Вертолетная внешняя подвеска
HELICOPTER EXTERNAL SUSPENSION

Изобретение относится к авиации, к способам и устройствам транспортировки крупногабаритных грузов, преимущественно труб и других длинномерных изделий, на внешней подвеске под фюзеляжем вертолета.
Известно, что крупногабаритные грузы, которые не могут быть размещены в кабине вертолета, транспортируют подвешенными на канате снаружи фюзеляжа вертолета.
Так на вертолете Ми-8 применяется тросовая подвеска для транспортировки крупногабаритных грузов под фюзеляжем (В.А. Данилов. Вертолеты Ми-8. Устройство и техническое обслуживание. Издательство «Транспорт», Москва, 1988 г.). В комплект подвески входят четыре силовых стропа, замок ДГ-64М, узлы крепления силовых строп, ограждение люка в полу грузовой кабины вертолета, трос подтягивания грузовых строп, удлинитель, крюк с вертлюгом, скоба грузовых строп. Основными силовыми элементами тросовой наружной подвески являются четыре силовых стропа, верхние и нижние концы которых своими узлами крепятся к фюзеляжу вертолета и к замку соответственно. Замок предназначен для подвески и отцепки груза на земле, а также для сбрасывания его в полете. Для определения массы груза, закрепленного на тросовой наружной подвеске, она оборудована весоизмерительным устройством (ВИУ).
Известна внешняя подвеска по патенту №47660, МКПО 12-05, опубл. 16.08.2000 г., на промышленный образец. Подвеска характеризуется наличием силового каната, силовых стропов крепления подвески к фюзеляжу вертолета и верхнего электромеханического замка, грузовых стропов крепления груза к подвеске и нижнего электромеханического замка с защитным кожухом, весоизмерителя, выдающего информацию о массе груза оператору и летчику, заграждения и электрожгута управления электромеханическими замками.
За прототип принята наружная грузовая подвеска (патент №2002677, МПК B64D 9/00, B64D 17/22, опубл. БИ №41-42, 1993), содержащая силовой канат, стропы с узлами крепления подвески к фюзеляжу, электромеханические замки - верхний для аварийного отцепа подвески от вертолета и нижний для тактичного сброса груза, а также электрический кабель и вертлюг-токосъемник.
Такая наружная грузовая подвеска характеризуется низкой эффективностью:
- при грубом «приземлении» силового каната с нижним замком без груза на бетонную площадку замок часто выходит из строя;
- нестабильное поведение груза в скоростном воздушном потоке по причине отсутствия у подвески вблизи крепления груза стабилизирующих поверхностей, которые устанавливали и стабилизировали бы груз в положении минимального аэродинамического сопротивления;
- отсутствие возможности увеличения мощности вертолета, используемой на увеличение скорости полета за счет добавления подъемной силы крыла, установленного на грузе.
Технический результат, на достижения которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности внешней подвески: повышение надежности, увеличение скорости и дальности доставки груза.
Технический результат достигается тем, что в вертолетной внешней подвеске, содержащей силовой канат, стропы с узлами крепления подвески к фюзеляжу, верхний электромеханический замок для аварийного отцепа подвески от вертолета, вертлюг-токосъемник, закрепленный на силовом канате, нижний электромеханический замок для тактичного сброса груза и электрический кабель, новым является то, что она содержит планерное устройство в виде балки с установленными на ней крылом, оперением с изменяемым углом атаки стабилизатора, шасси, нижним электромеханическим замком для подцепки груза, упорами, фиксирующими груз, а также серьгой, соединенной с силовым канатом и расположенной сверху над центром массы планера и груза на одной вертикальной оси с ним впереди фокуса планерного устройства.
Упоры, фиксирующие груз, выполнены переустанавливаемыми на балке в зависимости от размеров груза и положения центра массы груза.
На силовом канате вертолетной внешней подвески закреплен весоизмеритель для определения массы груза, закрепленного на тросовой наружной подвеске.
Сущность изобретения поясняется на фиг. 1 -  3, где:
фиг. 1 - внешняя подвеска с планерным устройством, загруженным пакетом труб, в полете.
фиг. 2 - планерное устройство на «земле» перед вылетом или после посадки (вид сбоку).
фиг. 3 - планерное устройство (вид спереди).
Здесь:
1 - планерное устройство с грузом;
2 - балка;
3 - крыло;
4 - киль;
5 - стабилизатор;
6 - передняя опора;
7 - задняя опора;
8 - груз (трубы);
9 - серьга на крыле;
10 - вертлюг-токосъемник;
11 - силовой канат внешней подвески;
12 - вертолет;
13 - шарнир;
14 - механизм стабилизатора;
15 - лимб угла атаки стабилизатора;
16 - подставки (брусья);
17 - узел подвески груза;
18 - упоры от продольных перемещений;
19 - упоры от поперечных перемещений;
20 - замок планерного устройства;
21 - морские болты;
ст
X - аэродинамическое сопротивление планера; У - подъемная сила крыла 4; F - фокус планера без груза; САХ - средняя аэродинамическая хорда крыла; α - угол атаки крыла; α - угол атаки стабилизатора; G - вес планерного устройства с грузом.
