Автожир трехместный

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности, к автожирам, применяемым для перевозки пассажиров с багажом или грузов.
Автожи́р – это винтокрылый летательный аппарат, использующий для создания подъемной силы свободновращающийся в режиме авторотации несущий винт. Автожир можно отнести к разряду самых безопасных и экономных летательных аппаратов. Они могут применяться в условиях без аэродромного базирования, когда применение самолетов невозможно из-за отсутствия подготовленной взлетно-посадочной полосы для взлета и посадки, а применение вертолетов чрезмерно дорого.
Известен автожир (http://flug.su/autogyro.htm), содержащий фюзеляж, кабину, колесное шасси, силовую установку, включающую двигатель и маршевый толкающий винт, а также хвостовую балку с вертикальным и горизонтальным оперением. Летательный аппарат выполнен с полностью закрытой отапливаемой кабиной, сиденья располагаются рядом. Хвостовая балка автожира выполнена из композитных материалов и представляет собой неподвижное горизонтальное оперение с двумя неподвижными вертикальными оперениями на концах, а также подвижное вертикальное оперение, являющееся рулем направления и двигающееся синхронно с передним колесом.
Недостатком известного автожира является отсутствие возможности перевозки багажа и груза, а также более одного пассажира.
Следует отметить, что два пассажира, сидящие рядом перед мачтой балансируют устойчивость, то есть создают равновесие относительно точки подвеса ротора, компенсируют вес мотора и хвоста, находящихся позади мачты. При сайд бай сайд двухместной компоновке такой балансировки не происходит и, если надо лететь одному пилоту, то автожир будет иметь наклон назад и в бок, что опасно при полете.
Известен автожир (RU 2360837, кл. B64C27/02, B64D35/00, 2009), состоящий из кабины с размещенными в ней органами управления, шасси, оперения, несущего винта, включающего в себя лопасти и втулку несущего винта с зубчатым колесом и механизмом управления общим шагом лопастей, обеспечивающим диапазон изменения углов установки лопастей от минимального угла, при котором на режиме стартовой раскрутки несущего винта не создается подъемной силы, до угла, при котором создается подъемная сила, превышающая вес автожира. Автожир также включает орган управления общим шагом лопастей несущего винта с возможностью фиксации в полетном положении, силовую установку, включающую двигатель и маршевый винт, механическую трансмиссию для стартовой раскрутки несущего винта, включающую вал, передающий крутящий момент на зубчатое колесо втулки несущего винта, и управляемую фрикционную муфту, соединяющую вал с двигателем через угловой редуктор. Трансмиссия снабжена управляемой шестеренчатой муфтой, соединяющей вал с зубчатым колесом втулки несущего винта и системой быстрого отключения фрикционной муфты при достижении стартовых оборотов несущего винта. Управление шестеренчатой муфтой снабжено устройством блокировки, исключающим ввод в зацепление шестеренчатой муфты при углах общего шага лопастей, отличных от минимальных. Орган управления общим шагом несущего винта выполнен в виде рычага, связанного с системой управления общим шагом несущего винта. Рычаг оснащен поворотной рукояткой, связанной с регулятором мощности двигателя.
Однако у известной конструкции недостаточная продольная и поперечная устойчивость в полёте. Данная конструкция сложна из-за наличия системы управления общим шагом ротора, что приводит к неустойчивости взлета автожира.
Наиболее близким по конструкции и техническому результату является автожир, содержащий фюзеляж с балочным силовым каркасом и с трехопорным шасси, силовую установку, несущий винт, расположенный на пилоне, хвостовое оперение, руль направления, орган управления несущим винтом, механизм раскрутки несущего винта и винт горизонтального перемещения. Винт горизонтального перемещения выполнен в виде толкающего винта, а хвостовое оперение выполнено в виде кольцевого канала, в котором размещен толкающий винт. Руль направления выполнен в виде плоскости и размещен в задней части кольцевой насадки с расположением перпендикулярно оси силовой установки. Силовая установка расположена в фюзеляже между пилоном и кольцевой насадкой. Управление системой электрической раскрутки осуществляют с помощью электродвигателя, а управление несущим винтом снабжено дополнительно системой изменения общего шага несущего винта.
