Фюзеляж легкого вертолета
Изобретение относится к области авиации и конструкции фюзеляжей вертолетов. Фюзеляж легкого вертолета содержит каркас средней части, каркас задней части с отсеком как минимум для одного двигателя (10), шасси, главный редуктор (28), а также набор подкрепляющих продольно-поперечных элементов каждой из частей фюзеляжа с обшивкой, формирующих внешние обводы вертолета. Каркас средней части выполнен из двух усиленных шпангоутов (11, 12) и состыкованных с ними трех панелей (13, 14, 15), причем шпангоуты установлены во взаимонаклонных друг к другу плоскостях так, что расстояния между верхними частями шпангоутов меньше, чем между нижними. Две из упомянутых панелей расположены в плоскостях, близких к горизонтальной, при этом одна панель (13) расположена по всей длине фюзеляжа на уровне общего пола кабины экипажа и транспортного отсека, вторая панель (14) расположена на уровне верхних частей усиленных шпангоутов и продлена консольно вперед от усиленных шпангоутов и назад от них по всей длине каркаса задней части фюзеляжа, а третья панель (15) выполнена по длине равной первой панели (пола) и ортогонально состыкована с ней в продольной плоскости симметрии подпольной части фюзеляжа. Изобретение обеспечивает прочность и аварийную безопасность конструкции. 4 з.п. ф-лы, 8 ил.
Изобретение относится к области авиации и может быть использовано при создании конструкции фюзеляжей вертолетов.
Известно множество конструкций фюзеляжей вертолетов, каркасы которых выполнены либо в виде балочных или форменных конструкций, как, например, в патенте США №6126113 от 21.09.1998 г. Известна также конструкция фюзеляжа, силовая (центральная) часть которой выполнена из состыкованных между собой панелей, образующих многогранную структуру, к которой пристыкованы передняя и задняя части фюзеляжа, силовые элементы которых являются продолжением панельных компонентов центральной части (патент WO №00/05130 от 14.07.1999 г.).
Наиболее близким по совокупности отличительных признаков является конструкция фюзеляжа легкого вертолета по патенту Франции №2693976, по кл. МПК В64С 1/12, от 22.07.1992 г. (в Роспатенте зарегистрирована за №2090450, по кл. В64С 27/00, от 20.09.1997 г.), которая принята за прототип. В известной конструкции каркас средней части фюзеляжа выполнен из перестыкованных между собой преимущественно плоских панелей, контур большинства которых повторяет обводы фюзеляжа. Упомянутые панели формируют транспортный отсек вертолета и являются образующими силового остова фюзеляжа.
К средней части фюзеляжа пристыкованы носовая часть, формообразующая кабину экипажа и имеющая с транспортным отсеком общий уровень пола, каркас задней части с отсеком как минимум для одного двигателя, шасси, главный редуктор со смонтированным на нем несущим винтом. Каждая часть фюзеляжа содержит набор подкрепляющих продольно-поперечных элементов с обшивкой, формирующих внешние обводы вертолета.
Пространственное размещение панелей и их конструктивное выполнение в известном техническом решении фюзеляжа накладывает ряд ограничений на эксплуатационные возможности использования вертолета. Так, из-за отсутствия целостности пространства объемов транспортного отсека и кабины экипажа, за счет расчлененности пространства транспортного отсека панелями каркаса средней части фюзеляжа на вертолете нет возможности:
- реализовать пассажировместимость вертолета, адекватную потенциальным внутренним объемам фюзеляжа;
- обустроить рабочие места медперсоналу так, чтобы обеспечить всесторонний доступ к лежащему на носилках пациенту с целью оказания интенсивной терапии в полете.
Кроме того, наличие в транспортном (грузовом) отсеке одного из контейнеров топливного бака, расположенного в районе потолка, накладывает повышенные требования к прочности конструкции отсека, его повышенной вентилируемости и доступности технического осмотра отсека (см. Авиационные Правила, часть 27, М., 2000, §27.963, стр.44-47).
Все это усложняет конструкцию фюзеляжа, увеличивает его вес и, что особенно важно, снижает безопасность для находящихся на борту людей в случае аварийной посадки вертолета.
Техническим результатом, достигаемым при реализации заявленного изобретения, является создание фюзеляжа легкого вертолета, конструкция которого направлена на устранение отмеченных недостатков при выполнении указанных в прототипе эксплуатационных задач, в частности увеличения пассажировместимости вертолета, в том числе возможности реализации интерьера транспортного (грузового) отсека в вариант «Купе-VIP» с амортизационными креслами.
