Автожир двухместный с вертикальным взлетом и посадкой
Изобретение относится к области авиации, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Автожир содержит фюзеляж (1) с кабиной пилота, с установленным на нем складывающимся пилоном (2), головку ротора (3), имеющую регулируемую торсионную втулку (16) и толкающий винт (5) с регулируемым шагом. В головке ротора (3) для равномерного распределения нагрузки на торсионную втулку (16), при предварительной раскрутке ротора (4), торсион выполнен из плоских композитных пластин без изгиба. Плоскость крепления качающегося шарнира (15) торсионной втулки (16) развернута на угол не более 40° к продольной оси торсиона втулки (16) ротора (4). Головка ротора (3) крепится к пилону через рамочный шарнир (9) со смещенной вперед осью качения (10). Толкающий винт (5) имеет регулируемую торсионную втулку, набранную из композитных пластин. Все соединения тяг управления наклоном головки ротора и шарнирное соединение валов раскрутки ротора расположены на оси поворота стойки. Достигается уменьшение вибрации и нагрузки на ручке управления. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к изготовлению и эксплуатации автожиров.
Известно множество автожиров, построенных за последнее время. Известен автожир, описанный в заявках WO 1997/008050 (МПК8 B64C 27/02, опубл. 06.03.1997), WO 1998/030446 (МПК8 B64C 11/06, 16.07.1998). Принцип изменения шага ротора и толкающего винта данных конструкций автожира заключается в изготовлении особых пустотелых лопастей, внутри которых проходят длинные торсионы. Автожир, описанный в этих заявках, позволяет производить вертикальный взлет и вертикальную посадку за счет изменения шага ротора. Лопасти толкающего винта с изменяемым шагом выполнены по тому же принципу, что и лопасти ротора.
Недостатком его является особая трудоемкая технология изготовления лопастей и торсионов, которая не позволяет использовать классическую технологию изготовления лопастей в авиации.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является автожир по патенту RU 2313473 C1 (МПК B64C 27/02, опубл. 27.12.2007), в котором используется головка ротора изменяемого шага с торсионной втулкой. Недостатком данной конструкции является то, что качающийся шарнир имеет сфрезерованные грани под углом 2-3° к плоскости, в результате чего стеклотекстолитовый торсион, закрепленный на качающемся шарнире, имеет угол 4-6°. При предварительной раскрутке ротора за счет центробежных сил происходит уменьшение этого угла до 0, при этом верхние стеклотекстолитовые пластины торсиона испытывают дополнительную нагрузку на разрыв, а нижние сжимаются, что является недостатком данной конструкции и может привести к разрушению торсиона при раскрутке ротора.
Для уменьшения нагрузки на ручке, при управлении автожиром в полете, рамочный шарнир выполнен симметричным, а на головке закреплен обтекатель, выполняющий роль разгрузочного воздушного компенсатора. Эта конструкция не может эффективно решать проблему разгрузки усилия на ручке при управлении автожиром в полете.
Таким образом, существует потребность в разработке автожира с более совершенными узлами, надежного в полете, легко управляемого и удобного при хранении.
В основу заявляемого изобретения положена задача создания автожира с изменяемым шагом ротора для осуществления вертикального взлета и вертикальной посадки, надежного и безопасного, легко управляемого в полете.
Поставленная задача решается с помощью автожира с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой, включающего фюзеляж, с установленным на нем пилоном с головкой ротора, закрепленной к пилону через рамочный шарнир и имеющей торсионную втулку, состоящую из качающегося шарнира и торсиона, набранного из композитных пластин, силовую установку с толкающим винтом регулируемого шага, размещенную за кабиной пилота, хвостовое вертикальное оперение с рулем направления, трехопорное шасси.
Торсион втулки ротора набран из плоских композитных пластин без изгиба, на концах торсиона установлены лопасти ротора, плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора развернута на угол не более 40° относительно продольной оси торсиона или плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора совпадает с продольной осью торсиона, головка ротора закреплена к пилону через рамочный шарнир со смещенной вперед осью качения.
Предпочтительно плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора развернута относительно продольной оси торсиона на угол 30°.
