Способ набора вертолетом высоты

Изобретение относится к авиации и касается технологии набора высоты вертолетом. Способ набора вертолетом высоты заключается в управлении аэродинамической подъемной силой несущего винта по мере набора высоты посредством одновременного увеличения крутящего момента и общего шага несущего винта до максимального значения и регулирования угла наклона лопастей рулевого винта, предназначенного для противодействия реактивному моменту несущего винта. С уменьшением плотности воздуха окружающей среды по мере набора высоты изменяют режим работы несущего винта вертолета. В случае уменьшения этой плотности ниже определенного порога при наборе высоты с максимальным шагом несущего винта последнему увеличивают частоту вращения путем форсирования работы двигателей. С возрастанием вибраций фюзеляжа, вызываемых срывом потока воздуха, по крайней мере, с одной из вращающихся лопастей, несущему винту уменьшают общий шаг до восстановления спектра исходного уровня вибраций фюзеляжа. Целесообразно частоту вращения несущего винта увеличивать обратно пропорционально изменению запороговой плотности воздушной среды. Технический результат реализации изобретения заключается в увеличении высоты полета вертолета в условиях с более низкой плотностью воздушной среды. 1 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к области авиации, в частности к управлению полетом вертолета, и может быть использовано для управления набором высоты полета.

Известен способ набора вертолетом высоты, заключающийся в управлении аэродинамической подъемной силой несущего винта по мере набора высоты посредством одновременного увеличения крутящего момента и шага несущего винта (Базов Д.И. Аэродинамика вертолетов. Изд. 2-е, перераб. и доп. Изд-во "Транспорт", 1972 г., стр.29-32, 76-80). Данный способ принят за прототип.

Недостатком известного способа является ограничение набора высоты до 4100 м, связанное с уменьшением плотности воздушной среды, ниже критической.

Основной задачей, на решение которой направлен заявляемый способ набора вертолетом высоты, является увеличение высоты полета в атмосфере с более низкой плотностью воздуха, особенно в горных условиях.

Техническим результатом, достигаемым при осуществлении заявленного изобретения, является увеличение высоты полета вертолета в условиях с более низкой плотностью воздушной среды.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе набора вертолетом высоты, заключающемся в управлении аэродинамической подъемной силой несущего винта по мере набора высоты посредством одновременного увеличения крутящего момента и общего шага несущего винта до максимального значения и регулирования угла наклона лопастей рулевого винта, предназначенного для противодействия реактивному моменту несущего винта, а с уменьшением плотности воздуха окружающей среды по мере набора высоты изменяют режим работы несущей системы вертолета согласно предложенному техническому решению

с уменьшением плотности воздушной среды ниже определенного порога при наборе высоты с максимальным шагом несущего винта последнему увеличивают частоту вращения путем форсирования работы двигателей, а с возрастанием вибраций фюзеляжа, вызываемых срывом потока воздуха, по крайней мере, с одной из вращающихся лопастей, несущему винту уменьшают общий шаг до восстановления спектра исходного уровня вибраций фюзеляжа;

частоту вращения несущего винта изменяют обратно пропорционально изменению запороговой плотности воздушной среды.

Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного способа управления полетом вертолета, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной области техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявляемого технического решения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Сущность способа набора вертолетом высоты заключается в управлении аэродинамической подъемной силой Т несущего винта по мере набора высоты посредством одновременного увеличения крутящего момента М_кр и общего шага α несущего винта до максимального значения α_max и регулирования угла наклона β лопастей рулевого винта, предназначенного для противодействия реактивному моменту несущего винта. Сила тяги Т несущего винта определяется из условия:

где Т - сила тяги несущего винта, кг;

С_у - коэффициент аэродинамической подъемной силы лопасти несущего винта, зависящий от шага α несущего винта;

σ - коэффициент заполнения несущего винта;

χ - коэффициент концевых и комлевых потерь несущего винта;

F - площадь, сметаемая несущим винтом, F=πR², м²;

ω - угловая скорость вращения несущего винта, ¹/с; , где n_н.в. - частота вращения несущего винта, об/мин;

R - радиус несущего винта, м;

[Т] - допустимая подъемная сила несущего винта, кг;

ρ_i - относительная плотность окружающей среды на высоте полета, определяемая по формуле:

где P_i - давление окружающей среды на высоте полета, мм рт.ст.;

t_i° - температура окружающей среды на высоте полета, °С.

