Выполненный с возможностью висения летательный аппарат

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям систем смазки трансмиссий. Выполненный с возможностью висения летательный аппарат (1) имеет средство (6) приведения в движение, по меньшей мере один винт (3), трансмиссионное средство (5) для передачи мощности от средства (6) приведения в движение на винт (3) и смазываемое с помощью смазочного материала, теплообменник (9), принимающий нагретый смазочный материал от трансмиссионного средства (5) и подающий охлажденный смазочный материал на трансмиссионное средство (5), и вентилятор (10) для производства воздушного потока через теплообменник (9) с целью охлаждения смазочного материала. Вентилятор имеет рабочее колесо (16) с лопатками (21), а также выпускную трубу (18) для выброса горячего воздуха, произведенного посредством охлаждения смазочного материала. По меньшей мере один участок (23) стенки (22) выпускной трубы (18) имеет средство (25) рассеяния, выполненное с возможностью селективного поглощения волн давления в заданной полосе частот в зависимости от скорости (V) вращения рабочего колеса (16) и от количества (N) лопаток (21) рабочего колеса (16). Достигается возможность снижения шума вентилятора. 7 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к выполненному с возможностью висения летательному аппарату, такому как конвертоплан или вертолет, к последнему из которых, взятому исключительно в качестве примера, относится нижеследующее описание.

Как известно, в авиационной промышленности, уменьшение уровня шума, как внешнего, так и внутри кабины, становится основным вопросом разработки.

Шум в основном производится посредством двигателей, дополнительных компонентов, приводимых в действие двигателями, подвижных частей, а также за счет обтекания планера воздушным потоком, и распространяется как напрямую во внешней среде, так и внутри самого летательного аппарата, в основном, по пути воздушного потока и вдоль конструкционных линий, то есть точек соединения панелей обшивки с фюзеляжем.

Уменьшение уровня шума осуществляется как посредством работы напрямую над компонентами, являющимися источниками шума, так и посредством применения, между каркасной конструкцией вертолета и панелями обшивки, подавляющего шум материала, с целью минимизирования распространения шума из внешней среды внутрь кабины.

Целью настоящего изобретения является предоставление выполненного с возможностью висения летательного аппарата, выполненного с возможностью значительного уменьшения эксплуатационного шума по сравнению с известными летательными аппаратами.

В соответствии с настоящим изобретением, обеспечивается выполненный с возможностью висения летательный аппарат, содержащий:

- средство приведения в движение;

- по меньшей мере, один винт;

- трансмиссионное средство для передачи мощности от упомянутого средства приведения в движение на упомянутый винт и смазываемое с помощью смазочного материала;

- теплообменник, который принимает нагретый смазочный материал от упомянутого трансмиссионного средства и подает охлажденный смазочный материал обратно на трансмиссионное средство; и

- вентилятор для производства воздушного потока через упомянутый теплообменник с целью охлаждения упомянутого смазочного материала, который содержит рабочее колесо с лопатками, а также выпускную трубу для выброса горячего воздуха, произведенного посредством охлаждения упомянутого смазочного материала;

причем по меньшей мере один участок стенки упомянутой выпускной трубы содержит средство рассеяния, выполненное с возможностью селективного поглощения волн давления в заданной полосе частот в зависимости от скорости вращения упомянутого рабочего колеса и от количества лопаток рабочего колеса.

Предпочтительный нелимитирующий вариант осуществления настоящего изобретения будет описан в виде примера, со ссылкой на сопроводительные чертежи, в которых:

фиг.1 демонстрирует вид в перспективе выполненного с возможностью висения летательного аппарата, в частности, вертолета, в соответствии с идеями настоящего изобретения;

фиг.2 демонстрирует схему узла привода летательного аппарата по фиг.1, наделенного признаками шумоподавления в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3 демонстрирует крупномасштабный вид в перспективе вентилятора узла привода по фиг.2;

фиг.4 демонстрирует крупномасштабный вид в разрезе вентилятора по фиг.3.

Позиция 1 на фиг.1 обозначает, в целом, выполненный с возможностью висения летательный аппарат - в демонстрируемом примере, вертолет - в соответствии с идеями настоящего изобретения.

