Лопасть несущего винта для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата



Лопасть несущего винта для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата
Лопасть несущего винта для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата
Лопасть несущего винта для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата
Лопасть несущего винта для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата
Лопасть несущего винта для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата
Лопасть несущего винта для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата
Лопасть несущего винта для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата
Лопасть несущего винта для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата
Лопасть несущего винта для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата
Лопасть несущего винта для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата
Лопасть несущего винта для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата
Лопасть несущего винта для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата

 


Владельцы патента RU 2408499:

СИКОРСКИ ЭРКРАФТ КОРПОРЕЙШН (US)

Изобретение относится к области авиации, более конкретно к лопасти несущего винта винтокрылого летательного аппарата. Лопасть несущего винта выполнена таким образом, что хорда лопасти увеличивается от корневой области лопасти к основной области лопасти и уменьшается от основной области к области законцовки лопасти несущего винта. При этом лопасть может быть выполнена в таком варианте, в котором хорда лопасти увеличивается в пределах основной области лопасти до максимальной хорды лопасти несущего винта, содержащейся в основной области лопасти несущего винта, а затем уменьшается в пределах основной области лопасти снаружи от максимальной хорды лопасти несущего винта. Также возможно выполнение лопасти таким образом, что максимальная хорда лопасти несущего винта будет находиться между 65% R и 75% R пролета лопасти несущего винта, определяемого от оси вращения лопасти до дистального конца области законцовки лопасти для определения эллиптического распределения. Технический результат заключается в создании лопасти несущего винта винтокрылого летательного аппарата для режима поступательного полета на скоростях свыше 250 узлов. 3 н. и 27 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Предпосылки создания изобретения

Настоящее изобретение относится к лопасти несущего винта для летательного аппарата, а более конкретно - к лопасти несущего винта для винтокрылого летательного аппарата с жесткими соосными несущими винтами противовращения, который выполнен с возможностью зависания и полета в крейсерском режиме со скоростями свыше 250 узлов.

Обычные винтокрылые летательные аппараты имеют скорость поступательного полета, которая ограничена рядом факторов. Среди них - тенденция отступающей лопасти к срыву потока на больших скоростях поступательного полета. Когда скорость поступательного полета возрастает, скорость воздушного потока на отступающей лопасти уменьшается настолько, что лопасть может войти в состояние срыва потока. В отличие от этого скорость воздушного потока на наступающей лопасти увеличивается с возрастанием скорости поступательного полета. Таким образом, поступательное движение вертолета создает асимметрию подъемной силы между наступающей и отступающей сторонами несущего винта. Эта асимметрия может создавать неустойчивое состояние, если подъемная сила не сбалансирована по наступающей и отступающей сторонам несущего винта.

Винтокрылый летательный аппарат с жесткими соосными несущими винтами противовращения способен достигать более высоких скоростей по сравнению с обычными одновинтовыми вертолетами, в частности, благодаря балансировке подъемной силы между наступающими сторонами наступающих лопастей несущих винтов в системах верхнего и нижнего несущих винтов. Кроме того, на отступающих сторонах несущих винтов также обычно не возникает классический срыв потока наступающей лопасти, от которого страдают обычные одновинтовые или двухвинтовые вертолеты.

Чтобы еще больше увеличить скорость полета, в состав винтокрылого летательного аппарата можно ввести вспомогательную движительную систему поступательного полета. Использование системы соосных несущих винтов противовращения в сочетании со вспомогательной движительной системой поступательного полета позволяет винтокрылому летательному аппарату достигать значительно более высоких скоростей, чем у обычного винтокрылого летательного аппарата, сохраняя при этом возможности зависания и полета с низкой скоростью.

Одной системой, важной для этих атрибутов полета, является конструкция несущего винта, лопасти которого являются основными конструктивными элементами, создающими силу и вызывающими движение. Конструктивные требования к винтокрылому летательному аппарату, включающему в себя систему несущих винтов противовращения, значительно отличаются от тех, которые предъявляются к обычному винтокрылому летательному аппарату. Как и в обычном винтокрылом летательном аппарате, наступающие лопасти обоих - верхнего и нижнего - несущих винтов создают подъемную силу; вместе с тем - и в отличие от обычного винтокрылого летательного аппарата, - отступающие лопасти несущих винтов противовращения разгружаются в соответствии с приростом скорости полета, вследствие чего не требуется балансировать боковые моменты (моменты крена). Вместо этого балансировка по крену достигается за счет балансировки суммарных воздействий равных и противоположно направленных моментов, создаваемых наступающими лопастями (наступающих сторон) несущих винтов противовращения. Способность разгружать отступающие лопасти от создаваемой подъемной силы ослабляет срыв потока на отступающей лопасти, который является основной причиной ограничения скорости на обычном винтокрылом летательном аппарате, что и позволяет достигать значительно увеличенных скоростей поступательного полета.

