Система лопастей несущего винта

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям несущих винтов летательных аппаратов. Система лопастей несущего винта имеет множество лопастей несущего винта, в которой по меньшей мере одна из лопастей несущего винта включает в себя наружную поверхность, имеющую в основном противолежащие первую и вторую поверхности. Лопасть несущего винта включает в себя изменяющую поток текучей среды поверхность, расположенную относительно одной из первой или второй поверхностей, которая выполнена с возможностью перемещения между первым и вторым положениями. Перемещение изменяющей поток текучей среды поверхности обеспечивается посредством расширяемого элемента, выполненного из упруго гибкого материала. Обеспечивается улучшение летных характеристик при полете в режиме зависания. 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

 

Настоящее изобретение относится к лопатке ротора, которая при использовании подвержена воздействию потока текучей среды. Более конкретно, но не только, изобретение относится к системе лопастей несущего винта для винтокрылого летательного аппарата, такого как вертолет.

Изобретение применимо также к другим системам лопастей ротора, поскольку специалисты в данной области техники, без сомнения, поймут, что пропеллеры и лопасти турбин даны только в качестве примеров.

Система лопастей несущего винта, как правило, включает в себя множество лопастей несущего винта, которые соединены друг с другом и вращаются вокруг оси. Лопасти несущего винта, например, имеют основной корпус с наружной поверхностью, включающей верхнюю поверхность изгиба крыла и нижнюю поверхность изгиба крыла, а также переднюю кромку и заднюю кромку, конец лопасти и хвост лопасти. Задняя кромка, в частности лопасти, может иметь прикрепленную к ней поверхность управления, только в качестве примера, например, такую как закрылок, положение которой является изменяемым, чтобы воздействовать на поток текучей среды на лопасти, например, чтобы повысить производительность лопасти, например, во время перехода между полетом в режиме зависания и в режиме горизонтального поступательного полета. Например, закрылок может быть опущен из своего обычного поднятого положения в опущенное положение, когда вертолет находится в режиме горизонтального поступательного полета, чтобы улучшить летные характеристики при полете в режиме зависания. Одним из таких закрылков, к которому настоящее изобретение имеет отношение, является закрылок, который известен как щиток Гарнея или wickerbill flap (крайний щиток), который расположен на задней кромке лопасти несущего винта.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения предложена система лопастей несущего винта со множеством лопастей несущего винта, в которой по меньшей мере одна из лопастей несущего винта включает в себя наружную поверхность, имеющую, как правило, противолежащие первую и вторую поверхности, причем лопасть несущего винта включает изменяющую поток текучей среды поверхность, расположенную по отношению к одной из первой или второй поверхностей с возможностью перемещения между первым и вторым положениями, при этом перемещение изменяющей поток текучей среды поверхности обеспечивается посредством расширяемого элемента.

Дополнительные признаки первого аспекта настоящего изобретения изложены в пунктах 2-37 формулы изобретения, приложенной к данному описанию.

В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предложен вертолет с системой лопастей несущего винта согласно первому аспекту настоящего изобретения.

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения предложена система лопастей несущего винта, имеющая множество лопастей несущего винта, причем каждая лопасть включает в себя наружную поверхность, имеющую, как правило, противолежащие первую и вторую поверхности, каждая лопасть несущего винта включает в себя изменяющую поток текучей среды поверхность, расположенную относительно одной из первой или второй поверхностей с возможностью перемещения между первым и вторым положениями, при этом перемещение изменяющей поток текучей среды поверхности обеспечивается посредством расширяемого элемента.

Варианты осуществления настоящего изобретения будут ниже описаны со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фигура 1 представляет собой иллюстративный вид вертолета с системой лопастей несущего винта в соответствии с настоящим изобретением;

Фигура 2 представляет собой схематический вид сбоку в разрезе лопасти несущего винта в соответствии с настоящим изобретением;

Фигура 3 представляет собой дополнительный схематичный вид

сбоку в разрезе лопасти несущего винта в соответствии с настоящим изобретением;

Фигура 4 представляет собой схематичный вид сбоку в разрезе изменяющей поток текучей среды поверхности в соответствии с настоящим изобретением, показанной в первом положении;

Фигура 5 представляет собой вид снизу лопасти несущего винта в соответствии с настоящим изобретением во время цикла работы системы лопастей несущего винта.

Фигура 6 представляет собой вид в перспективе лопасти несущего винта в соответствии с настоящим изобретением.

Фигура 7 представляет собой схематичный вид сбоку в разрезе изменяющей поток текучей среды поверхности согласно настоящему изобретению, показанной во втором положении; и

Фигура 8 представляет собой схематичный вид сбоку в разрезе альтернативного варианта осуществления изменяющей поток текучей среды поверхности в соответствии с настоящим изобретением, показанной во втором положении.

