СКОРОСТНОЙ БЕСПИЛОТНЫЙ ВЕРТОЛЕТ

Полезная модель относится к авиационной технике и может быть применена при создании новых конструкций скоростных беспилотных вертолетов с соосными несущими винтами.
Максимальная скорость современных вертолетов построенных по традиционной аэродинамической схеме с рулевым винтом, ограничена возникновением срыва потока на лопастях несущего винта, именно поэтому максимальная скорость полета вертолетов не превышает 300 км/ч.
Соосная схема винтов вертолета в современном вертолетостроении применяется не часто.
Известен беспилотный вертолет по патенту №56331 от 20.03.2006, который содержит фюзеляж, двигатель, редуктор с соосными валами взаимопротивоположного вращения, на которых установлены несущие винты, два автомата перекоса, топливный бак, полозковое шасси, комплекс бортового оборудования.
В виду отсутствия толкающего винта, невозможно увеличить скорость полета беспилотного вертолета по патенту №56331 от 20.03.2006. Исходя из этого, недостаток беспилотного вертолета по патенту №56331 от 20.03.2006 - низкая скорость полета.
Известен беспилотный преобразуемый скоростной вертолет (БПСВ) по патенту №2601470 от 09.09.2015, снабженный системой распределенной тяги разновеликих винтов по схеме Х2+1, имеющей разновеликие перекрещивающиеся несущие винты, установленные на вертикальном пилоне в центральной части фюзеляжа на удлиненных V-образных выходных валах промежуточного редуктора, наклоненных соответственно на углы 12,5° от вертикали вперед и назад по оси симметрии, и один толкающий задний поворотный винт.
Недостаток БПСВ - низкая скорость полета, так как дизельная силовая установка, имеющая два турбовальных дизельных двигателя, выполненные для отбора их взлетной мощности с передним выводом вала, не обеспечивает равномерное перераспределение их мощности при переходе в режим крейсерского полета с несущих винтов на задний толкающий винт.
Известен беспилотный вертолет модели "K-МАХ" компании «Катап Aerospace» (США), описанный в патенте №2601470 от 09.09.2015. Беспилотный вертолет модели "K-МАХ" выполненный по двухвинтовой несущей схеме, содержит на верхней части фюзеляжа турбовальный двигатель Lycoming T53-L-17A, который передает крутящий момент через главный редуктор на двухлопастные поперечные винты, смонтированные на близко расположенных валах, наклоненных наружу на углы 15° от плоскости симметрии и закрытых обтекателями, вертикальное оперение, имеющее на конце стабилизатора киль-шайбы, трехопорное колесное шасси. Трансмиссия включает главный редуктор, от которого обеспечивается привод обоих перекрещивающихся несущих винтов. Беспилотный вертолет модели "K-МАХ" имеет характеристики: диаметр несущих винтов 14,73 м, длину фюзеляжа 12,73 м, высоту 4,14 м, взлетный вес 5443 кг, вес пустого 2334 кг, практический потолок 7010 м и дальность полета 494 км.
Недостаток беспилотного вертолета модели "K-МАХ" - низкая максимальная/крейсерская скорость полета, которая составляет 193/185 км/ч.
Наиболее близкой по технической сущности и уровню эксплуатационных характеристик к патентуемой полезной модели является беспилотный вертолетный комплекс радиолокационно-оптического обзора (БпВК РЛОО), описанный в статье Мосиенко С.А. " Концепция облика беспилотного вертолетного комплекса радиолокационно-оптического обнаружения межвидового применения", журнал "Молодой ученый", 2021, №8 (350), с. 8-13 (прототип).
БпВК РЛОО содержит фюзеляж, включающий кабину с комплексом бортового оборудования, оптико-электронную систему, радиопрозрачный обтекатель, установленный в носовой части фюзеляжа, главный редуктор, систему соосных несущих винтов, верхний несущий трехлопастный винт и нижний несущий трехлопастный винт, два автомата перекоса, турбовальный двигатель, левый и правый боковой киль, установленный на хвостовой балке под углом к продольной оси вертолета хвостиками вниз, топливный бак и полозковое шасси.