Другим следствием высокоскоростного полета является то, число Маха на законцовках, воздействию которого подвергаются наступающие лопасти высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата, значительно превышает то, которое характерно для обычного винтокрылого летательного аппарата, и это обуславливает работу отступающих лопастей ходовых винтов противовращения в значительно более широких диапазонах обратного потока. Как правило, обычные винтокрылые летательные аппараты имеют ограничения по относительной поступи несущего винта в диапазоне 0,4-0,45, подвергаются воздействию чисел Маха на законцовках наступающих лопастей в диапазоне 0,80-0,85 и в типичном случае имеют не более 45% отступающих лопастей, погруженных в обратный поток. Высокоскоростные винтокрылые летательные аппараты предназначены для достижения относительных поступей несущих винтов более 1,0 и выдерживания воздействия чисел Маха на законцовках наступающих лопастей более 0,9. Если не задать такие обороты в минуту несущего винта, при которых скорость законцовок несущего винта уменьшается с увеличением скорости полета, законцовки наступающих лопаток несущего винта могут достигать сверхзвуковых скоростей. Кроме того, значительно бульшие части отступающих лопастей погружаются в обратный поток на высоких скоростях; их доля в типичном случае составляет 80% при поступях несущих винтов порядка 0,8. Кроме того, нагрузки лопастей на высоких скоростях даже при нормальных рабочих условиях значительно выше, чем в случае обычного винтокрылого летательного аппарата.

Таким образом, аэродинамическая рабочая обстановка высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата значительно отличается от рабочей обстановки, с которой приходится сталкиваться обычному одновинтовому или многовинтовому летательному аппарату. Следовательно, необходимы конструкции лопастей несущих винтов, значительно отличающиеся от конструкций, являющихся более распространенными в настоящее время.

Соответственно требуется разработать лопасть несущего винта для диапазона режимов полета высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата, который включает в себя висение и поступательный полет на скоростях свыше 250 узлов.

Краткое изложение сущности изобретения

Лопасть несущего винта в соответствии с настоящим изобретением имеет несколько геометрических характеристик, в том числе форму в плане (хорду) лопасти, толщину, аэродинамический профиль и распределения круток. Конструкция является результатом оптимизации рабочих параметров несущего винта и эффективности высокоскоростного полета при одновременном удовлетворении конструктивных и аэродинамических требований по всему предполагаемому диапазону режимов полета высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата. Основными соображениями при проектировании лопасти являются: а) минимизация эффектов сжимаемости (сопротивления) на наступающей стороне; б) снижение сопротивления отступающих лопастей (на отступающей стороне); в) проектирование ротора с достаточной площадью лопастей (сплошностью); г) поддержание аэростатической устойчивости лопастей; и д) поддержание разделений законцовок лопастей между верхним и нижним несущими винтами.

Эффекты сжимаемости на наступающей стороне минимизируются посредством выбора аэродинамических профилей, распределения толщин, крутки, стреловидности лопастей и задания скоростей вращения несущего винта в зависимости от скорости полета. Сопротивление отступающих лопастей (на отступающей стороне) в обратном потоке минимизируется путем перераспределения хорды лопасти от внутренних областей к внешним вдоль пролета местам, управления крутками и внедрения конкретных аэродинамических профилей, предназначенных для минимизации сопротивления в условиях обратного потока. Площадь лопастей (сплошность несущего винта) максимизирует эффективность рабочих параметров в расчетной рабочей точке, поддерживая при этом достаточный запас продольной устойчивости. Расчетные параметры определяют для того, чтобы гарантировать, что аэростатические требования к лопастям и требования к зазору между законцовками удовлетворяются в соответствии с параметрами, которые установлены в результате независимого конструктивно-динамического и аэростатического анализов, а также с учетом соображений изготовления несущих конструкций.

Лопасть несущего винта согласно настоящему изобретению имеет особые очертания формы в плане, при которых хорда лопасти увеличивается от корневого конца внутренней области к внешней основной области лопасти. Хорда достигает максимального размера в некотором месте вдоль пролета в пределах основной области, а потом уменьшается к дистальному концу законцовки. Распределение хорды лопасти является таким, при котором хорда сначала плавно увеличивается от корневой области до места нахождения максимальной хорды в пределах основной области в соответствии с непрерывной кривой. Основная область лопасти также представляет собой гладкую кривую, которая плавно сужается к хорде законцовки.

Другим отличительным признаком конструкции лопасти несущего винта является место нахождения оси флюгирования лопасти, при этом ось флюгирования находится в положении половинной хорды на некотором расстоянии во внутренней области лопасти несущего винта, а затем идет к месту нахождения четвертной хорды. Место нахождения половинной хорды в пределах корневой области и внутренних областей лопасти несущего винта способствует нужному распределению конструктивных свойств лопасти и воплощению проектных соображений по изготовлению.

Еще одним отличительным признаком конструкции лопасти несущего винта является распределение аэродинамического профиля вдоль пролета лопасти от аэродинамического профиля тупой задней кромки, подходящего для работы в обратных потоках, до аэродинамического профиля острой передней кромки, подходящей для работы на числах Маха в середине диапазона их значений. В области законцовки предпочтительно используется аэродинамический профиль для дозвукового потока. Область корневого конца с тупой задней кромкой сужается, переходя в острую заднюю кромку.

Еще одним отличительным признаком конструкции лопасти несущего винта является нетрадиционное сочетание положительных и отрицательных градиентов круток.

Различные характеристики лопасти, описываемые здесь, можно использовать по отдельности или в любом сочетании в зависимости от конкретных требований к конструкции летательного аппарата.

Следовательно, в настоящем изобретении предложена лопасть несущего винта для такого диапазона режимов полета высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата, который включает в себя зависание и поступательный полет на скоростях свыше 250 узлов.

Краткое описание чертежей

Различные признаки и преимущества изобретения очевидны для специалистов в данной области техники из нижеследующего подробного описания предпочтительного варианта осуществления. Ниже приводится краткое описание чертежей, прилагаемых к подробному описанию:

фиг.1 - общий схематический вид возможного варианта осуществления винтокрылого летательного аппарата, предназначенного для использования с системой соосных жестких несущих винтов противовращения;

фиг.2А - вид в плане лопасти несущего винта, выполненной в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2Б - вид в плане еще одной лопасти несущего винта, выполненной в соответствии с настоящим изобретением и имеющей участок с номинально постоянной хордой;

фиг.2В - графическое представление характеристики распределения хорды лопасти;

фиг.2Г - вид в плане еще одной лопасти несущего винта, выполненной в соответствии с настоящим изобретением и имеющей законцовку, развернутую назад (т.е. с прямой стреловидностью);

фиг.2Д - вид в плане еще одной лопасти несущего винта, выполненной в соответствии с настоящим изобретением и имеющей законцовку, развернутую вперед (т.е. с обратной стреловидностью);

фиг.2Е - вид в плане лопасти несущего винта, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий положительный/отрицательный угол поперечного “V”;

фиг.2Ж - вид в плане лопасти несущего винта, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий изменяющиеся характеристики положения оси флюгирования;

фиг.3 - вид в плане лопасти несущего винта в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий сечения аэродинамического профиля с тупой задней кромкой и острой задней кромкой вдоль пролета нескрученной лопасти;

фиг.4 - графическое представление характеристик градиента крутки аэродинамического профиля и соответствующая ориентация по тангажу сечений воздушного профиля вдоль пролета лопасти;

фиг.5А - характеристика распределения толщины лопасти, характерная для лопасти несущего винта, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, и иллюстрирующая характеристику отношения (t/c) толщины к хорде аэродинамического профиля; и

фиг.5Б - вид задней кромки лопасти несущего винта, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий характеристику распределения толщины лопасти.

Подробное описание предпочтительного варианта осуществления

На фиг.1 показан пример высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата 10 вертикального взлета и посадки (ВВиП), имеющего систему 12 двух соосных несущих винтов противовращения. Летательный аппарат 10 включает в себя планер 14, который несет систему 12 несущих винтов, а также движительную систему 30, которая обеспечивает поступательную тягу, в основном, параллельно продольной оси L летательного аппарата. Хотя в описываемом варианте осуществления иллюстрируется конкретная конфигурация летательного аппарата, преимущество от применения настоящего изобретения можно получить также в других машинах, таких, как одновинтовые вертолеты, турбовинтовые летательные аппараты, летательные аппараты с поворотными несущими винтами и поворотными крыльями.

Система 12 несущих винтов включает в себя систему 16 первого несущего винта и систему 18 второго несущего винта. Каждая система 16 и 18 несущего винта включает в себя множество лопастей 20 несущего винта, установленных в узел 22, 24 втулки несущего винта, для вращения вокруг оси А вращения несущего винта. Множество лопастей 20 основного несущего винта выступают, по существу, радиально наружу из каждого узла 22, 24 втулки и опираются, выступая, в одном из многочисленных крепежных приспособлений, как правило, включающих в себя обтекатель (схематически показанный и обозначенный позицией 21). В системе 12 несущих винтов можно использовать любое количество лопастей 20. Система 12 несущих винтов приводится в движение с помощью основного редуктора 26, привод которого осуществляет один или несколько двигателей.

На фиг.2А представлен общий вид в плане одной лопасти 20 несущего винта, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, иллюстрирующий базовое распределение хорд и распределение площади лопасти по пролету лопасти. Лопасть 20 несущего винта можно в общем случае разделить на корневую область 40, внутреннюю область 42, основную область 44 и область 46 законцовки. Корневая, внутренняя основная области 40, 42, 44 и область 46 законцовки ограничивают пролет лопасти 20 несущего винта и ограничивают радиус R между осью А вращения и дистальным концом 48 законцовки области 46 законцовки лопасти. Лопасть 20 несущего винта ограничивает переднюю кромку 50 и заднюю кромку 52, каждая из которых ограничивает хорду С лопасти 20 несущего винта. Ось Р тангажа или флюгирования - это ось, вокруг которой в основном происходит аэродинамическая крутка лопасти.

Область лопасти, проходящая в пределах приблизительно 30% R, а предпочтительно - в пределах 15% R, ограничивает корневую область 40 и включает в себя систему крепления лопасти к втулке (схематически показанную на фиг.10). Видно, что лопасть 20 несущего винта установлена вдоль корневой области 40 таким образом, что корневая область 40 имеет сравнительно минимальную аэродинамическую значимость, поскольку она в типичном случае, по меньшей мере, частично заключена внутри обтекателя 21 лопасти (изображенного схематически на фиг.1). Обтекатель лопасти обеспечивает возможность установки лопасти 20 несущего винта в узел 22, 24 втулки несущего винта с помощью любых средств, известных в данной области техники, вследствие чего более подробное рассмотрение их в данном описании не требуется. Область лопасти, лежащая между корневым концом 54 и основной областью 44 лопасти 20, является внутренней областью 42.

Конструкция лопасти предусматривает особый контур, в котором хорда «с» лопасти может начать увеличиваться рядом с корневой областью 40 по длине внутренней области 42 и далее в основную область 44 лопасти 20, достигает максимальной хорды смакс в некотором месте вдоль пролета в пределах основной области 44, а затем хорда С лопасти уменьшается к дистальному концу 48 законцовки. В предпочтительном варианте передняя кромка 40 является в целом прямолинейной, а задняя кромка 52 имеет контур, ограничивающий изменяемую хорду «с» лопасти. Распределение хорд лопасти, присущее лопасти 20, является таким, при котором хорда «с» лопасти предпочтительно увеличивается плавно от корневой области 40 до максимальной хорды смакс в соответствии с непрерывной кривой и при котором основная область 44 лопасти также представляет собой гладкую кривую, которая плавно сужается к хорде сзак законцовки (фиг.2С).

Положение максимальной хорды смакс находится между 35% R и 85% R, предпочтительно - между 55% R и 80% R, а более предпочтительно - между 65% R и 75% R. Отношение корневой хорды скорн к максимальной хорде смакс (фиг.2С) находится между 0,2 и 1,0, предпочтительно - между 0,3 и 0,8, а более предпочтительно - между 0,5 и 0,75. Отношение хорды сзак законцовки к максимальной хорде смакс везде составляет от 0 до 1,0, но предпочтительно находится между 0,25 и 0,8.

Основная область 44 лопасти 20 является главной аэродинамической частью лопасти 20 несущего винта, включая область 46 законцовки. Основная область 44 ограничена таким образом, что простирается от 30% R до 100% R, а в более предпочтительном варианте составляет от 40% R до 100% R (Фиг.2А). Основная область предпочтительно предопределяет эллиптическое распределение площади лопасти по пролету, хотя можно использовать и другие распределения, такие - но не в ограничительном смысле, - как параболическое или полигональное распределение. Одно такое альтернативное распределение включает в себя основную область 44', при этом в части основной области 44' лопасти 20 предписывается наличие участка НПх с номинально постоянной хордой (Фиг.2Б), так что задняя кромка и передняя кромка на протяжении этого участка в основном параллельны.

Обращаясь к фиг.2В, замечаем, что хотя изображенные геометрические формы иллюстрируют гладкие и непрерывные переходы (сплошная линия) между внутренней областью 42 и основной областью 44 лопасти 20 несущего винта, такой переход не обязательно должен быть гладким и непрерывным. Эллиптическое/гладкое распределение хорд (сплошная линия) сравнивается с произвольным гладким распределением хорд, из которого исключено то, которое называется «эллиптическим» и представляет собой распределение хорд, которое математически ограничено в виде эллипса.

В качестве альтернативы представлено кусочно-линейное распределение хорд (штрихпунктирная линия) по внутренней области 42 от корневой хорды скорн до хорды сзак законцовки. Гладкое распределение хорд (сплошная линия) предпочтительно имеет место от корневой хорды скорн до хорды сзак законцовки с эллиптическим изменением хорд по основной области 44 и области 46 законцовки и с гладким распределением хорд по внутренней области 42. «Произвольное распределение хорд», включая участок НПх с номинально постоянной хордой, проиллюстрировано на фиг.2В пунктирной линией. Сплошная линия, пунктирная линия и штрихпунктирная линия показывают, что изменение хорды по пролету не должно быть обязательно гладким или обязательно ограниченным строгим математическим уравнением (эллиптическим, полиномиальным или любым другим уравнением). Иными словами, изменения хорды могут быть гладкими с математической точки зрения (сплошная линия), могут представлять собой ряд прямых сегментов (многоступенчатые кусочные распределения) (штрихпунктирная линия) или могут быть определены как произвольно гладкие, а не конкретно математически гладкие (пунктирная линия). Участок НПх с номинально постоянной хордой (пунктирная линия на фиг.2Б) может также обеспечивать коррекцию отмечаемого распределения посредством изменения около находящегося у внутренней области начала участка НПх с номинально постоянной хордой. В том смысле, в каком термин «произвольное изменение основной хорды» определяется в данном описании, он означает совокупность ряда точек и не обязательно определяется с помощью математического выражения. Следует иметь в виду, что на фиг.2Б изображено альтернативное представление формы лопасти 20' в плане (распределение площади по пролету), но оно по-прежнему находится в соответствии с положениями настоящего изобретения.

Область 46 законцовки лопасти, как правило, занимает внешние 15-30% R (т.е. занимает участок от 70-100% R до 85-100% R) лопасти 20 несущего винта. Область 46 законцовки может определяться несколькими конструктивными характеристиками, которые отличают ее от основной области 44, например, такими, как переход к околозвуковым аэродинамическим профилям, изменения в крутке или внедрение других геометрических характеристик, таких, как стреловидность, положительный двухгранный угол и отрицательный двухгранный угол.

На фиг.2А-2В область 46 законцовки в основном прямая. Заметно, что область 46 законцовки может сужаться, как на передней кромке 50, так и на задней кромке 52, но может сужаться и лишь на одной кромке. В альтернативном варианте область законцовки может быть развернута назад (прямая стреловидность) (фиг.2Г) или развернута вперед (обратная стреловидность) (фиг.2Д). Кроме того, область 46 законцовки может включать в себя участок 46с с положительным двухгранным углом, участок 46d с отрицательным двухгранным углом и их сочетание, определяемое, если смотреть по виду задней кромки (фиг.2Е). Следует понять, что можно использовать различные сочетания этих характеристик законцовок, такие, как прямые законцовки с отрицательным углом поперечного “V”, законцовки, развернутые назад или вперед с объединенными положительным углом поперечного “V” и отрицательным углом поперечного “V”, а также другие. Помимо этого, в качестве различных радиальных сегментаций области 46 законцовки лопасти, которые включают в себя стреловидность и положительный/отрицательный угол поперечного “V”, можно также использовать непрерывно изменяющиеся или многоступенчатые кусочно-линейные распределения. Можно также использовать разные стреловидности и положительные/отрицательные углы поперечного “V”.

Обращаясь к фиг.2Ж, отмечаем, что другим отличительным признаком лопасти 20 несущего винта, выполненной в соответствии с настоящим изобретением, является место нахождения оси Р флюгирования лопасти. На фиг.2Ж показана лопасть 20 несущего винта на виде в плане, при этом ось Р флюгирования находится в разных положениях. В случае одной лопасти 20А несущего винта (пунктирная очерчивающая линия), эта лопасть 20А характеризуется осью Р флюгирования в положении четвертной хорды (с/4), т.е. там, где она по традиции находится на обычных лопастях несущих винтов, так что ось Р флюгирования номинально совпадает с местом нахождения аэродинамического центра сечения лопасти вдоль всего пролета.

В случае другой лопасти 20В несущего винта (сплошная очерчивающая линия) ось флюгирования находится в положении половинной хорды (с/2) на некотором внутреннем отрезке лопасти 20В несущего винта, а потом переходит к месту нахождения четвертной хорды (с/4). Ось флюгирования находится в положении «с/2» в пределах 40% R, а более предпочтительно - в пределах 30% R. Переход от места нахождения половинной хорды «с/2» в место нахождения четвертной хорды «с/4» определяется таким образом, что он происходит на расстоянии пролета от 5% R до 50% R, а предпочтительно - на расстоянии пролета от 10% R до 20% R. На протяжении этого переходного расстояния ось Р флюгирования постепенно сдвигается от линии «с/2» половинной хорды к линии «с/4» четвертной хорды, так что снаружи от этого положения в пределах от 30% R до 50% R лопасти 20 ось Р флюгирования находится в положении, соответствующем четвертной хорде «с/4». Место нахождения половинной хорды (с/2) в пределах корневой области 40 и внутренней области 42 лопасти 20 В несущего винта упрощает достижение нужных распределений конструктивных свойств лопасти и воплощение проектных соображений по изготовлению.

Обращаясь к фиг.3, отмечаем, что здесь иллюстрируется постепенное распределение аэродинамического профиля от сечения А-А в корневой области к сечению F-F в законцовке. Лопасть 20 несущего винта предпочтительно предусматривает распределение аэродинамического профиля, которое изменяется от корневой области 40 к внутренней области 42, от внутренней области 42 к основной области 44 и от основной области 44 к области 46 законцовки. Типичные поперечные сечения А-А - F-F, проведенные на протяжении пролета лопасти поперечно оси Р флюгирования, иллюстрируют возможные воздушные профили, показанные в нулевом положении по тангажу на фиг.3.

В пределах корневой области 40 лопасти 20 несущего винта, а в частности в сечении А-А корневого конца 54 лопасти, аэродинамический профиль предпочтительно включает в себя узкую хорду и является относительно толстым, имея частично тупые задние кромки. Аэродинамические профили с тупыми задними кромками предпочтительно находятся между дистальным корневым концом 56 и отметкой приблизительно 35% R. Далее в направлении наружу и - как правило - в пределах внутренней области 42 (фиг.2А и 5Б) форма аэродинамического профиля переходит в аэродинамический профиль (сечения В-В и С-С), представляющий собой профиль с относительно острой задней кромкой, перед слиянием с основной областью 44 лопасти 20 несущего винта. Переход от аэродинамического профиля с тупой задней кромкой к аэродинамическому профилю с острой задней кромкой происходит в области, которая находится приблизительно между 30% R и 50% R (считая от задней кромки, как показано на фиг.5В). В основной области 44 лопасти предпочтительно используются аэродинамические профили (сечения D-D и Е-Е), имеющие аэродинамические профили с острыми задними кромками, пригодные для работы в середине диапазона их значений чисел Маха (сечение F-F).

Обращаясь к фиг.4, отмечаем, что еще одним отличительным признаком лопасти 20 несущего винта является распределение круток. Лопасть 20 несущего винта предпочтительно предусматривает нетрадиционную совокупность положительных и отрицательных градиентов крутки. То есть от корневого конца 54 до отметки приблизительно от 35% R до 50% R лопасть предпочтительно предусматривает положительный градиент крутки, начиная с отрицательной крутки на корневом конце 54. Вместе с тем градиент крутки по этой области не обязательно должен быть постоянным, а может изменяться в соответствии с некоторым гладким распределением и/или включать в себя кусочно-линейные изменяющиеся сегменты.

Крутка по основной области 44, проходящей от 35% R до начала области 46 законцовки, имеет отрицательный градиент крутки, который может быть постоянным, кусочно-линейно изменяющимся или непрерывно изменяющимся. Крутка по области 46 законцовки может быть положительно изменяющейся, отрицательно изменяющейся, постоянной или представлять собой сочетание этих вариантов. Крутки аэродинамических профилей лопасти в поперечных сечениях лопасти, показанных на фиг.4, в основном соответствуют поперечным сечениям, показанным на фиг.3, и наглядно изображают относительную крутку лопасти в каждом сечении от А-А до F-F.

Обращаясь к фиг.5А, отмечаем, что здесь изображена характеристика распределения толщины лопасти, характерная для лопасти 20 несущего винта. Безразмерные отношения (t/c) толщины к хорде аэродинамического профиля, представленные на фиг.5А, в основном соответствуют виду сзади задней кромки лопасти 20 несущего винта (фиг.5Б). Безразмерные и размерные измерения связаны непосредственно с распределениями аэродинамического профиля, рассмотренными ранее, и служат в качестве дополнительной иллюстрации распределения конструктивных и аэродинамических свойств лопасти. Отметим, что область 40 корневого конца имеет в основном постоянную толщину и тупую заднюю кромку, которая сужается, переходя в острую заднюю кромку.

Для специалиста в данной области техники очевидным является, что различные характеристики лопасти, рассмотренные выше, можно использовать по отдельности или в сочетании, что зависит от конкретных требований к конструкции летательного аппарата. Кроме того, хотя общее описание изобретения приведено в связи с винтокрылым летательным аппаратом, имеющим несущие винты противовращения, изобретение с равным успехом применимо к любому летательному аппарату, включая - но не в ограничительном смысле - одновинтовые вертолеты, высокоскоростные винтокрылые летательные аппараты сложной схемы, поворотные несущие винты и т.п.

Должно быть ясно, что такие термины относительного положения, как «вперед», «назад», «верхний», «нижний», «над», «под», «внутренняя», «внешняя» и т.п., употребляются применительно к нормальному рабочему положению летательного аппарата в воздухе, и их не следует считать имеющими какой-то иной ограничительный характер.

Хотя проиллюстрированы, описаны и заявлены конкретные последовательности этапов, очевидным является, что эти этапы можно осуществлять в любом порядке, по отдельности или вместе, если не указано иное, и это по-прежнему будет приводить к осуществлению настоящего изобретения.

Вышеизложенное описание является скорее примером, чем ограничениями, указанными в нем. В свете вышеуказанных положений, возможны многочисленные модификации и изменения этого изобретения. Выше описаны предпочтительные варианты осуществления этого изобретения, однако для специалиста в данной области техники очевидным является, что в рамках объема охраны этого изобретения возможны некоторые изменения. Поэтому очевидным является, что в рамках объема охраны прилагаемой формулы изобретения возможно осуществление этого изобретения не так, как указано в конкретном описании. По этой причине, для того, чтобы определить истинные объем охраны и содержание этого изобретения, следует обратиться к нижеследующей формуле изобретения.

1. Узел лопасти несущего винта для винтокрылого летательного аппарата, содержащий корневую область лопасти несущего винта, содержащую корневую присоединительную хорду, проведенную в пределах упомянутой корневой области лопасти несущего винта поперечно оси флюгирования, внутреннюю область лопасти несущего винта, находящуюся снаружи от упомянутой корневой области лопасти несущего винта, при этом упомянутая внутренняя область лопасти несущего винта содержит внутреннюю хорду в пределах упомянутой внутренней области лопасти несущего винта поперечно оси флюгирования, основную область лопасти несущего винта снаружи от упомянутой внутренней области лопасти несущего винта, при этом упомянутая основная область лопасти несущего винта содержит максимальную хорду лопасти несущего винта в пределах упомянутой основной области лопасти несущего винта поперечно упомянутой оси флюгирования, область законцовки лопасти несущего винта снаружи от упомянутой основной области, при этом область законцовки содержит хорду области законцовки в пределах упомянутой области законцовки лопасти несущего винта поперечно упомянутой оси флюгирования, и хорду лопасти, определенную между передней кромкой и задней кромкой, причем упомянутая задняя кромка определена вдоль корневой задней кромки упомянутой корневой области лопасти несущего винта, задней кромки внутренней области в упомянутой внутренней области лопасти несущего винта, задней кромки основной области в упомянутой основной области лопасти несущего винта и задней кромки области законцовки в упомянутой области законцовки лопасти несущего винта, при этом упомянутая хорда лопасти увеличивается от упомянутой корневой области лопасти несущего винта к упомянутой основной области лопасти несущего винта и уменьшается от упомянутой основной области к упомянутой области законцовки лопасти несущего винта.

2. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором упомянутая максимальная хорда находится между 35% R и 85% R пролета лопасти несущего винта, определяемого от оси вращения упомянутой лопасти несущего винта до дистального конца упомянутой области законцовки лопасти несущего винта.

3. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором отношение упомянутой корневой присоединительной хорды к упомянутой максимальной хорде находится между 0,2 и 1,0.

4. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором отношение упомянутой хорды законцовки к упомянутой максимальной хорде находится между 0,25 и 0,8.

5. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором упомянутая основная область лопасти несущего винта и упомянутая область законцовки лопасти несущего винта проходят от 30% R до 100% R пролета лопасти несущего винта, определяемого от оси вращения упомянутой лопасти несущего винта до дистального конца упомянутой области законцовки лопасти несущего винта.

6. Узел лопасти несущего винта по п.5, в котором упомянутая основная область лопасти несущего винта определяет эллиптическое распределение площади лопасти по длине основной области.

7. Узел лопасти несущего винта по п.5, в котором упомянутая основная область лопасти несущего винта определяет участок номинально постоянной хорды на части упомянутой основной области лопасти несущего винта.

8. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором упомянутая корневая область лопасти несущего винта проходит от 0% R до 30% R пролета лопасти несущего винта, определяемого от оси вращения упомянутой лопасти несущего винта до дистального конца упомянутой области законцовки лопасти несущего винта.

9. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором упомянутая область законцовки лопасти несущего винта проходит от 70% R до 100% R пролета лопасти несущего винта, определяемого от оси вращения упомянутой лопасти несущего винта до дистального конца упомянутой области законцовки лопасти несущего винта.

10. Узел лопасти несущего винта по п.9, в котором упомянутая область законцовки лопасти несущего винта включает в себя сужающийся участок законцовки.

11. Узел лопасти несущего винта по п.9, в котором упомянутая область законцовки включает в себя развернутый участок законцовки.

12. Узел лопасти несущего винта по п.9, в котором упомянутый участок законцовки лопасти несущего винта включает в себя участок с отрицательным углом поперечного "V".

13. Узел лопасти несущего винта по п.9, в котором упомянутый участок законцовки лопасти несущего винта включает в себя участок с положительным углом поперечного "V".

14. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором, по меньшей мере, участок упомянутой оси флюгирования расположен в месте нахождения половинной хорды на участке от 0% R до 40% R пролета лопасти несущего винта, определяемого от оси вращения упомянутой лопасти несущего винта до дистального конца упомянутой области законцовки лопасти несущего винта.

15. Узел лопасти несущего винта по п.14, в котором упомянутая ось флюгирования начинает переход от упомянутого места нахождения половинной хорды к месту нахождения четвертной хорды на расстоянии вдоль пролета от 5% R до 50% R.

16. Узел лопасти несущего винта, по п.1, в котором упомянутое корневое присоединительное сечение определяет форму аэродинамического профиля с тупой задней кромкой, а упомянутое сечение основной области ограничивает форму аэродинамического профиля с острой задней кромкой, причем упомянутая форма аэродинамического профиля с тупой задней кромкой переходит в упомянутую форму аэродинамического профиля с острой задней кромкой в пределах упомянутой внутренней области лопасти несущего винта.

17. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором упомянутое сечение области законцовки лопасти несущего винта включает в себя форму дозвукового аэродинамического профиля.

18. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором положительный градиент крутки ограничен между 0% R до 50% R пролета лопасти несущего винта, определяемого от оси вращения упомянутой лопасти несущего винта до дистального конца упомянутой области законцовки лопасти несущего винта.

19. Узел лопасти несущего винта по п.18, в котором упомянутый положительный градиент крутки переходит в отрицательный градиент крутки приблизительно на 40% R.

20. Узел лопасти несущего винта по п.18, в котором крутка 0 градусов возникает приблизительно на 75% R.

21. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором упомянутая корневая область лопасти несущего винта находится в пределах 15% R.

22. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором упомянутая корневая область лопасти несущего винта находится в пределах 30% R.

23. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором упомянутая область законцовки лопасти несущего винта находится в пределах 85% R.

24. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором упомянутая корневая присоединительная хорда, в основном, постоянна по пролету упомянутой корневой области лопасти несущего винта.

25. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором упомянутая основная область определяет эллиптическое распределение.

26. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором переход между упомянутой внутренней областью и упомянутой основной областью содержит увеличивающееся произвольное распределение хорд.

27. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором переход между упомянутой внутренней областью и упомянутой основной областью содержит увеличивающееся кусочно-линейное распределение хорд.

28. Узел лопасти несущего винта по п.1, в котором переход между упомянутой внутренней областью и упомянутой основной областью содержит увеличивающееся гладкое распределение хорд.

29. Узел лопасти несущего винта для винтокрылого летательного аппарата, содержащий хорду лопасти, определенную между передней кромкой и задней кромкой лопасти несущего винта, имеющей корневую область лопасти несущего винта, внутреннюю область лопасти несущего винта снаружи от упомянутой корневой области лопасти несущего винта, основную область лопасти несущего винта снаружи от упомянутой внутренней области лопасти несущего винта и область законцовки лопасти несущего винта снаружи от упомянутой основной области лопасти несущего винта, причем упомянутая задняя кромка определена вдоль корневой задней кромки упомянутой корневой области лопасти несущего винта, внутренней задней кромки упомянутой внутренней области лопасти несущего винта, задней кромки основной области в упомянутой основной области лопасти несущего винта и задней кромки области законцовки в упомянутой области законцовки лопасти несущего винта, при этом упомянутая хорда лопасти увеличивается в пределах упомянутой основной области лопасти несущего винта до максимальной хорды лопасти несущего винта, содержащейся в пределах упомянутой основной области лопасти несущего винта, а затем уменьшается в пределах упомянутой основной области лопасти несущего винта снаружи от упомянутой максимальной хорды лопасти несущего винта.

30. Узел лопасти несущего винта для винтокрылого летательного аппарата, содержащий хорду лопасти, определенную между передней кромкой и задней кромкой лопасти несущего винта, имеющей корневую область лопасти несущего винта, внутреннюю область лопасти несущего винта снаружи от упомянутой корневой области лопасти несущего винта, основную область лопасти несущего винта снаружи от упомянутой внутренней области лопасти несущего винта и область законцовки лопасти несущего винта снаружи от упомянутой основной области лопасти несущего винта, причем упомянутая задняя кромка определена вдоль корневой задней кромки упомянутой корневой области лопасти несущего винта, внутренней задней кромки упомянутой внутренней области лопасти несущего винта, задней кромки основной области в упомянутой основной области лопасти несущего винта и задней кромки области законцовки в упомянутой области законцовки лопасти несущего винта, при этом упомянутая хорда лопасти увеличивается между упомянутой осью флюгирования и упомянутой задней кромкой в пределах упомянутой основной области лопасти несущего винта до максимальной хорды лопасти несущего винта, содержащейся в пределах упомянутой основной области лопасти несущего винта, а затем уменьшается между упомянутой осью флюгирования и упомянутой задней кромкой в пределах упомянутой основной области лопасти несущего винта снаружи от упомянутой максимальной хорды лопасти несущего винта, при этом упомянутая максимальная хорда лопасти несущего винта находится между 65% R и 75% R пролета лопасти несущего винта, определяемого от оси вращения упомянутой лопасти несущего винта до дистального конца упомянутой области законцовки лопасти несущего винта, чтобы определять эллиптическое распределение.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиации, а также может использоваться в других областях, где применяются лопастные винты. .

Изобретение относится к летательным аппаратам. .

Изобретение относится к авиационной промышленности. .

Изобретение относится к области авиации. .

Изобретение относится к авиационной и космической технике, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки и, конкретно, к системе несущих винтов авиационно-космической системы (АКС).

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к конструкциям летательных аппаратов с несущим винтом. .

Изобретение относится к производству ветряных двигательных установок и может быть использовано при изготовлении лопастей, вентиляторов, крыльев летательных аппаратов и других полых изделий из композиционных материалов.

Движитель // 2232696
Изобретение относится к несущим винтам, использующимся в летательных аппаратах с вертикальным взлетом. .

Изобретение относится к области авиационной техники, а именно к изготовлению из слоистых композиционных материалов лопастей винтов летательных аппаратов. .

Изобретение относится к вертолетостроению и предназначено для управления величиной и направлением силы тяги несущего винта. .

Изобретение относится к системам управления аэродинамическими поверхностями и может быть включена в контур управления циклическим шагом многолопастного несущего винта, преимущественно беспилотного малоразмерного вертолета.

Изобретение относится к транспортному машиностроению и касается воздушного движителя, выполненного в виде воздушного винта при ограничениях его диаметра, и способа повышения силы тяги и КПД воздушного винта.

Изобретение относится к конструктивным элементам летательных аппаратов, в частности вертолетов. .

Вертолет // 2385266
Изобретение относится к области авиации и касается конструкции одновинтовых вертолетов. .

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к системам несущих винтов летательных аппаратов. .

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к многолопастным несущим винтам винтокрылого летательного аппарата. .

Изобретение относится к авиационной промышленности. .

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к многолопастному несущему винту винтокрылого летательного аппарата
Наверх