Ссылаясь в первую очередь на фигуру 1, на фигуре показана система 6 лопастей несущего винта в соответствии с настоящим изобретением. Система 6 лопастей несущего винта содержит множество (четыре) лопасти 10 несущего винта, которые в этом варианте осуществления изобретения по существу идентичны друг другу. Следует иметь в виду, что можно использовать меньше или больше лопастей, не выходя за рамки объема настоящего изобретения.

На схематичных видах в разрезе по фигурам 2 и 3 показан пример лопасти 10 несущего винта, которая включает в себя первую, верхнюю поверхность 12 и вторую, нижнюю поверхность 14, которые вместе образуют наружную поверхность лопасти. Поверхности, как правило, противоположны друг другу, как и следовало ожидать от лопасти несущего винта.

Лопасть 10 несущего винта включает в себя изменяющую поток текучей среды поверхность 20, которая расположена на нижней стороне лопасти 10. Поверхность 20 образует непрерывную поверхность с нижней поверхностью 14 и расположена в направлении к задней кромке 21 лопасти 10 несущего винта. Поверхность 20 выполнена с возможностью перемещения между первым (фигура 2) и вторым (фигура 3) положениями. В первом положении на фигуре 2 поверхность 20 расположена на одной прямой со второй поверхностью 14 так, что это дает непрерывную поверхность. Во втором положении, можно видеть, что поверхность 20 продолжается наружу от поверхности 14 так, чтобы войти в зацепление с потоком текучей среды, например, воздухом, проходящим по поверхности 14.

Поверхность 20 в данном варианте осуществления настоящего изобретения представляет собой поверхность расширяемого элемента 22, который выполнен с возможностью перемещения между своим первым и вторым положениями (см. фигуры 4, 7 и 8).

Система включает в себя один или более датчиков (не показаны) для измерения углового положения каждой лопасти (и, таким образом, ее соответствующего расширяемого элемента 22) вокруг своей оси вращения А. Система также включает в себя один или более контроллеров, выполненных с возможностью приема сигнала (сигналов) от датчика (датчиков), а также для осуществления перемещения расширяемого элемента между его первым и вторым положениями в зависимости от определенного положения каждой лопасти вокруг оси А. В первом рабочем состоянии (как показано на рисунке 5) можно видеть, что как только лопасть 10 начинает отходить, то есть приближается или проходит мимо 0°, расширяемый элемент 22 перемещается в свое второе положение. Точно так же, как только или незадолго до этого, расширяемый элемент достигает углового положения, соответствующего продвижению вперед лопатки, то есть на 180°, расширяемый элемент 22 перемещается назад в свое первое положение. В режиме наиболее предпочтительной работы расширяемый элемент 22 перемещается в свое первое положение до того, как лопасти проходят 180°, и, таким образом, до того, как лопасть начинает продвигаться вперед.

Во втором рабочем состоянии системы, (предпочтительно все) расширяемый элемент 22 удерживается в своем втором положении в течение всего цикла, например, когда вертолет движется с относительно низкой скоростью.

На рисунке 6 показан пример расположения расширяемого элемента 22 на нижней стороне лопасти 10 несущего винта. Лопасть 10 несущего винта имеет размах R корня профиля, длину C хорды профиля и заднюю кромку 21. Было установлено, что для расширяемого элемента 22 предпочтительно продолжаться в продольном направлении на расстояние в диапазоне от 0% до 30% длины С хорды профиля; еще более предпочтительно продолжаться на расстояние от 2% до 20%, и наиболее предпочтительно продолжаться на расстояние от 5% до 10% от длины С хорды профиля, и быть расположенным на задней кромке 21 лопасти несущего винта. Расширяемый элемент 22 также предпочтительно расположен на конце кромки или вблизи конца кромки лопасти несущего винта, и предпочтительно продолжается по ширине на расстояние в пределах от 10% до 20% от длины размаха R профиля, вдоль задней кромки 21 лопасти 10 несущего винта. Расширяемый элемент 22 также может быть расположен на расстоянии в пределах от 10% до 20% от длины размаха R профиля от конца кромки.

В этом конкретном примере расширяемый элемент 22 изготовлен из гибкого материала, который является упруго гибким. Например, материал может быть полимерным материалом или армированным волокном полимером.

Особенно эффективный полимерный материал для расширяемого элемента 22 должен быть способен выдерживать внутренние давления наполнения в диапазоне от 10 psi до 30 psi, предпочтительно от 15 psi до 20 psi.

Следует понимать, однако, что расширяемый элемент 22 может быть изготовлен из любого требуемого материала, если он способен расширяться между первым и вторым состояниями, которые соответствуют первому и второму положениям поверхности 20.

Можно видеть, что расширяемый элемент 22 включает в себя полость 24 для приема жидкости. Потоком может быть газ или жидкость, и полость 24 может быть соединена с помощью трубопровода 26 с источником текучей среды, для того чтобы обеспечить проход для текучей среды (например, газа или жидкости) в полость 24 и из полости 24.

Как можно видеть на рисунках 2 и 3, система также включает в себя устройство перемещения текучей среды в виде насоса 28, выполненного с возможностью проталкивания текучей среды в полость 24 и отвода текучей среды из полости 24. Таким образом, насос 28 выполнен с возможностью повышения давления в трубопроводе 26 и, таким образом, в полости 24, чтобы переместить расширяемый элемент 22 из его первого в его второе положение.

Таким образом, расширяемый элемент 22 расширяется от своего первого состояния (см. фигуру 4) в свое второе состояние (см. фигуру 7) путем увеличения давления текучей среды внутри полости 24. Аналогичным образом, расширяемый элемент 22 сжимается из своего второго состояния в свое первое состояние путем уменьшения давления или объема текучей среды внутри полости 24.

Другие варианты осуществления настоящего изобретения могут включать в себя систему, в которой используется аккумулятор, чтобы обеспечить положительное давление в системе, или насосная система, которая может надуть и выпустить текучую среду из расширяемого элемента 22. Эти варианты осуществления настоящего изобретения являются лишь предложениями того, как изобретение могло бы быть осуществлено и никоим образом не должны рассматриваться как ограничивающие изобретение.

Как упоминалось ранее, когда поверхность 20 находится в своем первом положении (см. фигуру 1), поверхность 20 не сильно влияет на поток текучей среды по второй поверхности 14. Когда поверхность 20 находится в своем втором состоянии (см. фигуру 3), поверхность 20 оказывает влияние на поток текучей среды по поверхности 14. Будучи в показанном на фигуре 3 положении, поверхность 20 расположена в плоскости, по существу перпендикулярной к поверхности 14, хотя следует понимать, что она может быть наклонена до любого требуемого угла по отношению к поверхности 14.

Хотя в описанной системе 6 лопастей несущего винта может быть использована любая форма лопасти 10 несущего винта, было обнаружено, что особенно эффективным в сочетании с лопастью является стреловидный участок на конце лопасти или вблизи конца лопасти.

На фигуре 7 показан альтернативный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором поверхность 20 включает в себя или соединена с элементом 30 жесткости для обеспечения сопротивления усилиям, испытываемым поверхностью 20, возникающим из воздушного потока поверх поверхности. Элемент 30 жесткости предпочтительно прикреплен к обращенной внутрь/назад поверхности, которая противоположна поверхности 20. Лопасть 10 также снабжена углублением 32 для того, чтобы принять элемент 30 жесткости, когда поверхность 20 перемещается в свое первое, нерабочее положение. Таким образом, будет видно, что элемент 30 жесткости предусмотрен внутри полости 24. Для обоих рассмотренных выше вариантов осуществления настоящего изобретения поверхность 14 может быть снабжена углублением для приема всего или части расширяемого элемента 22, так что, будучи в первом положении, он не сильно влияют на воздушный поток по поверхности 14.

В вариантах осуществления настоящего изобретения расширяемый элемент может быть надут и спущен между его первым и вторым положениями и, таким образом, материал, из которого расширяемый элемент выполнен, также может быть растягиваемым, чтобы обеспечить расширение элемента при надувании и сжатие при откачивании из него текучей среды до его предшествующего состояния.

Хотя в описанных выше вариантах осуществления настоящего изобретения насос 28 показан внутри оболочки лопасти с аэродинамической поверхностью, между первой и второй поверхностями 12, 14, следует понимать, что насос может быть предусмотрен в любом другом месте на борту воздушного судна с соответствующим удлинением трубопровода 26, который выполнен, чтобы обеспечить непрерывный канал между насосом и полостью 24.

Признаки, раскрытые в вышеприведенном описании или в нижеследующей формуле изобретения, или на сопровождающих чертежах, выраженные в их конкретных формах или в терминах средства для выполнения описанной функции, способа или процесса для достижения описанного результата, в случае необходимости, могут быть, отдельно или в любой комбинации таких признаков, использованы для реализации настоящего изобретения в его различных формах.

1. Система лопастей несущего винта, имеющая множество лопастей несущего винта, причем по меньшей мере одна из лопастей несущего винта включает в себя наружную поверхность, имеющую в основном противолежащие первую и вторую поверхности, при этом лопасть несущего винта включает в себя изменяющую поток текучей среды поверхность, расположенную относительно одной из первой или второй поверхностей, которая выполнена с возможностью перемещения между первым и вторым положениями, при этом изменяющая поток текучей среды поверхность образует по существу непрерывную поверхность первой или второй поверхности при нахождении в первом положении, при этом перемещение изменяющей поток текучей среды поверхности обеспечивается с помощью расширяемого элемента, выполненного из упруго гибкого материала с возможностью надувания и сдувания, при этом изменяющая поток текучей среды поверхность является поверхностью расширяемого элемента, при этом расширяемый элемент расположен на концевой кромке или близко к концевой кромке лопасти несущего винта.

