НЕСУЩИЙ ВИНТ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
ROTOR

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к вертолетостроению, а именно к конструктивным элементам летательных аппаратов.
Существуют вертолеты двухвинтовые с разными расположениями винтов на фюзеляже. Их четыре схемы: одновинтовая, двухвинтовая соосная, двухвинтовая продольная и двухвинтовая поперечная (Базов Д.И. Аэродинамика вертолетов. М.: Транспорт, 1959).
Известно, что одновинтовая схема вертолета с рулевым винтом в настоящее время наиболее распространена. Преимуществом ее является относительная простота конструкции - один несущий винт, простое управление, одна главная трансмиссия. Вертолеты этой схемы проще других в эксплуатации и изготовлении. Это позволяет получить для них относительно меньшую стоимость летного часа.
Затраты мощности двигателя на привод рулевого винта, уравновешивающего реактивный крутящий момент, длинная трансмиссия рулевого винта и малый допустимый диапазон центровок являются недостатками одновинтовой схемы. А также к ним относится и то, что при одновинтовой схеме натекающий воздушный поток нестабильно попадает под активные зоны ометаемой площади лопастей винта в разных полетных режимах.
Наиболее близким является двухвинтовая соосная схема. Она наиболее компактна и маневренна, имеет высокую весовую отдачу (отношение полезной нагрузки к полетному весу); у нее нет рулевого винта.
Однако наличие двух несущих винтов, расположенных один над другим и вращающихся на двух соосных валах, усложняет конструкцию и регулировку при эксплуатации. Недостатком является и вредное взаимное влияние несущих винтов, где нижний винт скашивает поток, идущий к верхнему винту, что приводит к уменьшению интенсивности потока к верхнему винту, а также к уменьшению осевой составляющей этого набегающего потока.
Задача, решаемая изобретением: увеличение весовой отдачи (отношение полезной нагрузки к полетному весу) за счет уменьшения индуктивной потери несущего винта посредством наиболее полного использования натекающего воздушного потока на разных режимах полета, где поток искривляется от носовой части фюзеляжа вертолета из-за ступенчатой конфигурации кабины управления.
Для этого предлагаемый несущий винт имеет лопасти, расположенные на трех уровнях - один над другим на едином валу, отстоящие друг от друга на равных расстояниях, а по окружности лопасти размещены на валу под углом 120° друг к другу, имея однонаправленное вращение. Между валом и лопастями имеется дополнительное натяжное приспособление, служащее для ограничения прогиба лопастей вниз.
Известно, что при горизонтальном полете вертолета натекающий воздушный поток, ударяясь о переднюю часть фюзеляжа с многоступенчатой конфигурацией кабины, приобретает разные направления, разрушая плотный поток, набегающий на лопасти несущего винта. При этом исходя из скоростного режима полета воздушный поток может уйти из-под зон элементов лопасти, являющихся наиболее активными под углом атаки, и несущий винт теряет возможность иметь полную тягу, т.к. неравномерное распределение подступающего потока не обеспечивает необходимой удельной нагрузки ометаемой площади лопасти.
При расположении лопастей на разных уровнях одна над другой отстоящие на равных расстояниях по вертикали и углам по окружности лопасти то одна, то другая постоянно находятся в воздушном потоке, отраженном от носовой ступенчатой части фюзеляжа. При этом ометаемая часть лопастей попеременно оказываются в зоне разброса воздушного потока благодаря тому, что расположение лопастей на разных уровнях дает выгодное условие наиболее полно поддержать производительность вертолета из-за меньшей индуктивной потери несущего винта в полете. Этому способствует и то, что верхняя лопасть своим углом атаки отбрасывает натекающий поток вниз к следующей лопасти и так далее, образуя в пространстве под лопастями однонаправленный подсасывающий вихревой поток с крутящим моментом, создавая увлекающую силу тяги по направлению движения. Чем выше скорость, тем больше это влияние. Это также оказывает положительное действие на режиме висения и самовращения.
Управление лопастями осуществляется от единого автомата перекоса, где все вертикальные тяги соединены с поводками и имеют разные длины относительно к тем лопастям, к которым они подведены при равных значениях по весу для уравновешивания массы тел. В нашей работе выбран автомат перекоса кольцевого типа, т.к. он может быть использован на любых вертолетах. Крепление лопастей - шарнирного типа, а лопасть - прямоугольной формы. При данной конструкции несущего винта на хвостовой балке должен быть установлен рулевой винт.
