ОДНОМЕСТНЫЙ ВЕРТОЛЕТ
SINGLE-SEAT HELICOPTER

Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано для создания одноместных вертолетов вертикального взлета и посадки с повышенной безопасностью полета для пилота и окружающих, высокой маневренностью, легким управлением, малой стоимостью и простотой изготовления, компактностью и низкими эксплуатационными затратами.
Известен одноместный вертолет, содержащий соосно-расположенные несущие винты, двигатель и место пилота, расположенное под винтами (см. патент США 6293421, B64C 27/52, 2001). Управление осуществляется наклоном оси несущих винтов посредством рычага управления.
Недостатком известного вертолета является плохая маневренность, высокая опасность полета для пилота и для окружающих.
Известен также компактный летательный аппарат, содержащий соосно-расположенные несущие винты, без автоматов перекоса, два двигателя и место пилота, расположенное над винтами (см. патент США 2011/0163199, B64C 27/10, 2011).
Недостатком известного летательного аппарата является плохая маневренность, высокая опасность полета и низкие эксплуатационные характеристики.
Известен вертолет «Аэросайкл» Делекнера, содержащий каркас с посадочным шасси, кабину в виде решетчатой корзины, соединенной с каркасом, расположенной над двумя соосными винтами, двигатель, установленный в решетчатой корзине, соединенный с воздушными винтами, горизонтальный стабилизатор на вынесенной штанге, механизмы управления. Двигатель - двухтактный подвесной мотор Кикхейфера 43 л.с. (31,6 кВт), масса конструкции 99 кг, дальность полета 24 км, скорость 121 км/ч, запас топлива 3,8 литра. Управление по тангажу и крену - путем наклона корпуса, а по курсу - с помощью ручки управления /П.Бауэре. Летательные аппараты нетрадиционных схем. М.: Мир, 1991, с.110, рис.5.19/.
Известный вертолет «Аэросайкл» Делекнера, как наиболее близкий по технической сущности, достигаемому полезному результату и способу управления, принят за прототип.
Недостатки известного вертолета «Аэросайкл» Делекнера определяются сложными по конструкции воздушными винтами, низкой маневренностью, высокой опасностью полета для пилота и окружающих, невозможностью совершать полет в сложных погодных условиях.
Целью настоящего изобретения являются повышение безопасности пилотирования, обеспечение высокой маневренности и легкости управления, возможности совершать полет в сложных погодных условиях, снижение стоимости и сложности изготовления, а также снижение эксплуатационных расходов одноместного вертолета.
Указанные цели обеспечиваются тем, что в одноместном вертолете, содержащем трубчатый каркас, в нижней части которого располагается силовая установка с узлами и механизмами, необходимыми для передачи и распределения крутящего момента через валы на пару соосных воздушных несущих винтов противоположного направления вращения, расположенных в верхней части вертолета, над которыми, соединенная с каркасом, располагается кабина пилота с органами управления и контроля, согласно изобретению вертикальные габариты вертолета превышают диаметр несущих винтов более чем в полтора раза, а его центр тяжести, смещенный книзу, находится при полной загрузке аппарата не выше трети его вертикального размера. Корпус спроектирован таким образом, чтобы обеспечить максимальную безопасность полета при любых погодных условиях, кроме экстремальных для авиатехники данного типа, удобство и дешевизну изготовления и эксплуатации, а также взлеты и посадки на площадки малых размеров, в частности в городе.
Несущие винты, не имеющие автоматов перекоса, зафиксированные в кольца, создают при работе дополнительный гироскопический эффект, необходимый для уверенного и простого управления аппаратом, имеют при работе мало вибраций, создающих опасность для пилотирования и быстрого износа деталей. Отсутствие автомата перекоса позволяет выполнить несущие винты в виде цельной или составной жесткой конструкции, что упрощает и удешевляет их изготовление из композитных материалов, например стеклопластика. Отсутствует опасность перехлеста винтов.
Лопасти и фиксирующее их кольцо в несущем винте могут иметь внутренние полости для облегчения их веса и придания дополнительной прочности.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 изображен общий вид вертолета, на фигуре 2 - вид вертолета без нескольких деталей его конструкции для более понятного пояснения ее сути, на фигуре 3 - вид верхней части вертолета, на фигуре 4 - вид одного из несущих винтов вертолета, на фигуре 5 - вид пилота в положении, готовом для полета, где штрихпунктирной линией показан пример управления вертолетом по крену.
