Электрический привод соосных винтов вертолета
ELECTRIC DRIVE OF HELICOPTER COAXIAL SCREWS

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к приводу соосных винтов вертолета.
Известен (RU, патент 2364550, опубл. 20.08.2009) вертолет, содержащий каркас, винтомоторную установку, систему управления, причем винтомоторная установка закреплена на фюзеляже с возможностью кругового наклона на требуемый угол относительно вертикальной оси вертолета через шарнир-амортизатор, соосные винты вертолета имеют встречное синхронное вращение, жесткое крепление лопастей с автоматической авторотацией, например, от центробежной силы, лопасти соосных винтов моно или решетчато-щелевые, по длине цельные или складные.
Недостатком такой схемы является различная индуктивная скорость отбрасывания воздуха. Это объясняется различной окружной скоростью по радиусу при вращении лопасти. В результате ближе к оси вращения винта индуктивная скорость отбрасывания воздуха будет уменьшаться и имеет меньшую величину, чем во внешней части поверхности, ометаемой несущим винтом при вращении. Поджатие воздуха к оси вращения винта будет уменьшаться на режиме висения вертолета у земли, соответственно эффект влияния «воздушной подушки» будет уменьшаться, тем более после прохождения плоскости вращения винта воздух отбрасывается вниз и закручивается в сторону вращения винта. Т.о., воздух, отбрасываемый винтом, образует конус, что не позволяет достичь большей плотности воздуха, а значит, и большей эффективности «воздушной подушки».
Известны (Суриков Н.Ф. и др. Вертолет Ка-26. М.: Транспорт, 1982, с. 107-110) системы соосных несущих винтов, служащие для создания подъемной силы и для управления летательным аппаратом, реализованные на вертолетах Ка-26, Ка-32. Несущие системы соосных вертолетов имеют большие габариты по высоте, так как для исключения возможности соударения лопастей, вращающихся в разных направлениях верхнего и нижнего несущих винтов, их разносят по высоте на величину, равную 0,2R-радиуса винта, то есть, для вертолета Ка-26 с диаметром несущего винта 13 м увеличение габаритного размера по высоте составляет 1,3 м, для Ка-32 эта величина составляет 1,6 м.
Относительно большой габаритный размер по высоте у вертолетов с соосной несущей системой по сравнению с одновинтовыми вертолетами такой же грузоподъемности усложняет их обслуживание при эксплуатации, для них требуются высокие помещения - ангары, что особенно трудно выполнимо при базировании соосных вертолетов на корабле, более того большой размер по высоте приводит к необходимости демонтажа главного редуктора при транспортировке соосного вертолета с последующей сборкой, повторным проведением контрольно-испытательных полетов.
Наиболее близким аналогом разработанного технического решения можно признать (RU, патент 2715113, опубл. 25.02.2020) электрический привод соосных винтов вертолета, содержащий систему соосно несущих верхнего и нижнего винтов, установленных с возможностью вращения в противоположные стороны, и источник электрического питания, к которому подключены средства вращения несущих винтов, отличающийся тем, что верхний несущий винт закреплен на валу ротора электродвигателя, а нижний несущий винт закреплен на полом валу, внутри которого проходит вал ротора, а сам полый вал закреплен на статоре электродвигателя, выполненном с возможностью вращения и установленном в упорном подшипнике в корпусе летательного аппарата, в котором размещен источник электроэнергии, подающий через скользящие контакты электропитание на электродвигатель.
Недостатком известной системы следует признать невозможность ее применения для вертолетов большой грузоподъемности с большим диаметром несущих винтов, для привода которых требуется низкооборотистый электродвигатель, так как низкооборотистые электродвигатели имеют большую массу.
Техническая проблема, решаемая с использованием разработанной конструкции, состоит в расширении ассортимента приводов соосных винтов вертолета применительно к вертолетам большой грузоподъемности.