Однако известная конструкция не обладает достаточной балансировкой и маневренностью, не позволяющей осуществлять ее использование при различной нагрузке, такой как: полёт без пассажиров и багажа, без груза, с грузом, с пассажирами и багажом.
Проблемой, решаемой полезной моделью, является исключение указанных недостатков, и обеспечение повышения балансировки при полете и маневренности.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности полета автожира при перевозке грузов и пассажиров, за счет повышения целевой нагрузки, обеспечивающей перевозку от одного до трех пассажиров с грузом.
Указанная техническая проблема решается тем, что автожир трехместный содержит фюзеляж с балочным силовым каркасом и кабиной, трехопорное колесное шасси, силовую установку, включающей двигатель, несущий винт – ротор, расположенный на пилоне, орган управления несущим винтом – ротором и толкающий винт, установленный за фюзеляжем. Согласно полезной модели автожир дополнительно снабжен крестообразным оперением, установленным на хвостовой балке силового каркаса в обдуве толкающего винта. Вертикальное оперение выполнено поворотным, а горизонтальное оперение жестко закреплено на вертикальном оперении. Управление поворота вертикальным оперением выполнено в виде последовательно соединенных между собой тросовой проводкой руля направления вертикального оперения с педалями пилота. Орган управления несущим винтом - ротором включает связанные с ручкой управления пилота тяги, проходящие через передающие вилки с наклонным механизмом несущего винта - ротора.
Толкающий винт соединён с бензиновым двигателем с помощью трансмиссии – редуктора, размещённого на двигателе.
В кабине за сидением пилота дополнительно установлены два сиденья, расположенные симметрично относительно продольной оси фюзеляжа вблизи проекции вертикальной оси, проходящей через центр ротора автожира.
Фюзеляж выполнен обтекаемой формы, а кабина оснащена панорамным откидным остеклением.
Автожир также может быть снабжен дублирующими органами управления, расположенными за сидением пилота, для учебных целей, а также для повышения надежности полетом.
Выполнение кабины трехместной обеспечивает возможность перевозки до двух - трех пассажиров с багажом, а также при необходимости доставлять жизненно важные грузы и медицинские препараты в труднодоступные районы в случае внеаэродромного базирования на грунтовых малоподготовленных площадках. Кроме того, кабина с панорамным откидывающимся остеклением обеспечивает необходимый обзор из кабины и удобную погрузку багажа.
Выполнение оперения автожира крестообразным, где на поворотном вертикальном оперении установлено фиксированное горизонтальное оперение обеспечивает хорошую маневренность при различных режимах полета и загрузке (полёт без пассажиров и багажа, без груза, с грузом, с пассажирами и багажом), а также при низкой скорости. Кроме того, установка горизонтального оперения в обдуве маршевого толкающего винта позволяет безопасно посадить автожир при отказе двигателя, а также при выключенном двигателе или малой поступательной скорости. Особенно такой хвост полезен при малых скоростях полета и быстром развороте, практически на месте.
Педали управления жестко связаны тягами с передним колесом и управляют его поворотом. Так же они связаны тросовыми тягами с хвостовым оперением.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен автожир трехместный, вид сбоку, на фиг. 2 – общий вид; на фиг. 3 – вид спереди, на фиг. 4 – вид сбоку без фюзеляжа и кабины; на фиг. 5 – вид сбоку без фюзеляжа и кабины с установкой дублирующих органов управления автожиром.
