Рулевой винт вертолета, установленный в туннеле



Рулевой винт вертолета, установленный в туннеле
Рулевой винт вертолета, установленный в туннеле
Рулевой винт вертолета, установленный в туннеле
Рулевой винт вертолета, установленный в туннеле

 


Владельцы патента RU 2538497:

Открытое акционерное общество "Камов" (RU)

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к конструкциям рулевых винтов, служащих для компенсации реактивного момента несущего винта и путевого управления вертолетом. Рулевой винт вертолета, установленный в туннеле, имеющем профилированную входную, цилиндрическую и выходную части, состоит из статора, внутри которого закреплен редуктор с входным валом и выходным валом, на котором установлена втулка с закрепленными на ней лопастями, неподвижных лопаток спрямляющего аппарата, установленных наклонно к поверхности туннеля и закрепленных одним концом на поверхности цилиндрической части туннеля, а другим на статоре. Рулевой винт содержит двенадцать лопастей, установленных в два ряда. Второй ряд лопастей расположен в цилиндрической части туннеля. Расстояние между рядами 0,08-0,20 радиуса рулевого винта, при этом угловые расстояния между ближайшими лопастями в общей для двух рядов последовательности лопастей в каждой из последовательных по вращению трех пар лопастей соотносятся как 3:5:7, а количество лопастей в каждом ряду четное и установлены они диаметрально противоположно. Опоры лопаток спрямляющего аппарата на цилиндрической поверхности туннеля расположены симметрично относительно оси входного вала, а крепление каждой из лопаток к статору смещено по отношению крепления той же лопатки к поверхности туннеля в направлении по часовой стрелке со стороны профилированной входной части туннеля. Достигается снижение акустического излучения рулевого винта с минимально возможным уровнем вибраций при одновременном повышении его аэродинамического качества. 4 ил.

 

Изобретение относится к авиационной технике, а именно к конструкции рулевых винтов вертолетов, служащих для компенсации реактивного момента несущего винта, а также для путевого управления вертолетом.

Известен рулевой винт в туннеле, описанный в патенте US 8286908 B2 (B64C 27/82).

Рулевой винт создает силу тяги, необходимую для компенсации крутящего момента несущего винта и путевого управления вертолетом. Рулевой винт установлен в поперечном туннеле, который имеет профилированную входную, цилиндрическую и выходную части. Поперечный туннель размещается в хвостовой части вертолета. К стенкам туннеля крепятся одним концом неподвижные лопатки спрямляющего аппарата, а другим концом лопатки удерживают статор, внутри которого закреплен редуктор. Лопатки спрямляющего аппарата наклонены в двух плоскостях относительно статора и туннеля. На выходном валу редуктора закреплена вращающаяся втулка с лопастями, создающими силу тяги. Лопасти закреплены в одной плоскости вращения с неравномерным шагом по азимуту. Величины неравномерного шага по азимуту между смежными вращающимися лопастями вычисляются по известным теоретическим формулам.

Размещение всех лопастей винта в одной плоскости ограничивает количество лопастей на втулке, из-за недостатка места для компоновки их комлевых частей и механизмов управления шагом лопастей. Ограничены величины хорд лопастей рулевого винта из условия допустимых нагрузок на проводку управления шагом лопастей.

Поскольку ограничены как количество лопастей, так и хорда лопастей, то ограничена величина максимальной тяги винта, которая является критическим параметром для путевого управления вертолетом. Вычисляемый по теоретическим формулам неравномерный шаг по азимуту между последовательными лопастями не обеспечивает диаметрально противоположное расположение лопастей.

При таком расположении лопастей винта-прототипа центробежные силы вращающихся лопастей не уравновешены, суммарная, вращающаяся вместе с лопастями, неуравновешенная центробежная сила передается на хвостовую часть вертолета, вызывая вибрацию. Главным недостатком однорядного размещения лопастей на втулке являются конструктивно-компоновочные пространственные ограничения, не позволяющие разместить пары смежных лопастей с наименьшими по азимуту угловыми расстояниями, когда это требуется по теоретическим формулам из условия уменьшения акустического излучения. Аэродинамическое качество винта с однорядным расположением лопастей ограничено и может быть увеличено по сравнению с прототипом.

Техническая задача заявляемого технического решения рулевого винта в туннеле состоит в обеспечении наименьшего акустического излучения винта с минимально возможным уровнем вибраций вследствие взаимно уравновешенных центробежных сил при одновременном повышении аэродинамического качества.

