КОНВЕРТОПЛАН ВЕРТИКАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ
VERTICAL TAKE-OFF AND LANDING CONVERTIPLANE

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Предназначено для конвертопланов, снабженных одним несущим винтом, складываемым и раскрываемым в полете.
Известны летательные аппараты вертикального взлета и посадки со складывающимися в полете несущими винтами.
В проекте фирмы Мессершмидт МеР.2020-4 (Ф.П. Курочкин. «Проектирование и конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой», изд. Машиностроение, 1977 г. Стр. 123, 124), предлагался механический привод двух складных несущих винтов от маршевых двигателей через синхронизирующую трансмиссию и группу редукторов. При этом, дополнительно, втулка винта должна была смещаться вперед по полету, чтобы обеспечить компактное складывание лопастей.
Недостатком этой конструкции является высокая сложность, большая дополнительная масса и, как следствие, пониженная надежность. Причем кроме синхронизирующего вала между винтами дополнительно требуется еще синхронизация углов поворота осей противоположных несущих винтов.
Наиболее близким аналогом, изобретения является проект фирмы Bell (США) (Ф.П. Курочкин. «Проектирование и конструирование самолетов с вертикальным взлетом и посадкой», изд. Машиностроение, 1977 г. Стр. 20, 22), где также предлагался механический привод одного складного несущего винта от маршевых двигателей через редуктор и трансмиссию хвостового винта.
Недостатком данной конструкции является сложность, близкая к сложности одновинтового вертолета с хвостовым винтом, дополненная системой складывания несущего винта. Соответственно, похожи с вертолетом и следствия наиболее опасных отказов.
Так, при разрушении вала трансмиссии или самого хвостового винта, конвертоплан начнет вращаться в сторону, противоположную несущему винту. Техническая возможность остановить это вращение отсутствует.Поэтому использовать для планирования и аварийной посадки аэродинамику самолетной конфигурации конвертоплана не представляется возможным.
То же самое происходит при отказах, связанных с заклиниванием главного редуктора. Такие случаи при эксплуатации вертолетов гоже имели место.
Полностью исключить вероятность подобных отказов нельзя. Система механического привода содержит большое количество высокоточных высоконагруженных вращающихся элементов, жестко связанных между собой, и выход из строя одного из них приводит к отказу всей системы. Единственная возможность повышения отказоустойчивости механической системы привода несущего винта - обеспечение высоких конструктивных и технологических требований при проектировании, производстве и эксплуатации. Отсюда высокая стоимость механического привода. Если на вертолете стоимость амортизируется на протяжении всего ресурса, то на конвертоплане механическая система привода несущего винта используется только на взлете и посадке, что делает ее не рациональной даже с учетом высокого КПД, который при повторно-кратковременных режимах работы не является решающим.
Задачей изобретения является устройство для вертикально взлетающего одновинтового конвертоплана реактивно-компрессорного привода несущего винта повышенной надежности и безопасности применения, в условиях складывания и раскрытия винта в полете.
Задача изобретения решается тем, что для складного несущего винта применена реактивно-компрессорная система привода, обеспеченная отдельным турбокомпрессором на базе газотурбинного двигателя, который установлен в верхней части фюзеляжа под обтекателем перед центропланом крыла, выполненного по схеме высокоплана, и снабжен впереди подвижной створкой воздухозаборника, а сзади боковыми выхлопными трубами и патрубком с возможностью отбора сжатого воздуха в трубопроводы несущего винта и хвостового управляющего эжектора.
Полученный технический результат характеризуется следующими существенным признаками:
- для складного несущего винта применена реактивно-компрессорная система привода, обеспеченная отдельным турбокомпрессором,
- турбокомпрессор установлен в верхней части фюзеляжа под обтекателем перед центропланом крыла, выполненного по схеме высокоплана,
- турбокомпрессор впереди снабжен подвижной створкой воздухозаборника, а сзади боковыми выхлопными трубами и патрубком с возможностью отбора сжатого воздуха в трубопроводы несущего винта и хвостового управляющего эжектора.
На Фиг. 1 в плане показана схема конвертоплана с турбокомпрессором и каналами системы реактивно-компрессорного привода складного винта.
На Фиг. 2 показан вид сбоку на сечение центропланной части конвертоплана с турбокомпрессором и частью каналов реактивно-компрессорной системы привода складного несущего винта.
Устройство конвертоплана вертикального взлета и посадки по Фиг. 1 и Фиг. 2 включает: турбокомпрессор (1), ресивер (2), боковые выхлопные трубы турбокомпрессора (3), створку воздухозаборника турбокомпрессора (4), воздушный каналы в узле поворота (12) и в оси вращения несущего винта (5), воздушный канал (6) к хвостовому эжектору (8) управления по курсу и тангажу, воздушные каналы в лопастях (7), маршевые двигатели (9) и ВСУ (10). Ресивер (2) размещен над центропланом крыла (11) и в передней части имеет патрубок (14) отбора сжатого воздуха от турбокомпрессора (1), а в задней части соединен с внутренними воздушными каналами узла поворота (12) и оси (5) вращения несущего винта, а также с воздушным каналом (6) хвостового эжектора (8). Воздушный канал (6) проложен за внутренней оболочкой гондолы (13), предназначенной для сложенного несущего винта.