Автожир трехместный состоит из фюзеляжа 1 с кабиной, трехопорного колесного шасси 2, включающей вилку 3 переднего колеса. За кабиной фюзеляжа 1 установлен двигатель 4 и толкающий винт 5, закреплённый на втулке 6. Свободновращающийся винт - ротор 7 смонтирован на головке 8 ротора. Балочный силовой каркас 9 включает раму 10 и хвостовую балку 11 с крестообразным оперением, состоящим из поворотного вертикального оперения 12 на котором жестко закреплено фиксированное горизонтальное оперение 13. Двигатель 4 размещён за кабиной фюзеляжа 1 на опоре 14, а толкающий винт 5 соединён с двигателем 4 с помощью трансмиссии – редуктора 15, размещённого на двигателе 4. Свободновращающийся винт - ротор 7 установлен на пилоне 16 в закреплённой на нём головке 8 ротора, являющейся верхней частью мачты 17. В кабине установлено сиденье 18 для пилота, за которым расположены два сиденья 19 для пассажиров симметрично относительно продольной оси фюзеляжа 1. Кабина оснащена панорамным откидным остеклением 20.
Продольное и поперечное управление автожиром осуществляется с помощью наклона винта - ротора 7 самолётной ручкой 21 управления пилота через систему тяг и качалок, включающую управляющую вилку 22, передающий механизм 23, вилку 24 передающую, а также тяги 25 и 26 управляющие отклонением винта - ротора 7 по двум осям. Путевое управление осуществляется рулём 27 направления вертикального оперения 12, связанного тросовой проводкой 28 с педалями 29 пилота. Приборы и радиооборудование, монтируемые на панели 30 управления, осуществляют регистрацию основных параметров полёта автожира. Карданный вал 31 служит для передачи момента вращения на маховик 32 предварительной раскрутки винта - ротора 7 и последующего запуска свободновращающегося винта - ротора 7. Радиатор 33 охлаждения, расположенный на опоре 14 под двигателем 4 обеспечивает соблюдение нормального температурного режима силовой установки автожира. Топливные баки 34, монтируемые у задней стенки кабины содержат запас топлива. Ручкой 35 управления двигателем осуществляется управление работой двигателя – регулировкой выходной мощности. Для обучения полётам на автожире за сиденьем 18 пилота устанавливают дублирующие органы управления – дублёр 36 педалями пилота и дублёр 37 ручками управления винтом - ротором 7. Возвратная пружина 38 облегчает пилоту управление воздушным судном.
Устройство работает следующим образом.
Запуск двигателя 4 автожира трехместного обеспечивает поступательное движение за счет вращения толкающего винта 5. Встречный поток воздуха обеспечивает подъемную силу устройства, при этом в роли крыла выступает свободновращающийся винт - ротор 7. Вращение винту - ротору 7 обеспечивает встречный воздушный поток. У автожира отбор мощности от двигателя 4 на свободновращающийся винт - ротор 7 производится только в самой начальной фазе полета для придания ему необходимой для взлета частоты вращения. После чего происходит короткий разбег и подъем за счет совершенно самостоятельного вращения ротора 7, вплоть до полной посадки аппарата. Расположенный под определенным углом атаки, он создает необходимую для полета подъемную силу.
Воздействия на поворот вилки 3 колеса и хвоста согласованы. При отклонении правой педали вперед колесо поворачивается направо, заставляя аппарат ехать направо, и хвост поворачивается направо, отклоняя воздушный поток вправо, тем самым так же поворачивая аппарат направо. Тяги до хвостового оперения выполнены в виде тросовой проводки 28 с целью облегчения веса. Тяги до переднего колеса выполнены в виде труб (на фиг. не показано), для упрощения конструкции, не требуют регулировки и обладают запасом прочности, чтобы выдержать большие усилия возможные при жесткой посадке/подвернувшейся на скорости кочке.