Кроме того, предусмотрена возможность загрузки в транспортный (грузовой) отсек унифицированных медицинских носилок вместе с транспортировочной тележкой.
Указанный технический результат достигается тем, что в фюзеляже легкого вертолета, содержащем каркас средней части, сформированный из перестыкованных между собой преимущественно плоских панелей, контур которых повторяет внешние обводы фюзеляжа и образующих транспортный отсек вертолета, являющийся силовым остовом фюзеляжа, к которому пристыкованы носовая часть с кабиной экипажа, имеющая общий уровень пола с транспортным отсеком, каркас задней части с отсеком как минимум для одного двигателя, шасси, главный редуктор со смонтированным на нем несущим винтом, а также набор подкрепляющих продольно-поперечных элементов каждой из частей фюзеляжа с обшивкой, формирующих внешние обводы вертолета, согласно предложенному техническому решению каркас средней части выполнен из двух шпангоутов и состыкованных с ними трех панелей, причем шпангоуты установлены во взаимонаклонных друг к другу плоскостях так, что расстояния между верхними частями шпангоутов меньше, чем между нижними, две из упомянутых панелей расположены в плоскостях, близких к горизонтальной, при этом одна панель расположена по всей длине фюзеляжа на уровне общего пола кабины экипажа и транспортного отсека, вторая панель расположена на уровне верхних частей усиленных шпангоутов и продлена консольно вперед от усиленных шпангоутов и назад от них по всей длине каркаса задней части фюзеляжа, упомянутая панель выполнена так, что на переднем консольном участке и между усиленными шпангоутами одна из поверхностей панели образует потолок транспортного отсека, а на другой поверхности упомянутой панели в местах стыка с усиленными шпангоутами установлены узлы крепления главного редуктора, а третья панель выполнена по длине равной первой панели (пола) и ортогонально состыкована с ней в продольной плоскости симметрии подпольной части фюзеляжа, кроме того, каркас средней части снабжен силовой стойкой, жестко закрепленной в продольной плоскости симметрии фюзеляжа между передней консольной частью второй панели и первой панелью (полом), при этом силовая стойка имеет коробчатое поперечное сечение и одна из стенок выполнена съемной для монтажа внутри ее тяг управления несущим винтом; каркас задней части фюзеляжа содержит дополнительную панель, которая установлена на некотором расстоянии под второй панелью, соединена передним торцом с прилегающим усиленным шпангоутом и по периметру боковых сторон состыкована со второй панелью посредством как минимум двух арочных полушпангоутов, один из которых установлен по задним торцам обеих панелей, а в плоскости упомянутого прилегающего усиленного шпангоута между дополнительной и второй панелями установлена диафрагма, в совокупности образующие отсек для штатного оборудования, доступ в который осуществляется через проем, выполненный в дополнительной панели, при этом каркас задней части снабжен наклонным арочным шпангоутом, установленным между дополнительной панелью и первой панелью (полом), образующим проем в транспортный отсек средней части фюзеляжа, и контур наклонного арочного шпангоута сопряжен с продольным набором и обшивкой плавным аэродинамическом обводом, адекватным поверхности задней части фюзеляжа.
Кроме того, взаимопревышение второй панели над первой (полом) на участке между усиленными шпангоутами и формообразующие упомянутых шпангоутов выполнены с возможностью размещения в транспортном отсеке не менее двух рядов кресел, включая амортизационные, и как минимум по два кресла в каждом ряду, а проем в транспортный отсек через наклонный арочный шпангоут выполнен с возможностью загрузки через него унифицированных носилок совместно с транспортировочной тележкой, для чего на первой панели (полу) в зоне у помянутого проема предусмотрены узлы для крепления приемного устройства упомянутых носилок с тележкой.
Проведенный заявителем анализ уровня техники показал, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем отличительным признакам заявленного технического решения фюзеляжа, отсутствуют. Следовательно, заявленное техническое решение соответствует условию патентоспособности «новизна». Кроме того, из анализа уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявляемого технического решения преобразований на достижение указанного технического результата. Исходя из этого заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень».