Турбокомпрессор (1) наиболее рационально создавать как модификацию подъемного газотурбинного двигателя, обладающего предельно малой массой и рассчитанного на повторно-кратковременные режиму работы.
Устройство конвертоплана вертикального взлета и посадки работает следующим образом (Фиг. 1, 2):
Перед запуском турбокомпрессора (1) открывается створка воздухозаборника (4). У запущенного турбокомпрессора (1) горячие газ после турбины отводится через боковые выхлопные трубы (3), а сжатый воздух, отбираемый из объема корпуса камеры сгорания через патрубок отбора (14) сразу попадает в ресивер (2), где происходит снижение скорости потока и выравнивание поля давлений. Далее поток сжатого воздуха разделяется. Большая часть через торцевые каналы узла поворота (12) поступает в канал оси (5) вращения несущего винта и затем распределяется по каналам (7) в лопастях. Меньшая часть направляется в воздушный канал (6) к хвостовому эжектору (8), где поперечной тягой эжектируемого потока обеспечивается управление конвертоплана по курсу и тангажу на малых скоростях полета.
Запуск турбокомпрессора (1) для подачи мощности к несущему винту производится непосредственно перед взлетом и на снижении перед посадкой.
Вывод турбокомпрессора (1) на взлетную мощность обеспечивает конвертоплану вертикальный взлет. При этом несущий винт, создавая пропульсивную силу тяги, вместе с маршевыми двигателями (9) увеличивает ускорение разгона конвертоплана до момента выключения турбокомпрессора (1) перед выдачей команды на уборку несущего винта в гондолу. После выключения турбокомпрессора (1) створка воздухозаборника (4) закрывается и конвертоплан продолжает набор высоты на тяге маршевых двигателей (9).
На траектории снижения конвертоплан обладает большой кинетической энергией. Поэтому для раскрытия и раскрутки несущего винта не требуется запуск турбокомпрессора (1). На рекомендованной РЛЭ высоте достаточно включить питание механизма привода оси несущего винта (10) на «Выпуск».
Полный выпуск несущего винта завершается после плавного снижения горизонтальной скорости конвертоплана до 160-180 км/ч (Рис. 5). Перед этим экипаж, сначала осуществляет заход на посадку «по-автожирному», а затем запускает турбокомпрессор (1). С подачей мощности турбокомпрессора (1) на несущий винт начинается режим полета «по-вертолетному» и конвертоплан, выполняя предпосадочное маневрирование, осуществляет штатную посадку.
Без запуска турбокомпрессора посадка выполняется «по-автожирному» с небольшим пробегом.
Живучесть конвертоплана обеспечивается тремя вариантами передачи мощности к несущему винту и дублированием каналов системы управления.
Создание вращающего момента на несущем винте может осуществляться:
1 - от турбокомпрессора в режиме «по-вертолетному» (1-я рабочая схема),
2 - от двигателей через воздушный поток «по-автожирному» (2-я рабочая схема),
3 - от набегающего потока на спуске «по-автожирному» (аварийная схема),
1-й режим обеспечивает нормальный взлет и посадку «по-вертолетному» и энергичный начальный набор высоты за счет сложения мощностей двигателей и турбокомпрессора за счет создания эквивалентных тяг.
2-й режим обеспечивает промежуточный этап штатного снижения или продолжение взлета «по-атожирному» при отказе турбокомпрессора.
3-й режим обеспечивает безопасное снижение и посадку с «подрывом шага» и увеличением угла атаки несущего винта перед приземлением в случае полного отказа турбокомпрессора и маршевых двигателей.
Кроме того, у конвертоплана остается возможность взлетов и посадок «по-самолетному» на ВПП обустроенного аэродрома с твердым покрытием.
При продолжении взлета конвертоплана с одним отказавшим маршевым двигателем, турбокомпрессор полностью выполняет свои функции, а возникающий разворачивающий момент и момент крена парируется наклоном тяги НВ в сторону работающего двигателя и вперед. При этом создается плечо, на котором горизонтальная составляющая подъемной силы тяги противодействует разворачивающему курсовому моменту и крену. Сюда добавляется противодействующий момент от хвостового эжекторного сопла и момент от киля, нарастающий по скорости.
Предложенное устройство конвертоплана вертикального взлета и посадки позволило:
- Исключить из системы складного несущего винта сложный и тяжелый механический привод и, как следствие, существенно повысить общую надежность одновинтового конвертоплана.
- Упростить восстановление управляемости конвертоплана при критических отказах и в нештатных ситуациях.
- Добиться более высоких показателей безопасности полета, чем у самолетов обычных схем и вертолетов по отдельности.
- Оптимизировать конструкцию реактивно-компрессорного привода.