ВЕРТОЛЕТНЫЙ ХВОСТОВОЙ ВИНТ С ПЕРЕМЕННОЙ СКОРОСТЬЮ С ГИДРОСТАТИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ
HELICOPTER VARIABLE-RPM HYDROSTATIC DRIVE TAIL ROTOR

Изобретение относится к хвостовому винту вертолета и его системе привода, спроектированными для использования в вертолетах с одним несущим винтом.
С одной стороны, этот винт противодействует реактивному вращающему моменту, создаваемому несущим винтом вертолета, обеспечивая вертолету подъем и тяговое усилие, относительно вертикальной оси несущего винта; с другой стороны, хвостовой винт предоставляет возможность задания и управления угловым положением воздушного судна относительно вертикальной оси (т.е. по курсу).
Для этой цели вертолеты, оснащенные только одним несущим винтом, обычно имеют конструктивное добавочное приспособление, называемое хвостовой балкой, идущее в направлении, противоположном движению, которое на конце несет винт, называемый "хвостовым винтом", ось вращения которого перпендикулярна плоскости, определяемой вертикальной осью вала несущего винта и продольной осью хвостовой балки. Этот хвостовой винт состоит из двух или более лопастей, имеющих аэродинамическую форму для обеспечения подъемной силы, соединенных посредством соответствующих шарнирных соединений с центральной втулкой. Его вращение приводится посредством 90-градусного конического редуктора с приводом от несущего винта посредством приводного вала, известного как "длинный вал", поскольку он такой же длинный, если не длиннее, как сама хвостовая балка.
Аэродинамическая тяга, создаваемая хвостовым винтом, вращающегося практически с постоянной скоростью, благодаря своему эксцентриситету относительно оси вращения несущего винта создает противодействующий крутящий момент, интенсивность которого зависит от геометрического шага лопастей с шарнирной подвеской, который изменяется посредством системы рычагов и штоков или аналогичных устройств, обычно соединенных с парой связанных педалей, которые позволяют пилоту регулировать балансировку воздушного судна вокруг оси несущего винта.
В современных вертолетах с одним несущим винтом, которые используют тип винта и системы привода, описанные выше, геометрическое положение хвостовой балки, несущей "длинный вал" и хвостовой винт, обусловлено минимумом свободного пространства между самой балкой и лопастями несущего винта. Положение оси привода хвостового винта, следовательно, считается гораздо ниже, чем идеальное положение, расположенное на плоскости несущего винта, приводя к повышению вредного динамического феномена.
Также следует отметить, что в вышеупомянутых вертолетах лопасти хвостового винта вращаются с постоянной скоростью, поскольку они приводятся в движение посредством механических устройств с фиксированным передаточным числом, соединенных с приводным валом несущего винта, который, как известно, вращается с постоянной скоростью.
Эти обстоятельства означают, что даже в условиях полета, с отключенным двигателем, когда нет необходимости действовать против крутящего момента, хвостовой винт, тем не менее, продолжает крутиться с той же скоростью, даже при нулевом шаге лопастей, тем самым вызывая бесполезную потерю энергии вследствие трения в системе привода и самом хвостовом винте, с потерей энергии несущего винта в режиме авторотации без подвода мощности.
Дополнительное неудобство, встречающееся в вертолетах, описанных ранее, возникает вследствие того факта, что ось "длинного вала" ортогональна к оси несущего винта и обуславливает размещение двигателя и системы привода, требуя второго конического редуктора на несущем винте, если двигатель располагается с осью вала горизонтально. Тем не менее, если двигатель располагается с осью вертикально, второй конический редуктор должен быть установлен на переднем конце "длинного вала".
Оба случая, в любом случае, создают существенные сложности в конструировании и проектировании, а также повышают общий вес трансмиссионной системы.
Имеются другие системы противодействия вращающему моменту, называемые NOTAR, в которых вращающему моменту, вызванному несущим винтом, оказывают противодействие воздушные или газовые струи, создаваемые посредством турбины и передаваемые по хвостовой балке, используя соответствующие окна, чтобы создавать требуемый аэродинамический эффект.
Разработка таких систем приводит к значительным конструкционным проблемам, что ограничивает их использование только вертолетами с приводом от турбины.
Основная цель изобретения, описанного в данном документе, заключается в том, чтобы избежать трудностей, упомянутых выше, обнаруживаемых в вертолетах с одним несущим винтом, доступных в настоящее время, посредством создания хвостового винта и соответствующей системы привода, которая является очень гибкой, адаптируемой, простой в изготовлении, а также надежной и эффективной в применении.
Вторая цель изобретения заключается в том, чтобы создать хвостовой винт и трансмиссионную систему, которые дают возможность регулирования тяги винта за счет варьирования числа его оборотов вместо шага лопастей, тем самым ограничивая механическое трение в условиях полета при отключенном двигателе.
