система для создания крутящего момента на валу ротора автожира

Формула изобретения

1. Система для создания крутящего момента на валу ротора автожира, содержащая источник газа, трубопроводом связанный через устройство управления с пневмоприводом, связанным с валом ротора автожира, отличающаяся тем, что связь пневмопривода с валом ротора автожира осуществлена через трансмиссию, трансмиссия жестко установлена относительно оси вращения вала ротора автожира, связь пневмопривода с трансмиссией выполнена гибкой.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве источника газа использован двигатель внутреннего сгорания, а устройство управления выполнено в виде распределителя с дополнительным выходом, сообщенным с атмосферой.

3. Система по п.2, отличающаяся тем, что в качестве двигателя внутреннего сгорания использован двигатель внутреннего сгорания автожира.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве источника газа использован турбонаддув двигателя внутреннего сгорания, а устройство управления выполнено в виде распределителя, снабженного дополнительным входом, сообщенным с атмосферой, и дополнительным выходом, подключенным к входу двигателя внутреннего сгорания.

5. Система по п.4, отличающаяся тем, что в качестве турбонаддува использован турбонаддув двигателя внутреннего сгорания автожира.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к системам раскрутки или подкрутки роторов винтокрылых летательных аппаратов (ЛА) типа автожиров.

Известна система сообщения реактивного крутящего момента несущим винтам, использующая газовые струи от двигателей ЛА (Патент РФ №2102280, кл. В 64 С 11/00, опубл. 01.20.1998). В известном техническом решении энергия выхлопных газов роторного двигателя обеспечивает реактивный привод лопастям авиационного винта. При этом роторный двигатель выполнен во втулке самого винта и предназначен, в основном, для летательных аппаратов типа самолета.

Известна также система сообщения реактивного крутящего момента несущему винту вертолета (Патент США 4589611, кл. В 64 С 27/18, опубл. 05.20.1986). Выхлопные газы от турбовентиляторных двигателей поступают на периферийную часть лопастей через полые ротор и лопасти.

В указанных системах реактивный крутящий момент передается непосредственно и постоянно на периферийную часть лопастей несущих винтов, тем самым обеспечивая штатный режим полета, поскольку они сообщают летательному аппарату горизонтальную и/или вертикальную составляющую вектора направления движения. Однако упомянутые системы имеют низкую надежность из-за сложности конструктивного выполнения, а также из-за того, что конструктивные элементы ротора подвергаются нагреву горячими выхлопными газами. В результате этого снижается безопасность полета.

Наиболее близкой к заявляемой является система сообщения реактивного крутящего момента винту вертолета или самолета (Патент США №4046335, кл. В 64 С 27/18, опубл. 06.09.1977) с использованием сжатого газа, подаваемого от компрессора на обдув лопастей или на турбину, закрепленную на валу ротора (прототип). Система управления подачи сжатого газа содержит клапан выхода и выключатель, установленные в тракте трубопровода, подводящем сжатый газ к лопастям вертолета или к турбине. Клапан выхода и выключатель выполняют функцию управления поддержанием необходимого давления на выходе системы. При этом сама система предназначена для раскрутки ротора при его остановке в чрезвычайных обстоятельствах (остановка основного двигателя).

К недостаткам указанного решения можно отнести наличие на борту дополнительного вспомогательного двигателя с компрессором для создания сжатого газа, систему управления ими, что в целом уменьшает надежность ЛА, снижает безопасность полетов, усложняет систему раскрутки ротора, делая ее неэффективной, утяжеляет летательный аппарат (что приводит для самолета к увеличению длины пробега ЛА при взлете) и усложняет управление им.

Автожир является ЛА, сочетающим в себе некоторые достоинства самолета и вертолета, в то же время имеет свои особенности, которые связаны с его конструкцией. Поступательное движение автожиру сообщает толкающий (или тянущий) воздушный винт, расположенный на горизонтальной оси и вращаемый мотором. Подъемную силу создает свободно вращающийся ротор (авторотирующий несущий винт), положение плоскости вращения которого контролируется и непосредственно управляется пилотом. Ротор автожира состоит из нескольких лопастей-крыльев, шарнирно соединенных с втулкой, которая свободно вращается на вертикальной оси. Такие особенности конструкции автожира при относительной ее простоте обеспечивают ему дополнительные (к режиму штатного полета) возможности планирования и приземления при выключенном моторе, включая режим крутого снижения при минимальной горизонтальной скорости. (А.А. Жабров “Автожир и геликоптер”, 1939 г.). Эти же особенности обеспечивают автожиру малый разбег при взлете. Однако для обеспечения взлета необходимо сообщить ротору вращение, обеспечивающее автожиру необходимую подъемную силу. Как правило, при взлете необходимое вращение ротору сообщается встречным потоком воздуха, возникающим при разбеге, обеспечиваемом толкающим или тянущим воздушным винтом.

