Система аварийных баллонетов вертолета
HELICOPTER EMERGENCY BALLONET SYSTEM

Изобретение относится к области авиастроения, и может быть использовано в системе аварийных баллонетов вертолета с целью обеспечения аварийного приводнения вертолета. Система аварийных баллонетов вертолета предназначена для обеспечения безопасной вынужденной посадки вертолета на воду и сохранения плавучести и остойчивости вертолета в течение времени, позволяющего находящимся на борту людям покинуть вертолет.
В области систем аварийных баллонетов, обеспечивающих приводнение вертолета в аварийных ситуациях при выполнении полетов над водными поверхностями существует проблема, связанная с созданием компактной, быстросъемной, легкой и технологичной системы. Эта проблема относится к вертолетам, конструкция фюзеляжа которых не имеет достаточных объемов для размещения системы аварийных баллонетов из-за наличия съемной транспортной кабины.
Известна система аварийного приводнения вертолета (патент US 2010230534, В63В 35/58; В64С 25/56, публ. 16.09.2010), которая включает в себя опорную раму, модуль поплавка и систему наполнения. Модуль поплавка включает поплавок с оболочкой, втулку, встроенную в поплавок, и жесткую опору, которая, по меньшей мере, частично проходит через втулку. Узел поплавкового блока сконфигурирован так, что его можно устанавливать и/или снимать с опорной рамы отдельно от системы наполнения.
Известно аварийное поплавковое устройство летательного аппарата (патент US 2019202570, В64С 25/56, публ. 04.07.2019), содержащее воздушный баллон, сконфигурированный для наполнения, когда самолет приземляется в воде, пояс, соединенный с воздушной камерой и сконфигурированный для прикрепления воздушной камеры к летательному аппарату через, по меньшей мере, один фитинг планера, и устройство амортизации нагрузки к балке и сконфигурирован для размещения между балкой и фитингом планера, когда поплавковый мешок прикреплен к летательному аппарату, при этом множество амортизаторов нагрузки выполнены с возможностью механической деформации с постепенным разрушением от первой эффективной длины до второй эффективной длины. При этом амортизаторы нагрузки выбраны таким образом, чтобы сводить к минимуму глубину погружения самолета.
Указанные конструкции не дают решения вопроса компоновки системы аварийных баллонетов для вертолета с колесным шасси и ограниченным объемом фюзеляжа из-за применения съемной транспортной кабины.
Наиболее близко к изобретению и принято в качестве прототипа техническое решение, реализованное на вертолете (см. книгу «Вертолет Ка-26 Москва «Транспорт» 1982 г., стр. 165-166, рис. 97). Система аварийных баллонетов вертолета имеет аварийные передние баллонеты и баллонеты основного шасси с системами роспуска, которые установлены в носовой части фюзеляжа и на вилках основного шасси, и состоит из надувных баллонетов, пневматической системы с баллонами и эжекторов.
Данная система аварийных баллонетов имеет ряд отличительных особенностей.
Аварийные посадочные баллонеты вертолета являются съемным оборудованием и предназначены для выполнения посадки на воду. Оборудованный аварийными баллонетами вертолет может эксплуатироваться на колесах с взлетно-посадочной полосы. Для осуществления аварийных посадок вертолет имеет три надувных баллонета - один передний и два основных. Наполнение баллонетов происходит за счет воздуха, поступающего из баллонов пневмосистемы и эжекторов. Применение эжекторов для наполнения аварийных посадочных баллонетов уменьшает потребный объем баллона со сжатым воздухом, так как 2/3 объема воздуха, наполняющего баллонеты, поступает за счет эжекции.
Передний баллонет смонтирован на раме, которая крепится к носовой части фюзеляжа и амортизационным стойкам передних опор шасси. Для монтажа передних баллонет нижние стекла фонаря кабины экипажа демонтируются для обеспечения установки эжекторов. Проемы под эжекторы закрываются внутренней зашивкой, а с внешней стороны фартуком. На лобовом профиле устанавливаются два узла крепления переднего баллонета. Место крепления зашивки к лобовому профилю усилено профилем, а место установки узла - фитингом.
Основные баллонеты смонтированы на рамах, которые крепятся к осям колес основных опор шасси. В походном положении баллонеты свернуты и закрыты чехлами. Перед посадкой на воду баллонеты наполняются воздухом и одновременно освобождаются от чехлов.
