Вертолет

Изобретение относится к области несущих винтов летательных аппаратов. Вертолет имеет несущий винт, фюзеляж, двигатели, органы управления. Задняя и передняя кромки лопастей несущего винта образованы пересечением двух парабол. Конец лопасти длиной 1,5 м загнут на угол β≥60° и имеет механическое кольцевое соединение. Соосно с соответствующим несущим винтом сверху над фюзеляжем либо снизу фюзеляжа установлен усеченный параболоид вращения. Изобретение направлено на решение задачи повышения подъемной силы. 2 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ.

Изобретение относится к авиации - к вертолетам одновинтовой схемы, к вертолетам двухвинтовой соосной схемы и двухвинтовой продольной схемы /4/. Цель изобретения - повышение аэродинамических качеств вертолета. Техническим решением является построение несущей лопасти, фюзеляже с использованием формул двух, трех парабол; создание соосно расположенного над несущим винтом усеченного параболоида вращения.

Известна лопасть воздушного винта /1/, где передняя и задняя кромки образуются по формулам двух парабол: Y₁=K₁·X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2; Y₃=K₃X^1/2; Y₄=2R₀+K₄X^1/2; при этом плоскости пересекаются под острым углом на передней кромке.

Недостатком данной лопасти является малая рабочая площадь, что снижает подъемную силу.

Известен вертолет, содержащий фюзеляж с установленными на нем несущими крыльями, несущий винт и хвостовое оперение, у которого фюзеляж выполнен в виде крыла /2/.

Недостатком данной конструкции является отсутствие подъемной силы нижней части фюзеляжа, так как она линейна.

Известен скоростной воздушный аппарат /3/, который содержит фюзеляж с хвостовым оперением, с двумя соосно расположенными несущими винтами и снабжен средством для создания аэродинамической подъемной силы в виде соосно расположенной и закрепленной над несущими винтами полусферы.

Недостатком данной конструкции является малая эффективность полусферы.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Для повышения эффективности лопасти несущего винта, лопасти рулевого винта, /крыла/ задняя и передняя кромки образуются пересечением трех или двух парабол:

Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2; Y₃=-K₃X² /фиг.1/ или Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2 /фиг.2/, касающиеся окружности радиусом R≥R₀, центр которой находится на расстоянии l≥2/3L, где L - проекция длины лопасти на координату X.

Изначально задаются следующие величины:

- α≥7° - угол атаки;

- параметры R₀, R, L, l≥2/3L.

Коэффициенты К₁ и К₂ рассчитываются по формулам:

где точки А и В - точки касания парабол Y₁ и Y₂ с окружностью радиусом R. Точка А находится пересечением линии угла атаки α≥7° с перпендикуляром, восстановленным из точки l≥2/3L; точка В - конец диаметра, отложенного на перпендикуляре от точки А окружности радиусом R. Профиль нижней и верхней лопасти образуется пересечением двух парабол:

Передняя острая кромка закруглена радиусом задняя кромка образуется параболой: Y₆=K₆X^1/2 - служащая для уменьшения завихрений с напуском /фиг.3-2/ на конце лопасти и уменьшающаяся до нуля на 1/3 длины лопасти от начала координат. Конец лопасти загнут на угол β≥60° для направления центробежного потока для увеличения подъемной силы. Конец лопасти длиной до 1,5 м имеет механическое кольцевое соединение для уменьшения продольных и поперечных колебаний. Для возможности управления поворотом лопасти рулевого винта лопасть соединяется с кольцом пружинной пластиной. Лопасть длиной более 1,5 м имеет продольный профиль в виде параболы:

Y₇=K₇X^1/2 - для уменьшения продольных колебаний /фиг.4/.

Коэффициенты выбираются из следующих величин:

К₃≥1; К₄≥1; К₅=(0,5÷0,8)К₄; К₅≥1; К₆≥1; К₇≥1.

Лопасть изготавливается из композиционных материалов /патент №1363699 от 6.02.1997 г./ /фиг.1, фиг.2, фиг.3/ или /4/.

Фюзеляж вертолета одновинтовой схемы, вертолетов двухвинтовой соосной схемы, двухвинтовой продольной схемы /4/ мало участвует в подъемной силе, хотя имеет большую несущую площадь.

