МНОГОЦЕЛЕВОЙ ВЕРТОЛЕТ

Полезная модель относится к области авиации, в частности, к вертолетостроению.
Известен вертолет Ка-26, содержащий фюзеляж, выполненный по схеме «летающее шасси», в головной части которого размещена кабина экипажа, силовую установку с двумя поршневыми двигателями, главный редуктор с соосными несущими винтами и жидкостной противообледенительной системой лопастей, четырехопорное колесное шасси, две хвостовые балки с оперением, состоящим из стабилизатора и разнесенных по его размаху двух килей с рулями направления, съемную транспортную кабину на б человек, оборудованную оконными проемами и грузовым люком со створками, а также систему обогрева и вентиляции обеих кабин (см. кн. Вертолет Ка-26/Н.Ф. Суриков, Г.И. Иоффе, А.А. Дмитриев, Е.Г. Пак-М.: Транспорт, 1982, стр.12-14; 24-30; 53-115; 132-134; 148-170).
Данный аналог принят за прототип. Недостатками известного технического решения являются эксплуатационная сложность технического обслуживания основных агрегатов и систем вертолета, как например, соосные несущие винты с трехшарнирными втулками, имеющими большое число высоконагруженных контактирующих деталей, требующих систематической смазки во избежание фретинг-коррозии, а также силовая
установка с поршневыми двигателями М-14В26, которые при эксплуатации в условиях низких температур, начиная с - 5°С, требуют тщательного контроля за вязкостью масла, необходимости его подогрева и разжижения бензином. Кроме того, большой габарит двигателей М-14В26 и размещение их в автономных гондолах привело к увеличению вредного сопротивления фюзеляжа и, как следствие, явилось причиной создания в полете вертолета устойчивой и относительно большой «аэродинамической тени», которая негативно отразилась на его летных характеристиках.
Другими недостатками являются низкая эффективность жидкостной противообледенительной системы лопастей несущих винтов и высокая пожароопасность системы обогрева кабин с использованием бензообогревателя.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является устранение указанных выше недостатков и повышение надежности и безопасности вертолета при одновременном упрощении эксплуатационного обслуживания вертолета.
Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленной полезной модели, является эксплуатация вертолета в более расширенных ожидаемых условиях, включая безопасность полета в условиях обледенения и выживаемость экипажа в прогнозируемых аварийных ситуациях, а также снижение трудоемкости технического обслуживания силовой установки и соосных несущих винтов, эффективность и безопасность работы системы обогрева и вентиляции кабин.
Отмеченный технический результат достигается тем, что в известном вертолете, содержащем фюзеляж с кабиной экипажа, двухдвигательную силовую установку, главный редуктор с соосными несущими винтами, каждый из которых состоит из втулки и лопастей, оснащенных противообледенительной системой, четырехопорное колесное шасси, включающее две передние опоры и две главные опоры, две хвостовые балки с оперением, состоящим из стабилизатора и разнесенных по его размаху килей, съемную транспортную кабину с оконными проемами и грузовым люком со створками, а также систему обогрева и вентиляции обеих кабин, двигатели для силовой установки применены газотурбинные, размещены в фюзеляже за главным редуктором рядом друг с другом, симметрично относительно продольной плоскости вертолета, имеют общую поверхность капотов, сформированную так, что обеспечивается минимизация прироста площади миделевого сечения фюзеляжа, каждый несущий винт оснащен упругим устройством крепления лопастей к втулке, и при этом противообледенительная система выполнена электротепловой, кроме того, фюзеляж с обеих сторон снабжен консолями трапециевидной формы в плане и профилированной поверхностью, близкой к симметричному аэродинамическому профилю, и каждая консоль имеет узлы для крепления главных опор шасси, а съемная транспортная кабина изготовлена с передней торцевой стенкой и верхней панелью, обеспечивающими замкнутость ее поверхности, и на одном из бортов имеет дополнительный проем со