2
Пневмосистема наполнения баллонетов состоит из двух баллонов, головки-затвора с пиропатроном, бортового зарядного штуцера с обратным клапаном, запорного крана, фильтра, манометра, переходника, трубопроводов, гибких рукавов, арматуры. Наполнение баллонетов осуществляется за счет воздуха, поступающего из баллонов и эжектируемого из атмосферы. Пуск воздуха из баллонов в эжекторы происходит с помощью головки-затвора, которая устанавливается только на одном баллоне. Другой баллон с помощью трубопровода подсоединяется к этому баллону через штуцер на переходнике так, что головка-затвор закрывает и открывает сразу оба баллона. Воздушные баллоны подвешиваются к хвостовым балкам вертолета на кронштейнах. На баллоне, расположенном на левой хвостовой балке, устанавливается головка-затвор. Баллоны закрыты обтекаемыми кожухами. На кожухе баллона, установленного на левой хвостовой балке, имеется застекленное окно для контроля по манометру за давлением в баллонах. Для наполнения баллонетов пилот нажимает на кнопку «Баллонеты» на рычаге продольно-поперечного управления: пиропатрон взрывается и под действием давления газа срывается ограничитель на головке-затворе, клапан головки-затвора открывается и перепускает воздух из баллонов в эжекторы и далее в баллонеты. Наполнение баллонов производится на земле от автономного источника сжатого воздуха через бортовой зарядный штуцер, запорный кран и фильтр под давлением После наполнения баллонов запорный кран закрывается. От чрезмерного повышения давления баллоны защищены предохранительной мембраной, установленной в головке-затворе. При достижении давления 200±20 кгс/см предохранительная мембрана разрывается и воздух стравливается в атмосферу.
Недостатками описанной выше известной системы аварийных баллонетов вертолета являются: крепление рамы с передним баллонетом в носовой части фюзеляжа исключает возможность применения РЛС и другого оборудования, к которому предъявляются требования обязательного расположения в носовой части вертолета; демонтаж нижнего остекления фонаря кабины экипажа для обеспечения установки эжекторов, что исключает возможность обзора места приводнения при аварийной посадке; крепление рамы с баллонетами на вилках основных шасси, что не исключает обжатия штоков амортизационных стоек во время приводнения и тем самым создается возможность потери устойчивости вертолета и может привести к его опрокидыванию; пуск воздуха из баллонов в эжекторы с помощью головки-затвора, в которой используется пиропатрон, что увеличивает вероятность не наполнения баллонетов в результате не срабатывания пиропатрона или возникновения пожара в результате нештатного срабатывания пиропатрона; так как агрегаты и узлы системы аварийных баллонетов устанавливаются снаружи фюзеляжа (баллоны, рамы с баллонетами), изменяются технические характеристики вертолета и возникают дополнительные нагрузки в местах установки элементов системы.
Причиной, препятствующей получению указанного ниже технического результата при использовании известной системы аварийных баллонетов вертолета, является конструкция системы аварийных баллонетов, все элементы которой установлены с внешней стороны фюзеляжа. А также применение принципа наполнения аварийных баллонет с использованием эффекта эжекции, отличного от предлагаемой системы аварийных баллонетов.
Предлагаемое техническое решение устраняет отмеченные выше недостатки.
Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание компактной системы аварийных баллонетов, которая может быть установлена на вертолет, имеющий съемную транспортную кабину, и позволяющая выполнять посадки на водную поверхность. Задача решается путем созданием компактных, автономных и быстросъемных модулей системы аварийных баллонетов, которые установлены в специальных отсеках под полом кабины экипажа, с правого и левого бортов, и на цилиндрах основных опор шасси.
Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик за счет компактности элементов системы, улучшении эргономических характеристик наземного обслуживания, повышении надежности и безопасности применения.