Предпочтительно толкающий винт с регулируемым шагом имеет регулируемую торсионную втулку, набранную из композитных пластин, установленную на ступицу, на концах торсионной втулки закреплены лопасти.
Предпочтительно лопасти обрезаны по контуру кока.
Предпочтительно для складывания пилона в горизонтальное положение все соединения тяг управления наклоном головки ротора шарнирное соединение Гука валов раскрутки привода ротора расположены на оси поворота стойки пилона.
Поставленная задача решается также с помощью головки ротора для автожира, закрепленной к пилону через рамочный шарнир, включающей торсионную втулку, состоящую из качающегося шарнира и торсиона, набранного из композитных пластин.
Торсион втулки ротора набран из плоских композитных пластин без изгиба, плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора развернута на угол не более 40° относительно продольной оси торсиона или плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора совпадает с продольной осью торсиона, головка ротора закреплена к пилону через рамочный шарнир со смещенной вперед осью качения.
Предпочтительно плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора развернута относительно продольной оси торсиона на угол 30°.
В головке ротора для равномерного распределения нагрузки на торсионную втулку ротора, при предварительной раскрутке ротора, торсион выполнен из плоских композитных пластин без изгиба.
Для уменьшения вибрации на ручке управления в полете, плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора развернута на угол не более 40° к продольной оси торсиона.
По другому варианту выполнения автожира, плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора совпадает с продольной осью торсиона.
Для уменьшения нагрузки на ручке при управлении автожиром в полете по тангажу, головка ротора крепится к пилону через рамочный шарнир со смещенной вперед осью качения.
Для удобства хранения и транспортировки автожира снимаются лопасти ротора, пилон складывается в горизонтальное положение при помощи электрогидропривода без дополнительной разборки. Для этого все шарнирные соединения тяг управления головкой ротора, а также шарнирное соединение Гука валов раскрутки привода ротора расположены на оси поворота стойки пилона.
Предлагаемая головка ротора может применяться в автожирах других конструкций.
Предпочтительно для установки в полете благоприятного режима двигателя, толкающий винт выполнен с регулируемым шагом. Для этого на полый фланец редуктора, через который проходит тяга управления шагом, установлена пустотелая ступица, на которую крепится торсионная втулка, набранная из композитных пластин. Весь механизм с изменяемым шагом закрыт коком большого диаметра. На концах втулки закреплены трапециевидные лопасти, обрезанные по контуру кока. Данная конструкция воздушного винта с регулируемым шагом может быть применена как в толкающем, так и в тянущем варианте и может быть использована на любом летательном аппарате.
Техническим результатом заявляемого решения является создание автожира, который является безопасным, надежным и компактным летательным аппаратом, с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой.
Ниже приведен один из возможных вариантов автожира с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой.
На фиг.1 представлен общий вид заявленного автожира.
На фиг.2 показана компоновка механизмов управления автожиром.
На фиг.3 показана деталировка головки ротора с изменяемым шагом.
На фиг.4 показана деталировка толкающего винта с регулируемым шагом.
Автожир состоит из фюзеляжа 1 (Фиг.1), стойки пилона 2, головки ротора 3, ротора 4, толкающего винта 5, хвостового оперения 6, трехколесного шасси 7.
Головка ротора 3 (Фиг.2) включает корпус подшипника ступицы 8, который крепится к стойке пилона 2, через рамочный шарнир 9, имеющий смещенную вперед ось качения 10 (Фиг.3).
В подшипник корпуса 8 вставлен пустотелый вал ступицы 11, на ступицу 11, установлено жестко или через обгонную муфту зубчатое колесо 12 в зависимости от конструкции привода.
Привод 13 раскрутки ротора 4 установлен на плиту 14.
Корпус подшипника 8 ступицы закреплен на плите 14.
На вал ступицы 11 установлен качающийся шарнир 15, на котором закреплен торсион, набранный из прямых композитных пластин.