Технический результат, достигаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в возможности применения легкого высокооборотистого электродвигателя для привода несущих винтов вертолета, выполненного по соосной схеме.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать электрический привод соосных винтов вертолета разработанной конструкции. Он содержит систему соосно несущих верхнего и нижнего винтов, установленных с возможностью вращения в противоположные стороны, электродвигатель, установленный с возможностью вращения винтов и подключенный к источнику электрического питания, причем верхний несущий винт закреплен на выходном валу верхнего планетарного редуктора, при этом солнечная шестерня указанного верхнего планетарного редуктора насажена на вал ротора электродвигателя, а нижний несущий винт закреплен на выходном валу нижнего планетарного редуктора, причем солнечная шестерня нижнего планетарного редуктора насажена на полый вал статора электродвигателя, внутри которого проходит вал ротора, а сам полый вал закреплен на статоре электродвигателя, выполненном с возможностью вращения и установленном в упорном подшипнике в корпусе летательного аппарата, в котором размещен источник электроэнергии, подающий через скользящие контакты электропитание на электродвигатель,
В дальнейшем конструкция будет рассмотрена с использованием графического материала, при этом на фиг. 1 приведен вариант 1 конструкции привода, на фиг. 2 - вариант 2 конструкции привода, на фиг. 3 приведен горизонтальный разрез редуктора. На графическом материале использованы следующие обозначения использованы следующие обозначения: корпус 1 вертолета, источник 2 электроэнергии, скользящий токоприемник 3, токопровод 4, полый вал 5, ротор 6, статор 7, вал 8 ротора 6, верхний несущий винт 9, нижний несущий винт 10, подшипник 11, нижний планетарный редуктор 12, верхний планетарный редуктор 13, солнечная шестерня 14 редуктора 12(13), планетарная шестерня 15 редуктора 12(13), водило 16 редуктора 12(13), коронная шестерня 17 редуктора 12(13), проставка 18.
Реализация технического результата возможна по нескольким вариантам.
По первому варианту (Фиг. 1) работа привода происходит следующим образом. При подаче электрического тока из расположенного в корпусе 1 вертолета источника 2 электроэнергии через скользящие токоприемники 3 и токопроводы 4, расположенные в полом валу 5 на электродвигатель, состоящий из ротора 6 и статора 7, ротор 6 начинает вращаться вместе с валом ротора 8 и насаженным на него верхним планетарным редуктором 13, к которому раскреплен верхний несущий винт 9. При этом создается реактивный момент, который раскручивает статор 7 вместе с полым валом 5 и насаженным на него нижним планетарным редуктором 12, на котором раскреплен нижний несущий винт 10, причем вращение нижнего винта происходит в противоположном направлении относительно верхнего винта. Возникающая при вращении верхнего несущего винта 9 и нижнего несущего винта 10 подъемная сила через подшипник 11 передается на корпус 1. За счет понижения оборотов при передаче крутящего момента от солнечной шестерни 14 через планетарные шестерни 15 и водило 16 на коронную шестерню 17 обороты несущих винтов 9 и 10 меньше, чем обороты электродвигателя ротора 6 и статора 7.
По второму варианту (Фиг. 2) работа привода происходит следующим образом. При подаче электрического тока из расположенного в корпусе 1 вертолета источника 2 электроэнергии через скользящие токоприемники 3 и токопроводы 4, расположенные в полом валу 5 на электродвигатель, состоящий из ротора 6 и статора 7, ротор 6 начинает вращаться вместе с валом ротора 8 и насаженным на него верхним планетарным редуктором 13, к которому раскреплен верхний несущий винт 9. При этом создается реактивный момент, который раскручивает статор 7 вместе с полым валом 5 и насаженным на него нижним планетарным редуктором 12, на котором раскреплен нижний несущий винт 10, вращающийся в противоположном направлении относительно верхнего винта 9. Возникающая при вращении верхнего несущего винта 9 и нижнего несущего винта 10 подъемная сила через подшипник 11 передается на корпус 1. Проставка 18 жестко соединяет коронные шестерни нижнего планетарного редуктора 12 и верхнего планетарного редуктора 13, за счет чего коронные шестерни остаются неподвижными. За счет понижения оборотов при передаче крутящего момента от солнечной шестерни 14 через планетарные шестерни 15 и водило 17 на несущий винт обороты несущих винтов 9 и 10 меньше, чем обороты электродвигателя ротора 6 и статора 7.