сдвижной дверью, кроме того, согласно предложенному техническому на нем кабина экипажа выполнена с возможностью размещения двух амортизационных кресел, в устройстве установки каждого из которых предусмотрена продольная регулировка кресла под рост пилота;
упругое устройство крепления каждой из лопастей к втулке выполнено в виде пластинчатого торсиона, который одним концом жестко крепится к втулке, а другим через переходной элемент соединен с лонжероном лопасти, при этом имеется шаровая опора, которая закреплена к втулке, и жесткое звено, соединенное одной стороной совместно с переходным элементом и пластинчатым торсионом, другой закреплено на шаровой опоре, центр которой расположен на продольной упругой оси лопасти на участке (0,019...0,020) R от оси ее вращения, где R - радиус несущего винта;
крепление переходного элемента к лонжерону лопасти выполнено в виде вилки с двумя отверстиями, расположенными так, что на ответной части лонжерона они разнесены по хорде лопасти на одинаковую величину относительно ее продольной упругой оси;
каждый киль оперения оснащен неподвижным предкрылком, установленным так, что его выпуклая поверхность обращена к стабилизатору;
створки грузового люка съемной транспортной кабины выполнены с разъемом по горизонтали, причем одна из них - верхняя закреплена на петлях с возможностью удерживания ее в открытом положении фиксаторами, размещенными на поверхности хвостовых балок, а нижняя створка выполнена сдвижной по направляющим, установленным на днище съемной транспортной кабины;
оконные проемы съемной транспортной кабины выполнены с возможностью экстренного аварийного удаления из них стекол как
изнутри кабины, так и снаружи ее;
крепление стекол выполнено резиновыми профилями эллиптической формы поперечного сечения с прорезями по большой оси, с одной стороны - для заделки стекол, с другой - для заделки профиля в окантовку оконного проема, и двух диаметрально расположенных по малой оси профиля прорезей круглого сечения для уплотнительных шнуров;
система обогрева выполнена за счет отбора сжатого горячего воздуха за компрессором каждого из двигателей и включает последовательно соединенные трубопроводами обратные клапаны, регулятор избыточного давления, эжекторы и дифлекторы, причем последние размещены в кабине экипажа по периметру нижней части лобового остекления, а в съемной транспортной кабине - над уровнем пола вдоль ее бортов;
система вентиляции выполнена принудительно-приточной с автономными электровентиляторами, установленными на выходе каждого воздуховода в кабину экипажа или съемную транспортную кабину.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что совокупность существенных признаков заявленного решения является новой и промышленно приемлемой для достижения указанного технического результата и соответствует условию патентоспособности полезной модели. Техническое решение полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 показан схематический разрез вертолета с условно подвешенной транспортной кабиной;
на фиг.2 - размещение двигателей на фюзеляже (вид сверху);
на фиг.3 - вертикальный киль с креплением предкрылка;
на фиг.4 - трапециевидная консоль с узлами крепления главной опоры шасси;
на фиг.5 показано устройство упругого крепления лопасти к втулке несущего винта;
на фиг.6 - узел крепления лонжерона лопасти к переходному элементу;
на фиг.7 показана схема энергопитания электротепловой противообледенительной системы лопастей соосных несущих винтов;
на фиг.8 - размещение нагревательных элементов в носке лопасти, разрез А-А фиг.7;
на фиг.9 показана кабина экипажа, оснащенная амортизационным креслом;
на фиг.10 - устройство установки амортизационного кресла;
на фиг.11 - типовое устройство принудительно-приточной вентиляции кабины, место Б на фиг.10;
на фиг.12 показана съемная транспортная кабина;
на фиг.13 - разрез В-В на фиг.12;
на фиг.14 показана схема открытия створок грузового люка съемной транспортной кабины;
на фиг.15 - устройство подвески нижней сдвижной створки;
на фиг.16 - разрез Г-Г фиг.15 с открытым положением нижней сдвижной створки;
на фиг.17 показана схема обогрева кабин вертолета;
на фиг.18 - схематичный разрез вертолета с размещением пассажирских кресел;
на фиг.19 - схематический разрез вертолета с размещением длинномерных грузов.
Многоцелевой вертолет содержит фюзеляж 1, выполненный по схеме «летающее шасси», в головной части которого размещена кабина экипажа 2, главный редуктор 3 с соосными несущими винтами 4, 5, четырехопорное колесное шасси, включающее две передние опоры 6 и две главные опоры 7, две хвостовые балки 8, на которых установлено оперение, состоящее из стабилизатора 9 и разнесенных по его размаху килей 10, каждый из которых оснащен неподвижным предкрылком 11, установленным так, что его выпуклая поверхность обращена к стабилизатору 9, для эффективности работы килей 10 в зонах «аэродинамической тени» от фюзеляжа, возможной на некоторых режимах полета вертолета.
Силовая установка многоцелевого вертолета состоит из двух газотурбинных двигателей 12, которые размещены в фюзеляже 1 за главным редуктором 3 рядом друг с другом, симметрично относительно продольной плоскости вертолета и имеют общую поверхность капотов 13, сформированную так, что обеспечивается минимизация прироста площади миделевого сечения фюзеляжа 1.
Для крепления главных опор 7 шасси фюзеляж 1 с каждой стороны снабжен консолями 14 трапециевидной формы в плане и профилированной поверхностью, близкой к симметричному аэродинамическому профилю. Каждая из главных опор 7 крепится тремя узлами типа «ухо-вилка», два узла 15 из которых расположены по корневой хорде 16 консоли 14, а третий узел 17 - на торце консоли.
Каждый из несущих винтов 4 и 5 оснащен упругим устройством для крепления лопасти 18 к втулке 19. Упругое устройство выполнено в виде пластинчатого Л-образного (на фиг. не показано) торсиона 20, который крепится к втулке 19 двумя болтами 21, для чего втулка 19 выполнена из двух корпусов 22 и 23, стянутых этими болтами совместно с торсионом 20. Здесь же, между ветвями А-образного торсиона 20 к втулке 19 закреплена шаровая опора 24, центр которой расположен на линии продольной упругой оси 25 лопасти на участке (0,019...0,020) R от оси 26 ее вращения, где R -радиус несущего винта. Другим концом торсион 20 посредством болта 27 соединен с переходным элементом 28, к которому крепится лопасть 18, и жестким звеном 29, выполненным в виде кожуха, охватывающего торсион 20.
Жесткое звено (кожух) 29 опирается на шаровую опору 24 и предназначено для управления углом установки лопасти 18. обеспечивая постоянство характеристики регулятора взмаха при изменении скорости полета вертолета.
Крепление переходного элемента 28 к комлевой части лонжерона 30 лопасти 18 выполнено в виде вилки с двумя отверстиями 31, расположенными так, что на ответной части лонжерона 30 они разнесены по хорде лопасти 18 на одинаковую величину относительно ее продольной упругой оси 25, упрощая монтажные работы при замене лопасти и при необходимости позволяет обеспечить складывание лопастей 18 за счет демонтажа одного из болтов (не показано) из проушины 31.
Противообледенительная система лопастей 18 несущего винта выполнена электротепловой. Для этого в систему соосного несущего винта включены два токосъемника 32 и 33 щеточного типа для передачи электропитания на несущие винты 4 и 5, вращающиеся в противоположных направлениях.
Токосъемник 32 установлен в нижней части главного редуктора 3 и предназначен для передачи электропитания от бортового источника с программным коммутатором (не показан) на лопасти верхнего несущего винта 4. Токосъемник 33 установлен на валу 34 верхнего несущего винта 4 и служит для передачи электропитания на лопасти нижнего несущего винта 5. Лопасти 18 в комлевой части оснащены электрическим разъемом 35, а в качестве нагревательного элемента применены гофрированные стальные ленты 36, завулканизированные в резиновую оболочку в носке профиля лопасти в виде четырех секции.
Кабина экипажа 2 многоцелевого вертолета выполнена с возможностью установки в ней двух амортизационных (энергопоглащающих) кресел 37 типа АК2000, имеющих параллелограммное устройство 38 подвески сидения 39. Для исключения травмирования пилота 40 об органы управления, в частности, ручку 41 продольно-поперечного управления при срабатывании кресла 37 в аварийных ситуациях, в устройстве его установки предусмотрена продольная регулировка кресла под рост пилота. Одним из вариантов такого устройства являются жестко закрепленные на полу 42 кабины экипажа 2 направляющие 43, в которых подвижно в продольном направлении установлена плита 44 со смонтированным на ней амортизационным креслом 37. Фиксация плиты 44 в направляющих 43 выполнена штыревым замком 45, для чего в плите 44 имеются N количество ответных отверстий (не показано).