Третья цель изобретения заключается в том, чтобы исключить "длинный вал", тем самым устраняя источник вредных вибраций и освобождая геометрию трансмиссии от ограничений, налагаемых вследствие необходимости этого вала.
Четвертая цель изобретения состоит в том, чтобы удалить все органы управления и устройства, требуемые для того, чтобы изменять шаг лопастей хвостового винта, из кабины, хвостового винта и хвостовой балки, с тем, чтобы хвостовая балка была свободной от подвижных частей.
Пятая цель изобретения заключается в том, чтобы исключить конический редуктор, требуемый для привода хвостового винта, приводя к упрощению конструкции, уменьшению износа и повышению надежности.
Шестая цель изобретения заключается в том, чтобы предоставить возможность управления направлением летательного аппарата посредством хвостового винта при условиях полета с отключенным двигателем.
Еще одна цель изобретения состоит в том, чтобы сделать геометрическое положение двигателя независимым от хвостового винта, с тем, чтобы двигатель мог быть установлен с вертикальным валом двигателя без необходимости в коническом редукторе для привода вала несущего винта.
Эти и другие цели, которые должны быть подробнее пояснены позднее, все удовлетворяются посредством изобретения хвостового винта и трансмиссионной системы для вертолетов с одним несущим винтом, базовые характеристики которых включают в себя: винт с тремя или более неподвижными бесшарнирными лопастями; гидромотор постоянной производительности с осевыми цилиндрами, непосредственно приводящий в движение упомянутый винт с фиксированными лопастями; гидравлический насос переменной производительности с осевыми цилиндрами; механизмы для того, чтобы управлять объемной производительностью насоса, соединенные с педалями; трубы для гидравлической жидкости, соединяющей насос с мотором.
Дополнительные характеристики должны стать более четкими и очевидными со ссылкой на прилагаемый чертеж, который иллюстрирует один из нескольких возможных способов организации системы:
Фиг.1 иллюстрирует вариант осуществления хвостового винта и трансмиссионной системы, применяемой к вертолету с одним несущим винтом.
Эта фигура иллюстрирует хвостовой винт (r) минимум с тремя лопастями с фиксированным шагом. Винт (r) помещен в паз вала стандартного гидромотора постоянной производительности с осевыми цилиндрами (поршнями), установленного в конце хвостовой балки (t) и соединенного посредством жестких или гибких входных и выходных труб со стандартным гидравлическим насосом переменной производительности с осевыми цилиндрами (поршнями) (p), вал которого приводится в движение посредством вала (m) несущего винта с помощью обычных механизмов трансмиссии.
Рычаг управления (h), который регулирует объемную производительность и противоток насоса (p), соединен посредством штоков (d) и рычагов (I) с педалями (f), находящимися в кабине пилота. Если рычаг управления (h) переводится в позицию, соответствующую максимальной объемной производительности насоса, посредством действия на педаль в том же направлении, что и вращение несущего винта, скорость потока жидкости в мотор хвостового винта достигает максимума, и, следовательно, винт (r) будет вращаться на максимальной скорости, развивая максимальную тягу, чтобы противостоять реакции крутящего момента несущего винта. С педалями в промежуточной позиции скорость подачи насоса падает до нуля, и винт (r) остается без движения; это условие может быть инициировано пилотом, когда мощность потеряна в ходе полета при авторотации.
Если педали (f) перемещаются за пределами промежуточной позиции, вращение винта меняет направление на противоположное, тем самым реверсируя тягу, предоставляя возможность более, чем достаточного и полного управления летательным аппаратом вокруг вертикальной оси несущего винта.
Педали (f) размещаются обычным образом, с двумя педалями, связанными с рычагом, который варьирует объемную производительность насоса (p), применяя такие же критерии конструкции, что обычно используются для того, чтобы соединять педали с органами управления общего шага, которые изменяют шаг шарнирных лопастей в традиционных хвостовых винтах.
На стадии проектирования посредством регулирования соотношения между объемной производительностью гидромотора (n) и максимальной объемной производительностью насоса (p), можно варьировать передаточное число между несущим винтом и хвостовым винтом, предоставляя возможность использования изобретения в более широком диапазоне вариантов применения.
Контур гидравлической жидкости имеет гидростатический тип и включает в себя дренажные трубы (i), маслобак (k), масляный фильтр (o), возможно, радиатор (e) и загрузочный насос (g), которыми обычно оборудуется насос (p).
Множество модификаций и вариантов могут быть применены к таким образом созданной конструкции, все из которых являются частью изобретения. Более того, все детали могут быть замены посредством других, технически эквивалентных.
На практике, используемые материалы, а также размер и количество компонентов могут варьироваться по необходимости.