вертолёт

Формула изобретения

Вертолет, содержащий фюзеляж, несущее устройство, рулевой винт, два турбовальных двигателя, механически соединенные между собой посредством главного редуктора, посадочное устройство, механизмы управления, отличающийся тем, что несущее устройство выполнено в форме верхнего и нижнего несущих дисков, одинаковых по конструкции, каждый из которых представляет собой закрытый с одной стороны пустотелый диск с обтекаемой боковой поверхностью, установленный открытой частью кверху, на дне которого сделан вырез в форме сегмента и закреплены вертикальные ребра, образующие концентрические волновые каналы, причем на нижней поверхности нижнего несущего диска установлено четыре открывающихся вниз закрылка, которые кинематически связаны с механизмом управления вертолетом в пространстве.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к области авиации и может найти применение в качестве транспортного средства.

Известен американский автожир "Питкерн" PСА-2, содержащий фюзеляж самолетного типа, в носовой части которого расположен двигатель, соединенный с воздушным винтом и раскручивающим редуктором, трехлопастной несущий винт, который через разобщительную муфту соединен с раскручивающим редуктором, посадочное устройство, крыло с элеронами, вертикальный и горизонтальные стабилизаторы с рулями направления и высоты. Мощность двигателя 300 л.с. /П. Бауэрс. Летательные аппараты нетрадиционных схем, пер. с англ., М.: Мир, 1991, с.111-112, рис.5.22/.

Недостатки известного американского автожира "Питкерн" РСА-2: малая грузоподъемность, сложность управления, небольшая скорость движения.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией несущего винта и самого автожира.

Известен также вертолет МИ-8Т, содержащий фюзеляж, два турбовальных двигателя, которые механически соединены с главным редуктором, а расположены в верхней части фюзеляжа, винтовое несущее устройство, соединенное с главным редуктором, хвостовой рулевой винт, кинематически связанный с главным редуктором, механизмы управления /Авиация, Энциклопедия. Гл. ред. Г.П. Свищев. Научное издательство "Большая Российская Энциклопедия", Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского, М., 1994, с.131, 345/.

Известный вертолет Ми-8Т, как наиболее близкий по технической сущности и достигаемому полезному результату, принят за прототип.

Недостатками известного вертолета МИ-8Т, принятого за прототип, являются большие габариты, небольшая грузоподъемность, сложность конструкции, недостаточная скорость движения.

Указанные недостатки обусловлены конструкцией вертолета и низким КПД несущего и рулевого винтов.

Целью настоящего изобретения является повышение эксплуатационных качеств вертолета.

Указанная цель согласно изобретению обеспечивается тем, что винтовое несущее устройство заменено несущим устройством, выполненным в форме верхнего и нижнего несущих дисков, одинаковых по конструкции, каждый из которых представляет собой закрытый с одной стороны пустотелый диск с обтекаемой боковой поверхностью, установленный открытой частью кверху, на дне которого сделан вырез в форме сегмента и закреплены вертикальные ребра, образующие концентрические волновые каналы, причем на нижней поверхности нижнего несущего диска установлено четыре открывающихся вниз закрылка, которые кинематически связаны с механизмом управления вертолетом в пространстве.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид вертолета; на фиг.2 - вид на вертолет спереди; на фиг.3 - вид на вертолет сверху; на фиг.4 - схема силовой установки вертолета; на фиг.5 - вид сверху на верхний несущий диск вертолета; на фиг.6 - разрез по А-А фиг.5; на фиг. 7 - разрез по Б-Б фиг.5; на фиг.8 - вид снизу на нижний несущий диск вертолета; на фиг.9 - вид сбоку на нижний несущий диск с частичным разрезом; на фиг.10 - схема соединения несущих дисков с валами главного редуктора; на фиг. 11 - схема устройства главного редуктора; на фиг.12 - схема редуктора рулевого винта; на фиг.13 - схема устройства механизма путевого управления; на фиг.14 - вид сверху на неподвижный диск управления закрылками; на фиг.15 - вид сбоку на неподвижный диск управления закрылками с частичным разрезом; на фиг.16 - схема механизма управления вертолетом в пространстве; на фиг.17 и 18 - схема управления вертолетом в продольной плоскости; на фиг.19 и 20 - схема управления вертолетом в поперечной плоскости; на фиг.21 - схема управления вертолетом при повороте его вокруг вертикальной оси.

