Многовинтовой вертолет
Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям вертолетов. Многовинтовой вертолет содержит фюзеляж, фермы, шасси, силовую установку, трансмиссию, несущие винты, рулевое управление. Крутящий момент от двигателя к четырем несущим винтам передается через три дифференциала. Выходные валы центрального дифференциала являются входными валами боковых дифференциалов, которые передают крутящий момент через конические передачи валам несущих винтов. Несущий винт многовинтового вертолета содержит втулку с установленными на ней лопастями. Втулка выполнена в виде двух кулачковых полумуфт, входящих в зацепление друг с другом. Одна из полумуфт содержит диск и имеет глухое соединение с валом несущих винтов, а другая - свободное и имеет пробег по окружности на угол, равный максимальному полетному шагу несущего винта и шагу авторотации вместе взятых. Лопасти несущего винта установлены шарнирно на свободно установленной на валу втулке и соединены тягами с диском втулки с глухим соединением с валом несущих винтов, на которой установлен винт управления тангажем и креном. Упрощается управление и повышается устойчивость вертолета. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Изобретение относится к авиационной промышленности, а именно к многовинтовым вертолетам.
Известны двухвинтовые вертолеты, содержащие фюзеляж, фермы, шасси, силовую установку, трансмиссию, несущие винты, автомат перекоса, рулевое управление, выполненные по соосной схеме (вертолеты К-52, Ка-31), по продольной схеме (вертолеты Як-24, СН-47 Chinook), поперечной схеме (вертолет Ми-12), данные вертолеты сложны в управлении и имеют ограниченную грузоподъемность. Наиболее близкими аналогами являются многовинтовой вертолет конструкции Г.Батизата http://www.avia.claw.ru/shared/1800.htm и Этьена Омишана http://crimso.msk.ru/Site/Crafts/ Craft28998.htm. Эти вертолеты имели сложную, громоздкую конструкцию, трудно управляемые и были непрактичны.
Цель изобретения - упрощение конструкции, повышение грузоподъемности, легкость управления, устойчивость в пилотировании, безопасность полета.
Поставленная цель достигается тем, что крутящий момент от двигателя к четырем несущим винтам передается через три дифференциала, один из них центральный, выходные валы которого являются входными валами двух боковых дифференциалов, а их выходные валы передают вращение через конические передачи валам несущих винтов. Для управления вертолетом по тангажу и крену на каждом валу несущих винтов установлен дополнительный винт с изменяемым шагом лопастей от положительного до отрицательного, при этом лопасти дополнительных винтов выполнены с равнозначным профилем верхней и нижней поверхностей, для достижения равнозначных аэродинамических характеристик при положительных и отрицательных углах атаки, а несущий винт выполнен с автоматическим изменением угла атаки лопастей из максимального полетного на угол режима авторотации при отказе в работе двигателя, это достигается тем, что втулка несущего винта выполнена в виде двух кулачковых полумуфт, входящих в зацепление друг с другом, при этом одна из них с диском имеет глухое соединение с валом, а другая - свободное и имеет пробег по окружности на угол, равный максимальному шагу несущего винта и шагу авторотации вместе взятых, при этом лопасти несущего винта установлены шарнирно на свободно установленной на валу втулке и соединены тягами с диском втулки с глухой посадкой на валу, на которой установлен винт управления тангажем и креном, при этом тяга поворота лопасти несущего винта выполнена телескопической и закреплена к лопасти цилиндрическим шарниром, ось которого расположена горизонтально плоскости вращения винта и перпендикулярно ее радиусу, а вторым концом закреплена шаровым шарниром к диску кулачковой втулки, с глухой посадкой на валу.
Фюзеляж многовинтового вертолета выполнен по продольно-поперечной схеме и имеет две продольные и одну поперечную фермы. На концах продольных ферм расположены четыре несущих винта.
На фиг.1 показан общий вид многовинтового вертолета, где:
1 - фюзеляж, 2 - поперечная ферма, 3 - продольные фермы, 4 - несущие винты, 5 - дополнительные винты управления по тангажу и крену, 6 - правая килевая лопасть, 7 - левая килевая лопасть.
На фиг.2 показана кинематическая схема трансмиссии и управления вертолетом, где:
8 - двигатель, 9 - муфта сцепления, 10 - обгонная муфта, 11 - центральный дифференциал, 12, 13 - выходные валы центрального дифференциала, 14, 15 - боковые дифференциалы, 16, 17, 18, 19 - выходные валы боковых дифференциалов, 20 -конические передачи, 21 - вал несущих винтов, 22, 23, 24, 25 - шлицевые стаканы, 26 -упорный подшипник, 27, 28, 29, 30 - тяги винта управления тангажом и креном (подводки), 31 -кулачковая втулка со свободной посадкой на валу, 32 - кулачковая втулка с глухой посадкой на валу, 33 - телескопические тяги, 34 - диск, 35, 36, 37, 38 - несущие винты, 39, 40, 41, 42 - винты управления тангажем и креном, 43, 44, 45, 46 - тросики управления тангажем и креном, 47, 48, 49, 50 - вилки, 51 - рычаг управления тангажем и креном, 52 - руль путевого управления, 53 - паук, 54 - шарнир Гука, 55 - двуплечий рычаг путевого управления (схема на фиг.6), 56 - тяги рулевого управления, 57 - ограничитель поворота паука.
