фиг. 13) циклическим шагом лопастей 12 НВ 11, меняя положение их штоков 39.1 и 42.1 и по показаниям датчиков 41 и 44 наклоняет диск-имитатор 37 в сторону необходимого движения вертолета, по тангажу и крену, при этом изменение положения, относительно "горизонта", диска-имитатора 37, изменяет положение штоков 35, 35.1, 35.2 поршней цилиндров 34, 34.1, 34.2 и гидравлическая жидкость по связям 45 поступает в цилиндры 30, 30.1, 30.2 и уравновешивает общее количество гидравлической жидкости во всех парных цилиндрах, а это вызывает (фиг. 5, фиг. 12) наклон кольца управления 24 и изменение циклического шага лопастей 12 тягами 22 на каждый оборот НВ, с дальнейшим отслеживанием СУ направления, высоты и скорости полета вертолета, управляя приводами 40, 43, 46 обеспечивая путевое управление поворотным килем 69 с приводом 67 и обеспечивая парирование реактивного момента дополнительным поворотным килем 77 с приводом 76. При этом в случае необходимости быстрого поворота вертолета вокруг свой оси, или недостаточности аэродинамических характеристик киля 69 (полная выборка углового хода) для этой цели, СУ подключает к путевому управлению вертолета поворотный киль 77, особенно в режиме активного рыскания при маневрировании.
Беспилотный вертолет, выполняя полет и пройдя точки поворотов, изменений направления и высоты полета, достигает зону посадки или применения, сброса "полезного" груза 8 по команде блока 4.7 СУ (фиг. 15).
Для посадки вертолета в заданное место, СУ использует алгоритмы в блоке 4.2 СУ (фиг. 15), а именно: спутниковую навигацию, ориентацию по радиомаяку, лазерную подсветку места посадки, или посадку по "фотошаблону" конкретного места посадки, заложенного в СУ, с использованием бортовой видеокамеры блока 4.10.
Вертолет "привязавшись" к месту посадки, подлетает к нему и СУ, приводами 40, 43, удерживает его в соответствующей координате, изменениями циклического шага лопастей НВ, а управляя приводом 46, уменьшает общий шаг лопастей 12 НВ, совершает посадку с заданной скоростью и с учетом "экрана земли".
При этом СУ, приводами 67 и 79, управляя поворотными килями 69 и 77, отслеживает заданное азимутное положение вертолета.
Для быстрой "самостоятельной" разгрузки вертолета, крепежные элементы 7 отсоединяются по команде блока 4.7 (фиг. 15) от "полезного" груза и СУ обеспечивает взлет вертолета и его посадку вне зоны нахождения груза.
Если программа и задача беспилотным вертолетом выполнена и, взлет в ближайшее время не предусматривается, СУ переводит вертолет в состояние ожидания.
Поочередно: бортовой СУ 4.1 и блоком питания 4.3 (фиг. 15, фиг. 16) перекрывается движение топлива в двигатели 14 в лопастях 12, стартер-генератор 53 блоком 4.2 и инвертором 53.1 переводится в режим торможения НВ, а после его остановки, стартер-генератор переводится в обычный режим ожидания, приводы 40, 43, 47, 67, 79 устанавливают лопасти 12 и поворотные кили 69 и 77 в исходное (нулевое) положение.
Если груз 8 не был "выгружен самим вертолетом", он отсоединяется от устройств 7 его крепления на нижней части силовой платформы 2, а вертолет, с использованием рым-колец 7.1, снимается с груза 8 (габаритного) и устанавливается на шасси вне зоны груза.
Бортовая СУ 4.1, или блок СУ внешнего управления 4.1.1 отключает электропитание бортовой сети вертолета, кроме самого блока питания 4.3 (фиг. 16, фиг. 15) и приемо-передающих блоков 4.12 и 4.9.
Работа вертолета под управлением Системы управления и ее базовых компонентов 4.1, 4.1.1 и 4.3 (фиг. 15, фиг. 16) завершена, другие - дополнительные действия и обслуживание производится техническими специалистами.
