СКОРОСТНОЙ КОМБИНИРОВАННЫЙ ВЕРТОЛЕТ

Полезная модель относится к винтокрылым летательным аппаратам, а именно к скоростным комбинированным вертолетам.
Известен комбинированный летательный аппарат V/STOL (патент US 3666209, публ. 30.05.1972) - самолет вертикального или короткого взлета и посадки с поворотными тяговыми винтами. Он включает фюзеляж с хвостовой частью, крылья, передние участки которых разделены на переднюю и заднюю части, реактивные двигатели, расположенные внутри фюзеляжа и воздушные винты с редукторным приводом, установленные на передней части крыльев, причем передние части крыльев установлены с возможностью поворота вместе с воздушными винтами до 90°.
Известны скоростные комбинированные вертолеты, использующие дополнительные воздушные винты для повышения крейсерской скорости вертолета, которые приводит единая с несущим винтом силовая установка:
Заявка WO 2005/005250, 2005 «Гибридный вертолет», В64С и Заявка WO 2008/145868, 2008 (US №2009/0321554, 2009) «Скоростной гибридный вертолет с большой дальностью полета» В64С 27/22.
Гибридный вертолет по заявке WO 2008/145868 имеет фюзеляж с расположенными на нем крыльями, тяговые воздушные винты (пропеллеры), установленные на крыльях, несущий винт, хвостовое оперение, силовую установку. Силовая установка с хотя бы одним турбовальным двигателем приводит во вращение несущий винт и пропеллеры и связана как с управлением общим шагом несущего винта, так и с управлением общим шагом воздушного винта на крыле. Фюзеляж снабжен стабилизирующими поверхностями в хвостовой части. Компенсация крутящего момента несущего винта осуществляется изменением тяги пропеллеров и аэродинамическими рулями хвостового оперения.
Недостатком устройства является постоянная механическая связь несущего винта и воздушных винтов, установленных на крыльях, с силовой установкой (невозможность использования вертолета с неработающими пропеллерами, без использования скоростного режима полета), что приводит к повышенному расходу топлива.
Наиболее близким аналогом заявляемому техническому решению является комбинированный вертолет по заявке WO 2005/005250. Вертолет представляет собой гибридную комбинацию вертолета и самолета. Модифицированный вертолет имеет несущий винт, хвостовой винт и установленный на носу тянущий воздушный винт (пропеллер), приводимый от единой силовой установки с несущим винтом. Крылья большого удлинения с большими закрылками дополняют конструкцию, обеспечивая подъемную силу при горизонтальном полете. Закрылки используют для снижения сопротивления при вертикальной обдувке (струей от несущего винта) во время вертикального полета и на режиме висения.
Благодаря наличию дополнительного движителя в виде тянущего воздушного винта и крыльев нагрузка на лопасти несущего винта во время поступательного полета уменьшается. Это позволяет увеличить скорость полета, поскольку снимаются ограничения по скорости полета, предъявляемые к обычным вертолетам, связанные с явлением срыва потока на отступающей лопасти, и по максимальным окружным скоростям законцовок лопастей несущего винта. При этом повышается эффективность крыльев и, следовательно, уменьшается нагрузка на несущий винт.
К недостаткам комбинированного вертолета-аналога можно отнести повышенный расход топлива, связанный с работой носового тянущего винта на всех режимах полета, а также низкую эксплуатационную надежность, связанную с работой одной силовой установки на несущий винт, рулевой хвостовой винт и на носовой тянущий винт, и связанное с этим снижение безопасности.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение функциональных возможностей скоростного комбинированного вертолета, повышение безопасности полета и снижение расхода топлива за счет обеспечения возможности независимой работы несущего и тяговых винтов и обеспечения возможности работы вертолета как в скоростном, так и в обычном режиме полета.
Поставленная задача решена за счет того, что скоростной комбинированный вертолет, содержащий фюзеляж с крылом и хвостовой балкой, несущий и рулевой винты, силовую установку, топливную систему и систему управления силовой установкой, в соответствии с заявляемым техническим решением - содержит установленные на консолях крыла левый и правый двигатели с воздушными винтами или левый и правый реактивные, турбореактивные или турбовентиляторные двигатели, причем каждый двигатель подсоединен к топливной системе и к системе управления силовой установкой, при этом консоли крыла вместе с двигателями на них установлены относительно фюзеляжа с помощью поворотно-разъемных узлов с возможностью демонтажа консолей или их поворота на стоянке, а также с возможностью поворота и аварийного сброса в полете.
Отсутствие кинематической связи двигателей, установленных на крыле, с силовой установкой несущего винта позволяет расширить функциональные возможности комбинированного вертолета. В зависимости от полетного задания на стоянке снимают консоли крыла (вместе с двигателями на них) или устанавливают их для обеспечения скоростного режима. При этом, соответственно, системы двигателей отключают или подключают к топливной системе, системе управления и бортовым системам скоростного комбинированного вертолета.
При демонтаже консолей крыла с двигателями (в случае не использования скоростного режима вертолета) при полетах вертолета снижается расход топлива из-за отсутствия лобового сопротивления тягового двигателя.
В случае использования скоростного режима вертолета, запуск двигателей, установленных на крыле, осуществляется экипажем в полете при необходимости значительно увеличить скорость горизонтального полета. Такая возможность также позволяет снизить расход топлива, так как при малых скоростях полета (не в скоростном режиме) тяговые двигатели не потребляют топлива.
Аварийный сброс правого и левого двигателей осуществляют при отказе одного из них либо при аварийной посадке, для уменьшения полетного веса вертолета.