Плоскость крепления качающегося шарнира 15 торсионной втулки 16 ротора 4 с валом ступицы 11 развернута на угол не более 40° относительно продольной оси торсиона или плоскость крепления качающегося шарнира 15 торсионной втулки 16 ротора 4 с валом ступицы 11 совпадает с продольной осью торсиона (Фиг.3).
В полую ступицу 11 вставлен вал 17, на котором установлено коромысло 18. Качающийся шарнир 15 и вал коромысла 17 фиксируются на ступице 11 осью.
Концы коромысла 18 через тяги 19 соединены с рычагами 20 торсионной втулки 16.
Лопасти ротора крепятся к торсионной втулке 16 через пластины 21. Вал коромысла 18 соединен с тягой шага 22 через подшипниковый шарнир 23.
Управление шагом лопастей ротора 4
От ручки управления 24 (шаг-газ) через тяги 22, через подшипниковый шарнир 23, шток 17 усилие передается на коромысло 18 и через тяги 19 воздействует на торсионную втулку 16, набранную из прямых композитных пластин, таким образом, изменяя шаг лопастей ротора.
Управление углом атаки лопастей ротора 4
От ручки управления автожиром 25 через тяги 26, закрепленные на качающихся рычагах 27, усилие передается на плиту 14, на которой закреплен корпус подшипника ступицы 8, вал ступицы 11, качающийся шарнир 15 с торсионной втулкой 16. Таким образом, меняется угол атаки ротора 4 по тангажу и по крену.
Предварительная раскрутка ротора 4
От шкива 28, посаженного на вал редуктора двигателя 29, через ременный привод 30 с натяжным роликом, крутящий момент передается на угловой редуктор 31.
От углового редуктора 31 через двойной шарнир Гука 32 и шлицевое соединение 33 крутящий момент передается на привод 13 раскрутки ротора 4.
Поворот стойки пилона 2 в горизонтальное положение
Все соединения тяг управления 26 головкой ротора 3 и шарнирное соединение Гука 32 валов привода раскрутки ротора 4 расположены на оси поворота 34 стойки пилона 2. Это дает возможность при снятых лопастях ротора 4 с помощью электрогидропривода 35 поворачивать пилон в горизонтальное положение без дополнительной разборки.
Толкающий винт с регулируемым шагом 5
Толкающий винт с регулируемым шагом 5 состоит из полой ступицы 36, через которую проходит вал коромысла 45, фиксируемый штифтом (Фиг.4).
На ступицу 36 установлена торсионная втулка 38, набранная из прямых композитных пластин.
На концах торсионной втулки 38 через крепление 39 закреплены лопасти 40 и рычаги управления шагом 41. Весь механизм закрыт коком 48 большого диаметра.
Усилие от электропривода 42, через рычаг 43, через подшипниковый шарнир 44 передается на вал 45 и коромысло 46. От коромысла 46, через тяги 47, усилие передается на рычаги 41 и на торсионную втулку 38 толкающего винта 5. Таким образом, изменяется шаг лопастей 40 толкающего винта 5.
Автожир работает следующим образом.
Запускается двигатель 29. Ручкой управления шаг-газ 24 лопасти ротора 4 выводятся на нулевой угол атаки, после чего при помощи ременного привода 30 с натяжным роликом производится раскрутка ротора 4 до оборотов, в 1,5 раза превышающих полетные, при этом автожир удерживается на тормозах. Система управления общим шагом лопастей ротора 4 обеспечивает три фиксированных положения на ручке шаг-газ по углу установки лопастей ротора: с нулевым углом атаки, установочным (полетным) и посадочным.
После достижения ротором 4 оборотов 450-500 об/мин, прекращается раскрутка ротора 4. Ручкой шаг-газ 24 угол атаки лопастей ротора 4 выводится на полетный и прибавляется газ. В результате чего происходит загрузка ротора 4.
Автожир взлетает вертикально и начинает поступательное движение, при этом обороты ротора 4 падают до полетных, а ротор 4 вращается уже от набегающего потока воздуха. В дальнейшем автожир управляется по самолетному. Перед посадкой автожира убирается газ и автожир, зависая над посадочной площадкой, начинает опускаться (парашютировать). За 1-2 м от земли, в зависимости от массы лопастей ротора 4, ручкой управления шаг-газ 24 угол атаки лопастей ротора увеличивается, т.е. переводится на посадочный угол. При этом скорость парашютирования автожира значительно уменьшается и происходит мягкая посадка.
На автожире установлен толкающий винт 5 с регулируемым шагом. При выполнении маршрутного полета или полета на повышенных скоростях, при помощи электропривода 42, производится увеличение угла атаки лопастей 40 толкающего винта 5, закрепленных на концах торсионной втулки 38. При этом создается благоприятный режим работы двигателя.
Для удобства хранения автожира и перевозки в трейлере, достаточно снять лопасти ротора 4 и при помощи электрогидропривода 35 опустить пилон в горизонтальное положение без какой-либо дополнительной разборки.
Описанный выше автожир является лучшим вариантом осуществления изобретения и показан на Фиг.1, Фиг.2, Фиг.3, Фиг.4.
Автожир в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения включает фюзеляж, с установленным на нем складывающимся пилоном, с головкой ротора, имеющей регулируемую торсионную втулку, и толкающий винт с регулируемым шагом.
Для равномерного распределения нагрузки на торсионную втулку 16 ротора 4, при предварительной раскрутке ротора 4, торсион выполнен из плоских композитных пластин без изгиба.
Для уменьшения вибрации на ручке управления в полете, плоскость крепления качающегося шарнира 15 торсионной втулки 16 ротора 4 с валом ступицы 11 развернута на угол 30° относительно продольной оси торсиона (Фиг.3).
Для уменьшения нагрузки на ручке управления автожиром в полете, ось 10 рамочного шарнира 9 смещена вперед.
Для удобства хранения и перевозки в трейлере, пилон выполнен складывающимся.
Для выбора благоприятного режима двигателя в полете, толкающий винт 5 (Фиг.4) выполнен с регулируемым шагом.
Изобретение применяется для изготовления винтокрылых летательных аппаратов, в частности автожиров с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой.
Головка ротора может быть использована в автожирах других конструкций.
1. Автожир с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой, включающий фюзеляж, с установленным на нем пилоном с головкой ротора, закрепленной к пилону через рамочный шарнир и имеющей торсионную втулку, состоящую из качающегося шарнира и торсиона, набранного из композитных пластин, силовую установку с толкающим винтом регулируемого шага, размещенную за кабиной пилота, хвостовое вертикальное оперение с рулем направления, трехопорное шасси, отличающийся тем, что торсион втулки ротора набран из плоских композитных пластин без изгиба, на концах торсиона установлены лопасти ротора, плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора развернута на угол не более 40° относительно продольной оси торсиона или плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора совпадает с продольной осью торсиона, головка ротора закреплена к пилону через рамочный шарнир со смещенной вперед осью качения.
2. Автожир по п.1, отличающийся тем, что плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора развернута относительно продольной оси торсиона на угол 30°.
3. Автожир по п.1, отличающийся тем, что толкающий винт с регулируемым шагом имеет регулируемую торсионную втулку, набранную из композитных пластин, установленную на ступицу, на концах торсионной втулки закреплены лопасти.
4. Автожир по п.3, отличающийся тем, что лопасти обрезаны по контуру кока.
5. Автожир по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что для складывания пилона в горизонтальное положение все соединения тяг управления наклоном головки ротора, шарнирное соединение Гука валов раскрутки привода ротора расположены на оси поворота стойки пилона.
6. Головка ротора для автожира, закрепленная к пилону через рамочный шарнир, включающая торсионную втулку, состоящую из качающегося шарнира и торсиона, набранного из композитных пластин, отличающаяся тем, что торсион втулки ротора набран из плоских композитных пластин без изгиба, плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора развернута на угол не более 40° относительно продольной оси торсиона или плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора совпадает с продольной осью торсиона, головка ротора закреплена к пилону через рамочный шарнир со смещенной вперед осью качения.
7. Головка ротора по п.6, отличающаяся тем, что плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора развернута относительно продольной оси торсиона на угол 30°.
