БЕСПИЛОТНЫЙ ВЕРТОЛЕТ

Полезная модель относится к авиационной технике и может быть применена при создании новых конструкций беспилотных вертолетов с соосными несущими винтами.
Расходы по эксплуатации вертолетов характеризуются стоимостью летного часа, расчет которого производится в соответствии методиками компаний Conklin & de Decker Associates, Inc и ГК “Вертолеты России”.
Согласно информации ГК “Вертолеты России” (Фомин С.В. О состоянии российского рынка ВТ и мерах государственной поддержки обновления вертолетного парка российских авиакомпаний, доклад XII Вертолетный форум “Деятельность Компании - оператора как зеркало вертолетной индустрии”,08.11.2019, АО “Вертолеты России” (https://helicopter.su/wp-content/uploads/2019/11/o-sostoyanii-rossijskogo-rynka-vt.pdf), структура стоимости летного часа вертолета состоит из расходов на техническое обслуживание и ремонт (ТОиР) 37%, горюче-смазочные материалы 15%, что составляет в сумме 52%. Вместе с тем, оперативное и периодическое техническое обслуживание двигателей вертолетов, составляет около 9%, при этом плановый ремонт и замена двигателей 55%.
В то же время, основную долю затрат на ТОиР составляют плановый ремонт агрегатов 17%, плановая замена агрегатов 38%, внеплановые ремонты агрегатов 25%, что занимает 80% в ТОиР вертолета.
Таким образом, ТОиР двигателя является основным элементом для снижения стоимости летного часа беспилотного вертолета.
Известен беспилотный вертолет модели MQ-8C (США), описанный в статье Б. Денисов, В. Георгиев "Беспилотные летательные аппараты палубного базирования ВМС зарубежных стран", журнал "Зарубежное военное обозрение", №1 (886), 2021, стр. 85.
Беспилотный вертолет модели MQ-8C изготовлен на базе пилотируемого вертолета Bell 407, который содержит фюзеляж, турбовальный двигатель Rolls-Royce/Allison 250-С47, передающий крутящий момент через главный редуктор на четырехлопастный поперечный и хвостовой винт, полозковое шасси.
Недостаток беспилотного вертолета модели MQ-8C на базе пилотируемого вертолета Bell 407 - высокая стоимость летного часа, которая составляет 1200 долларов США (Мосиенко С.А. Беспилотный вертолетный комплекс радиолокационно-оптического обнаружения межвидового применения, журнал "Молодой ученый", 2021, №5 (347), с. 53, Рис. 2).
Наиболее близким прототипом, в решении которого предпринята попытка частичного решения проблемы снижения стоимости летного часа, 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.
БпВК РЛОО содержит фюзеляж, включающий кабину с комплексом бортового оборудования и оптико-электронной системой, радиопрозрачный обтекатель, установленный в носовой части фюзеляжа, главный редуктор, систему двух 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, полозковое шасси.
В этом техническом решении использован один турбовальный двигатель (ТВаД), который соединен с главным редуктором.
Однако плановую замену и внеплановый ремонт ТВаД, производить инженерно-техническим работникам (ИТР) достаточно проблематично, это вызвано сложностью работ по отсоединению главного редуктора, связывающего его с ТВаД. Недостаток БпВК РЛОО - высокая стоимость летного часа, которая составляет около 800 долларов США (Мосиенко С.А. Беспилотный вертолетный комплекс радиолокационно-оптического обнаружения межвидового применения, журнал “Молодой ученый”, 2021, №5 (347), с. 53, Рис. 2).
Исходя из этого, техническим результатом данной полезной модели, является снижение времени и трудоемкости оперативного и технического обслуживания турбовального двигателя.
Технический результат достигается за счет того, что беспилотный вертолет содержит фюзеляж, включающий кабину с комплексом бортового оборудования и оптико-электронной системой, радиопрозрачный обтекатель, установленный в носовой части фюзеляжа, главный редуктор, систему двух 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, полозковое шасси, дополнительно содержит промежуточный редуктор, который входным валом, посредством муфты, соединен с выходным валом турбовального двигателя, при этом выходной вал промежуточного редуктора, посредством эластичной муфты, соединен с входным валом главного редуктора.
Заявленная полезная модель иллюстрируется следующим чертежами: фиг. 1, на котором показана структурная схема беспилотного вертолета; фиг. 2, на котором показана структурная схема редукторной системы; фиг. 3, на котором показана структурная схема системы двух соосных несущих винтов беспилотного вертолета; фиг. 4, на котором показана структурная схема комплекса бортового оборудования.
Рассмотрим структуру и работу беспилотного вертолета (БпВт) 1.