Предлагаемая система создания крутящего момента на валу ротора решает задачу повышения надежности автожира, безопасности полета на нем, упрощения раскрутки ротора и повышения ее эффективности, а также уменьшения длины разбега при взлете.

Достижение указанного технического результата обеспечивается системой создания крутящего момента на валу ротора автожира, содержащей источник газа, трубопроводом связанный через устройство управления с пневмоприводом, связанным с валом ротора автожира, при этом связь пневмопривода с валом ротора автожира осуществлена через трансмиссию, трансмиссия жестко установлена относительно вала ротора автожира, а связь пневмопривода с трансмиссией выполнена гибкой.

В частном случае выполнения системы технический результат достигается тем, что в качестве источника газа использован двигатель внутреннего сгорания (ДВС), а устройство управления выполнено в виде распределителя с дополнительным выходом, сообщенным с атмосферой. При этом в качестве ДВС может быть использован двигатель автожира.

В другом частном случае выполнения системы технический результат достигается тем, что в качестве источника газа использован турбонаддув ДВС, а устройство управления выполнено в виде распределителя, снабженного дополнительным входом, сообщенным с атмосферой и дополнительным выходом, подключенным к входу ДВС. При этом в качестве турбонаддува может быть использован турбонаддув автожира.

На фиг.1 изображена заявляемая система.

На фиг.2 изображена частная форма выполнения предлагаемой системы, в которой в качестве источника газа использован ДВС.

На фиг.3 изображена частная форма выполнения заявляемой системы, в которой в качестве источника газа использован турбонаддув ДВС.

Заявляемая система (фиг.1) содержит источник 1 газа (газогенератор), связанный через рабочий трубопровод 2 со входом 3 устройства 4 управления (например, поворотной заслонки). Выход 5 последнего посредством трубопровода 6 связан со входом пневмопривода 7. Пневмопривод 7 через гибкую механическую связь 8 (например, кардан), трансмиссию 9 связан с валом 10 ротора 11 автожира. Трансмиссия 9 жестко установлена относительно вала 10 ротора 11 автожира на полке 12.

В одной из частных форм выполнения заявляемой системы (фиг.2) в качестве источника 1 газа может быть использован ДВС, а устройство управления 4 подключено к выхлопному патрубку ДВС 1. В этом случае устройство 4 управления должно быть выполнено в виде распределителя (например, золотникового) с дополнительным выходом 13, сообщенным с атмосферой. При этом в качестве ДВС может быть использован двигатель внутреннего сгорания автожира, например ДВС привода толкающего или тянущего винта автожира (не показан).

В другой частной форме выполнения заявляемой системы (фиг.3) в качестве источника 1 газа использован ДВС с турбонаддувом 14. Под турбонаддувом здесь и обычно в технике понимается система турбонаддува ДВС, включающая турбину (не показана), вход 15 которой подключен к выходному патрубку ДВС 16, а выход сообщен с атмосферой, и компрессор (не показан), вход которого сообщен с атмосферой, а выход является выходом системы турбонаддува. Устройство 4 управления подключено входом 3 к выходному патрубку 17 компрессора системы турбонаддува 14 ДВС рабочим трубопроводом 2. Устройство 4 управления в таком случае выполнено в виде распределителя (например, золотникового), дополнительно к выходу 5 снабженного дополнительным входом 18, сообщенным с атмосферой, и дополнительным выходом 19, подключенным к входу источника 1 газа (ДВС).

Еще в одной из частных форм выполнения заявляемого устройства в качестве турбонаддува использован турбонаддув ДВС автожира.

Одним из основных органов, обеспечивающих взлет, полет и управление автожиром, является ротор. Использование предлагаемой системы на взлетной площадке приводит к принудительному раскручиванию ротора, что приводит к уменьшению разбега тем меньшего, чем большей скорости вращения достигает ротор. В дальнейшем, при наличии составляющей скорости перемещения автожира, обеспечивающей устойчивую авторотацию, источник газа (газогенератор) отключается от ротора.

К снижению оборотов ротора могут приводить как грубые ошибки пилота, так и значительная турбулентность атмосферы. Учитывая небольшие скорости полета автожира (~40-300 км/ч), указанные явления требуют адекватной и быстрой реакции пилота, включая возможность быстрого создания дополнительной подъемной силы автожира. Предлагаемая система, в том случае, когда в качестве источника 1 газа использованы средства, находящиеся на борту автожира: баллон со сжатым или ДВС автожира или турбонаддув ДВС автожира, обеспечивает дополнительную подкрутку ротора, увеличив тем самым его устойчивость.