Работа трансмиссии и управление вертолетом осуществляется следующим образом.
Крутящий момент от двигателя 8 передается через муфту сцепления 9, обгонную муфту 10, дифференциалы 11, 14, 15, конические передачи 20 на валы 21 и несущие винты 35, 36, 37, 38, а также на винты управления 39, 40, 41, 42. Дифференциалы делят входящий момент на выходных валах поровну, поэтому на всех несущих винтах момент и число оборотов винтов будет равным между собой. При повышении плотности воздуха, например, под винтами 35, 36 приведет к увеличению нагрузки на эти винты, замедлению частоты их вращения, и в то же время подъему их вверх и крену вертолета. Однако увеличение нагрузки на эти винты и снижение числа оборотов винтов 35, 36 приведет к увеличению числа оборотов несущих винтов 37, 38, так как моменты на выходных валах дифференциалов всегда равны между собой, а изменяется только число их оборотов. В связи с этим произойдет увеличение подъемной силы винтов 37, 38, что обеспечит удержание вертолета в горизонтальном положении.
Передача крутящего момента от двигателя к несущим винтам через дифференциалы, в силу постоянного равенства моментов на всех выходных валах дифференциалов и соответственно на всех несущих винтах и автоматического изменения числа оборотов их, при изменениях плотности воздуха под любым винтом при выравнивании моментов, позволяет автоматически осуществлять балансировку и устойчивость вертолета не только в горизонтальном положении, но и в любом заданном режиме полета. Набор высоты и снижение вертолета осуществляется изменением числа оборотов двигателя путем нажатия ножной педали - газ. При взлете, висении и снижении угол атаки лопастей винтов управления 39, 40, 41, 42 равен нулю. Для осуществления поступательного движения вертолета рычаг 51 перемещается вперед от себя (по стрелке фиг.2), при этом плечи - а, в паука 53 опустятся вниз и через систему рычагов и тросиков 43, 44 повернут вилки 47, 48, которые переместят скользящие шлицевые стаканы 22, 23 вниз по валу, в результате чего поводки 27, 28 повернут лопасти винтов управления 39, 40 из нулевого положения на отрицательный угол атаки, что вызовет уменьшение подъемной силы несущих винтов 35, 36. В то же время плечи паука с, d поднимутся вверх и через систему рычагов и тросиков 45, 46 повернут вилки 49, 50, которые переместят скользящие шлицевые стаканы 24, 25 вверх по валу, при этом поводки 29, 30 повернут лопасти винтов управления 41, 42 из нулевого положения на положительный угол атаки, что вызовет увеличение подъемной силы несущих винтов 37, 38.
В связи с тем, что лопасти винтов управления выполнены с равнозначным профилем верхней и нижней поверхностей (фиг.3), приложенная отрицательная нагрузка к винтам 35, 36 и положительная к винтам 37, 38 будут равными между собой, поэтому они не нарушат равенства моментов и числа оборотов между несущими винтами 35, 36 и 37, 38 и соответственно на выходных валах 16, 18 и 17, 19 дифференциалов 14, 15. Полученная разница в подъемной силе между парами несущих винтов 35, 36 и 37, 38 вызовет крен вертолета, в результате чего вектор тяги несущих винтов отклоняется в заданном направлении. Крен влево, вправо, по диагонали и движение назад осуществляются перемещением рычага в соответствующие направления.
На фиг.3 показано устройство несущего винта, находящегося в нейтральном положении, где:
31 - кулачковая втулка со свободной посадкой на валу, 32 - кулачковая втулка с глухой посадкой на валу, 34 - диск, 58 - упорный подшипник, 35 - жесткие лопасти несущего винта, 59 - осевой шарнир лопасти - 35; 33 - телескопическая тяга, 60 - цилиндрический шарнир тяги, 61 - шаровой шарнир тяги, 39 - лопасти винта управления по тангажу и крену, 62 - осевой шарнир лопасти винта управления, 27 - поводки, 22 - шлицевой скользящий стакан, 26 - упорный подшипник шлицевого скользящего стакана, 47 - вилка, 21 - вал несущих винтов, 64 - шайба, 65 - гайка.
Работа несущего винта осуществляется следующим образом.
При начале вращения вала несущих винтов (по стрелке фиг.4) глухо закрепленная на валу втулка 32, с установленными на ней лопастями 39, начнет вращаться и выбирать зазор между кулачками свободно установленной на валу втулки 31, которая в силу инерции покоя ее и лопастей несущих винтов 35 будет оставаться на месте до момента контакта кулачков втулок 32 и 31. Диск 34, вращаясь вместе с втулкой 32, переместит шаровой шарнир 61 по окружности в горизонтальной плоскости, поворачивая телескопическую тягу 33 из вертикального положения в наклонное, а вместе с ней и лопасть 35 несущего винта, на величину зазора между кулачками втулок 31 и 32, угол которого равен максимальному шагу несущего винта, при котором будет совершаться полет вертолета (фиг.4).
При отказе двигателя произойдет замедление вращения вала несущих винтов, в то время как лопасти несущего винта 35, вращаясь по инерции вместе с кулачковой втулкой 31, опередит вращение вала и повернет втулку 31 на величину, равную зазору между кулачками втулок 31 и 32. Цилиндрический шарнир 60 вместе с лопастью 35 переместится вправо, а шаровой шарнир 61 будет оставаться на месте до момента контакта кулачков втулок 31 и 32, в результате чего повернется телескопическая тяга 33, которая повернет лопасти несущего винта 35 на угол режима авторотации (фиг.5), при этом несущий винт, под напором воздуха снизу, будет продолжать вращаться в том же направлении, что и при полете. Вращение несущих винтов при авторотации вместе с трансмиссией дифференциалов и наличии несущего винта со свободной установкой угла атаки лопастей сохраняет автоматическую балансировку вертолета, а также возможность изменения режима снижения вертолета с помощью винтов управления из вертикального в наклонное или по спирали.
Рулевое управление осуществляется с помощью килевых лопастей, установленных на концах боковых ферм по диагонали. Кинематическая схема путевого управления представлена на фиг.6, где:
51 - рычаг управления тангажем и креном, 52 - руль путевого управления, 53 - паук, 54 - шарнир Гука, 55 - двуплечий рычаг путевого управления, 56 - тяги, 66, 67 - Т-образные рычаги, 68 - тросики управления левой килевой лопастью, 69 - тросики управления правой килевой лопастью, 6 - правая килевая лопасть, 7 - левая килевая лопасть.
Управление осуществляется следующим образом.
Поворотом руля путевого управления 52 вправо (по часовой стрелке) рычаг 51, жестко закрепленный с рулем 52, повернет через шарнир Гука 54 двуплечий рычаг 55, который через тяги 56, Т-образные рычаги 66, 67 и тросики 68, 69 повернет левую килевую лопасть 7 по часовой стрелке, а правую килевую лопасть 6 - против часовой стрелки. Под напором воздуха от несущих винтов на лопасти вертолет при поступательном движении будет поворачиваться вправо, а при висении - вращаться вокруг своей оси по часовой стрелке. При повороте руля 52 влево движения будут противоположными.
Предлагаемая схема многовинтового вертолета упрощает конструкцию вертолета, позволит создать вертолет большой грузоподъемности, обеспечить легкость управления, повысить надежность и безопасность полета.
1. Многовинтовой вертолет, содержащий фюзеляж, фермы, шасси, силовую установку, трансмиссию, несущие винты, рулевое управление, отличающийся тем, что крутящий момент от двигателя к четырем несущим винтам передается через три дифференциала, один из них центральный, выходные валы которого являются входными валами боковых дифференциалов, а выходные валы боковых дифференциалов передают крутящий момент через конические передачи валам несущих винтов.
2. Многовинтовой вертолет по п.1, отличающийся тем, что для управления вертолетом по тангажу и крену на каждом несущем валу установлен дополнительный винт с изменяемым шагом лопастей от положительного до отрицательного, при этом лопасти дополнительных винтов выполнены с равнозначным профилем верхней и нижней поверхностей для достижения равнозначных аэродинамических характеристик при положительных и отрицательных углах атаки.
3. Многовинтовой вертолет по п.1, отличающийся тем, что фюзеляж выполнен с одной поперечной и двумя продольными фермами, на концах которых установлены несущие винты.
4. Несущий винт многовинтового вертолета по п.1, содержащий втулку с установленными на ней лопастями, отличающийся тем, что втулка выполнена в виде двух кулачковых полумуфт, входящих в зацепление друг с другом, при этом одна из них с диском имеет глухое соединение с валом несущих винтов, а другая - свободное и имеет пробег по окружности на угол, равный максимальному полетному шагу несущего винта и шагу авторотации вместе взятых, при этом лопасти несущего винта установлены шарнирно на свободно установленной на валу втулке и соединены тягами с диском втулки с глухим соединением с валом несущих винтов, на которой установлен винт управления тангажем и креном, при этом тяга поворота лопасти несущего винта выполнена телескопической и закреплена к лопасти цилиндрическим шарниром, ось которого расположена горизонтально плоскости вращения винта и перпендикулярно ее радиусу, а вторым концом закреплена шаровым шарниром к диску кулачковой втулки, имеющей глухое соединение с валом.