Набор высоты осуществляют в три этапа.

На первом этапе набора высоты с плотностью ρ_i воздушной среды большей определенного порога или равным ему, когда ρ_i≥ρ_з, управляют увеличением шага α несущего винта до максимального α_max, т.е. при n_н.в.=Const, Т=ϕ(α,ρ_i).

На втором этапе набора высоты с плотностью ρ_i воздушной среды ниже определенного порога ρ_з, когда ρ_i<ρ_з, несущему винту с максимальным шагом α_max увеличивают частоту вращения до n_i, с которой выполняют набор высоты до возрастания вибраций f_i фюзеляжа относительно исходного уровня вибраций f_н, вызываемых срывом потока воздуха, по крайней мере, с одной из вращающихся лопастей несущего винта. Частоту вращения n_i несущего винта на втором этапе изменяют обратно пропорционально изменению запороговой плотности ρ_i воздушной среды, т.е. при α_max=Const, Т=ϕ(n_н.в.,ρ_i).

На третьем этапе с возрастанием вибраций, когда f_i>f_н, уменьшают общий шаг несущего винта до восстановления спектра исходного уровня вибраций фюзеляжа и выполнения условия f_i=f_н, т.е. при n_max=Const, Т=ϕ(α,ρ_i).

Пример осуществления способа.

Перед вылетом на вертолете устанавливается номинальная частота вращения несущего винта n_нв=95±1% и общий шаг α=4°. Подъем α вертолета начинают с увеличения аэродинамической подъемной силы T несущего винта, определяемой из условия (1), посредством одновременного увеличения общего шага (несущего винта и изменения режима работы двигателей на увеличение крутящего момента несущего винта для обеспечения постоянной частоты вращения n_нв=95±1% с помощью системы автоматического поддержания частоты вращения несущего винта вертолета. С увеличением общего шага α от 4° до 14°45' и крутящего момента несущего винта, обеспечивающего постоянную частоту вращения, увеличивается угол наклона β лопастей рулевого винта от 6° до 17°20', способный создавать изменяемое усилие, противодействующее реактивному моменту несущего винта, при ρ_i≥ρ_з вертолет набирает высоту до 3100 м. По мере увеличения высоты уменьшаются давление Р_i и температура окружающей среды t_i°, соответственно уменьшается плотность ρ_i воздушной среды, контролируемая системой управления полетом, и при плотности воздушной среды ниже определенного порога ρ_з, когда ρ_i<ρ_з, вертолет теряет способность набирать высоту. Для дальнейшего набора высоты с максимальным шагом α_max=14°45' несущего винта увеличивают частоту вращения несущего винта до n_ср=97±1% и более обратно пропорционально изменению запороговой плотности ρ_i воздушной среды, определяемой по формуле (2). При этих изменениях управления вертолет набирает высоту до 4600 м, после которой возрастают вибрации фюзеляж, когда f_I>f_н. Путем уменьшения общего шага α_max несущего винта и изменения угла наклона β лопастей рулевого винта восстанавливают спектр исходного уровня вибрации фюзеляжа, выполняя условие f_I=f_н, набирают высоту до 6000 м.

Предложенный способ набора высоты позволяет повысить потолок полетов вертолетов, не вызывая дополнительные вибрации фюзеляжа, тем самым уменьшить опасность полетов вертолетов.

1. Способ набора вертолетом высоты, заключающийся в управлении аэродинамической подъемной силой несущего винта по мере набора высоты посредством одновременного увеличения крутящего момента и общего шага несущего винта до максимального значения и регулирования угла наклона лопастей рулевого винта, предназначенного для противодействия реактивному моменту несущего винта, а с уменьшением плотности воздуха окружающей среды по мере набора высоты изменяют режим работы несущей системы вертолета, отличающийся тем, что с уменьшением плотности воздушной среды ниже определенного порога при наборе высоты с максимальным шагом несущего винта последнему увеличивают частоту вращения путем форсирования работы двигателей, а с возрастанием вибраций фюзеляжа, вызываемых срывом потока воздуха, по крайней мере, с одной из вращающихся лопастей, несущему винту уменьшают общий шаг до восстановления спектра исходного уровня вибраций фюзеляжа.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что частоту вращения несущего винта увеличивают обратно пропорционально изменению запороговой плотности воздушной среды.