Решение поставленной технической задачи обеспечивается тем, что у рулевого винта вертолета, установленного в туннеле, который имеет профилированную входную, цилиндрическую и выходную части, состоящего из статора, внутри которого закреплен редуктор с входным валом и выходным валом, на котором установлена втулка с закрепленными на ней лопастями, неподвижных лопаток спрямляющего аппарата, установленных наклонно к поверхности туннеля и закрепленных одним концом на поверхности цилиндрической части туннеля, а другим на корпусе статора, рулевой винт содержит двенадцать лопастей, причем втулка снабжена вторым рядом лопастей, расположенных в цилиндрической части туннеля с расстоянием между рядами 0,08-0,20 радиуса рулевого винта, при этом угловые расстояния между ближайшими лопастями в общей для двух рядов последовательности лопастей в каждой из последовательных по вращению трех пар соотносятся как 3:5:7, при этом количество лопастей в каждом ряду четное и установлены они диаметрально противоположно, опоры лопаток спрямляющего аппарата на цилиндрической поверхности туннеля расположены симметрично относительно оси входного вала и число лопаток четное, а крепление каждой из лопаток к статору смещено по отношению крепления той же лопатки к поверхности туннеля, в направлении по часовой стрелке со стороны профилированной входной части туннеля.

Изобретение поясняется чертежами, где на:

фиг.1 изображен общий вид рулевого винта, установленного в туннеле;

фиг.2 изображена втулка рулевого винта с лопастями, установленными в два ряда;

фиг.3 изображен вид в плане втулки рулевого винта;

фиг.4 изображено расположение неподвижных лопаток спрямляющего аппарата рулевого винта, вид в плане со стороны профилированной входной части туннеля.

Рулевой винт вертолета установлен в поперечном туннеле 1 и содержит втулку 2, к которой крепятся лопасти 3 первого ряда и лопасти 4 второго ряда. Рулевой винт содержит двенадцать лопастей 3, 4, причем количество лопастей 3 в первом ряду и количество лопастей 4 во втором ряду - четное и установлены они в каждом ряду диаметрально противоположно. Расстояние между рядами лопастей 3, 4 составляет 0,08-0,20 радиуса рулевого винта, а угловые расстояния между ближайшими лопастями 3, 4 в общей для двух рядов последовательности лопастей в каждой из последовательных по вращению трех пар лопастей соотносятся как 3:5:7.

Между тремя последовательными парами лопастей обеспечивается соотношение угловых расстояний 3:5:7 следующим образом.

За первую пару принимаются две лопасти 4, 3, расстояние между которыми 18 градусов, между следующей парой лопастей 3,3-30 градусов, и затем третья пара лопастей 3,4-42 градуса.

Для двенадцати лопастей винта такое соотношение выполняется периодически - четыре раза, т.е.: (18°+30°+42°)·4=360°.

Редуктор 5 имеет выходной вал (не показан), на котором закреплена и вращается втулка 2, и входной вал 6, на который передается крутящий момент от двигателей (не показан). Туннель 1 имеет профилированную входную часть 7, цилиндрическую часть 8 и выходную часть 9. Оба ряда лопастей 3, 4 расположены в цилиндрической части 8 туннеля. Неподвижные лопатки 10 спрямляющего аппарата установлены наклонно к поверхности цилиндрической части 8 туннеля и закреплены одним концом на поверхности цилиндрической части 8 туннеля, а другим концом на статоре 11, внутри которого закреплен редуктор 5. Опоры лопаток 10 на цилиндрической части 8 туннеля расположены симметрично относительно входного вала 6 редуктора 5. Число лопаток 10 четное, при этом крепление каждой из лопаток 10 к статору 11 смещено по отношению крепления той же лопатки 10 к поверхности цилиндрической части 8 туннеля 1 в направлении по часовой стрелке со стороны входной части туннеля.

Работа рулевого винта вертолета, установленного в туннеле, состоит в следующем.

Часть мощности двигателей передается в виде крутящего момента на входной вал 6 редуктора 5 и далее через выходной вал вращает втулку 2 совместно с лопастями 3, 4, которые засасывают воздух на входе в туннель 1.

На вращающихся лопастях 3, 4 создается разрежение и в результате образуется тяга лопастей. Воздух разгоняется в туннель 1 и выбрасывается из туннеля. Движущийся к выходу из туннеля воздух встречается с лопатками 10 спрямляющего аппарта.

Лопатки спрямляющего аппарата уменьшают закручивание потока воздуха, что увеличивает силу тяги винта, т.е. повышает аэродинамическое качество.

Лопасти 3, 4 вращаются и таким образом перемещаются относительно неподвижных лопаток 10, на которых также образуется разрежение, следовательно, воздушные силы.