Предлагаемый вертолет содержит фюзеляж 1, в верхней части которого установлены два турбовальных двигателя 2, 3, а в нижней части установлено посадочное устройство 4. В задней части фюзеляжа на балке 5 закреплено кольцо 6, внутри которого размещен рулевой винт 7 с механизмом изменения общего шага. В верхней части над фюзеляжем установлены верхний 8 и нижний 9 несущие диски. Внутри фюзеляжа размещен главный редуктор 10, содержащий корпус 11, имеющий снизу смотровой люк 12, а сверху закрытый крышкой 13, в подшипниках которой закреплены ведущие валы 14, 15, которые через разъединительные муфты 16, 17 соединены с турбовальными двигателями. На ведущих валах закреплены ведущие шестерки 18, 19, входящие в зацепление с суммирующей шестерней 20, закрепленной на трубчатом ведомом валу 21, установленном в подшипнике крышки. На конце трубчатого ведомого вала закреплена коническая шестерня 22, которая через промежуточную коническую шестерню 23 связана с конической шестерней 24 второго ведомого вала 25, размещенного внутри трубчатого ведомого вала. На конце второго ведомого вала закреплена ведущая коническая шестерня 26, входящая в зацепление с ведомой конической шестерней 27, закрепленной на горизонтальном валу 28, который закреплен в подшипниках корпуса и посредством муфты 29 соединен с валом редуктора рулевого винта. Второй ведомый вал соединен с верхним несущим диском, а трубчатый ведомый вал соединен с нижним несущим диском. Редуктор рулевого винта содержит корпус 30, закрытый крышкой 31. В подшипниках корпуса установлены валы 32, 33, на концах которых закреплены шестерни 34, 35, входящие друг с другом в зацепление. Верхний и нижний несущие диски одинаковы по конструкции. Каждый из них представляет собой закрытый с одной стороны пустотелый диск 36, установленный открытой частью вверх, на дне которого сделан вырез 37 в форме сегмента. Концы выреза заострены для уменьшения сопротивления при вращении. Кроме того, на дне диска закреплены ребра 38, образующие концентрические волновые каналы 39. Пустотелый диск с обтекаемой боковой поверхностью соединен посредством спиц 40 со втулкой 41. Нижняя поверхность верхнего и нижнего дисков гладкая. Верхний и нижний несущие диски должны быть установлены таким образом, чтобы вырезы в них были развернуты относительно друг друга на 180 градусов. Верхний и нижний несущие диски установлены один над другим на некотором расстоянии друг от друга. На нижней поверхности нижнего несущего диска дополнительно установлены, открывающиеся вниз, закрылки 42, 43, 44, 45, удерживаемые в закрытом состоянии, не показанными на чертеже, пружинами и кинематически связанные с вертикальными толкателями 46, 47, 48, 49, оканчивающимися колесами 50, 51, 52, 53, контактирующими с поверхностью неподвижного диска 54 управления закрылками и имеющего продольные 55, 56 и поперечные 57, 58 кулачки. Механизм управления вертолетом в пространстве содержит ручку управления 59, шарнирно закрепленную на валу 60, установленном в подшипниках. На валу закреплен рычаг 61, взаимодействующий с продольными тягами 62, 63, которые через Г-образные рычаги 64, 65 и вертикальные тяги 66, 67 соединены с продольными кулачками неподвижного диска управления закрылками. В нижней части ручка управления имеет сектор 68, взаимодействующий с поперечными тягами 69, 70, которые через рычаг 71, поперечные тяги 72, 73, Г-образные рычаги 74, 75 и вертикальные тяги 76, 77 соединены с поперечными кулачками неподвижного диска управлении закрылками. Механизм путевого управление вертолетом содержит коромысло 78 с левой 79 и правой 80 педалями, шарнирно закрепленное в центре, к которому приварена шестерня 81, входящая в зацепление с шестерней 82, закрепленной на одном конце продольного вала 83, на другом конце которого закреплен червячный вал 84, входящий в зацепление с зубчатым сектором 85 рычага 86, который посредством тяги 87 и рычага 88 соединен с механизмом изменения общего шага рулевого винта.