ст
Планерное устройство (далее по тексту «планер») состоит из балки 2, на которой установлены: крыло 3, киль 4 и стабилизатор 5, оба без рулей, две передние 6 и две задние 7 полосковые опоры. На силовой центральной нервюре крыла 3 на одной вертикальной оси с центром массы груженого планера, например, трубами 8, установлена серьга 9, которая соединяется с вертлюгом-токосъемником 10 силового каната 11, соединенного с вертолетом 12 посредством узлов крепления к фюзеляжу, расположенных внутри вертолета. Для предотвращения продольных и поперечных перемещений в полете труб 8 на балке 2 установлены замок 20 и фиксирующие упоры 18 и 19, установка которых подгоняется под размеры перевозимых труб. Стабилизатор 5 установлен на торцевой нервюре киля с помощью шарнира 13 и механизмом 14 может изменять угол атаки α, который фиксируется на лимбе 15. Изменение угла атаки стабилизатора производится при операциях подцепки-отцепки груза и диктуется необходимостью обеспечения балансировки планера при полетах без груза или с меньшим грузом, т.е. при полетах с разными значениями У крыла. Конструкция упоров 18 и 19 разрабатывается под длительные перевозки определенных хорошо упакованных труб или других упакованных длинномерных грузов и могут иметь различное исполнение. Места, где производится подцепка или отцепка груза, оборудуются подставками, например брусьями 16.
Перед взлетом вертолета 12 на стартовой площадке должен быть выложен силовой канат 11, соединенный одним концом с помощью вертлюга-токосъемника 10 и серьги 9 с крылом 3 планера, который должен стоять на своих опорах 6 и 7 по левому борту вертолета впереди кабины экипажа вертолета (другой конец каната 11 должен быть соединен с верхним замком, расположенным внутри вертолета). Взлетая, вертолет постепенно поднимает канат 11, а затем и планер, избегая перемещения планера юзом по земле (небольшие перемещения допускаются). Для подцепки труб 8, которые предварительно должны быть упакованы и уложены на подставки-брусья 16, вертолет зависает над ними и плавно опускает балку 2 на трубы 8. Обеспечение правильного соединения узла 17 к замку 20 на балке производится с помощью упоров 18, по которым скользят торцы труб, а также упоров 19, которые, поворачиваясь под действием труб вокруг шарнира крепления, стабилизируют трубы в поперечном направлении. Для исключения вертикальных перемещений концов труб «наземный» персонал вставляет морские болты 21. После завершения подцепки труб вертолет вертикально набирает высоту, необходимую для последующего разгона до горизонтальной скорости с буксируемым им планером.
Отцепка труб при их доставке к месту укладки производится с предварительным гашением вертолетом горизонтальной скорости на режиме торможения. После чего он зависает над местом с брусьями 16 и плавно опускает балку с трубами на них. Наземный персонал механизмом 14 по лимбу 18 быстро устанавливает угол атаки стабилизатора, при котором обеспечивается балансировка планера без груза (с меньшим значением У крыла), одновременно отсоединяет замок 20 от узла 17 груза и дает сигнал пилоту на взлет вертолета.
Посадка вертолета при незагруженной подвеске производится после приземления планера на шасси и последующей укладки силового каната с левого борта впереди вертолета.
Сохранение горизонтального положения планера при подъеме или снижении его вертолетом гарантируется положением точки подвеса (серьги 9) и центра масс планера с грузом или без него на одной вертикальной оси. Это обеспечивается установкой упоров 18 и 19, а также соответствующим размещением узла подцепки 17 на упаковке труб.
Устойчивость планера в полете обеспечивается теми же способами, что и самолетов. Например, на фиг. 1 и 2 показано обеспечение статической устойчивости расстоянием ΔХ центра массы планера с грузом или без груза от фокуса F планера. При значении ΔХ 10%…20% от величины САХ крыла обеспечивается продольная устойчивость планера. Аналогично решаются вопросы поперечной и путевой устойчивости.
Подцепленный груз к замку планерного устройства ориентирован и стабилизирован упорами в положении минимального аэродинамического сопротивления, а возникающая в полете подъемная сила крыла уменьшает мощность вертолета по удержанию груза на высоте, увеличивая при этом мощность, направленную на увеличение скорости полета.
В Руководстве по эксплуатации и техническому обслуживанию оговаривается угол установки стабилизатора механизмом 14, который может быть с ручным управлением или с электромеханическим. В последнем случае установкой стабилизатора может управлять экипаж вертолета, что значительно упрощает пилотирование груза.
Изобретение в основном предназначено для перевозки труб для разного рода строящихся трубопроводов.
В связи с увеличивающимся с каждым годом строительством трубопроводного транспорта (газопроводов, нефтепроводов, водопроводов) возникли серьезные задачи снижения издержек, особенно расхода топлива, по перевозке крупногабаритных труб на большие расстояния, а также задачи значительного сокращения сроков их доставки непосредственно к местам укладки труб. Применение настоящего изобретения целесообразно там, где необходимо транспортировать трубы вертолетом на большие расстояния, что значительно снизит километровые расходы топлива, а также увеличит скорость доставки труб к местам их укладки. Этот эффект распространяется и на перевозку других длинномерных грузов, как то бревна, столбы, сваи и т.д.