На чертеже изображен предлагаемый несущий винт с автоматом перекоса кольцевого типа. Несущий винт содержит общий вал 1, лопасти 2 по одной на трех уровнях одна над другой, отстоящие на равных расстояниях друг от друга по вертикали и по окружности - под углом 120°, имеющие единое направление движения. Между валом и лопастями имеется дополнительное натяжное приспособление 3, служащее для ограничения прогиба лопастей. Автомат перекоса кольцевого типа 4 несущего винта предназначен для управления общим и циклическим шагом. С его помощью можно управлять силой тяги несущего винта по величине и по направлению.
Подвижное кольцо автомата перекоса вращается вокруг неподвижного. Оно приводится в движение от втулки несущего винта с помощью шлиц-шарнира. На подвижном кольце имеются рычаги, которые вертикальными тягами соединены с поводками лопастей. Неподвижное кольцо соединяется с ползуном с помощью кардана, который состоит из кольца и двух взаимно перпендикулярных осей. Кардан позволяет кольцам автомата перекоса отклоняться в любую сторону.
От внешних форм лопасти зависит получение высоких значений подъемной силы и максимальной скорости горизонтального полета при заданной мощности двигателя.
Форма лопасти в плане может быть прямоугольная, трапециевидная и смешанная.
Профиль лопасти должен обладать большим аэродинамическим качеством, малым изменением положения центра давления в рабочем диапазоне углов атаки сечений лопасти, высокими значениями коэффициента подъемной силы и углом атаки элемента лопасти, крутящим моментом, чтобы обеспечивать способность перехода на режим самовращения (авторотации) в большом диапазоне углов атаки и возможность простого конструктивного и технологического выполнения лопасти.
В достаточной степени этим требованиям удовлетворяет прямоугольная форма лопасти.
Технический результат, достигаемый изобретением, - увеличение отношения полезной нагрузки к полетному весу посредством наиболее полного использования натекающего воздушного потока на разных режимах полета, когда лопасти то одна, то другая постоянно находятся в воздушном потоке, отраженном от носовой ступенчатой части фюзеляжа. Этому способствует и то, что верхняя лопасть своим углом атаки отбрасывает натекающий поток вниз к следующей лопасти, образуя в пространстве под лопастями однонаправленный подсасывающий вихревой поток с крутящим моментом, создавая увлекающую силу тяги по направлению движения.
Литература
1. Базов Д.И. Аэродинамика вертолетов. М.: Транспорт, 1959.
2. Конструкция и прочность самолетов и вертолетов / под общ. ред. проф. К.Д.Миртова и проф. Ж.С.Черненко. М.: Транспорт, 1972.
3. Изансон А.М. Советское вертолетостроение. М.: Машиностроение, 1981.
4. Зозуля В.Б., Лалетин К.К, Гученко Н.И. Практическая аэродинамика вертолета МИ-2. М.: Воздушный транспорт, 1984.
5. Журнал «Новости Мировой авиации».
6. Авторское свидетельство №415194. Авторы: Савинский Ю.Э. и др. Вертикальный шарнир лопасти несущего винта вертолета.
7. Патент №2015062. Авторы: Петин В.И. и др. Лопасть воздушного винта.
8. Патент №2005660. Автор: Брагин С.Ф. «Устройство для создания подъемной силы в летательных аппаратах вертикального взлета и посадки».
9. Патент №350239. Авторы: Жан Сулез-Лафивьер и Октав Лекокк. «Летательный аппарат вертикального взлета и посадки».
10. Патент №2005655. Авторы: Павлов В.А. и др. «Несущий винт летательного аппарата с гибкими убираемыми лопастями».
11. Патент №2005656. Автор: Таранцев А.А. «Скоростной вертолет».
12. Патент №2017652. Авторы: Лепилкин А.М. и др. «Лопасть для маршевых или тоннельных воздушных винтов».
13. Патент №2015066. Автор: Кашеваров Ю.Б. «Вертолет Кашевара».
14. Патент №2025411. Авторы: Гочиев В.А. и Яшин Ю.П. «Способ дистанционного управления динамическими объектами с помощью двух рычагов управления от операторов и устройство для его осуществления».
15. Патент №445200, приоритет 11.06-70(31)7021449. Франция.