Работа вертолета

После проверки работы всех систем вертолета, запуска турбовальных двигателей 2, 3 и доведения их до необходимого режима производится взлет. Для этого включаются разъединительные муфты 16, 17, после чего верхний 8 и нижний 9 несущие диски создают подъемную силу. При этом вращающийся момент от турбовальных двигателей 2, 3 через разъединительные муфты 16, 17 передается на ведущие валы 14, 15, ведущие шестерни 18, 19 главного редуктора 10 на суммирующую шестерню 20 и далее на конические шестерни 22, 24, промежуточную шестерню 23 на трубчатый 21 и второй 25 ведомые валы, а от них на верхний 8 и нижний 9 несущие диски, которые начинают вращаться в противоположные стороны с одинаковой скоростью. Кроме того, вращающийся момент передается через ведущую 26 и ведомую 27 конические шестерни, горизонтальный вал 28 на рулевой винт 7 приводя его во вращение. При вращении несущих дисков воздушный поток обтекает верхнюю и нижнюю поверхности, разделяясь на две части. Та часть воздушного потока, которая обтекает нижнюю поверхность движется по наименьшему пути, а другая часть воздушного потока, которая обтекает верхнюю поверхность движется по волновым каналам 39, проходя наибольший путь. Если бы скорости движения обоих потоков были одинаковыми, то на верхней поверхности ведущего диска создавалось разрежение, вследствие того, что воздушный поток, обтекающий верхнюю поверхность и проходящий больший путь, не успевал подойти к концу несущего диска одновременно с воздушным потоком, обтекающим нижнюю поверхность. Что невозможно. Следовательно, скорость движения воздушного потока по верхней поверхности несущего диска будет больше, чем скорость движения воздушного потока по нижней поверхности. Отсюда давление окружающего воздуха на верхнюю поверхность несущего диска меньше, чем на нижнюю. Разность давлений на верхнюю и нижнюю поверхности несущего диска и будет той подъемной силой, которая уравновешивает вес вертолета. Как только подъемная сила превысит вес вертолета он отрывается от взлетной площадки и поднимается вверх. Увеличение или уменьшение подъемной силы осуществляется увеличением или уменьшением частоты вращения верхнего 8 и нижнего 9 несущих дисков путем изменения частоты вращения турбовальных двигателей 2 и 3. Для поступательного движения вертолета вперед необходимо ручку управления 59 передвинуть в положение "от себя". При этом максимальное отклонение ручки управления 59 соответствует максимальной скорости движения и наоборот. Вал 60 поворачивается в ту же сторону и рычаг 61 передвигает назад продольную тягу 63, которая через Г-образный рычаг 65 и вертикальную тягу 67 приподнимает кулачок 56 неподвижного диска 54 управления закрылками. Колеса 50, 51, 52, 53, обкатываясь по неподвижному диску 54 управления закрылками, станут поднимать на высоту кулачка, сжимая не показанные на чертеже пружины, и через толкатели 46, 47, 48, 49 открывать каждый закрылок 42, 43, 44, 45 на некоторый угол, соответствующий углу отклонения ручки управления 59, при прохождении ими задней четверти круга вращения. В результате этого дополнительный воздушный поток (показано пунктиром) будет направлен вниз и возникает в задней части вертолета дополнительная подъемная сила Fдоб, что приведет к изменению наклона вектора аэродинамической силы несущего устройства. Возникшая составляющая Fп в плоскости вращения и будет определять направление поступательного движения вертолета (показано сплошными стрелками). Кроме того, изменение плеча аэродинамической силы относительно центра масс вертолета создаст управляющий момент в продольной плоскости. При этом фюзеляж вертолета под некоторым углом будет двигаться вперед (фиг.18). Для торможения или движения назад ручка управления 59 передвигается на соответствующий угол в положение "на себя". Вал 60 поворачивается в ту же сторону и рычаг 61 передвигает вперед продольную тягу 62, которая через рычаг, продольную тягу, Г-образный рычаг 64 и вертикальную тягу 66 поднимает кулачок 55 неподвижного диска 54 управления закрылками. Колеса 50, 51, 52, 53, набегая на этот кулачок, будут поднимать толкатели 46, 47, 48, 49 и открывать каждый из закрылков 42, 43, 44, 45 при прохождении передней четверти круга вращения. Дополнительный воздушный поток будет направлен вниз (показано пунктиром) и возникает в передней части вертолета дополнительная подъемная сила Fдоб, что приведет к изменению наклона вектора аэродинамической силы