Поскольку расположение лопастей 3, 4 и лопаток 10 периодически изменяется по времени, то и скорости воздуха и силы переменны, и взаимодействие сил, потоков воздуха и полей давлений образует акустическое излучение, т.е. шум переменного по времени воздушного потока.

Неподвижные лопатки 10 наклонены относительно корпуса туннеля 1 и вращающихся лопастей 3, 4. Вследствие этого наклона среднее расстояние между лопастями и лопатками конструктивно увеличено и переменные силы взаимодействия уменьшаются, что приводит к уменьшению акустического излучения.

Частоты переменных воздушных сил равны частотам акустического излучения, т.е. частотам шума.

Расположенные в двух плоскостях лопасти 3, 4, которые вращаются в одну сторону, по существу являются соосным винтом в туннеле 1, и эффект соосности дополнительно увеличивает тягу лопастей 3, 4 и аэродинамическое качество винта.

Таким способом достигается увеличение аэродинамического качества.

Предлагаемое соотношение угловых расстояний между ближайшими лопастями 3, 4 в общей для двух рядов последовательности лопастей в каждой из последовательных по вращению трех пар как 3:5:7 обеспечивает решение технической задачи, а именно широкий спектр акустического излучения от взаимодействия полей давлений вращающихся лопастей 3, 4 с неподвижными лопатками 10.

Поля давлений воздуха на лопастях 3, 4 и на лопатках 10, крепящих статор 11 к стенке туннеля 1, взаимодействуют друг с другом в момент прохождения лопастей 3, 4 и лопаток 10 на минимальном расстоянии. Иначе говоря, частоты акустического излучения равны частотам «встреч» вращающихся лопастей 3, 4 и неподвижных лопаток 10.

Подсчитаем частоты акустического излучения по известной формуле:

F = f 360 Δ ψ n

где:

f - частота вращения рулевого винта [Гц],

Δψ - шаг между лопастями [град],

n - количество лопаток спрямляющего аппарата,

F - частота акустического излучения при шаге между лопатками ΔΨ1.

Подсчитаем, например, частоту «встреч» для винта с двенадцатью лопастями при равномерном шаге между лопастями (360°/12=30°) при частоте вращения втулки (лопастей) 50 Гц и шести лопатках, крепящих статор.

Частота «встреч» (звуковая частота) = 50×12×6=3600 Гц

Практически вся энергия акустического излучения сосредоточена вблизи частоты 3600 Гц

При неравномерном шаге 3:5:7 между парами лопастей, что для 12-лопастного винта соответствует шагу 18 град., 30 град., 42 град., частоты акустического излучения вычисляются по формуле:

Частота «встреч» = 50-6-(360°/18°, 360°/30°, 360°/42°)=

=300·(20, 12, 8.75)=

=6000 Гц; 3600 Гц; 2570 Гц

Из формулы очевидно, что присутствуют три базовые частоты 6000 Гц, 3600 Гц, 2570 Гц и акустическая энергия излучается на трех частотах, т.е. в диапазоне 2570÷6000 Гц. Сравнительно с излучением на одной частоте распределение энергии акустического излучения в трех диапазонах имеет следствием снижение максимального уровня и соответственно уменьшение акустического воздействия на окружающую среду и акустической заметности летательного аппарата.

Диаметрально противоположное расположение лопастей 3, 4 обеспечивает идеальную балансировку винта по центробежной силе лопастей, результирующая величина вектора которой равна нулю.

Описанная выше совокупность конструктивных особенностей рулевого винта вертолета, установленного в туннеле, позволила решить поставленную техническую задачу с сохранением всех положительных свойств и качеств прототипа, а именно обеспечение наименьшего акустического излучения винта с минимально возможным уровнем вибраций вследствие взаимно уравновешенных центробежных сил при одновременном повышении аэродинамического качества рулевого винта.