Вертолет 1, по существу, содержит фюзеляж 2; несущий винт 3, установленный на фюзеляже 2 для вращения в первой плоскости и создания подъемной силы для поддержания вертолета 1 в целом; и хвостовой винт 4 на заднем конце фюзеляжа 2. В более конкретном плане, винт 4 вращается во второй плоскости, поперечно первой, с целью уравновешивания крутящего момента, производимого на фюзеляже 2 винтом 3.

Вертолет 1 также содержит главную трансмиссию 5 для передачи мощности от турбины 6 (схематически продемонстрирована на фиг.2) на приводной вал (не продемонстрирован) винта 3; и дополнительную трансмиссию 7, приводимую в действие посредством трансмиссии 5, а сама приводящая в действие винт 4.

Как трансмиссия 5, так и трансмиссия 7 являются постоянно смазываемыми с помощью смазочного материала, например, масла, циркулирующего в известной жидкостной системе (не продемонстрирована) вертолета 1.

Очевидно, что в процессе использования смазочный материал нагревается и должен постоянно охлаждаться, поэтому трансмиссия 5 связана с системой 8 охлаждения, содержащей теплообменник 9 и вентилятор 10. Трансмиссия 5 и система 8 охлаждения вместе определяют узел привода 11 вертолета 1.

В более конкретном плане, теплообменник 9 охлаждает смазочный материал трансмиссии 5; теплообменник 9, таким образом, принимает нагретый смазочный материал от трансмиссии 5 по входной трубе 12 и подает охлажденный смазочный материал обратно на трансмиссию 5 по выходной трубе 13.

Внутри теплообменника 9, посредством воздуха из внешней среды, осуществляется охлаждение смазочного материала.

В более конкретном плане, вентилятор 10, механически соединенный с трансмиссией 5, с целью охлаждения смазочного материала, производит воздушный поток через теплообменник 9 в направлении, поперечном к трубам 12 и 13.

Как продемонстрировано на фиг.2-4, вентилятор 10 является соединенным с трансмиссией 5 посредством по меньшей мере одного вала 14 и приводится в действие посредством трансмиссии 5 с постоянной скоростью V вращения.

Вентилятор 10 представляет собой, предпочтительно, центробежный тип со смешанным потоком, но может также представлять собой тип с осевым потоком или иной тип.

В более конкретном плане, вентилятор 10, по существу, содержит корпус 15; рабочее колесо 16, соединенное с валом 14 и установленное внутри корпуса 15 для вращения относительно оси A; участок 17 входного потока воздуха, сформированный на корпусе 15, коаксиально с осью A; и воздуховыпускную трубу 18, соединенную с участком 19 выходного потока, сформированным на корпусе 15 и расположенным в радиальном направлении по отношению к оси A.

В более конкретном плане, на участок 17 входного потока вентилятора 10 от теплообменника 9 подается горячий воздух; причем данный воздух затем выпускается во внешнюю среду по выпускной трубе 18.

Как продемонстрировано на фиг.3 и фиг.4, рабочее колесо 16 содержит центральный вал 20 по оси A и несколько лопаток 21, установленных на и выступающих из вала 20, и равномерно разнесенных по оси A.

В нижеследующем описании, количество лопаток 21 рабочего колеса 16 просто обозначается N.

Выпускная труба 18 ограничивается посредством трубчатой стенки 22, имеющей главный участок 23, проходящий параллельно оси A; и участок 24 ответвления, проходящий, по существу, радиально по отношению к оси A и соединенный, на одном конце, с участком 19 выходного потока корпуса 15, а также соединенный, на противоположном конце, с главным участком 23.

Поскольку во время эксплуатации вертолета 1 производится большое количество тепловой мощности, от вентилятора 10 обычно требуется очень высокая масса воздушного потока. Как и в случае с другими компонентами летательного аппарата в целом, для получения компактной, легкой по весу системы 8 охлаждения, предпочтительными являются вентиляторы 10 с очень малым диаметром по отношению к оси A и с очень высокой скоростью V вращения.

Схожим образом, теплообменник 9, для компактности, имеет очень малые воздухопроводы (известны и не продемонстрированы), а также плотно упакованные пластины (известны и не продемонстрированы) для увеличения поверхности теплообмена смазочного материала. Все это производит значительные потери нагрузки в схеме подачи воздуха, что должно преодолеваться посредством создаваемого вентилятором 10 давления для обеспечения правильного расхода массы через теплообменник 9.

