Устройство управления курсовым положением вертолета с соосными винтами
HELICOPTER HEADING POSITION CONTROL DEVICE WITH COAXIAL PROPELLERS

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к вертолетам с соосными винтами.
В тексте заявки в дальнейшем использован термин «курсовое положение вертолета». В рамках данной заявки он означает управления курсовым положением вертолета (поворот вокруг вертикальной оси).
Известен (Загордан A.M. «Элементарная теория вертолета», Военное издательство министерства обороны СССР, 1955 г.) способ управления курсовым положением вертолета (положение относительно вертикальной оси) при помощи рулевого винта, расположенного на хвостовой балке. Рулевой винт создает вращающий момент и разворачивает вертолет относительно вертикальной оси. Недостатком такого решения является увеличение габаритов и массы вертолета.
Известно RU, патент 2136543, опубл. 10.09.1999) устройство управления вертолетом, имеющим несущий винт и хвостовую балку, содержащее расположенную вдоль нее продольную щель управления циркуляцией воздушного потока, обтекающего хвостовую балку вертолета, и реактивный двигатель малой тяги системы управления, ориентированный по одной или обеим плоскостям заднего конца хвостовой балки. Устройство дополнительно снабжено первым каналом, проходящим вдоль хвостовой балки и ведущим к указанной щели управления циркуляцией, первым средством создания давления воздуха, предназначенным для создания первого воздушного потока, протекающего по вышеуказанному первому каналу при заданном давлении, вторым каналом, проходящим вдоль хвостовой балки и ведущим к реактивному двигателю системы управления, и вторым средством создания давления воздуха, предназначенным для создания второго воздушного потока, протекающего по указанному второму каналу под давлением, отличающимся от заданного давления первого воздушного потока.
Устройство не применимо для использования в конструкции вертолета с соосными винтами.
Известна (SU, авторское свидетельство 1826423, опубл. 10.12.1995) система управления соосным вертолетом с системой курсового управления, включающей педали, гидроусилитель путевого управления с золотником, соединенным с проводкой путевого управления качалкой управления золотником, и с системой управления общим шагом, включающей рычаг общего шага, гидроусилитель общего шага с силовым штоком, соединенным посредством качалки силового штока с проводкой управления общим шагом, причем с целью улучшения эксплуатационных характеристик за счет ограничения сближения лопастей несущих винтов, система путевого управления снабжена рычагом, установленным жестко на качалке управления золотником гидроусилителя путевого управления, а система управления общим шагом снабжена ограничителем, жестко установленным на качалке силового штока гидроусилителя общего шага, при этом ограничитель выполнен профилированным с возможностью взаимодействия с рычагом системы путевого управления.
Недостатком известной системы следует признать ее сложность и ненадежность.
Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно (Суриков Н.Ф. и др. Вертолет Ка-26. М.: Транспорт, 1982, с. 107-110) считать систему соосных несущих винтов, служащих для создания подъемной силы и для управления летательным аппаратом, реализованные на вертолетах с соосными винтами Ка-26, Ка-32, имеющий автомат перекоса, изменяющий угол наклона лопастей несущих винтов при вращении и осуществляющий таким образом регулирование положения вертолета, в том числе курсовое регулирование (поворот вокруг вертикальной оси). Недостатком такого решения является сложность конструкции автомата перекоса соосных несущих винтов.
Техническая проблема, решаемая с использованием разработанной системы, состоит в расширении ассортимента способов регулирования курсового положения вертолета с соосными винтами.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанной системы, состоит в возможности применения отдельного электродвигателя для курсового регулирования вертолета, выполненного по соосной схеме.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанное устройство управления курсовым положением вертолета. Разработанное устройство содержит систему соосных несущих верхнего и нижнего винтов, установленных с возможностью вращения в противоположные стороны на роторе и статоре тягового электродвигателя, источник электрического питания, к которому подключены средства вращения несущих винтов, при этом оно дополнительно содержит регулировочный электродвигатель, статор которого причем подключен с возможностью разрыва к источнику электрического питания, а также с возможностью разрыва на дополнительно веденный резистор, при этом вал нижнего несущего винта соединен с валом регулирующего электродвигателя, закрепленного на корпусе вертолета с возможностью передачи на корпус вертолета вращающего момента, направление которого противоположно направлению вращения нижнего несущего винта при подаче электропитания на регулирующий электродвигатель и вращающего момента, направление которого совпадает с вращением нижнего несущего винта при замыкании обмоток регулировочного электродвигателя на резистор, то есть работе регулировочного электродвигателя в режиме генератора.