Для повышения подъемной силы нижняя и верхняя поверхности фюзеляжа проектируются по формулам двух парабол:

Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2; /фиг.6÷фиг.11-1/, касающиеся окружности радиусом R≥R_o, центр которой расположен на расстоянии l≥2/3·L, где L - проекция длины фюзеляжа на координату X. Коэффициенты К₁ и К₂ рассчитываются по формулам:

где точка А - точка пересечения перпендикуляра, восстановленного из точки l≥2/3·L с линией угла атаки α≥7°. Точка В - противоположная точка диаметра, отложенного от точки А на восстановленном перпендикуляре. Изначально задаются следующие величины:

- угол атаки α≥7°;

- радиусы R₀ и R;

- величины проекции L и l≥2/3·L.

Определив коэффициенты К₁ и К₂ проводят параболы Y₁ и Y₂; это и будет фюзеляж вертолета, его профиль /фиг.6÷фиг.11-1/.

Применяя усеченный параболоид вращения: Y=X²/R² /5/, /фиг.5/, соосно расположенный над несущим винтом вертолета, обеспечиваем повышение аэродинамического эффекта. Используя каноническую формулу параболы: Y²=2PX; /5/, проведем предварительный расчет усеченного параболоида вращения. К примеру, радиус несущей лопасти вертолета МИ-8 равен 11,5 м. Уменьшим его в три раза получим - X=R=3,5 м. Зададим величину Y=3 м. Рассчитаем величину фокусного расстояния: P=Y²/2X=9/7≈1,3 м. Величина X₀ на уровне фокусного расстояния Р равна - X₀=Y²/2P=9/2·1,3≈2,7 м. Высота усеченного параболоида вращения равна h=Y-P=1,7 м.

Уменьшение радиуса несущего винта в три раза влечет за собой повышение числа оборотов в мин в три раза и увеличение результирующей площади несущего винта в три раза. Все это может адекватно обеспечить подъемную силу вертолета МИ-8.

Повернем на 180° усеченный параболоид вращения /фиг.5/ и, соосно расположив над несущим винтом, сверху над фюзеляжем получим вертолет одновинтовой схемы /фиг.6/, вертолет двухвинтовой соосной схемы /фиг.7/, двухвинтовой продольной схемы /фиг.8/. Проект вертолета, вписанного снизу под фюзеляж усеченного параболоида вращения, соосно расположенного над несущим винтом - это вертолет одновинтавой схемы /фиг.9/, вертолеты двухвинтовой соосной схемы /фиг.10/ и двухвинтовой продольной схемы /фиг.11/. Проектирование вертолетов и проектов вертолетов по формулам двух парабол с применением усеченного параболида вращения по сравнению с /4/ дает следующие технические результаты:

- повышение подъемной силы несущего винта более 20% при уменьшении его длины в два раза, соответственно с увеличением и числа оборотов в два раза;

- фюзеляж параболоидной формы повышает подъемную силу до 10;

- установка усеченного параболоида вращения сверху над фюзеляжем вертолета и снизу фюзеляжа проекта вертолета повышает подъемную силу на 10%;

- уменьшение продольных и поперечных колебаний несущей лопасти более 20%.

На фиг.1 изображена лопасть несущего винта, где 1 - загиб конца лопасти на угол β≥60°; 2 - узлы крепления; 2а - напуск; 3 - лонжероны; 4 - хвостовой отсек. На фиг.2 изображена аналогичная лопасть несущего винта. На фиг.3 изображен профиль лопасти несущего винта, где 2а - напуск, 3 - лонжероны, 4 - хвостовой отсек. На фиг.4 изображен продольный профиль несущей лопасти. На фиг.5 изображен параболоид вращения. На фиг.6 изображен профиль вертолета одновинтовой схемы, где 1 - физеляж, 2 - усеченный параболоид вращения, 3 - органы управления, 4 - несущие лопасти, 6 - крыло, 5 - узлы крепления параболоида к фюзеляжу. На фиг.6а изображена часть профиля вертолета фиг.6. На фиг.9 изображен профиль проекта вертолета одновинтовой схемы с обозначением элементов аналогично фиг.6 за исключением позиции 5 узла крепления параболоида к фюзеляжу /то же на фиг.10, фиг.11/.

На фиг.7 изображен профиль вертолета двухвинтовой схемы где 1 - фюзеляж, 2 - усеченный параболоид вращения, 3 - органы управления вертолетом, 4 - несущие лопасти, 6 - крыло, 5 - узлы крепления усеченного параболоида вращения.

На фиг.10 изображен профиль проекта вертолета двухвинтовой схемы с обозначением элементов аналогично фиг.7, исключая поз.5. На фиг.8 изображен профиль вертолета двухвинтовой продольной схемы, где 1 - фюзеляж, 2 - усеченный параболоид вращения, 4 - несущие лопасти, 5 - узлы крепления параболоида вращения к фюзеляжу. На фиг.11 изображен профиль проекта вертолета двухвинтовой продольной схемы с обозначением элементов аналогично фиг.8, исключая поз.5.