При отказах силовой установки несущего винта кинематически независимые тяговые движители создают горизонтальную тягу и обеспечивают создание подъемной силы на крыльях комбинированного вертолета. Благодаря этому комбинированный вертолет разгоняют до начала авторотации несущего винта или осуществляют посадку по-самолетному. Управление вертолетом по курсу в этом режиме может осуществляться изменением тяги левого или правого двигателя.
Кроме того, такое выполнение силовых установок тяговых движителей вертолета, с исключением передачи к ним энергии от силовой установки несущего винта, позволяет упростить реализацию аварийного сброса консолей крыла с двигателями. Это повышает безопасность полета вертолета.
Выполнение консолей крыла поворотными и легкосъемными позволяет повысить эксплуатационные возможности скоростного комбинированного вертолета. Благодаря повороту консолей крыла имеется возможность менять направление вектора тяги двигателей от горизонтального до вертикального. В вертикальном положении двигатели на консолях крыла создают дополнительную подъемную силу, что позволит увеличить взлетную массу вертолета.
Благодаря возможности отсоединения консолей крыла с двигателями вертолет можно использовать в обычном режиме, который является более экономичным.
Конструкция скоростного комбинированного вертолета поясняется чертежами, где изображено:
На фиг.1 - скоростной комбинированный вертолет, аксонометрическая проекция;
На фиг.2 - то же при повернутом положении консолей крыла;
На фиг.3 - схематическое изображение систем вертолета и их связей.
Скоростной комбинированный вертолет включает фюзеляж 1 с крылом, состоящим из правой и левой консолей 2, и с хвостовой балкой 3, а также несущий винт 4 и рулевой винт 5 (фиг.1, 2). На консолях 2 крыла расположены левый и правый тяговые движители, которые могут быть выполнены реактивными, турбореактивными или турбовентиляторными, а в данном примере выполнения - двигатели 6 и 7 с воздушными винтами (фиг.1, 2). На схеме (фиг.3) изображены: силовая установка 8 вертолета, топливная система 9 и система управления силовой установкой 10, причем топливная система 9 с помощью трубопроводов с разъемами 11 связана с двигателями 6 и 7. В свою очередь система управления 10 силовой установкой связана через штепсельные разъемы 12 с двигателями 6 и 7.
Консоли 2 крыла установлены относительно фюзеляжа 1 с помощью поворотно-разъемных узлов 13 и 14. Поворотно-разъемные узлы 13 и 14 выполнены с возможностью демонтажа консолей 2 крыла (вместе с установленными на них двигателями 6 и 7) на стоянке, а также с возможностью поворота и установки консолей 2 на стоянке в вертикальное положение (для полета вертолета в режиме вертикального взлета и посадки) или в положение по-самолетному (для скоростного горизонтального полета). В полете поворотно-разъемные узлы 13 и 14 обеспечивают возможность поворота консолей 2 в вертикальное положение и обратно, а также возможность аварийного сброса, для чего поворотно-разъемные узлы 13 и 14 связаны с системой управления силовой установкой 10 и могут содержать установленные в фюзеляже электромеханический или электрогидравлический привод поворота силового кронштейна (не показано), соединенного с ответным силовым элементом консоли 2 крыла. Присоединение и отсоединение консолей 2 крыла от кронштейнов может осуществляться с помощью пироболтов (не показано).
Скоростной комбинированный вертолет функционирует следующим образом. В зависимости от полетного задания на стоянке устанавливаются в рабочее положение (или демонтируются) консоли 2 крыла вместе с установленными на них тяговыми двигателями 6, 7. С помощью поворотно-разъемных узлов 13 и 14 и разъемов 11 и 12 тяговые двигатели 6 и 7 подсоединяются (или отсоединяются) к системе управления 10 и к топливной системе 9 вертолета (фиг.1, 2, 3). Со снятыми консолями 2 крыла скоростной комбинированный вертолет совершает обычный полет в не скоростном режиме. С установленными консолями 2 крыла (с тяговыми двигателями 6 и 7 на них) летчик перед взлетом/посадкой с помощью правого 13 и левого 14 поворотно-разъемных узлов устанавливает консоли 2 крыла (вместе с тяговыми двигателями 6 и 7) в вертикальное положение (фиг.2) для улучшения условий обтекания их потоком воздуха от несущего винта 4 вертолета. Как правило, тяговые двигатели 6 и 7 при этом находятся в выключенном состоянии.
При необходимости увеличить подъемную силу скоростного комбинированного вертолета в режимах взлета и посадки (например, из-за увеличенной взлетной массы) летчик, используя систему управления 10 силовой установкой, запускает тяговые двигатели 6 и 7.
После набора вертолетам определенной высоты летчик, управляя несущим винтом 4, переводит скоростной комбинированный вертолет в режим горизонтального полета, предварительно переведя консоли 2 крыла в горизонтальное положение посредством поворотно-разъемных узлов 13 и 14. Максимальная скорость горизонтального полета достигается при максимальной тяге тяговых двигателей 6 и 7 и пониженной скорости вращения несущего винта 4.
При отказе силовой установки 8 вертолета летчик имеет возможность использовать горизонтальную тягу тяговых двигателей 6 и 7 для осуществления безопасной посадки скоростного комбинированного вертолета по-самолетному или для разгона скоростного комбинированного вертолета для выхода его на режим авторотации.
При отказе одного или двух тяговых двигателей 6 и 7 или других обстоятельствах летчик имеет возможность, управляя поворотно-разъемными узлами 13 и 14, сбросить правую и левую консоли 2 крыла вместе с тяговыми двигателями 6 и 7. При этом после, срабатывания пироболтов, консоли 2 отсоединяются от поворотного кронштейна, и разъемы 11 и 12 расстыковываются. Вертолет осуществляет дальнейший полет в обычном не скоростном режиме.