В дальнейшем конструкция устройства будет рассмотрена с использованием графического материала, при этом использованы следующие обозначения: корпус вертолета 1, источник электроэнергии 2, скользящие контакты 3, вал 4, ротор тягового электродвигателя 5, статор тягового электродвигателя 6, верхний несущий винт 7, нижний несущий винт 8, подшипник 9, ротор регулирующего электродвигателя 10, статор регулирующего электродвигателя 11, резистор 12.
Управление курсовым положением вертолета происходит следующим образом. При подаче электрического тока из расположенного в корпусе 1 источника электроэнергии 2 через скользящие контакты 3 на статор 6 тягового электродвигателя, ротор тягового электродвигателя 5 начинает вращаться вместе с верхним несущим винтом 7. При этом создается реактивный крутящий момент на статоре 6, который раскручивает в противоположном направлении статор 6 вместе с валом 4, нижним несущим винтом 8 и соединенным с ним ротором регулировочного электродвигателя 10.
При полете вертолета статор 6 постоянно подключен к источнику электропитания 2.
В случае, когда обмотки статора регулировочного электродвигателя 11 разомкнуты и отключены от источника электроэнергии 2 и резистора 12, то в обмотках статора регулировочного электродвигателя 11 электрический ток не протекает и магнитное поле не возникает, поэтому ротор регулировочного электродвигателя 10 свободно вращается вместе с валом 4, не передавая никакого вращающего момента на статор регулировочного электродвигателя 11 и соединенный с ним корпус 1.
В случае, когда обмотки статора регулировочного электродвигателя 11 подключены к источнику электроэнергии 2 и отключены от резистора 12, то протекающий по обмоткам статора регулировочного электродвигателя 11 электрический ток создает магнитное поле, которое ускоряет вращение ротора регулировочного электродвигателя 10 вместе с валом 4 и нижним несущим винтом 8, при этом возникает реактивный момент, который закручивает статор регулировочного электродвигателя 11 и соединенный с ним корпус 1 вертолета в направлении, противоположном вращению ротора 10, вала 4 и нижнего несущего винта 8.
Регулировочный электродвигатель подключают к источнику электропитания 2 тогда, когда надо развернуть корпус вертолета 1 в направлении, противоположном вращению вала 4 и нижнего винта 8.
В случае, когда обмотки статора регулировочного электродвигателя 11 отключены от источника электроэнергии 2, но замкнуты на резистор 12, то магнитное поле вращающегося ротора регулировочного электродвигателя 10 генерирует в обмотках статора регулирующего электродвигателя 11 электрический ток, который создает магнитное поле, тормозящее вращение ротора 10, вала 4 и нижнего несущего винта 8, при этом за счет взаимодействия магнитных полей статор регулировочного электродвигателя 11 и соединенный с ним корпус 1 закручивается в направлении, совпадающим с направлением вращения нижнего несущего винта 8.
Регулировочный электродвигатель подключают к резистору 12 тогда, когда надо развернуть корпус вертолета в направлении, совпадающем с вращением вала 4 и нижнего винта 8.
Ток в обмотках статора 11 возникает только в случае, если они замкнуты. Резистор 12 представляет собой электрическое сопротивление, которое замыкает обмотки статора 11. Так как ротор 10 регулировочного электродвигателя постоянно вращается, то при замыкании обмоток статора 11 в обмотках начинает течь ток, который "гаситься" в резисторе, а статор 11 вместе с корпусом вертолета 1 закручивается в ту же сторону, что и ротор и вал 4.