Лопасти несущего винта для автожира и вертолета с переменной круткой
LIFT ROTOR BLADES FOR GYROPLANES AND HELICOPTERS WITH VARIABLE TWIST

Изобретение относится к авиационной технике в частности к изготовлению несущих винтов для автожиров и вертолетов.
Известно множество легких вертолетов, лопасти ротора которых, не имеют вообще крутки, то есть угол атаки лопасти, относительно плоскости вращения ротора, одинаковый по всей длине лопасти (вертолет R-44).
max
min
Известен более тяжелый (вертолет МИ-2). Его лопасти уже имеют отрицательную крутку фиг. 1 (а). В корневой части лопасти, место крепления лопасти к втулке ротора, угол атаки лопасти к плоскости вращения ротора максимальный (ϕ), а на конце лопасти угол атаки минимальный (ϕ). Крутка лопасти (разница между углом атаки в корне лопасти и углом атаки на конце лопасти) может составлять от 6 до 12°. Отрицательная крутка лопастей вертолета благоприятно сказывается на грузоподъемности вертолета при зависании. При горизонтальном же полете (косом обдуве ротора вертолета), когда эффективно работают в основном концевые части ротора, большой угол атаки в корневой части лопасти создает только сопротивление набегающему потоку. Минимальный же угол атаки законцовки лопасти с отрицательной геометрической круткой улучшает скоростные показатели вертолета.
Недостатком лопастей с отрицательной круткой является плохая авторотация ротора вертолета при аварийной ситуации, то есть при отказе двигателя.
min
max
Известно, что для автожира показатель авторотации ротора является основным. В большинстве случаев лопасти ротора автожиров, изготавливают без крутки, но в лучших мировых образцах, таких как американский автожир (Dragon Wings), для расширения зоны авторотации ротора лопасти имеют положительную крутку (крутка, противоположная вертолетной) около 6°, фиг. 1 (б). Автожирная лопасть Dragon Wings у корневой части имеет почти нулевой угол атаки (ϕ), а на конце лопасти максимальный угол атаки (ϕ) около 6°. Лопасть с положительной круткой прекрасно авторатирует.
max
min
Недостатком лопасти автожира с положительной круткой является большой угол атаки (ϕ) на конце лопасти. При увеличении скорости большой угол атаки (ϕ) на конце лопасти, фиг. 1 (б), провоцирует срыв потока воздуха, в результате чего наступает флаттер, при этом существенно ограничивается скорость автожира.
Наиболее близким техническим решением является скоростной комбинированный винтокрыл, в котором используются винты с большой круткой их лопастей (патент RU 2610326, МПК B64C 27/22, опубл. 09.02.2017).
Недостатком является то, что винтокрыл с такими лопастями не имеет хорошей степени авторотации.
В основу заявляемого изобретения положена задача создания лопасти несущего винта как для автожира, так и для вертолета с хорошей степенью авторотации и высокими скоростными характеристиками.
Поставленная задача решается с помощью лопасти несущего винта для автожира и вертолета, имеющей крутку. От корневой части лопасти (место соединения лопасти с втулкой ротора), в пределах 0,8 длины радиуса ротора, лопасть выполнена с положительной круткой, а на оставшейся части длины лопасти крутка выполнена отрицательной.
Созданная лопасть для несущего винта автожира и вертолета имеет переменную крутку по длине лопасти, выполненную определенным образом.
Таким образом, техническим результатом является создание скоростной и прекрасно авторатирующей лопасти для автожира или высокоскоростной и в случае отказа двигателя прекрасно авторатирующей лопасти для вертолета.
max
min
На фиг. 1 (а) показан общий вид лопасти вертолета с отрицательной круткой (ϕ) в корневой части и (ϕ) в конце лопасти.
min
max
На фиг. 1 (б) представлен общий вид лопасти автожира с положительной круткой (ϕ) в корневой части и (ϕ) в конце лопасти.
На фиг. 2 (а) показан график пересечения геометрической крутки лопасти автожира (1), с геометрической круткой лопасти вертолета (2).
На фиг. 2 (б) показано выполнение крутки по длине предлагаемой лопасти и график совмещения корневой части лопасти автожира с положительной круткой (1), с графиком концевой части лопасти вертолета с отрицательной круткой (2). Получаем график с переменной круткой.
На фиг. 2 (с) показано распределение крутки по длине лопасти, вид сверху.
Заявляемая лопасть имеет переменную геометрическую крутку, увеличивающуюся на участке от корня (место крепления лопасти к втулке ротора) в пределах 0,8 длины радиуса ротора, и затем уменьшающуюся в концевом сечении лопасти.
Таким образом, получаем скоростную и прекрасно авторатирующую лопасть для автожира или высокоскоростную и (в случае отказа двигателя) прекрасно авторатирующую лопасть для вертолета.
Изобретение применяется при изготовлении лопастей для несущих винтов автожиров и скоростных вертолетов.