2. Система лопастей несущего винта по п.1, в которой, если расширяемый элемент находится в первом состоянии, изменяющая поток текучей среды поверхность находится в своем первом положении, а если расширяемый элемент находится во втором состоянии, изменяющая поток текучей среды поверхность находится во втором положении.

3. Система лопастей несущего винта по п.1 или 2, в которой расширение расширяемого элемента из его первого состояния в его второе состояние обеспечивает перемещение изменяющей поток текучей среды поверхности из ее первого положения в ее второе положение, при этом сокращение расширяемого элемента из его второго состояния в его первое состояние обеспечивает перемещение изменяющей поток текучей среды поверхности из ее второго положения в ее первое положение.

4. Система лопастей несущего винта по любому из предшествующих пунктов, включающая в себя датчик для измерения углового положения расширяемого элемента вокруг оси вращения системы и контроллер для перемещения расширяемого элемента между его первым и вторым положениями на основе измеренного углового положения расширяемого элемента.

5. Система лопастей несущего винта по п.4, в которой контроллер обеспечивает перемещение расширяемого элемента в его второе положение, как только или незадолго до того, как расширяемый элемент достигнет углового положения, соответствующего отступу лопасти.

6. Система лопастей несущего винта по п.4 или 5, в которой контролер обеспечивает перемещение расширяемого элемента в его первое положение, как только или незадолго до того, как расширяемый элемент достигнет углового положения, соответствующего продвижению вперед лопасти.

7. Система лопастей несущего винта по п.1, в которой расширяемый элемент изготовлен из полимерного материала, выполненного с возможностью выдерживать давление в диапазоне от 10 psi до 30 psi, предпочтительно от 15 psi до 20 psi.

8. Система лопастей несущего винта по любому из предшествующих пунктов, в которой, если изменяющая поток текучей среды поверхность находится в своем первом состоянии, поверхность не влияет или в значительной степени влияет на поток текучей среды по соответствующей одной из первой или второй поверхностей, и если изменяющая поток текучей среды поверхность находится в своем втором состоянии, поверхность оказывает влияние на поток текучей среды по соответствующей одной из первой или второй поверхностей.

9. Система лопастей несущего винта по любому из предшествующих пунктов, в которой расширяемый элемент расположен на стороне всасывания, например, ниже по воздушному потоку лопасти несущего винта.

10. Система лопастей несущего винта по любому из предшествующих пунктов, в которой расширяемый элемент расположен в области лопасти, которая составляет от 10% до 20% от длины размаха корня от концевой кромки.

11. Система лопастей несущего винта по любому из предшествующих пунктов, в которой расширяемый элемент проходит в интервале от 10% до 20% длины размаха корня лопасти несущего винта вдоль задней кромки лопасти несущего винта.

12. Система лопастей несущего винта по любому из предшествующих пунктов, в которой расширяемый элемент расположен в области лопасти, которая предпочтительно составляет от 0% до 30% длины хорды, более предпочтительно от 2% до 20% длины хорды, и наиболее предпочтительно от 5% до 10% длины хорды.

13. Система лопастей несущего винта по любому из предшествующих пунктов, в которой изменяющая поток текучей среды поверхность включает в себя или соединена с элементом жесткости для обеспечения сопротивления усилиям, испытываемым элементом или поверхностью, возникающим из воздушного потока.

14. Система лопастей несущего винта по п.13, в которой элемент жесткости расположен внутри полости.

15. Система лопастей несущего винта, имеющая множество лопастей, причем каждая лопасть включает наружную поверхность, имеющую в основном противолежащие первую и вторую поверхности, причем каждая лопасть несущего винта включает в себя изменяющую поток текучей среды поверхность, расположенную относительно одной из первой или второй поверхностей, которая выполнена с возможностью перемещения между первым и вторым положениями, при этом изменяющая поток текучей среды поверхность образует по существу непрерывную поверхность первой или второй поверхности при нахождении в первом положении, при этом перемещение каждой изменяющей поток текучей среды поверхности обеспечивается посредством соответствующего расширяемого элемента, выполненного из упруго гибкого материала с возможностью надувания и сдувания, при этом каждая изменяющая поток текучей среды поверхность является поверхностью соответствующего расширяемого элемента, при этом каждый расширяемый элемент расположен на концевой кромке или близко к концевой кромке соответствующей лопасти несущего винта.

16. Вертолет, включающий в себя систему лопастей несущего винта согласно любому предшествующему пункту.