Суть продольной регулировки кресла 37 заключается в том, что из-за параллелограммной подвески сидения 39 кресла АК2000, при вертикальной регулировке последнего сидение 39 перемещается вперед, и пилот 40 приближается к ручке 41. В случае аварийной ситуации, при воздействии ударной нагрузки сидение 39 дополнительно за счет параллелограммной подвески 38 перемещается вперед по ходу амортизационного проседания кресла 37, а верхняя часть туловища и голова пилота 40 подвергаются энергичному инерциальному «кивку» вперед, что в совокупности может привести к травмированию пилота об ручку 41 продольно-поперечного управления.
Экспериментальные исследования на натурном стенде показали необходимость упреждающей продольной регулировки кресла 37 в направлении «назад» в сочетании с регулировкой сидения 39 «вверх» для обеспечения безопасной области положения верхней части туловища и, в частности, головы пилота 40 в случаях аварийного срабатывания кресла 37.
Для решения многофункциональных задач вертолет оснащен съемной транспортной кабиной 46.
Кабина образована двумя боковыми панелями 47, днищем 48, внешняя поверхность которых выполнена в продолжении поверхности головной части фюзеляжа 1, передней торцевой стенкой 49 и верхней панелью 50, формирующей потолок кабины.
Задняя часть кабины образована двумя створками 51, 52, формирующими ее поверхность 53 и грузовой люк 54. Боковые панели 47 кабины оснащены оконными проемами 55, 56, а на одной из панелей (левой) выполнен проем с окантовкой 57 по контуру, а с внешней стороны панели установлена сдвижная дверь 58, закрывающая проем.
Съемная транспортная кабина 46 крепится к фюзеляжу 1 шестью узлами 59 типа «ухо-вилка» по контуру соединения панелей 47 и 50 и четырьмя узлами 60 фланцевого типа по контуру передней торцевой стенки 49.
Для обеспечения покидания на земле транспортной кабины 46 в аварийной ситуации вертолета оконные проемы 55 выполнены с возможностью экстренного удаления из них стекол 61, причем как изнутри кабины, так и снаружи ее.
С этой целью крепление стекол 61 выполнено резиновыми профилями 62 эллиптической формы поперечного сечения с прорезями по большой оси профиля, с одной стороны - для заделки стекла 61, а с другой - для заделки профиля 62 в окантовку 63 оконного проема. По малой оси эллиптического резинового профиля 62 выполнены диаметрально расположенные прорези круглого сечения, и в них вмонтирован уплотнительный шнур 64, снабженный захватом (не показан) для его удаления из профиля 62.
Створки 51, 52 грузового люка 54 съемной транспортной кабины 46 выполнены с разъемом по горизонтали, причем створка 51 (верхняя) закреплена на петлях 65 с возможностью удерживания ее в открытом положении фиксаторами (не показано), размещенными на поверхности хвостовых балок 8.
Створка 52 (нижняя) выполнена сдвижной по направляющим 66, установленным на поверхности днища 48 съемной транспортной кабины 46. Для удобства работы со створкой 52, последняя снабжена дополнительными направляющими 67, разнесенными по ширине створки и установленными на внутренней ее поверхности. А на полу транспортной кабины 46 вблизи проема грузового люка 54 установлена кулиса 68, образующая с направляющими 67 сдвижной створки 52 поступательную пару. Сдвижная створка 52 снабжена также ручкой 69 и фиксаторами открытого и закрытого положения (не показано).
Для обеспечения комфортных условий в кабинах вертолета, последние оснащены системами обогрева и вентиляции. Система вентиляции выполнена принудительно-приточной с автономными электровентиляторами 70 с регулируемыми заслонками на входе (не показано). Вентиляторы 70 установлены на выходе каждого воздуховода 71 в кабину экипажа 2 или съемную транспортную кабину 46. Поступление наружного воздуха 72 в воздуховод 71 осуществляется через жалюзи 73 на поверхности обшивки кабины экипажа 2 или съемной транспортной кабины 46.