Рулевой винт вертолета, установленный в туннеле, который имеет профилированную входную, цилиндрическую и выходную части, состоящий из статора, внутри которого закреплен редуктор с входным валом и выходным валом, на котором установлена втулка с закрепленными на ней лопастями, неподвижных лопаток спрямляющего аппарата, установленных наклонно к поверхности туннеля и закрепленных одним концом на поверхности цилиндрической части туннеля, а другим на статоре, отличающийся тем, что рулевой винт содержит двенадцать лопастей, причем втулка снабжена вторым рядом лопастей, расположенных в цилиндрической части туннеля с расстоянием между рядами 0,08-0,20 радиуса рулевого винта, при этом угловые расстояния между ближайшими лопастями в общей для двух рядов последовательности лопастей в каждой из последовательных по вращению трех пар лопастей соотносятся как 3:5:7, а количество лопастей в каждом ряду четное и установлены они диаметрально противоположно, опоры лопаток на цилиндрической поверхности туннеля расположены симметрично относительно оси входного вала и число лопаток четное, а крепление каждой из лопаток к статору смещено соответственно по отношению крепления той же лопатки к поверхности туннеля, в направлении по часовой стрелке со стороны профилированной входной части туннеля.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области авиации, в частности к способам компенсации реактивного момента несущего винта. Способ заключается в использовании выхлопной струи газотурбинных двигателей, которая направляется в хвостовую балку и усиливается в соответствии с эффектом Бернулли благодаря расположенным у основания балки отверстиям воздухозаборников.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкции хвостовых винтов вертолетов. Хвостовой винт (12) вертолета (10) имеет привод (1), содержащий электрическую машину с поперечным магнитным потоком с возбуждением от постоянных магнитов с дуплексным расположением статоров.

Изобретение относится к вертолетостроению, в частности к конструкции фюзеляжа вертолета одновинтовой схемы. .
Изобретение относится к вертолетостроению, в частности к конструкции механизма противовращения вертолета. .

Изобретение относится к области авиации, более конкретно, к системе приводов несущих винтов летательного аппарата. .

Изобретение относится к вертолетостроению. .

Изобретение относится к области авиации, более конкретно - к вертолетам с одним несущим винтом. .

Изобретение относится к конструктивным элементам одновинтового вертолета, а именно к устройствам, предназначенным для компенсации реактивного момента несущего винта.

Изобретение относится к конструктивным элементам одновинтового вертолета, а именно к устройствам, предназначенным для дополнительной компенсации реактивного момента несущего винта.

Изобретение относится к авиации, в частности, к вертолетам, и может быть использовано для создания систем путевого управления вертолетов. .

Вертолет содержит хвостовую часть (1) с поперечным каналом (6) и ведущим валом (23) внутри обтекателя (14) ведущего вала для устройства (2) противодействия крутящему моменту. Устройство (2) включает в себя ротор и статор, установленный со сдвигом вдоль оси ротора, ведущий вал (23), управляющий стержень (24) для управления углами шага лопастей (13). Ротор включает в себя втулку (12) и лопасти (13). Лопасти (13) ротора имеют модулированное угловое распределение вокруг упомянутой оси ротора. Статор включает в себя множество лопаток (16, 17), причем упомянутые лопатки (16, 17) статора модулированы по углу так, что взаимное влияние между лопастями (13) ротора и лопатками (16, 17) статора ограничено посредством исключения того, что любая угловая разница между двумя лопастями (13) ротора соответствует любой из угловых разниц между двумя лопатками (16, 17) статора или между любой из лопаток (16, 17) статора и обтекателем (14) ведущего вала. Ротор вращается вокруг оси, наклоненной в диапазоне от -20° до +45° вокруг оси (18) вращения, параллельно сдвинутой относительно продольной оси вертолета или ведущего вала. Максимизированное расстояние для любых точек (21) на задних кромках (30) лопаток (16, 17) статора определено шириной кожуха (3), а именно упомянутые задние кромки (30) лопаток (16, 17) статора ограничены внутри силуэта, образованного упомянутым кожухом (3). Достигается улучшение шумовых характеристик вертолета. 14 з.п. ф-лы, 6 ил.

