Система жидкостного охлаждения двигателя летательного аппарата вертолетного типа
HELICOPTER TYPE AIRCRAFT ENGINE LIQUID COOLING SYSTEM

Изобретение относится к авиационному машиностроению и, в частности к системам охлаждения двигателей летательных аппаратов вертолетного типа, например, двигателей внутреннего сгорания для беспилотных летательных аппаратов.
К двигателям внутреннего сгорания беспилотных летательных аппаратов вертолетного типа предъявляются особые требования, связанные с необходимостью повышать напряженность двигателя, чтобы повысить удельную мощность и снизить вес. Это приводит к необходимости обеспечения эффективного и равномерного охлаждения двигателя для привода несущих винтов, который постоянно работает на высоких оборотах в условиях меняющейся температуры окружающей среды вследствие частого перемещения из нижних слоев атмосферы в верхние и обратно. Обычные, классические схемы организации системы охлаждения для этого мало подходят, вследствие применения достаточно тяжелых и габаритных радиаторов с принудительным обдувом от специального вентилятора. Поэтому актуальной остается разработка узкоспециализированных систем охлаждения для двигателей беспилотных летательных аппаратов вертолетного типа.
Известна система охлаждения двигателя для беспилотного аппарата с прямым приводом от основного двигателя двух вентиляторов, принудительно охлаждающих жидкость в двух радиаторах (CN 106741977).
Однако такая система, помимо увеличения веса за счет применения дополнительных радиатора и вентилятора, применения двойной кинематической схемы, забирает значительную часть мощности двигателя, снижая его эффективность.
Известна система водяного охлаждения двигателя беспилотного летательного аппарата, включающая рубашку охлаждения блока цилиндров и охладительный контур (CN 109592027).
Данная система имеет известные недостатки классической схемы охлаждения и не обладает необходимой гибкостью перенастройки охлаждения в зависимости от изменения условий окружающей среды и условий эксплуатации летательного аппарата.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому выступает система охлаждения двигателя летательного аппарата вертолетного типа, включающая рубашку охлаждения двигателя, расположенные возле несущих винтов радиаторы, сообщенные подводящим и отводящим трубопроводами с рубашкой охлаждения (CN 107697309).
Недостатками такой конструкции являются недостаточная эффективность охлаждения на тяжелых режимах работы двигателя - при подъеме аппарата и висении, так как радиаторы находятся в верхней части фюзеляжа сбоку от винтов и не обдуваются дополнительно воздухом от несущих винтов. Кроме того, данной системе присущи все другие недостатки классической системы охлаждения - высокая материалоемкость и энергозатратность на охлаждение.
Техническим результатом заявленного изобретения выступает повышение равномерности охлаждения двигателя при сменах режима его работы и условий окружающей среды, а также снижение материалоемкости и энергозатратности на охлаждение.
Технический результат достигается тем, что система включает рубашку охлаждения двигателя, радиаторы, сообщенные подводящим и отводящим трубопроводами с рубашкой охлаждения, при этом она снабжена установленными на входе или выходе радиаторов индивидуальными термостатами, а радиаторы выполнены в виде ряда полых дефлекторов воздушного потока, расположенных под несущими винтами и подключенных к подводящему и отводящему трубопроводам параллельно. Технический результат достигается также тем, что дефлекторы установлены с возможностью изменения расстояния между ними и перемещения в плоскости, параллельной плоскости размещения винтов.
Указанные признаки изобретения существенны.
Совмещение функций радиатора и дефлектора воздушного потока, расположенного под несущим винтом, снижает материало- и энергоемкость конструкции, так как отсутствует необходимость в отдельном радиаторе и вентиляторе охлаждения, повышается теплоотдача в дефлекторе. Вместе с тем дефлекторы нагреваются, что снижает плотность воздуха у их поверхности и, таким образом, снижается аэродинамическое сопротивление дефлекторов при выполнении ими функций управления воздушным потоком от несущих винтов.
На фиг. 1 представлена упрощенная принципиальная схема системы охлаждения.
На фиг. 2 изображен летательный аппарат с дефлекторами, вид сверху.
На фиг. 3 изображен летательный аппарат с альтернативным расположением дефлекторов.
На фиг. 4 показан дефлектор в разрезе.
Двигатель 1 имеет рубашку охлаждения 2, сообщенную подводящим трубопроводом 3 через основной термостат 4 с радиаторами, выполненными в виде дефлекторов 5 воздушного потока. На входе дефлекторов установлены индивидуальные термостаты 6. Выходы 7 дефлекторов 5 соединены через выходные патрубки 12 с отводящим трубопроводом 8, сообщенным через насос 9 с рубашкой охлаждения 2. Дефлекторы 5 имеют форму профилированных пластин с полостями 10, которые соединены входным отверстием 11 с подводящим 3 и выходными патрубками 12 с отводящим 8 трубопроводами параллельно друг другу. Термостат 4 сообщен также через редукционный клапан 13 с отводящим трубопроводом 8 параллельно дефлекторам. Дефлекторы 5 установлены под винтами 14 с возможностью перемещения в плоскости, параллельной плоскости расположения винтов, а также с возможностью изменения расстояния между ними. Дефлекторы 5 могут быть выполнены с дополнительной полостью 15, отделенной от полости 10 гибкой перегородкой 16 и заполненной газом.
Система охлаждения работает следующим образом.
В исходном состоянии при неработающем двигателе 1 термостаты 4 и 6 закрыты, а редукционный клапан 13 открыт и рубашка охлаждения через клапан 13 сообщена непосредственно с насосом 9. В исходном состоянии термостат 4 перекрывает канал поступления жидкости к термостатам 6, а канал доступа охлаждающей жидкости к редукционному клапану 13 постоянно открыт.После запуска двигателя, охлаждающая жидкость нагревается и проходит по малому контуру через редукционный клапан 13 и насос 9. По мере прогрева двигателя, давление в системе охлаждения растет и редукционный клапан уменьшает пропуск жидкости по малому кругу, поддерживая постоянное начальное давление перед насосом 9, что ускоряет нагрев охлаждающей жидкости. По достижении температуры в рубашке охлаждения заданной минимальной величины, например, 60°С, отрегулированный на эту температуру основной термостат 4 открывает доступ нагретой жидкости к индивидуальным термостатам 6 дефлекторов 5. Термостаты 6 отрегулированы индивидуально на разные температуры открытия, например, на 60°С, 90°С и 110°С. Соответственно, дефлекторы-радиаторы 5 вступают в работу по охлаждению двигателя последовательно, по мере подъема температуры. По достижении максимально допустимого давления в системе, редукционный клапан 12 полностью перекрывает поток по малому кругу, и вся жидкость идет только через дефлекторы 5, повышая теплоотдачу. Эффективность теплоотвода через дефлекторы можно регулировать путем их перемещения под несущим винтом и/или меняя расстояние между ними, в зависимости от условий работы летательного аппарата и приоритетности выполнения дефлекторами функций охлаждения или направления потока воздуха от несущих винтов. Дефлекторы 5 с дополнительной полостью 15 выполняют также функции ресивера - расширительного бачка для компенсации колебаний давления в системе.
Одновременно с функцией радиаторов охлаждения дефлекторы 5 выполняют функции направления потока воздуха от несущих винтов. Путем изменения угла наклона дефлекторов, создается разнонаправленное отклонение потока несущих винтов. Испытания показали, что потери тяги при управлении по рысканию за счет "затенения винта" пластинами и удерживающей конструкции на холодных дефлекторах составляют менее 1,5%, а на нагретых - не более 0,8%. Потоки воздуха, отбрасываемые несущими винтами, не строго перпендикулярны плоскости винтов, а немного скошены. Скос потока зависит от конструкции и работы винта. Применяемые дефлекторы 5 выставляются параллельно потоку и, таким образом, повышают эффективность управления по рысканию. Также, такая система управления компенсирует скос потока, возникающий при быстром движении летательного аппарата по горизонтали. При движении с большой скоростью, поток несущих винтов 14 отклоняется от своего начального положения значительно (на десятки градусов) и эффективность дефлекторов, находящихся в потоке винта заметно повышается при их выставлении вдоль потока, как за счет их поворота вдоль потока, так и за счет возможности их перемещения под винтом в нужное положение. Такая возможность, помимо повышения эффективности управления аппаратом, повышает и теплоотдачу системы охлаждения, поскольку дефлекторы всегда находятся в основном потоке воздуха.
Предложенная конструкция совмещения системы охлаждения двигателя и системы регулирования направления воздушного потока от несущих винтов обеспечивает снижение материалоемкости и энергозатрат на охлаждение и управление воздушным потоком за счет уменьшения аэродинамического сопротивления дефлекторов.