При этом в аварийной ситуации, при невозможности вертолетом достигнуть места назначения из-за повреждения, например: топливного бака 4, двигателей 14 и их отключения, СУ приводом 46 опускает ползун 27 по направляющему стакану 9 и устанавливает угол атаки (общий шаг) лопастей 12 на угол с отрицательным значением, что позволяет перевести несущий винт в режим авторотации и, он будет продолжать вращаться, в ту же сторону в которую вращался, от восходящего потока воздуха при снижении вертолета. При этом СУ, приводами 67 и 76, управляя килями 69 и 77, стабилизирует азимутное положение вертолета и парирует реактивный момент НВ.
При снижении вертолета до зоны действия "экрана земли", СУ приводом 46, поднимает ползун 27 и устанавливает лопасти 12 на угол атаки (общий шаг) с положительным значением, что позволяет, за счет инерции вращения несущего винта, получить кратковременную тягу (подъемную силу) НВ и осуществить посадку с приемлемой вертикальной скоростью, без разрушения вертолета и его "полезного" груза.
Предлагаемый беспилотный вертолет, имеет следующие преимущества:
-- конструкция вертолета позволяет изготавливать его на 80% из композитных материалов, кроме двигателей, втулки и автомата перекоса, что определяет высокую технологичность его изготовления и низкую себестоимость;
-- возможность изготавливать типоразмеры вертолетов, с полезной нагрузкой от 150 кг до 3000 кг, без дополнительных технических решений, и за счет этого получать необходимую грузоподъемность, при соотношении собственного веса вертолета к полезной нагрузке 1:3;
-- повышенная безопасность в определенных условиях эксплуатации, при полетах в горной местности, в городской черте и при скоплении людей, а так же в "плотном строю", за счет применения съемного кольцевого кожуха (импеллера) и "способность" вертолета, разгружаться самостоятельно;
-- высокая маневренность за счет применения асинхронных поворотных килей и торсионного крепления лопастей НВ во втулке, а так же рациональная центровка и низкое расположение центра тяжести;
-- высокая автономность, за счет использования стартера-генератора, экономичности силовой установки и ее многотопливности.
Исследования, отработка основных элементов беспилотного вертолета и их изготовление (фиг. 9), подтвердили их высокую надежность и работоспособность, при этом при исследовании и отработке несущего винта в совокупности с двигателями ЦРДД, использовались расчеты [5], представленные в "перечне взятых во внимание материалах", а простота конструкции и ее технологичность, позволяют утверждать, что беспилотный вертолет, отвечает требованиям новизны и соответствует требованиям к конструкции при серийном производстве.
Источники информации, взятые во внимание при разработке технического решения "Беспилотный вертолет "Тень":
RU 2271310 от 06.12.2000; RU 2344967 от 24.07.2007;
RU 2238221 от 04.12.2002; RU 2128130 от 13.05.1997;
RU 2086476 от 13.04.1993; RU 2566177 от 21.11.2013;
RU 2133210 от 27.04.1995; RU 157424 от 28.07.2015;
RU 2390815 от 13.10.2008; RU 2276649 от 29.12.2004;
RU 2059536 от 07.12.1993 (аналог); RU 82674 от 11.11.2008;
RU 2067952 от 20.10.1996; RU 168875 от 24.08.2016 (прототип).
1. - УДК 629. 753. В.И. Шайдаков. Аэродинамические характеристики системы "винт в кольце", Научный вестник МГТУ ГА, №226, 2016.
2. - Лебедев И.М., Расчет торсиона несущего винта в системе MSC. Nastran, КГТУ (КАИ) им. А.Н. Туполева, Казань, 2015.
3. - Г. Лазарев, "Реактивный вертолет В-7", Журнал "Техника-Молодежи", №4 - 1999. (аналог).
4. - Володко A.M., "Основы аэродинамики и динамики полета вертолетов, Учебн. пособие для вузов. - М. Транспорт, 1988. - с. 136-180.
5. - УДК 629.735.33. Ю.М. Игнаткин, С.Г. Константинов, "Исследование аэродинамических характеристик несущего винта вертолета методом CFD". Электронный журнал "Труды МАИ", Выпуск №57.