Работа заявляемой системы осуществляется следующим образом (фиг.1).

Газ с источника 1 газа по рабочему трубопроводу 2 на вход 3 устройства 4 управления и с выхода 5 устройства 4 управления через трубопровод 6 поступает на пневмопривод 7, который через гибкую механическую связь 8 (например, кардан) и трансмиссию 9 создает крутящий момент на валу 10 ротора 11 автожира. В качестве источника 1 газа может быть использован баллон со сжатым газом, при этом устройство 4 управления представляет собой заслонку, которая перекрывает доступ газа в трубопровод 6 после достижения ротором 11 необходимой скорости вращения, которая обычно составляет ~360 об/мин. В качестве пневмопривода может быть использован воздушный стартер двигателя самолета ЯК-40. Трансмиссия 9 может содержать муфту (не показана), которая может сочетать в себе управляемую муфту выключения и обгонную муфту. Пневмопривод 7, который может быть выполнен конструктивно в виде турбины, и трансмиссия 9 снабжены гибкой механической связью 8, например карданным валом, а трансмиссия жестко закреплена на полке 12 относительно оси вращения ротора и при управлении положением оси ротора изменяет свое положение вместе с ней. Гибкая механическая связь 8, выполненная, например, в виде карданного вала, обеспечивает необходимую степень свободы трансмиссии 9 относительно других элементов системы. При подаче газа от источника газа турбина работает во всем диапазоне необходимых оборотов, увеличивая мощность при подходе к максимальным оборотам. После обеспечения заявляемой системой необходимой скорости вращения вала ротора автожира газ перекрывается устройством управления 4, например регулируемой поворотной заслонкой.

При работе в режиме подкрутки ротора 11 устройство 4 управления выполняет дополнительную функцию - обеспечивает управление величиной крутящего момента на валу 10 ротора 11.

В одной из частных форм выполнения предлагаемой системы, изображенной на фиг.2, в качестве источника 1 газа используется ДВС. В этом варианте пневмопривод 7 работает от энергии выхлопных газов ДВС. При этом в качестве ДВС, в частности, может быть применен двигатель автожира, например автомобильный ДВС “Субару ЕА-82”, приводящий во вращение толкающий или тянущий винт автожира (винт не показан). После раскрутки заявляемой системой вала 10 ротора 11 автожира до необходимой частоты вращения (~360 об/мин) путем переключения распределителя 4 (например, золотникового) выхлопные газы направляются в атмосферу через его дополнительный выход 13. При отсутствии встречного ветра, скорости горизонтального движения автожира, равной 20 км/ч, массе автожира в 400 кг заявляемая система позволяет поднять автожир в воздух при длине разбега 10 м (без использования заявляемой системы при тех же условиях длина разбега составляла не менее 150 м).

В другой частной форме выполнения предлагаемой системы, изображенной на фиг.3, в качестве источника 1 газа используется ДВС с турбонаддувом 14. При этом в качестве ДВС, в частности, может быть применен двигатель, приводящий во вращение толкающий или тянущий винт автожира. Выхлопные газы ДВС 1 поступают в турбонаддув 14, с выхода 17 компрессора которого нагнетаемый атмосферный воздух поступает по рабочему трубопроводу 2 в распределитель 4 (например, золотниковый) через его вход 3, а затем через его выход 5 подается по трубопроводу 6 на пневмопривод 7, связанный через гибкую механическую связь 8 (например, кардан) с трансмиссией 9 и валом 10 ротора 11. Распределитель 4 (например, золотниковый) имеет дополнительный вход 18. При работе турбонаддува 14 на пневмопривод 7 дополнительный вход 18, сообщенный с атмосферой, обеспечивает доступ атмосферного воздуха через распределитель 4 (например, золотниковый) в двигатель через дополнительный выход 19. После обеспечения заявляемой системой необходимой скорости вращения вала ротора автожира распределитель 4 устанавливается в положение, при котором атмосферный воздух из турбонаддува 14 через дополнительный выход 19 распределителя 4 направляются на вход ДВС 1 автожира для обеспечения штатной работы турбонаддува 14, а дополнительный вход 18 перекрывается. Дополнительное преимущество данной формы выполнения системы заключается как в обеспечении меньшей теплонапряженности трубопроводов по сравнению с предыдущей формой выполнения и меньших потерях на рассеивание тепла, так и в возможности обеспечения более плавного регулирования подачи газа на пневмопривод, что увеличивает эффективность управления автожиром.