Техническое решение поясняется чертежами, где:
- на фиг.1 представлен общий вид фюзеляжа легкого вертолета;
- на фиг.2 - каркас фюзеляжа в сборе;
- на фиг.3 - фрагмент конструкции каркаса средней части с силовой стойкой;
- на фиг.4 - поперечное сечение донной части фюзеляжа;
- на фиг.5 показано размещение в фюзеляже амортизационных кресел;
- на фиг.6 - выполнение интерьера транспортного отсека в варианте «Купе-VIP» с амортизационными креслами повышенной комфортности;
- на фиг.7 - размещение в транспортном отсеке медперсонала и пациента на унифицированных носилках и загрузка упомянутых носилок совместно с транспортировочной тележкой;
- на фиг.8 - показано приемное устройство для загрузки унифицированных носилок с транспортировочной тележкой.
Фюзеляж легкого вертолета выполнен из стыкуемых между собой носовой части 1, образующей кабину экипажа 2 с развитым лобовым остеклением 3, дверьми 4, средней части 5, каркас которой формирует транспортный отсек 6, являющийся силовым остовом фюзеляжа, к которому крепятся шасси 7 и несущая система (не показано), задней части 8, в которой размещен отсек 9 как минимум для одного двигателя 10.
Каркас средней части 5 фюзеляжа выполнен из двух усиленных шпангоутов 11, 12, и состыкованных с ними трех панелей 13, 14, 15, выполненных из высокопрочных композиционных материалов, армированных металлом. Шпангоуты 11, 12 уставлены во взаимнонакопленных друг к другу плоскостях так, что расстояние между верхними частями шпангоутов меньше, чем расстояние между их нижними частями.
Две из трех упомянутых панелей - панели 13 и 14 расположены в плоскостях, близких к горизонтальной, при этом первая панель 13 выполнена по всей длине фюзеляжа в виде пола, имеющего общий уровень для кабины экипажа 2 и транспортного отсека 6, причем, контур периметра панели 13 (пола) повторяет внешние обводы фюзеляжа.
Панель 13 (пол) армирована металлическими профилями 16 со встроенными в них узлами (не показано) для крепления кресел 17, включая и амортизационные, направляющих 18 приемного устройства 19 для загрузки унифицированных носилок 20 совместно с транспортировочной тележкой 21, а также узлы для крепления перевозимого внутри транспортировочного отсека 6 груза (не показано).
Вторая панель 14 расположена на уровне верхних частей усиленных шпангоутов 11, 12 и установлена так, что образует выступающую вперед от упомянутых шпангоутов консольную часть 22, а назад от шпангоутов 11, 12 панель 14 продлена по всей длине каркаса задней части 8 фюзеляжа. Между консольной частью 22 панели 14 и панелью 13 (полом) в продольной плоскости симметрии фюзеляжа установлена силовая стойка 23, подкрепляющая консольную часть 22 панели 14. Стойка 23 имеет коробчатое поперечное сечение и одна из сторон стойки выполнена съемной (не показано) для монтажа внутри стойки 23 тяг 24 управления несущим винтом. Панель 14 выполнена комбинированной конструкции с использованием композиционных и металлических элементов.
Поверхность панели 14, обращенная к полу (панели 13) на участке между усиленными шпангоутами 11, 12 и на ее консольной части 22, выполнена в виде потолка транспортного отсека 6 с установленной на ней шумопоглащающей панелью 25. Другая, противоположная поверхность панели 14 выполнена огненепроницаемой, за счет крепления к ней, например, титанового листа (не показано).
В местах стыка панели 14 со шпангоутами 11, 12 установлены узлы 26, 27 крепления главного редуктора 28.
Третья панель 15 выполнена по длине равной панели 13 (полу), расположена ортогонально этой панели в продольной плоскости симметрии подпольной части фюзеляжа и продлена до пересечения с поверхностью, формирующей внешне обводы донной части фюзеляжа.
Усиленные шпангоуты 11, 12 в подпольной части снабжены диафрагмами 29, 30, а по периметру внешнего контура упомянутые шпангоуты соединены продольно-поперечными набором (не показано) с обшивкой 31, что в совокупности с панелью 13 (полом) образуют топливный контейнер 32, разделенный панелью 15 на два топливных отсека 33, 34 кессонного типа.
Для обеспечения целостности конструкции фюзеляжа каркас его задней части 8 содержит дополнительную панель 35, которая установлена на некотором расстоянии под второй панелью 14 и своим передним торцом состыкована с прилежащим усиленным шпангоутом 12. По периметру боковых сторон панели 14 и 35 перестыкованы посредством как минимум двумя арочными полу шпангоутами 36, 37 и набором продольных элементов с работающей обшивкой (не показано), при этом арочный полушпангоут 37 установлен по задним торцам упомянутых панелей 14, 35, а в плоскости прилежащего усиленного шпангоута 12 между упомянутыми панелями установлена диафрагма 38, что в совокупности образуют отсек 39 для штатного оборудования, доступ в который осуществляется через проем 40, выполненный в дополнительной панели 35.