Недостаток БпВК РЛОО - низкая скорость полета.
Таким образом, техническим результатом данной полезной модели, является увеличения скорости полета беспилотного вертолета.
Технический результат достигается за счет того, что скоростной беспилотный вертолет содержит фюзеляж, включающий кабину с комплексом бортового оборудования, оптико-электронную систему, радиопрозрачный обтекатель, установленный в носовой части фюзеляжа, главный редуктор, систему соосных несущих винтов, верхний несущий трехлопастный винт и нижний несущий трехлопастный винт, два автомата перекоса, турбовальный двигатель, левый и правый боковой киль, установленный на хвостовой балке под углом к продольной оси вертолета хвостиками вниз, топливный бак и полозковое шасси, дополнительно содержит промежуточный редуктор, карданный вал, втулку толкающего винта, выполненную в виде трехлучевой звезды, к которой прикреплены три лопасти толкающего винта, толкающий трехлопастный винт, при этом промежуточный редуктор, содержащий входной вал, главный вал и выходной вал, входным валом с помощью муфты соединен с выходным валом турбовального двигателя, вместе с тем, главный вал промежуточного редуктора с помощью эластичной муфты соединен с валом главного редуктора, одновременно с этим, выходной вал промежуточного редуктора посредством муфты соединен с карданным валом, который обеспечивает взаимную кинематическую связь с втулкой толкающего винта.
Заявленная полезная модель иллюстрируется следующим чертежами, фиг. 1, на котором показана структурная схема скоростного беспилотного вертолета; фиг. 2, на котором показана структурная схема скоростного беспилотного вертолета без фюзеляжа; фиг. 3, на котором показана структурная схема системы двух соосных несущих винтов; фиг. 4, на котором показана структурная схема комплекса бортового оборудования, фиг. 5, на котором показана структурная схема редукторной системы.
Рассмотрим структуру и работу скоростного беспилотного вертолета (СБВ) 1.
Как видно из чертежа фиг. 1, СБВ 1 содержит фюзеляж 2, включающий кабину 3 с комплексом бортового оборудования 14, оптико-электронную систему 4, радиопрозрачный обтекатель 5, установленный в носовой части фюзеляжа, систему соосных несущих винтов 6, верхний несущий трехлопастный винт 7, нижний несущий трехлопастный винт 8, левый 9 и правый 10 боковой киль, втулка толкающего винта 11, толкающий трехлопастный винт 12, полозковое шасси 13.
Как видно из чертежа фиг. 2, СБВ 1 содержит каркас 15, турбовальный двигатель (ТВаД) 16, редукторную систему 17, топливный бак 18 и карданный вал 19.
Как видно из чертежа фиг. 3, система двух соосных несущих винтов 6, содержит втулки верхнего 20 и нижнего 21 несущих трехлопастных винтов, выполненных в виде трехлучевой звезды, к которым прикреплены три лопасти верхнего 7 и нижнего 8 винта, два автомата перекоса 22 и 23, и кинематически связанные с ними две рычажные качалки 24 и 25 управления углом установки лопастей верхнего 7 и нижнего 8 несущих трехлопастных винтов, внутренний 27 и внешний вал 26, на котором крепятся втулки верхнего 20 и нижнего 21 несущих трехлопастных винтов.
Как видно из чертежа фиг. 4, система управления СБВ 1 состоит из комплекса бортового оборудования (КБО) 14 СБВ 1 и наземного пункта управления (НПУ) 36.
КБО 14 содержит бортовые датчики 28, блок приема-передачи управляющих сигналов (БПУС) 29, бортовую вычислительную систему (БВС) 30, блок управления электромеханическими рулевыми приводами (БУЭРП) 31, рулевые приводы 32, блок управления промежуточным редуктором (БУПР) 33, систему связи 34 и пилотажно-навигационный комплекс (ПНК) 35.