Система обогрева кабин выполнена за счет отбора сжатого горячего воздуха за компрессором каждого из двигателей 12. Система включает последовательно соединенные трубопроводами 74 обратные клапаны 75, расположенные непосредственно вблизи места отбора воздуха от двигателей, регулятор избыточного давления 76, два эжектора 77 со встроенными управляемыми заслонками (не показано) и дефлекторы 78, 79.
Дефлекторы 78 размещены в кабине экипажа 2 по периметру нижней части лобового остекления 80, а дефлекторы 79 размещены в съемной транспортной кабине 46 над уровнем пола вдоль ее бортов (боковых панелей 47).
При использовании многоцелевого вертолета в пассажирском варианте в съемной транспортной кабине 46 устанавливается шесть амортизационных кресел 37 по схеме «купе», а створка 51 используется для загрузки багажа 80.
При использовании многоцелевого вертолета для перевозки длинномерных грузов 81 створки 51 и 52 фиксируются в открытом положении, а груз 81 закрепляют на полу кабины 46.
Эксплуатация многоцелевого вертолета производится следующим образом.
Подготовка вертолета к полету производится по установленному регламентом маршруту визуального осмотра фюзеляжа 1, кабины экипажа 2, съемной транспортной кабины 46 с проверкой функционирования сдвижной двери 58 створок 51, 52 грузового люка, шасси 6, 7, оперения 9, 10, главного редуктора 3, несущих винтов 4, 5 и, в частности, осмотра по состоянию пластинчатого торсиона 20 вблизи корпуса 23 втулки 19, так как при его работе здесь сконцентрированы изгибно-крутильные напряжения.
Двигатели 12 независимо от внешних температурных условий осматриваются только по состоянию, и производится контроль полноты заправки их маслосистемы.
Перед вылетом пилот 40 регулирует амортизационное кресло 37 под свой рост с выходом на «линию визирования», необходимую для внекабинного обзора. В случае регулировки сидения 39 «вверх» производится соответствующая продольная регулировка кресла 37 «назад» путем перемещения плиты 44 в направляющих 43 и последующей фиксации ее штыревым замком 45.
Величина продольной регулировки определяется инструкцией по положению сидения 39 относительно ручки 41 продольно-поперечного управления при полном ходе ее «на себя».
Запускаются двигатели 12, и осуществляется проверка функционирования бортового оборудования и, в частности, энергопитания токосъемников 32, 33 противообледенительной системы лопастей 18, работы электровентиляторов 70 системы принудительной вентиляции, функционирования агрегатов системы обогрева регулятора избыточного давления 76, заслонок эжекторов 77.
Вертолет взлетает и перемещается в заданное место посадки.
В полете наличие предкрылков 11 на килях 10 и удобообтекаемых консолей 14 способствуют снижению воздействия на вертолет аэродинамических возмущений на различных режимах его траекторного полета.
При полете в условиях низких температур наружного воздуха 72 пилот 40 закрывает заслонки вентиляторов 70, и температурный режим в кабинах 2 и 46 поддерживается соответствующей настройкой регулятора избыточного давления 76 и встроенными управляемыми заслонками эжекторов 77, подающими подогретый воздух из дефлекторов 78, 79 в кабины 2 и 46.
При попадании в полете вертолета в зону обледенения пилот 40 включает противообледенительную систему лопастей 18, и энергопитание через программный коммутатор подается на токосъемники 32, 34 и далее через электроразъемы 35 - на нагревательные элементы 36 лопасти 18, которые
работают в режиме циклического действия в зависимости от интенсивности обледенения.
В случаях аварийной посадки вертолета и заклинивании сдвижной двери 58 съемной транспортной кабины 46 в результате ударной деформации ее боковых панелей 47 находящиеся в кабине 46 пассажиры могут покинуть ее через оконные проемы 55 путем выдергивание шнура 64 из профиля 62 и последующего выдавливания наружу стекла 61. Аналогичную процедуру персонал спасателей или экипаж может выполнить с внешней стороны съемной транспортной кабины 46.
На представленную конструкцию многоцелевого вертолета разработана необходимая конструкторско-технологическая документация и изготовлены опытные образцы вертолета, проведены их сертификационные испытания и получен разрешительный документ соответствующих авиационных структур на серийное производство многоцелевого вертолета.