Для достижения технического результата предлагается система аварийных баллонетов вертолета, содержащая надувные оболочки 5 баллонетов, разделенные на секции и связанные с источником подачи газа посредством магистралей 8, и детали крепления к фюзеляжу, в соответствии с заявляемым изобретением отличающаяся тем, что модули баллонетов передних левого 1 и правого 3 размещены под подножками вертолета кабины экипажа с левого и правого бортов вертолета, модули баллонетов основных левого 2 и правого 4 размещены на основных амортизационных стойках шасси с левого и правого бортов вертолета, причем каждый модуль переднего баллонета 1, 3 состоит из надувной оболочки 5 с предохранительными клапанами 18, 19 и 20, которая размещена в контейнере 9 в сложенном состоянии, системы газонаполнения 6 с баллоном 21, установленной в отсеке фюзеляжа под полом кабины экипажа, магистрали подвода газа 8, соединяющей систему газонаполнения 6 с надувной оболочкой 5 через входные клапаны 15, 16, 17, каждый модуль основного баллонета 2,4 состоит из надувной оболочки 5 с предохранительными клапанами 18, 19 и 20, расположенной в контейнере 13 в сложенном состоянии, системы газонаполнения 6 с баллоном 21, установленной в верхней части контейнера 13, магистрали подвода газа 12, соединяющей систему газонаполнения 6 с надувной оболочкой 5 через входные клапаны 15, 16, 17, и подкосов крепления к амортизационной стойке 14, контейнер 9 модулей передних баллонетов левого 1 и правого 3 содержит силовую раму 35 с внешним стеклопластиковым кожухом 36, которые закреплены к фюзеляжу вертолета, надувная оболочка 5 закреплена на силовой раме 35, при этом каждая из секций надувной оболочки 5 снабжена входным и предохранительным клапанами, контейнер 13 модулей основных баллонетов левого 2 и правого 4 включает силовую раму 37 с закрепленным на ней внешним стеклопластиковым кожухом 38, причем силовая рама 37 закреплена на цилиндрах основных опор шасси вертолета, при этом каждый баллон 21 снабжен манометром 23 и датчиком давления 24, выходное отверстие каждого баллона 21 в электропусковом механизме 7 перекрыто запорной мембраной 25, зажатой по периметру между переходником и корпусом головки с помощью накидной гайки 26, центральная часть мембраны опирается на шток 27, фиксируемый валиком 28, на валике 28 закреплен рычаг 29, к которому подходит шток 30 с взведенной пружиной, которая, в свою очередь, удерживается от срабатывания при помощи валика 31, который через рычаг 32 соединен с электромагнитом тянущим 33, подключенным к бортовой электрической сети вертолета.
Кроме того, надувная оболочка 5 баллонета закреплена к фюзеляжу посредством тканевых строп 10 и кронштейнов 11.
Причем тканевые стропы 10 прошиты с полоской прорезиненной тканью и проклеены по периметру надувной оболочки 5.
Кроме того, надувные оболочки 5 баллонетов изготовлены из тканепленочного материала с теплоотражающим покрытием и в распущенном положении имеют цилиндрическую форму.
При этом внутренний объем надувных оболочек 5 разделен на три секции конусными перегородками.
Кроме того, баллон 21 наполнен газом гелием.
Система аварийных баллонетов вертолета позволяет выполнять безопасные посадки на воду в режиме авторотации несущих винтов при отказе двигателей и обеспечивает плавучесть и остойчивость вертолета после приводнения в условиях волнения моря не менее 4 баллов. Кроме того, при разрушении одной секции баллонета плавучесть и остойчивость обеспечивается при волнении моря не менее 2 баллов. Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, выражается в повышении надежности, улучшении эксплуатационных и аэродинамических характеристик вертолета за счет:
- применения модульной конструкции системы аварийных баллонетов т.е. каждый модуль передних или основных баллонет имеет индивидуальный контейнер и систему газонаполнения, которые поставляются эксплуатанту готовыми к установке с заряженными баллонами;
- установки системы газонаполнения передних баллонетов под полом кабины экипажа внутри фюзеляжа и основных баллонетов в обтекаемых контейнерах;
- использования баллонов, заряженных газом, к примеру, гелием под давлением;
- использования электропускового механизма для пуска газа из баллонов;
- установки контейнеров передних баллонетов по левому и правому бортам в передней части фюзеляжа;
- установки контейнеров основных баллонетов по левому и правому бортам на узлах цилиндров амортизационных стоек основных опор шасси.
Применение баллонов с гелием и электропусковым механизмом позволили сконструировать систему аварийных баллонетов значительно надежнее и безопаснее, а также компактнее, так как для установки баллонов системы газонаполнения передних баллонет было использовано пространство под полом кабины экипажа, которое ранее использовать не представлялось возможным. Кроме того установка системы газонаполнения основных баллонетов, совместно с баллонетом, выполнена в обтекаемых контейнерах, закрепленных в узлах цилиндров амортизационных стоек основных опор шасси.