С целью дополнительной безопасности от возможного разрезания толкающим винтом 5, тяги хвостового оперения 12 в плоскости вращения винта 5 проходят внутри хвостовой балки 11, защищающей их от повреждения в нештатной ситуации, тем самым гарантируют сохранение управляемости аппаратом
Для маневрирования по поверхности земли пилот педалями 29 поворачивает переднее колесо. При разбеге и взлете до определенной скорости производит поворот колеса для удержания нужного направления, а после - отклоняемым потоком воздуха хвостовым оперением 12. Переход эффективно действующего поворотного органа происходит в соответствии с физическими процессами - при наборе скорости возрастает эффективность аэродинамического руля и одновременно разгружается переднее колесо, уменьшая его трение об землю.
В воздухе пилот управляет углом поворота хвостового оперения 12 посредством положения педалей 29, для компенсации бокового ветра, осуществления разворотов, и других задач управления полетом и для компенсации скольжения.
По возможности выбирается оптимальное направление взлета и оптимальная взлетно – посадочная полоса (ВПП) в зависимости от текущих метеорологических условий
Перед взлетом после выхода на ВПП снимается тормоз с винта – ротора 7, предотвращая его раскручивание ветром в транспортировочном по ВПП и стояночном режиме.
Ручкой 21 управления ротор 7 выводится в горизонтальное положение Ручкой тормоза тормозятся колеса. Запускается двигатель 4 и маховик 32 предварительной раскрутки винта - ротора 7 (до достижения 200 оборотов в минуту). Добавляется газ двигателя 4, винт - ротор 7 отклоняется назад, снимаются тормоза. Происходит разбег, в процессе которого с ростом оборотов винта - ротора 7 он плавно переводится в горизонтальное положение с расчетом выйти на него перед достижением взлетных оборотов. Управляя наклоном винта - ротора 7 контролируется угол поднятия передней части аппарата.
Необходимо учитывать, что в момент отрыва переднего колеса удержание курса необходимо выполнять хвостовым оперением 12, а перед моментом соприкосновения колеса с землей необходимо выпрямить положение хвостового оперения 12 и колеса педалями 29 во избежание резкого поворота аппарата. После полного отрыва аппарата рекомендуется до набора высоты развить скорость 100 км/ч для повышения безопасности полета. Управление траекторией полета осуществляется координированными воздействиями на исполнительные устройства: тягой двигателя, положением хвоста, углами наклона ротора.
Посадка автожира производятся двумя вариантами:
- с большим пробегом по полосе, когда заход на ВПП осуществляется под малым углом со снижением скорости и постепенной потери высоты до касания земли.
- с минимальным пробегом, заход к зоне посадки осуществляется с потерей высоты и повышением оборотов винта – ротора 7 при приближении к земле гасится вертикальная скорость переходом в горизонтальный полет на низкой высоте, а перед касанием наклоном ручки 21 управления винта - ротора 7 на себя гасится появившаяся горизонтальная скорость и происходит мягкая вертикальная посадка в точку.
Трехместный автожир обладает хорошей грузоподъемностью и является удобным, мобильным транспортным средством. Для его приземления не нужен аэродром или специально подготовленная площадка, а для взлета достаточно небольшой площадки. Предлагаемая конструкция позволяет сохранять необходимую балансировку при различной нагрузке автожира (полёт без пассажиров и багажа, без груза, с грузом, с пассажирами и багажом), а также обеспечивает лучшую маневренность, наилучший обзор из кабины по сравнению с известными автожирами. Данная компоновка с хвостовым оперением также обеспечивает лучшую продольную и поперечную устойчивость.
Автожир трехместный является надежным видом транспорта для быстрого передвижения в воздухе, благодаря наличию 3-х мест в салоне и отличной грузоподъёмности. Данный летательный аппарат можно применять для экспедиций, охоты, рыбалки, экскурсионных полетов, рекламы, доставки медицинский препаратов в труднодоступные районы. В настоящее время конструкция трехместного автожира находится на стадии экспериментальных испытаний.