УСТРОЙСТВО ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СБЛИЖЕНИЯ ЛОПАСТЕЙ НЕСУЩИХ ВИНТОВ СООСНОГО ВЕРТОЛЕТА
DEVICE FOR PROXIMITY PREVENTION OF ROTOR BLADES OF COAXIAL HELICOPTER

Изобретение относится к авиационной технике и касается систем соосных несущих винтов винтокрылых летательных аппаратов. Колонка соосного вертолета, представляющая собой двухвинтовую несущую систему с зеркальным расположением автоматов перекоса, содержит управляемую раздвижную тягу в канале крена (фиг. 1). Техническим результатом является повышение безопасности по сближению лопастей верхнего и нижнего несущих винтов.
Известна колонка сверхлегкого соосного вертолета (Патент №2155702 от 10.09.200), представляющая собой двухвинтовую несущую систему с зеркальным расположением автоматов перекоса, которая содержит редуктор с двумя соосными полыми валами, вращающимися в противоположных направлениях, на которых закреплены втулки несущих винтов. Также система содержит цепи согласованного управления общим, дифференциальным и циклическим шагом каждого из несущих винтов, включающие два автомата перекоса. При этом внутри вращающегося вала верхнего винта, выполненного с возможностью осевого перемещения вниз относительно ступицы приводной шестерни редуктора, введена полая неподвижная колонна. Внутри колонны проходят тяги управления циклическим шагом, в верхней части колонны установлен автомат перекоса верхнего винта, а его скользящее кольцо связано тягой с дополнительным скользящим кольцом, установленным в нижней части колонны. Элементы управления верхним винтом установлены на валу и на колонне так, что перемещение вала вниз происходит без демонтажа системы управления или редуктора, а приведение в рабочее состояние - без дополнительной регулировки системы управления.
В таком устройстве не исключено опасное сближение лопастей, вплоть до их схлеста, в случае энергичного маневрирования, потери оборотов на большой скорости или вследствие неблагоприятного сочетания факторов полета, увеличивающих сближение лопастей несущих винтов.
Как известно [Э.А. Петросян. Аэродинамика соосного вертолета. М.: Полигон - пресс, 2004 г. с. 816], при маневрировании соосного вертолета с несущими винтами, вращающимися в разных направлениях, в определенных азимутах нахождения лопастей может происходить их сближение. Для исключения этого явления вводятся ограничения по угловым скоростям маневрирования соосного вертолета и обеспечение достаточного вертикального разноса винтов, гарантирующего достаточный зазор между лопастями.
Для уменьшения риска опасного сближения лопастей обеспечивают достаточную высоту колонки, что влечет за собой увеличение габаритов вертолета и нагрузок на редуктор и узлы крепления.
Задача, решаемая в заявляемом техническом решении, заключается в автоматическом обеспечении достаточных зазоров между лопастями верхнего и нижнего несущих винтов во всех режимах полета винтокрылого летательного аппарата.
Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого изобретения, позволяет без вмешательства летчика и ограничения режимов маневрирования избегать опасного сближения несущих винтов. Благодаря этому достигается заявленный технический результат:
1) повышение безопасности полета соосного вертолета;
2) уменьшение высоты колонки, что влечет за собой уменьшение нагрузок на узлы крепления колонки и улучшение транспортабельности и хранения вертолета вследствие уменьшения его габаритов по высоте.
При этом не предъявляется высоких требований к отказобезопасности системы предупреждения сближения лопастей НВ. В случае ее отказа соосный вертолет может продолжать полет с установленными ограничениями по маневрированию и скорости.
Существенными признаками заявляемой конструкции колонки соосного несущего винта, общими с прототипом, являются: двухвинтовая несущая система с зеркальным расположением автоматов перекоса, которая содержит редуктор с двумя соосными полыми валами, вращающимися в противоположных направлениях, на которых закреплены втулки несущих винтов. Также система содержит цепи согласованного управления общим, дифференциальным и циклическим шагом каждого из несущих винтов, включающие два автомата перекоса. При этом внутри вращающегося вала верхнего винта, выполненного с возможностью осевого перемещения вниз относительно ступицы приводной шестерни редуктора, введена полая неподвижная колонна. Внутри колонны проходят тяги управления циклическим шагом, в верхней части колонны установлен автомат перекоса верхнего винта, а его скользящее кольцо связано тягой с дополнительным скользящим кольцом, установленным в нижней части колонны. Элементы управления верхним винтом установлены на валу и на колонне так, что перемещение вала вниз происходит без демонтажа системы управления или редуктора, а приведение в рабочее состояние - без дополнительной регулировки системы управления.
z
x
Признаком заявляемого изобретения, отличным от прототипа, является дополнительная раздвижная тяга между автоматами перекосов или дифференциальной качалки в канале крена, работающей по установленным алгоритмам по сигналам автоматического устройства от сигналов трех датчиков: угловых скоростей в канале тангажа ω и крена ω и воздушной скорости V. Работающая по установленным алгоритмам раздвижная тяга путем автоматического отклонения тарелок автоматов перекоса в канале крена предотвращает опасное сближение лопастей несущих винтов.
сближения
Η
Сущность изобретения поясняется схемой и графиком, на которых изображена принципиальная схема колонки, оснащенной устройством предотвращения сближения лопастей несущих винтов и приведена зависимость углов сближения лопастей винтов Δβ от азимута нижнего несущего винта Ψ для ряда коэффициентов режима работы винта μ≈V/ωR сверхлегкого соосного вертолета, без предлагаемого устройства, в установившемся горизонтальном полете [Э.А. Петросян. Аэродинамика соосного вертолета. М.: Полигон - пресс, 2004 г. с. 816], а именно:
Фиг. 1 - Принципиальная схема колонки несущих винтов соосного вертолета;
Фиг. 2 - Зависимость углов сближения лопастей винтов от азимута нижнего несущего винта.
Здесь:
μ - коэффициент режима работы винта,
V - скорость полета,
ω - угловая скорость вращения винтов,
R - радиус несущего винта.
сближения
Винты сближаются при Δβ<0.
Верхний несущий винт вращается по часовой стрелке при виде сверху, нижний - против.
Красной линией на графике показаны азимуты физического сближения лопастей. Таким образом, достаточно отклонять тарелки автоматов перекосов винтов только по крену.
Для исключения сближения лопастей верхнего и нижнего винтов сверхлегкого соосного вертолета по скорости горизонтального полета необходимо отклонять верхний несущий винт вправо, нижний несущий винт - влево по закону:
1
Δb≈3,6°-0,035V, где V - в км/ч;
1
где Δb - угол отклонения тарелки автомата перекоса по крену.
1
Если Δb становится<0, то необходимо отклонять верхний несущий винт влево, нижний несущий винт - вправо.
Для предупреждения опасного сближения лопастей верхнего и нижнего винтов сверхлегкого соосного вертолета при кабрировании винты необходимо отклонять автоматы перекосов (верхний несущий винт вправо, нижний несущий винт - влево) только по крену по алгоритму:
1
z
Δb≈2,2°×ω (рад/с),
z
где ω - угловая скорость кабрирования, град/с.
При крене вправо критичным является сближение лопастей несущего винта слева.
Для предупреждения опасного сближения лопастей верхнего и нижнего винтов сверхлегкого соосного вертолета при крене вправо необходимо отклонять нижний несущий винт вправо, нижний несущий винт - влево по закону:
1
x
Δb≈5,9°×ω (рад/с),
x
где ω - угловая скорость крена, град/с.