Устройство для предварительной раскрутки ротора беспилотного гироплана
DEVICE FOR ROTOR PRESPINNING OF UNMANNED AUTOGYRO

Изобретение относится к малой авиации, к устройствам для предварительной раскрутки ротора беспилотного гироплана.
Устройство предварительной раскрутки ротора имеет два основных назначения. Первое - это придание ротору минимальных оборотов, необходимых для возникновения режима самовращения (авторотации). Как правило, ротор начинает устойчиво авторотировать на оборотах не ниже 40-80 об/мин. Для большего удобства ставят систему, напоминающую кик-стартер или пусковой шнур легкого двигателя. Такая система позволяет запустить ротор, но дальнейшее увеличение оборотов ротора до полетных происходит уже в процессе разбега, поэтому длина разбега получается достаточно большой. Кроме того, при начале разбега с низкими оборотами ротора гораздо выше вероятность возникновения маховых движений лопастей из-за порывов ветра или просто из-за скачков аппарата на взлетной полосе. Существенное сокращение длины разбега - вторая задача предварительной раскрутки. Для этого используют электрическую, механическую или гидравлическую системы предварительной раскрутки.
Электрическая раскрутка включает в себя электромотор с бендиксом (иногда для этого применяют обычный автомобильный стартер) и зубчатое колесо, расположенное на самом роторе. Необходимость в тяжелом аккумуляторе и малая мощность системы сводят на нет простоту и доступность такой конструкции. [1, 2]
Механическая система предварительной раскрутки появилась на свет вместе с первыми автожирами. На двигатель устанавливается муфта сцепления, от нее идет длинная цепь карданных валов к ротору. Эта система является сложной, тяжелой и дорогой, хотя и может передавать значительную мощность. [3, 4]
Гидравлическая система предварительной раскрутки появилась недавно, но сразу привлекла к себе внимание как передающая большой крутящий момент и значительную мощность при относительной простоте и малой массе. В состав этой системы входят два высокооборотных (порядка 3000-5000 об/мин) гидравлических шестеренчатых насоса. Один устанавливается на двигатель автожира и работает как насос. Другой, установленный на втулку ротора, имеет бендикс и работает как гидромотор [5-7].
Рассмотренные способы предварительной раскрутки ротора относятся к пилотируемым летательным аппаратам (ЛА).
Наиболее близким аналогом для беспилотного ЛА являются установки монорельсового типа.
Для взлета ЛА используется пусковые установки монорельсового типа, катапульта на основе упругих элементов, резиновых тросов. Однако этот вид раскрутки ротора имеет недостатки. С течением времени характеристики деформации резины ухудшаются. Это связано с выбором сорта резины, временем деформации и относительным удлинением резины при деформации [8-10].
Гироплан (автожир) представляет собой летательный аппарат вертолетного типа со свободно вращающимся несущим винтом. Подъемная сила создается за счет авторотации несущего винта в потоке набегающего воздуха. Для сокращения длины разбега аппарата непосредственно перед стартом производится предварительная раскрутка ротора до скорости вращения составляющей около 60% от номинальной. Существующие системы предварительной раскрутки включают в себя:
- вспомогательный или маршевый двигатель,
- механизм сцепления,
- трансмиссию,
- механическую передачу, связывающую трансмиссию с валом несущего винта.
При проектировании малоразмерного беспилотного гироплана особое значение имеет упрощение его конструкции и снижение массы последней. Настоящее изобретение направлено на достижение этих целей.
Техническим результатом являются упрощение конструкции, уменьшение полетной массы и снижение лобового сопротивления.
Заявленный технический результат достигается тем, что устройство для предварительной раскрутки ротора беспилотного гироплана содержит ведущий вал, шкив с намотанным шнуром, свободный конец которого предназначен для закрепления на пусковой установке. Шкив посредством резьбового соединения навернут на нижнее окончание ведущего вала, пропущеного через сферический подшипник, верхнее окончание ведущего вала соединено с двухстепеным шарниром, передающим вращение на вал несущего винта гироплана. Между корпусом гироплана и шкивом на ведущем валу установлена фрикционная муфта.
Под корпусом ЛА установлен шкив с намотанным шнуром, свободный конец которого закрепляется на пусковой установке. Шкив связан с несущим винтом через трансмиссию, которая имеет двухстепенный шарнир. После взлета ЛА шкив вместе со шнуром сбрасывается на землю, уменьшая тем самым полетную массу, снижая лобовое сопротивление. Отсутствие вспомогательного двигателя и механизма сцепления также уменьшает полетную массу.
На фиг. 1. показано схематическое изображение беспилотного гироплана. Устройство включает в себя: шкив 1, на который намотан шнур 2, свободный конец которого закрепляется на пусковой установке; ведущий вал 3, пропущен через сферический подшипник 4. Шкив 1 посредством резьбового соединения навернут на нижнее окончание ведущего вала 3. Карданное соединение ведущего вала 3 с ведущим валом несущего винта 6 при наличии несоосности валов позволяет с помощью двухстепенного шарнира 5 передавать момент вращения винта 10 от шкива 1, подшипниковый узел которого закреплен на корпусе аппарата 7 в карданном подвесе 8. На верхней части вала 6 жестко закреплен качельный узел 9, который обеспечивает маховые движения в полете несущего винта 10; между корпусом аппарата 7 и шкивом 1 имеется фрикционная муфта 11; для управления несущим винтом по тангажу и крену используются две рулевые машинки 12, механически связанные с несущим винтом посредством тяг 13. С помощью шнура 2 несущий винт приводится во вращение, одновременно подвижная платформа 14 скользит по направляющей стартовой установки 15, сообщая ускорение установленному на ней гироплану.
c
При сматывании со шкива 1 шнура 2 вращение передается через сферический подшипник на ведущий вал 3, на подшипник 5, на вал 6 несущего винта 10 гироплана, преодолевая момент сопротивления фрикционной муфты 11. Одновременно начинает двигаться ЛА вместе со стартовым ложементом 14 по монорельсу 15 со скоростью V.
Диаметр шкива 1, сила трения фрикционной муфты 11 и длина шнура 2 подобраны таким образом, чтобы к моменту окончания разгона аппарата по монорельсу скорость вращения несущего винта достигала бы требуемой величины. После схода аппарата с пусковой установки шкив 1 полностью освобождается от шнура 2 и вращение несущего винта поддерживается только набегающим потоком воздуха. При этом момент от трения между фрикционом и шкивом оказывается направленным в сторону откручивания шкива, что приводит к сбросу его с аппарата, уменьшая тем самым полетную массу и снижая лобовое сопротивление.
Список литературы
1. Половинкин Б.А. Автожир вертикального взлета и посадки. Патент №2463213, МПК В64С 27/02, опубл. 10.10.2012.
2. Шептовецкий А.Ю. Беспилотный летательный аппарат. Патент RU №2208555, B64F 1/18. Опубл. 27.06.2006.
3. Макаров И.А. Патент.№2212358. опубл. 20.09.2003.
4. http://olymp.as-club.ru/publ/raboty_l_tura/gotovye_raboty/istoriko_issledovatelskaja_rabota/6-1-0-566
5. Кузьмина Э.Ю., Куманин B.B., Романенко П.Г., Филюнин СВ., Шилова Н.А. Автомат устойчивости беспилотного малоразмерного ЛА, Патент №1826781. Опубл. 20.11.1995.
6. http:www.awiar.ru/bpla.html
7. http:www.Waqw.ispl.ru/Sistemy_ -- upravleniya BLA.html
8. Патент на полезную модель 98396 РФ, МПК B64F 1/06. Катапульта / Г.С. Аленченков, А.Э. Пушкарев. - №2010119280/11. Заявлено 13.05.2010. - Опубл. 20.10.2010. - Бюл. №29. - 7 с.
9. Аленченков Г.С. Функционально-структурная модель стартового устройства летательного аппарата малой массы / Г.С. Аленченков, А.Э. Пушкарев // Вестник ИжГТУ, 2011. - №2. - С. 3-7.
10. Аленченков Г.С. Моделирование старта беспилотных летательных аппаратов, запускаемых с катапульты // Будущее машиностроения России: матер. III всеросс. конф. молодых ученых и специалистов (22-25 сентября 2010 г., Москва). - М.: Изд-во МГТУ, 2010. - С. 218, 219.