несущего устройства. Возникшая составляющая Fз в плоскости вращения нижнего несущего диска 9 будет определять направление поступательного движения вертолета, а изменение плеча аэродинамической силы создает управляющий момент в продольной плоскости. Вертолет под некоторым углом станет перемещаться задом (фиг.17). При отклонении ручки управления 59 в положение "вправо" сектор 68 отклоняется влево и передвигает влево поперечную тягу 69, которая через рычаг 71 передвигает поперечную тягу 72, а последняя через Г-образный рычаг 74 и вертикальную тягу 76 приподнимает кулачок 57 неподвижного диска 54 управления закрылками. Все закрылки 42, 43, 44, 45 через толкатели 46, 47, 48, 49 поочередно открываются при прохождении левой четверти круга вращения, направляя вниз воздушный поток (показано пунктиром). Как описано выше, возникает дополнительная подъемная сила Fдоб в левой боковой части фюзеляжа вертолета и изменяется плечо аэродинамической силы относительно центра масс, создающее управляющий момент в поперечной плоскости. Возникшая в плоскости вращения горизонтальная составляющая Fпр станет передвигать вертолет правым боком, обеспечивая поступательное движение вправо, наклонив его на некоторый угол в ту же сторону (фиг. 20). Перемещение ручки управления 59 в положение "влево" вызывает поворот сектора 68 вправо. Поперечная тяга 70 передвигается вправо и через поперечную тягу 73 поворачивает Г-образный рычаг 75, который поднимает вверх вертикальную тягу 77 и вместе с ней кулачок 58 неподвижного диска 54 управления закрылками. Колеса 50, 51, 52, 53 при вращении нижнего несущего диска 9, наезжая на кулачок 58, приподнимают толкатели 46, 47, 48, 49 вверх и поочередно открывают закрылки 42, 43, 44, 45. Воздушный поток отбрасывается ими вниз (показано пунктиром) и возникает дополнительная подъемная сила Fдоб в правой части фюзеляжа вертолета. Горизонтальная составляющая этой силы Fлев будет направлена в плоскости вращения нижнего несущего диска 9 влево. Изменится плечо аэродинамической силы относительно центра масс вертолета и он наклонится влево на некоторый угол и станет перемещаться боком влево. Скорость этого перемещения будет зависеть от угла отклонения ручки управления 59 и закрылков 42, 43, 44, 45, что будет определять величину дополнительной подъемной силы (фиг.19). Путевое управление вертолетом осуществляется ножными педалями 79 и 80. Для поворота направо необходимо нажать на правую педаль 80. Коромысло 78 повернется и вместе с ним повернется шестерня 81, которая через шестерню 82 повернет вал 83 с червячным валом 84. Рычаг 86 повернется и через продольную тягу 87 произведет соответствующую установку лопастей общего шага рулевого винта 7. Воздушный поток станет отбрасываться вправо и вертолет под действием силы F начнет совершать движение по кругу радиусом R в правую сторону. Чем сильнее нажата педаль, тем меньше радиус поворота и наоборот (на фиг.21 сплошными стрелками). При повороте налево необходимо нажать на левую педаль 79. Коромысло 78 повернется в противоположную сторону и через шестерни 81, 82, вал 83 повернет червячный вал 84. Рычаг 86 повернется в противоположную сторону и через продольную тягу 87 произведет соответствующую установку лопастей общего шага рулевого винта 7. Воздушный поток от рулевого винта будет направлен влево и вертолет под действием силы F, действующей с противоположной стороны, станет совершать движение по кругу в левую сторону (на фиг.21 показано пунктиром). Нахождение педалей 79, 80 в нейтральном положении обеспечивает отсутствие тяги на рулевом винте. В отсутствии поступательного движения (висение на месте) нажатие на любую педаль 79, 80 вызывает вращение вертолета вокруг вертикальной оси в ту или иную сторону. Набор высоты или снижение осуществляется увеличением или уменьшением подъемной силы, создаваемой верхним 8 и нижним 9 несущими дисками путем изменения частоты вращения турбовальных двигателей 2, 3. По прибытии к месту назначения производится снижение и посадка вертолета, после чего посредством разъединительных муфт 16, 17 верхний и нижний несущие диски отключаются от турбовальных двигателей 2, 3, которые затем останавливаются.

Положительный эффект: меньшие габариты вертолета, более высокая подъемная сила, вследствие более высокого КПД крыла по сравнению с воздушным винтом, меньше воздействие на окружающую среду при взлете и посадке из-за отсутствия больших масс воздуха, движущихся вниз.