Как видно из чертежа фиг. 1, БпВт 1 содержит фюзеляж 2, включающий кабину с комплексом бортового оборудования 13 и оптико-электронной системой (ОЭС) 14, радиопрозрачный обтекатель 6, установленный в носовой части фюзеляжа 2, редукторную систему 8, систему двух соосных несущих винтов 9, верхний несущий трехлопастный винт 10 и нижний несущий трехлопастный винт 11, ТВаД 7, левый боковой киль 4 и правый боковой киль 5, установленные на хвостовой балке 3 под углом к продольной оси вертолета хвостиками вниз, топливный бак (на чертеже не показан), полозковое шасси 12.
Как видно из чертежа фиг. 2, редукторная система 8 содержит главный 15 и промежуточный редуктор 16, который входным валом 17 посредством муфты (на чертеже не показано) соединен с выходным валом (на чертеже не показано) ТВаД 7, при этом выходной вал 18 (показана обратная сторона) промежуточного редуктора 16, посредством эластичной муфты 19, соединен с входным валом (на чертеже не показано) главного редуктора 15.
Как видно из чертежа фиг. 3, система двух соосных несущих винтов 9 содержит втулки верхнего 20 и нижнего 21 несущих трехлопастных винтов, выполненных в виде трехлучевой звезды, к которым прикреплены три лопасти верхнего 10 и нижнего 11 винта, два автомата перекоса 22 и 23, кинематически связанные с ними две рычажные качалки 24 и 25 управления углом установки лопастей верхнего 10 и нижнего 11 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 беспилотного вертолета 1 состоит из комплекса бортового оборудования (КБО) 13, ОЭС 14 и наземного пункта управления (НПУ) 35.
КБО 13 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, систему связи 33 и пилотажно-навигационный комплекс (ПНК) 34.
ТВаД 7 предназначен для вращения редукторной системы 8, система из двух соосных винтов 9 предназначена для параллельного вращения в противоположных направлениях вокруг общей геометрической оси двух винтов 10 и 11, радиопрозрачный обтекатель 6 предназначен для защиты КБО 13 от аэродинамических сил, полозковое шасси 12 предназначено для посадки беспилотного вертолета 1 на поверхность. Хвостовая балка 3 предназначена для оснащения левым 4 и правым 5 боковыми килями, которые обеспечивают повышение путевой устойчивости БпВт 1. ОЭС 14 предназначена для визуального управления полетом БпВт 1 оператором НПУ 35 с использованием канала связи, образованного системой связи 33 входящей в состав КБО 13 и НПУ 35.
Заявленный БпВт 1 работает следующим образом.
По команде оператора НПУ 35 с автоматизированного рабочего места и средств связи (на чертеже не показано), с использованием КБО 13 включается ТВаД 7. БпВт 1 с использованием системы соосных несущих винтов 9, ОЭС 14 и ПНК 13, совершает вертикальный и горизонтальный полет по заданному маршруту (на чертеже не показано).
Управление БпВт 1 в пространстве осуществляется оператором НПУ 35 по каналам связи с применением ОЭС 14, путем визуального наблюдения и системой соосных несущих винтов 9. Оператор НПК 35 с использованием системы связи 33, БПУС 29, БВС 30, БУЭРП 31 и рулевых приводов 32, расположенных в БпВт 1, управляет направлением и силой тяги системы из двух соосных винтов 10 и 11, автоматами перекоса 22 и 23.
Управление по курсу БпВт 1 обеспечивается созданием разности моментов на несущих винтах 10 и 11, реализуемой по упомянутой цепи от органов управления КБО 13 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 9.
Управление БпВт 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 34. Передача и прием сообщений (команд) на управление БпВт 1 происходит с использованием средств связи 33 входящими в состав КБО 13 и НПУ 35. Напряжение для электропитания ОЭС 14 и КБО 13 подается от генератора (на чертеже не показано).
Основные технические характеристики БпВт 1 приведены в таблице 1.
В этом техническом решении ТВаД 7 соединен с промежуточным редуктором 16, который при помощи эластичной муфты 19 соединен с главным редуктором 15, как изображено на чертеже фиг. 2. При этом ТВаД 7 размещен в верхней части фюзеляжа, как показано на чертеже фиг. 1, что позволяет ИТР быстро проводить оперативное и периодическое техническое обслуживание ТВаД 7.
Наличие промежуточного редуктора 16 и эластичной муфты 19, дает возможность ИТР за короткое время производить отсоединение ТВаД 7 от главного редуктора 15, что позволяет снизить стоимость плановой замены и внепланового ремонта при ТОиР ТВаД 7 беспилотного вертолета 1 и, как следствие, снизить время и трудоемкость оперативного и технического обслуживания турбовального двигателя. Исходя из вышеперечисленного, достигается технический результат данной полезной модели.
Опытный образец БпВт 1 был изготовлен. Испытания показали, что БпВт 1 соответствует всем заявленным характеристикам таблицы 1.