Как видно из чертежа фиг. 5, редукторая система 17 содержит главный редуктор 37, промежуточный редуктор 38, соединительная муфта 41 для соединения редукторов 37 и 38, передачи крутящего момента.
Промежуточный редуктор 38, содержит входной вал 39, предназначенный для подключения выходного вала (на чертеже не показано) ТВаД 16, главный вал 40 (показана обратная сторона), для подключения к главному редуктору 37, выходной вал 42, для подключения карданного вала 19.
ТВаД 16 предназначен для вращения двух соосных винтов 7 и 8, система из двух соосных винтов 6 предназначена для параллельного вращения в противоположных направлениях вокруг общей геометрической оси двух винтов 7 и 8, радиопрозрачный обтекатель 5 предназначен для защиты КБО 14 от аэродинамических сил, полозковое шасси 13 предназначено для посадки СБВ 1 на поверхность. Килевая балка предназначена для оснащения левым 9 и правым 10 боковыми килями, которые обеспечивают повышение путевой устойчивости СБВ 1.
Заявленный СБВ 1 работает следующим образом.
По команде оператора НПУ 36 с автоматизированного рабочего места и средств связи (на чертеже не показано), с использованием КБО 14 включается ТВаД 16. СБВ 1 с использованием системы соосных несущих винтов 6, ОЭС 4 и ПНК 35, совершает вертикальный и горизонтальный полет по заданному маршруту (на чертеже не показано).
Управление СБВ 1 в пространстве осуществляется оператором НПУ 36 по каналам связи с применением ОЭС 4, путем визуального наблюдения и системой соосных несущих винтов 6. Оператор НПК 36 с использованием системы связи 34, БПУС 29, БВС 30, БУЭРП 31 и рулевых приводов 32, расположенных в СБВ 1, управляет направлением и силой тяги системы из двух соосных винтов 7 и 8, автоматами перекоса 22 и 23.
Управление по курсу СБВ 1 обеспечивается созданием разности моментов на несущих винтах 7 и 8, реализуемой по упомянутой цепи от органов управления КБО 14 к соответствующему рулевому приводу 32, который перемещает рычаг и кинематически связанные с ним ползун (на чертеже не показано) со смонтированным на нем автоматом перекоса 22 и второй рычаг, который также кинематически связан с автоматом перекоса 23 системы соосных несущих винтов 6.
Управление СБВ 1 по тангажу и крену обеспечивается соответствующим наклоном автоматов перекоса 22 и 23 с учетом данных, которые в режиме реального времени поступают от бортовых датчиков 28 и ПНК 35. Передача и прием сообщений (команд) на управление СБВ 1 происходит с использованием средств связи 34 входящими в состав КБО 14 и НПУ 36. Напряжение для электропитания ОЭС 4 и КБО 14 подается от генератора (на чертеже не показано).
Основные технические характеристики СБВ 1 приведены в таблице 1.
Для перехода в режим скоростного полета СБВ 1, оператор НПУ 36 передает сообщение (команду) на средства связи 34 КБО 14.
Бортовая вычислительная система 30 обрабатывает полученный от средств связи 34 управляющий сигнал и передает его на блок управления электромеханическими рулевыми приводами 31, рулевые приводы 32 и блок управления промежуточным редуктором 33.
Блок управления промежуточным редуктором 33 включает муфту (на чертеже не показано), которая осуществляет соединение промежуточного редуктора 38 с карданным валом 19, обеспечивающего взаимную кинематическую связь с втулкой 11 толкающего винта 12.
Таким образом, промежуточный редуктор 38 обеспечивает перераспределение мощности ТВаД 16 при переходе в режим скоростного полета с несущих винтов 7 и 8 на задний толкающий винт 12 и, как следствие, позволяет увеличить скорость полета СБВ 1 до 400 км/ч.
Исходя из вышеперечисленного, достигается технический результат данной полезной модели: увеличение скорости полета.
Испытания на цифровом двойнике СБВ 1 с использованием цифрового двойника ТВаД 16 показали, что СБВ 1 соответствует всем заявленным характеристикам таблицы 1.