Предлагаемый вертолет (общий вид, см. фиг.1, п.1) содержит корпус, имеющий площадку пилота 2, мачту управления 53, центральную вертикальную полую трубу 29, с прикрепленными к ней отсеком 30 силовой установки, конусообразным отсеком 31, имеющим вентиляционные отверстия 70, и отсеком для размещения балласта и полезного груза 32. Корпус также имеет трубчатые вертикальные элементы 45-48, горизонтальные трубчатые стержни 11-26 и 49-52, посредством соединительных колец 27 и 28 прикрепленные к трубе 29. Корпус также содержит посадочные опоры 41-44 со встроенными амортизаторами и кольцеобразные трубчатые элементы 33-39, придающие конструкции необходимую жесткость и обеспечивающие безопасность полета и удобство доступа к месту пилота. Корпус еще содержит решетку безопасности 3 и съемный кожух 4, который при его креплении обеспечит увеличение комфортности полета при уменьшении КПД вследствие невозможности подсоса воздуха сбоку для сосной пары винтов.
На фиг.2 представлен разрез в трубе 29, демонстрирующий расположение вала нижнего винта 5 и вала верхнего винта 6, которые тянутся от размещенных в отсеках 30 и 31 силовой установки и трансмиссии к нижнему винту 8 и верхнему винту 7. Нижний и верхний несущие винты 5 и 6 крепятся к валу нижнего и верхнего винта втулками 10 и 9 соответственно.
Мачта управления 53 размещена на площадке пилота 2 таким образом, чтобы суммарный центр тяжести тела пилота и мачты в горизонтальной плоскости был максимально приближен к вертикальной оси аппарата, совпадающей с осью вращения несущих винтов и общей вертикальной осью аппарата. В месте крепления к площадке пилота мачта управления содержит упругий элемент 55, в состоянии покоя держащий мачту параллельно общей оси аппарата, а при усилиях со стороны пилота позволяющий отклонить мачту в любую сторону на угол, безопасный для полета. Мачта управления содержит также горизонтальные элементы 58 и 59, на которых установлены ручка управления 61 с кольцом управления 62 и установлен блок индикации и контроля 57, прикрепленный шарнирами 56 и 69. Мачта управления содержит также приспособление фиксации спины пилота 63, с пристяжными ремнями безопасности пилота 64-67 с замком их фиксации 68. В основание мачты управления, выполненное из труб, введен кабель 54 (фиг.3), который подключен к элементам управления и контроля, размещенным на мачте, и силовой установке и другим узлам и приборам летательного аппарата, размещенным за пределами мачты. Верхняя часть мачты управления имеет фиксатор 60 для присоединения к нему парашютной спасательной системы из ряда существующих.
Управление летательным аппаратом осуществляется простым, интуитивно понятным способом. Пилот встает к мачте управления спиной и фиксирует себя ремнями безопасности. После установки пилотом нужной мощности силовой установки (управляющее кольцо 62, фиг.3) она через трансмиссию передает крутящий момент на несущие винты. Аппарат вертикально взлетает, достигая высоты, соответствующей достигнутым оборотам. При уменьшении мощности силовой установки аппарат соответственно снижается.
Поворот вправо-влево относительно центральной оси осуществляется с помощью подаваемых пилотом на трансмиссию сигналов (наклон вправо-влево ручки управления 61, фиг.3) на замедление вращения одного из винтов.
Движение в любую сторону осуществляется наклоном пилота в нужную сторону. При этом, из-за смещения центра тяжести, происходит наклон аппарата, увеличивается горизонтальная проекция подъемной силы и осуществляется перемещение в пространстве в выбранном направлении. Сильно смещенный книзу центр масс аппарата позволит осуществлять безопасное пилотирование, исключающее пикирование и опасные уголы тангажа или крена. Дополнительную роль в безопасности полета играет ограничение амплитуды отклонения мачты управления, упругий элемент которой стремится вернуть мачту в исходное положение.
Ввиду небольшого, до 3 м, диаметра несущих винтов, при отказе силовой установки рассчитывать на авторотацию при аварийном приземлении не приходится. Поэтому, для обеспечения безопасности полета, предусмотрено крепление к верхней части мачты управления одной из стандартных парашютных спасательных систем, которая спасет жизнь пилота и сохранит целостность летательного аппарата.
Предлагаемый одноместный вертолет может быть использован в любой области, где требуется вести наблюдение с воздуха, перевозить небольшие грузы, для развлечения и как полная альтернатива автотранспорту, в качестве средства передвижения.
Реализация изобретения не может представлять больших затруднений, так как все узлы и детали конструкции могут быть изготовлены на существующих предприятиях с известными технологиями обработки материалов, а простота конструкции и управления, безопасность полета для пилота и окружающих, относительная независимость от капризов погоды, дешевизна изготовления и эксплуатации делают предлагаемый вертолет привлекательным изделием.