Работа предлагаемой системы управления вертолета поясняется следующими чертежами:
На фиг. 1 показана схема расположения баллонетов, вид на левый борт;
На фиг. 2 показана схема расположения баллонетов, вид против полета;
На фиг. 3 показана схема модуля баллонета системы аварийных баллонетов;
На фиг. 4 показан передний баллонет в походном положении (вид на левый борт);
На фиг. 5 показан передний баллонет в походном положении, вид против полета;
На фиг. 6 показан основной баллонет в походном положении, вид на левый борт;
На фиг. 7 показан основной баллонет в походном положении, вид против полета;
На фиг. 8 показана схема системы газонаполнения;
На фиг. 9 показан контейнер переднего баллонета, магистраль подвода газа, кронштейны и ленты крепления, вид на левый борт;
На фиг. 10 показан баллон с системой газонаполнения, контейнер основного баллонета, магистраль подвода газа и подкосы крепления, вид на левый борт;
На фиг. 11 показан кожух контейнера переднего баллонета с силовой рамой.
Система аварийных баллонетов содержит модули баллонетов передних левого 1 и правого 3, которые расположенны под подножками вертолета кабины экипажа между шпангоутами №1 и №4 с левого и правого бортов фюзеляжа, а также модули баллонетов основных левого 2 и правого 4, которые расположены на основных амортизационных стойках шасси с левого и правого бортов (фиг.1, 2).
Каждый модуль передних баллонетов 1,3 состоит из надувной оболочки 5, снабженной тремя предохранительными клапанами 18, 19 и 20 и расположенной в контейнере 9 в сложенном состоянии, системы газонаполнения 6, включающей баллон 21 и установленной в отсеке фюзеляжа под полом кабины экипажа, магистрали подвода газа 8, соединяющей систему газонаполнения 6 с надувной оболочкой 5 через три входных клапана 15, 16, 17, и деталей крепления к фюзеляжу, таких как тканевые стропы 10 и кронштейны 11 (фиг. 3, 4, 5, 9).
Каждый модуль основных баллонетов 2, 4 состоит из надувной оболочки 5 с тремя предохранительными клапанами 18, 19 и 20 и расположенной в контейнере 13 в сложенном состоянии, системы газонаполнения 6 с баллоном 21, установленной в верхней части контейнера 13, магистрали подвода газа 12, соединяющей систему газонаполнения 6 с надувной оболочкой 5 через три входных клапана 15, 16, 17 и подкосов крепления к амортизационной стойке 14 (фиг. 3, 6, 7, 10).
Каждая надувная оболочка 5 баллонетов изготовлена из тканепленочного материала с теплоотражающим покрытием и в распущенном положении имеют цилиндрическую форму. Внутренний объем надувных оболочек 5 разделен на три секции конусными перегородками для удержания вертолета на плаву в случае разрушения одной из секций (фиг. 3). Оболочки передних и основных баллонетов различаются объемом.
Каждая надувная оболочка 5 баллонета закреплена к силовой конструкции тканевыми стропами 10 (фиг. 9). Тканевые стропы 10 прошиваются с полоской прорезиненной тканью и проклеиваются по периметру надувной оболочки 5.
Каждая из трех секций надувной оболочки 5 имеет по одному входному клапану 15, 16, 17 и по одному предохранительному клапану 18, 19, 20 (фиг. 3). Через упомянутые входные клапаны 15, 16, 17 происходит наполнение секций надувной оболочки 5. После наполнения надувной оболочки 5 входные клапаны 15, 16, 17 закрываются, с целью предотвращения выхода газа обратно в систему газонаполнения.
Предохранительные клапаны 18, 19, 20 предотвращают разрушение надувной оболочки 5, сбрасывая в атмосферу избыток давления газа из секции.
Контейнер 9 модулей передних баллонетов левого 1 и правого 3 включает силовую раму 35 с внешним стеклопластиковым кожухом 36, закрепленных к фюзеляжу вертолета. Надувная оболочка 5 в сложенном состоянии закреплена на силовой раме 35, к которой через разрывные ремни крепится стеклопластиковый кожух 36, закрывающий надувную оболочку 5 (фиг. 11).
Контейнер 13 модулей основных баллонетов левого 2 и правого 4 включает силовую раму 37 с закрепленном на ней внешним стеклопластиковым кожухом 38. Силовая рама 37 закреплена на цилиндрах основных опор шасси вертолета (фиг. 10).
Система газонаполнения 6 (фиг. 3, 8, 10) имеет в своем составе баллон 21 с электропусковым механизмом 7, наполненный газом, к примеру, гелием, и магистраль подвода газа 8 для передних модулей или 12 для основных модулей от баллона 21 к надувной оболочке 5.