РАБОТА ВЕРТОЛЕТА.

Параболообразная несущая лопасть при вращении создает повышенное давление на нижней плоскости и разрежение на верхней плоскости, сила которых пропорциональна угловой скорости. Воздушный поток устремляется вниз, создавая подъемную силу и некоторое разрежение под усеченным параболоидом вращения. Воздушный поток устремляется под купол, создавая дополнительную подъемную силу. Вертолет взлетает и движется по маршруту. Воздушный поток создает на нижней кромке фюзеляжа повышенное давление, на верхней кромке - пониженное давление, создавая дополнительную подъемную силу. Вертолет прибывает к месту назначения и садится.

Исследования, проведенные на макете вертолета одновинтовой схемы, показали что подъемная сила несущего винта увеличивается более 20% по сравнению с /4/ при уменьшении его длины в два раза. Подъемная сила с применением усеченного параболоида вращения повышает подъемную силу примерно на 10%. Фюзеляж параболоидной формы повышает подъемную силу примерно до 10%.

Уменьшаются продольные и поперечные колебания несущей лопасти более 20%.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент №2228882 от 20 мая 2004 г.

2. Патент №20896455 1997 г.

3. Патент №2101214 от 22 апр. 1997 г.

4. "Вертолет труженик и воин" Изд. ДОСААФ СССР, 1984 г., г.Москва.

5. Справочник по математике. Гос. изд. тех. литературы, 1957 г., г.Москва.

1. Вертолет, имеющий по меньшей мере один несущий винт, фюзеляж, двигатели, органы управления, отличающийся тем, что задняя и передняя кромки лопастей несущего винта образованы пересечением двух парабол: Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2 или трех парабол: Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2; Y₃=K₃X^1/2, касающихся окружности радиусом R≥R₀, центр которой находится на расстоянии ≥2/3L, где L - проекция длины лопасти на координату X; изначально задают следующие величины: угол атаки α≥7°, параметры R, R₀, L, ≥2/3L, коэффициенты рассчитываются по формулам K₁=Y_1A/X_1A ^1/2 и К₂=Y_2B-2R_o/X_2B ^l/2, где точки А и В - точки касания парабол Y₁ и Y₂ окружности радиусом R, профиль нижней и верхней лопасти образованы пересечением двух парабол: Y₄=K₄X^1/2, Y₅=2R'+K₅X^1/2, передняя острая кромка закруглена радиусом R'≥R_o' задняя кромка образуется параболой: Y₆=К₆Х^1/2, служащей для уменьшения завихрений с напуском M≥R_o' на конце лопасти и уменьшающейся до нуля на 1/3 длины лопасти от начала координаты X, конец лопасти загнут на угол β≥60°, конец лопасти длиной 1,5 м имеет механическое кольцевое соединение для уменьшения продольных и поперечных колебаний, лопасть длиной более 1,5 м имеет продольный профиль в виде параболы Y₇=K₇X^1/2 с возможностью уменьшения продольных колебаний, коэффициенты выбираются из следующих величин:

К₃≥1; К₄≥1; К₅=/0,5÷0,8/K₄; К₅≥1; К₆≥1; К₇≥1.

2. Вертолет по п.1, отличающийся тем, что нижняя и верхняя поверхности фюзеляжа спроектированы по формулам двух парабол: Y₁=K₁X^1/2; Y₂=2R₀+K₂X^1/2, касающихся окружности радиусом R≥R₀, центр которой расположен на расстоянии ≥2/3L, где L - проекция длины фюзеляжа на координату X; коэффициенты K₁ и К₂ рассчитаны по формулам

K₁=Y_1A/X_1A ^1/2; K₂=Y_2B-2R_o/X_2B ^1/2, где точка А - точка пересечения перпендикуляра, восстановленного из точки ≥2/3L с линией угла атаки α≥7°; точка В - противоположный конец диаметра, отложенного от точки А, изначально задаются: угол атаки α≥7°, радиусы R₀ и R, величины проекций L и ≥2/3L.

3. Вертолет по п.1, отличающийся тем, что соосно с соответствующим несущим винтом установлен усеченный параболоид вращения, выполненный по формуле Y=-X²/R², где R - радиус несущей лопасти, при этом параболоид вращения установлен сверху над фюзеляжем, либо снизу фюзеляжа.