Заявителем данного изобретения было отмечено, что значительное изменение в давлении, производимое по мере того, как лопатки 21 рабочего колеса 16 двигаются, после участка 19 выходного потока вентилятора 10, производит звук на постоянной частоте f₀, равной скорости V вращения вала 20 рабочего колеса 16, умноженной на количество N лопаток 21.

Также заявителем данного изобретения было отмечено, что по причине высокой скорости V вращения, этот звук может попадать в пределы слышимого частотного диапазона и поэтому представляет собой источник шума как внутри, так и снаружи кабины вертолета 1.

В целях уменьшения или устранения этого шума, часть стенки 22 выпускной трубы 18 является преимущественно оборудованной средством 25 рассеяния, выполненным с возможностью селективного поглощения волн давления в заданной полосе частот в зависимости от скорости V вращения и количества N лопаток 21 рабочего колеса 16.

Иными словами, средство 25 рассеяния служит для предотвращения распространения упомянутых волн давления во внешнюю среду или внутрь кабины вертолета 1.

Вышеупомянутая полоса частот предпочтительно находится в диапазоне между 90% и 110% значения f₀ частоты, вычисленного посредством умножения скорости V вращения рабочего колеса 16 на количество N лопаток 21 рабочего колеса 16.

В более конкретном плане, средство 25 рассеяния встроено в стенку 22 выпускной трубы 18. В демонстрируемом примере, средство 25 рассеяния является размещенным внутри главного участка 23 стенки 22, которая, для этой цели, является более толстой и определяет внутреннюю полость 26.

Как продемонстрировано на фиг.4, средство 25 рассеяния содержит слой 27 звукопоглощающего материала, выполненный с возможностью поглощения, за счет пористости, волн давления в упомянутой полосе частот в районе значения f₀ частоты.

В более конкретном плане, слой 27 звукопоглощающего материала предпочтительно представляет собой волокнистый, например, стекловолокнистый, материал, или материал с открытыми порами, такой как меламиновый пеноматериал.

Слой 27 звукопоглощающего материала имеет плотность в зависимости от скорости V вращения и количества N лопаток 21 рабочего колеса 16, и объем в зависимости от интенсивности звука для фильтрации.

Слой 27 звукопоглощающего материала, предпочтительно, является помещенным в чехол 28, например, из ткани из полиарамида, воздухопроницаемый, но непроницаемый для воды.

Рассеяние звуковой волны, проходящей через слой 27 звукопоглощающего материала, осуществляется посредством преобразования звука в кинетическую энергию.

Средство 25 рассеяния также содержит перфорированную металлическую пластину 29, определяющую полость 26 внутри выпускной трубы 18 и выполненную с возможностью пропускания волн давления к слою 27 звукопоглощающего материала, с целью осуществления предварительного резонансного звукопоглощающего воздействия на волны давления.

Перфорированная металлическая пластина 29 также защищает слой 27 звукопоглощающего материала от скорости протекающего через нее воздуха.

Полость 26 с внешней стороны ограничивается посредством, предпочтительно, выполненного из стекловолокна жесткого удерживающего кожуха 30, который является прикрепленным к оставшейся части стенки 22 выпускной трубы 18, предпочтительно, выполненной из углеродного волокна.

Кожух 30 служит для защиты слоя 27 звукопоглощающего материала от физического контакта с прилегающими частями вертолета 1, а также для сохранения его формы и плотности при всех условиях эксплуатации.

Во время фактического использования, вращение рабочего колеса 16 относительно оси A производит воздушный поток через теплообменник 9 для охлаждения смазочного материала, протекающего от трансмиссии 5 по входной трубе 12; охлажденный смазочный материал затем подается обратно на трансмиссию 5 по выходной трубе 13.

Воздушный поток, произведенный посредством рабочего колеса 16, всасывается в участок 17 входного потока вентилятора 10, проходит по каналу выпускной трубы 18 и выбрасывается во внешнюю среду.

В то время как каждая лопатка 21 проходит над участком 19 выходного потока вентилятора 10, она производит изменение в давлении, что производит слышимый звук с частотой f₀, равной скорости V вращения рабочего колеса 16, умноженной на количество N лопаток 21.