Для повышения жесткости каркаса задней части 8 фюзеляжа между дополнительной панелью 35 и панелью 13 (полом) установлен наклонный арочный шпангоут 41, который закреплен в местах стыка арочного полушпангоута 36 с дополнительной панелью 35 и усиленного шпангоута 12 с панелью 13 (полом). Кроме того, усиленные шпангоуты 11, 12 в плоскости дополнительной панели 35 перестыкованы продольными силовыми элементами 42, являющимися продолжением силовых элементов (не показано), расположенных по периметру боковых сторон дополнительной панели 35.
В наклонном арочном шпангоуте 41 организован проем 43 в транспортный отсек 6 фюзеляжа, соизмеримый по габаритам с дверным проемом двери 4, что обеспечивает повышенные эксплуатационные возможности вертолету. При этом угловое положение наклонного арочного шпангоута 41 выбрано так, что периметр его контура сопряжен с продольным набором и обшивкой задней части 8 фюзеляжа плавным аэродинамическим обводом, адекватным поверхности, образующей упомянутую часть фюзеляжа. Вследствие этого, как известно из экспериментальных исследований (см. А.К.Мартынов, Прикладная аэродинамика. М., Машиностроение, 1972, стр.358-360), граничные линии тока, формирующие зону турбулентного пограничного слоя в задней части 8 фюзеляжа не приводят к увеличению эффекта эжекции из застойной области за наклонным арочным шпангоутом 41, а следовательно, и разряжению в упомянутой области, что в свою очередь не приводит к увеличению донного сопротивления фюзеляжа.
На фиг.5-8 показаны примеры характерных эксплуатационных возможностей предлагаемого легкого вертолета. Так взаимопревышение второй панели 14 над первой панелью 13 (полом) на участке между усиленными шпангоутами 11, 12 и формообразующая конструкция упомянутых шпангоутов и их взаимное положение выполнены в предлагаемом техническом решении так, что в транспортном отсеке 6 обеспечивается возможность размещения не менее двух рядов кресел 17, включая амортизационные, и как минимум по два кресла в каждом ряду (фиг.5). Кроме того, объем транспортного отсека 6 позволяет реализовать в нем интерьер в стиле «Купе-VIP» (см. фиг.6), оборудованного специализированными повышенной комфортности креслами 44 и индивидуальными столиками 45 к ним.
Посадка пассажиров осуществляется через дверные проемы дверей 4, а багаж (не показано) загружается через проем 43 в наклонном арочном шпангоуте 41.
На фиг.7-8 показан вариант предлагаемого фюзеляжа для вертолета скорой медицинской помощи. Отличительным признаком упомянутого фюзеляжа является возможность загрузки через проем 43 в наклонном арочном шпангоуте 41 унифицированных медицинских носилок 20 совместно с транспортировочной тележкой 21, что не требует процедуры перекладки пациента 46 в процессе загрузки и этим повышается мобильность эвакуации.
Кроме того, объем транспортного отсека 6 обеспечивает возможность размещения рядом с носилками не менее двух кресел для медработников 47, 48 так, что обеспечивается с возможность всестороннего доступа к пациенту 46 для оказания интенсивной терапии в полете на борту вертолета.
Возможные варианты использования вертолета с предлагаемой конструкцией фюзеляжа не ограничиваются приведенными в настоящей заявке примерами. При этом архитектура построения силового каркаса фюзеляжа в предлагаемом изобретении решена с учетом обеспечения безопасности находящихся на борту людей в случаях аварийных посадок вертолета. Так панель 15, расположенная в продольной плоскости симметрии по всей длине донной части фюзеляжа и имеющая большую строительную высоту h и внешний саблевидный контур, повторяющий обводы днища фюзеляжа, играет роль своеобразного «полоза», сохраняющего с одной стороны целостность донной части фюзеляжа при разрушении полозкового шасси 7, а с другой - предотвращающего «зарывания» фюзеляжа в грунт от продольной Vx составляющей скорости аварийного соударения вертолета о землю. Обеспечение большей безопасности в аварийных ситуациях способствует и вынос топливного контейнера 32 за пределы обитаемого отсека - транспортного отсека 6, при этом сам контейнер 32 обладает повышенной ударостойкостью за счет силовых элементов каркаса фюзеляжа (усиленные шпангоуты 11, 12, панели 13, 15), его формирующих.
Таким образом, концепция структуры каркаса фюзеляжа, предлагаемая по данному изобретению, позволяет комплексно решить вопросы обеспечения прочности и аварийной безопасности конструкции, эксплуатационной доступности технического обслуживания размещенных в фюзеляже оборудования систем и агрегатов в различных вариантах использования вертолета.
1. Фюзеляж легкого вертолета, содержащий каркас средней части, сформированный из перестыкованных между собой преимущественно плоских панелей, контур которых повторяет внешние обводы фюзеляжа, и образующих транспортный отсек вертолета, являющимся силовым остовом фюзеляжа, к которому пристыкованы носовая часть с кабиной экипажа, имеющая общий уровень пола с транспортным отсеком, каркас задней части с отсеком как минимум для одного двигателя, и установочные узлы крепления шасси, и главного редуктора со смонтированным на нем несущим винтом, а также набор подкрепляющих продольно-поперечных элементов каждой из частей фюзеляжа с обшивкой, формирующих внешние обводы вертолета, отличающийся тем, что каркас средней части выполнен из двух усиленных шпангоутов и состыкованных с ними трех панелей, причем шпангоуты установлены во взаимонаклонных друг к другу плоскостях так, что расстояния между верхними частями шпангоутов меньше, чем между нижними, две из упомянутых панелей расположены в плоскостях, близких к горизонтальной, при этом одна панель расположена по всей длине фюзеляжа на уровне общего пола кабины экипажа и транспортного отсека, а вторая панель расположена на уровне верхних частей усиленных шпангоутов и продлена консольно вперед от усиленных шпангоутов и назад от них по всей длине каркаса задней части фюзеляжа, упомянутая панель выполнена так, что на переднем консольном участке и между усиленными шпангоутами одна из поверхностей панели образует потолок транспортного отсека, а на другой поверхности упомянутой панели в местах стыка с усиленными шпангоутами установлены узлы крепления главного редуктора, а третья панель выполнена по длине равной первой панели (пола), и ортогонально состыкована с ней в продольной плоскости симметрии подпольной части фюзеляжа.
2. Фюзеляж легкого вертолета по п.1, отличающийся тем, что каркас средней части снабжен силовой стойкой, жестко закрепленной в продольной плоскости симметрии фюзеляжа между передней консольной частью второй панели и первой панелью (полом), при этом силовая стойка имеет коробчатое поперечное сечение и одна из стенок стойки выполнена съемной для монтажа внутри ее тяг управления несущим винтом.
3. Фюзеляж легкого вертолета по п.1, отличающийся тем, что каркас задней части фюзеляжа содержит дополнительную панель, которая установлена на некотором расстоянии под второй панелью, соединена передним торцом с прилегающим усиленным шпангоутом и по периметру боковых сторон состыкована со второй панелью посредством как минимум двух арочных полушпангоутов, один из которых установлен по задним торцам обеих панелей, а в плоскости упомянутого прилегающего усиленного шпангоута между дополнительной и второй панелями установлена диафрагма, упомянутые панели и диафрагма образуют в совокупности отсек для штатного оборудования, доступ в который осуществляется через проем, выполненный в дополнительной панели.
4. Фюзеляж легкого вертолета по п.3, отличающийся тем, что каркас задней части снабжен наклонным арочным шпангоутом, установленным между дополнительной панелью и первой панелью (полом), образующим проем в транспортный отсек средней части фюзеляжа, и контур наклонного арочного шпангоута сопряжен с продольным набором и обшивкой плавным аэродинамическим обводом, адекватным поверхности задней части фюзеляжа.
5. Фюзеляж легкого вертолета по п.1, отличающийся тем, что взаимопревышение второй панели над первой панелью (полом) на участке между усиленными шпангоутами и формообразующие упомянутых шпангоутов выполнены с возможностью размещения в транспортном отсеке не менее двух рядов кресел, включая амортизационные, и как минимум по два кресла в каждом ряду, а проем в транспортный отсек через наклонный арочный шпангоут выполнен с возможностью загрузки через него унифицированных носилок совместно с транспортировочной тележкой, для чего на первой панели (полу) в зоне упомянутого проема предусмотрены узлы для крепления приемного устройства для упомянутых носилок с тележкой.