2
На каждом баллоне 21 со сжатым газом (фиг. 3, 8) установлен манометр 23, позволяющий визуально контролировать уровень давления в баллоне 21, и датчик давления 24, позволяющий передавать данные на приборную панель в кабину пилота. Датчики давления 24 передают информацию в систему бортового радиоэлектронного оборудования вертолета о текущем значении давления в баллоне 21 соответствующего модуля баллонетов. Минимально допустимое давление в баллонах 17 МПа (170 кгс/см). Максимальное давление не контролируется.
В походном положении выходное отверстие из баллона 21 в электропусковом механизме 7 перекрыто запорной мембраной 25, зажатой по периметру между переходником и корпусом головки с помощью накидной гайки 26. Центральная часть мембраны опирается на шток 27, фиксируемый валиком 28. На валике 28 закреплен рычаг 29, к которому подходит шток 30 с взведенной пружиной, которая, в свою очередь, удерживается от срабатывания при помощи валика 31. Валик 31 соединен с электромагнитом тянущим 33 через рычаг 32. Электромагнит тянущий 33 подключен к бортовой электрической сети вертолета (фиг. 8).
Система газонаполнения 6 работает следующим образом. В аварийной ситуации, по команде пилота, подается электропитание на электромагнит тянущий 33 электропускового механизма 7, который перемещается и освобождает шток 30 с пружиной. Шток 30, при помощи пружины, прикладывает усилие к рычагу 29. При этом валик 28 поворачивается в корпусе электропускового механизма и освобождает шток 27. Потерявшая опору запорная мембрана 25 разрушается под воздействием давления заряда. Шток 27 резко перемещается вверх, при этом удар смягчается амортизационной шайбой 34. Гелий из баллона 21 поступает в магистраль подвода газа 8, которая соединяет систему газонаполнения 6 с секциями надувной оболочки 5 и далее гелий подается в надувную оболочку 5 через входной клапан 15. В процессе наполнения надувной оболочки 5 внешний стеклопластиковый кожух 36 контейнера сбрасывается (фиг. 3, 8, 9, 11).
Предлагаемая система аварийных баллонетов позволяет выполнить безопасную аварийную посадку на водную поверхность и обеспечить сохранение плавучести и остойчивости вертолета путем заблаговременного роспуска в полете баллонетов перед приводнением. Для передних модулей 1, 3 баллонетов максимально используются как имеющиеся объемы фюзеляжа для установки системы газонаполнения 6, так и обтекаемые контейнеры 9, 13, установленные снаружи по правому и левому бортам, в которых расположены наполняемые газом оболочки 5 в походном положении. Модули основных баллонетов 2, 4 расположены в обтекаемых контейнерах снаружи на цилиндрах основных опор шасси с правого и левого бортов.
Таким образом, за счет использования модульной системы и принципа наполнения оболочек баллонетов от баллона, наполненного гелием, удается добиться лучшей компоновки и безопасности системы. Сравнение компоновок системы аварийных баллонетов прототипа и предлагаемой системы дает представление о преимуществах предлагаемого технического решения.
Предлагаемая система аварийных баллонетов имеет следующие особенности конструкции:
- в системе применены автономные модули аварийных баллонетов;
- компоновка обеспечивает удобство обслуживания компонентов, их осмотра и контроля в процессе производства и эксплуатации;
- система исключает необходимость применения пиропатронов;
- система позволяет использовать отсеки в передней части фюзеляжа для установки оборудования (радиолокационные станции др.);
- расположение модулей баллонетов не ухудшают обзор пилоту поверхности приводнения;
- система позволяет проводить контроль работоспособности перед полетом по величине зарядного давления в баллонах не только по манометрам, но и по показаниям от датчиков в кабине пилотов;
- монтаж и демонтаж компонентов системы производится без съема каких-либо деталей других систем, установленных на вертолете;
- исключает возможность обжатия основных амортизационных стоек при приводнении и за счет этого возможность потери устойчивости и опрокидывания вертолета.
Осуществление изобретения, в первую очередь, позволяет решить задачу установки системы аварийных баллонетов на вертолет с колесным шасси и съемной транспортной кабиной за счет применения модульной конструкции системы, улучшающей эксплуатационные и эргономические характеристики наземного обслуживания за счет компактности элементов системы, улучшения характеристик надежности и безопасности применения.