Ослабление высокочастотных составляющих давления, переносимых посредством воздушного потока (в среднем, постоянно от вентилятора 10), осуществляется сначала посредством резонанса полости, когда они проходят через отверстия в перфорированной металлической пластине 29, и, вслед за этим, посредством деформации слоя 27 звукопоглощающего материала.

Давление, с которым осуществляется выброс воздушного потока во внешнюю среду из выпускной трубы 18, таким образом, не содержит высокочастотных составляющих, генерирующих нежелательный шум в слышимом частотном диапазоне.

Преимущества вертолета 1 в соответствии с настоящим изобретением будут ясны из вышеуказанного описания изобретения.

В частности, посредством встраивания средства 25 рассеяния в стенку 22 выпускной трубы 18, поглощение волн давления, генерируемых в то время, как лопатки 21 рабочего колеса 16 проходят над участком 19 выходного потока корпуса 15 вентилятора 10, осуществляется частично, когда они проходят через отверстия в перфорированной металлической пластине 29, и частично посредством деформации слоя 27 звукопоглощающего материала. Это, таким образом, уменьшает изменение в давлении и интенсивность звука от системы 8 охлаждения.

Является понятным, что в отношении вертолета 1, как это описано и проиллюстрировано в настоящем документе, могут производиться изменения, не выходя, однако, за рамки объема, определенного в прилагаемой формуле изобретения.

1. Выполненный с возможностью висения летательный аппарат (1), содержащий:

- средство (6) приведения в движение;

- по меньшей мере, один винт (3);

- трансмиссионное средство (5) для передачи мощности от упомянутого средства (6) приведения в движение на упомянутый винт (3) и смазываемое с помощью смазочного материала;

- теплообменник (9), который принимает нагретый смазочный материал от упомянутого трансмиссионного средства (5) и подает охлажденный смазочный материал обратно на трансмиссионное средство (5); и

- вентилятор (10) для производства воздушного потока через упомянутый теплообменник (9) с целью охлаждения упомянутого смазочного материала, который содержит рабочее колесо (16) с лопатками (21), а также выпускную трубу (18) для выброса горячего воздуха, произведенного посредством охлаждения упомянутого смазочного материала;

причем по меньшей мере один участок (23) стенки (22) упомянутой выпускной трубы (18) содержит средство (25) рассеяния, выполненное с возможностью селективного поглощения волн давления в заданной полосе частот в зависимости от скорости (V) вращения упомянутого рабочего колеса (16) и от количества (N) лопаток (21) рабочего колеса (16).

2. Летательный аппарат по п.1, в котором упомянутая полоса частот находится в диапазоне между 90% и 110% значения (f₀) частоты, вычисленного посредством умножения скорости (V) вращения рабочего колеса (16) на количество (N) лопаток (21) рабочего колеса (16).

3. Летательный аппарат по п.1, в котором упомянутое средство (25) рассеяния является встроенным в упомянутую стенку (22) упомянутой выпускной трубы (18).

4. Летательный аппарат по п.1, в котором упомянутое средство (25) рассеяния содержит слой (27) звукопоглощающего материала, выполненный с возможностью поглощения упомянутых волн давления за счет пористости и имеющий плотность в зависимости от скорости (V) вращения упомянутого рабочего колеса (16) и от количества (N) лопаток (21) рабочего колеса (16).

5. Летательный аппарат по п.4, в котором упомянутый слой (27) звукопоглощающего материала представляет собой волокнистый, в частности, стекловолокнистый, материал, или материал с открытыми порами, в частности, меламиновый пеноматериал.

6. Летательный аппарат по п.4, в котором упомянутый слой (27) звукопоглощающего материала является размещенным в полости (26) упомянутой стенки (22) упомянутой выпускной трубы (18), и в котором упомянутая полость (26) является ограниченной с внутренней стороны посредством перфорированной поверхности (29), выполненной с возможностью пропускания упомянутых волн давления к упомянутому слою (27) звукопоглощающего материала с целью осуществления предварительного резонансного звукопоглощающего воздействия на волны давления.

7. Летательный аппарат по п.6, в котором упомянутая полость (26) является с внешней стороны ограниченной посредством жесткого удерживающего кожуха (30).

8. Летательный аппарат по п.1, в котором упомянутое рабочее колесо (16) упомянутого вентилятора (10) приводится в действие посредством упомянутого трансмиссионного средства (5).