Вертолет содержит фюзеляж, несущий винт, рулевой винт с управлением общим и циклическим шагом, силовую установку, элементы трансмиссии и систему управления. Вал рулевого винта установлен под постоянным углом в горизонтальной плоскости вертолета в диапазоне 50-70 градусов относительно продольной оси вертолета, а механизм управления циклическим шагом рулевого винта выполнен в виде автомата перекоса с управлением по одному каналу с отклонением его кольца на угол, обеспечивающий дополнительное увеличение или уменьшение пропульсивной составляющей вектора тяги рулевого винта. Способ управления одновинтовым вертолетом с использованием рулевого винта для создания дополнительной пропульсивной силы включает установку винта под постоянным заданным углом в горизонтальной плоскости вертолета, значение которого выбирают в диапазоне 50-70 градусов относительно продольной оси вертолета. Управление циклическим шагом рулевого винта осуществляют с помощью автомата перекоса по одному каналу путем отклонения его кольца в обоих направлениях относительно оси вала рулевого винта, соответствующего дополнительному повороту вектора тяги на углы не более 10 градусов. Достигается упрощение перехода с режима висения или малых скоростей на скоростной режим полета. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к средствам компенсации создаваемого несущим винтом вертолета крутящего момента. Устройство для компенсации крутящего момента предусмотрено для вертолета (100), главный винт (110) которого вращается при работе вокруг оси (RH) вращения и за счет этого создает крутящий момент, который действует на фюзеляж (120) вертолета (100). Устройство содержит диаметральный вентилятор (200) с корпусом (210) и установленным в корпусе (210) ротором (220), при этом диаметральный вентилятор расположен на консоли (130) вертолета (100) так, что он при работе имеет действие тяги (F), которая компенсирует крутящий момент главного винта. При работе вентилятора направление тяги ориентировано перпендикулярно оси (RH) вращения несущего винта (110) и продольной оси консоли (130). Способ компенсации крутящего момента вертолета (100) включает установку на хвостовой консоли (130) диаметрального вентилятора (200), тяга которого компенсирует крутящий момент несущего винта (110). Достигается снижение веса вертолета и расхода энергии на компенсацию крутящего момента. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям хвостовых винтов вертолетов. Заключенный в обтекатель винт (10) для винтокрылого летательного аппарата содержит вращающийся узел, расположенный в канале для осуществления вращения вокруг оси (АХ1). Этот вращающийся узел (15) содержит множество лопастей (20), каждая из которых закреплена на втулке (16), при этом каждая лопасть (20) соответствует закону крутки, определяющему угол крутки, заключенный между нулем градусов включительно и 5 градусами включительно. Каждая лопасть (20) содержит по размаху первую зону (21), затем вторую зону (22), имеющую прямую стреловидность. Вторая зона содержит вторую заднюю кромку (30′′), расположенную ниже по потоку относительно первой задней кромки (30′) первой зоны (21). Каждая первая зона (21) содержит комель (24), соединенный с втулкой (16) при помощи устройства (40) крепления, содержащего подшипник (45) качения и конусный слоистый упор (50). Достигается возможность повышения прочности и большей линейности при работе винта. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям вертолетов. Хвостовое оперение вертолета содержит фенестрон с многолопастным винтом (4) с лопастями (3) и при необходимости вертикальные кили (1.2). Выпрямляющие поток статоры (5) неподвижных лопаток расположены в звездообразной конфигурации параллельно плоскости винта далее по ходу по отношению к винту (4). Кольцо (2.1) фенестрона заключено в композитную конструкцию из внешнего защищающего от эрозии поверхностного слоя (7.1, 8.1), выполненного из твердого пластика или пластикового композитного материала, и по меньшей мере одного последующего слоя (7.2, 8.2) из эластомерного демпфирующего материала. Кольцо фенестрона поочередно содержит два слоя твердого пластика и два слоя эластомерного демпфирующего элемента. Достигается снижение уровня шума хвостового оперения. 9 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям вертолетов, выполненных по одновинтовой схеме без рулевого винта. Компенсатор реактивного момента несущего винта выполнен в виде ряда аэродинамических стабилизаторов, расположенных вертикально в зоне вращения несущего винта и выполненных с возможностью поворота при помощи проводки управления и продольных шарниров. Установленные на фюзеляже вертолета продольные шарниры связывают компенсатор с поперечными крыльями и хвостовыми стабилизаторами, которые соединены между собой аэродинамической решеткой из пересекающихся вертикальных полос желобкового профиля, ориентированных вогнутой стороной навстречу вращению несущего винта вертолета. Педали путевого управления и рычаг шаг-газ связаны через проводку управления автоматической гидросистемы с корпусными гидроцилиндрами и штоками подкосов поперечных крыльев. Достигается снижение веса и вибрации конструкции вертолета, повышение надежности управления и более рациональное использование мощности двигателей на создание подъемной силы несущего винта. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области авиации и может быть использовано для создания вертолетов одновинтовой схемы без рулевого винта. Одновинтовой вертолет содержит фюзеляж, несущий винт, силовую установку с двигателями и главным редуктором. Вал несущего винта расположен наклонно относительно вертикали. Агрегаты силовой установки размещены на поворотной платформе. Поворотная платформа установлена на потолочной панели фюзеляжа с возможностью поворота относительно своей вертикальной оси и снабжена приводом, который содержит электродвигатель и самотормозящийся редуктор. При этом ось вращения поворотной платформы смещена относительно центра масс вертолета. Длина и угол наклона относительно вертикали вала несущего винта и смещение оси вращения поворотной платформы относительно центра масс выбраны из условия обеспечения компенсации реактивного момента несущего винта на фюзеляже. Угол поворота поворотной платформы зависит от режима полета. Достигается снижение затрат мощности основных двигателей на компенсацию реактивного момента несущего винта. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх