Устройство предупреждения сближения лопастей несущих винтов соосного вертолета

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к конструкциям соосных несущих систем винтокрылых летательных аппаратов. Колонка соосных несущих винтов с зеркальным расположением автоматов перекоса содержит редуктор с двумя соосными полыми валами, вращающимися в противоположных направлениях, на которых закреплены втулки несущих винтов, цепи управления общим, дифференциальным и циклическим шагом каждого винта, два автомата перекоса. Внутри вращающегося вала верхнего винта имеется полая неподвижная колонна, а внутри колонны проходят тяги управления циклическим шагом. В верхней части колонны установлен автомат перекоса нижнего винта, а его скользящее кольцо связано тягой с дополнительным скользящим кольцом, установленным в нижней части колонны. В состав управления колонки соосных несущих винтов введена раздвижная тяга между автоматами перекосов в канале крена, изменяющая свою длину в зависимости от режима полета винтокрылого летательного аппарата. Обеспечивается повышение безопасности посредством предотвращения опасного сближению лопастей верхнего и нижнего несущих винтов. 2 ил.

 

Изобретение относится к авиационной технике и касается систем соосных несущих винтов винтокрылых летательных аппаратов. Колонка соосного вертолета, представляющая собой двухвинтовую несущую систему с зеркальным расположением автоматов перекоса, содержит управляемую раздвижную тягу в канале крена (фиг. 1). Техническим результатом является повышение безопасности по сближению лопастей верхнего и нижнего несущих винтов.

Известна колонка сверхлегкого соосного вертолета (Патент №2155702 от 10.09.200), представляющая собой двухвинтовую несущую систему с зеркальным расположением автоматов перекоса, которая содержит редуктор с двумя соосными полыми валами, вращающимися в противоположных направлениях, на которых закреплены втулки несущих винтов. Также система содержит цепи согласованного управления общим, дифференциальным и циклическим шагом каждого из несущих винтов, включающие два автомата перекоса. При этом внутри вращающегося вала верхнего винта, выполненного с возможностью осевого перемещения вниз относительно ступицы приводной шестерни редуктора, введена полая неподвижная колонна. Внутри колонны проходят тяги управления циклическим шагом, в верхней части колонны установлен автомат перекоса верхнего винта, а его скользящее кольцо связано тягой с дополнительным скользящим кольцом, установленным в нижней части колонны. Элементы управления верхним винтом установлены на валу и на колонне так, что перемещение вала вниз происходит без демонтажа системы управления или редуктора, а приведение в рабочее состояние - без дополнительной регулировки системы управления.

В таком устройстве не исключено опасное сближение лопастей, вплоть до их схлеста, в случае энергичного маневрирования, потери оборотов на большой скорости или вследствие неблагоприятного сочетания факторов полета, увеличивающих сближение лопастей несущих винтов.

Как известно [Э.А. Петросян. Аэродинамика соосного вертолета. М.: Полигон - пресс, 2004 г. с. 816], при маневрировании соосного вертолета с несущими винтами, вращающимися в разных направлениях, в определенных азимутах нахождения лопастей может происходить их сближение. Для исключения этого явления вводятся ограничения по угловым скоростям маневрирования соосного вертолета и обеспечение достаточного вертикального разноса винтов, гарантирующего достаточный зазор между лопастями.

Для уменьшения риска опасного сближения лопастей обеспечивают достаточную высоту колонки, что влечет за собой увеличение габаритов вертолета и нагрузок на редуктор и узлы крепления.

Задача, решаемая в заявляемом техническом решении, заключается в автоматическом обеспечении достаточных зазоров между лопастями верхнего и нижнего несущих винтов во всех режимах полета винтокрылого летательного аппарата.

Технический результат, достигаемый при реализации предлагаемого изобретения, позволяет без вмешательства летчика и ограничения режимов маневрирования избегать опасного сближения несущих винтов. Благодаря этому достигается заявленный технический результат:

1) повышение безопасности полета соосного вертолета;

2) уменьшение высоты колонки, что влечет за собой уменьшение нагрузок на узлы крепления колонки и улучшение транспортабельности и хранения вертолета вследствие уменьшения его габаритов по высоте.

При этом не предъявляется высоких требований к отказобезопасности системы предупреждения сближения лопастей НВ. В случае ее отказа соосный вертолет может продолжать полет с установленными ограничениями по маневрированию и скорости.

Существенными признаками заявляемой конструкции колонки соосного несущего винта, общими с прототипом, являются: двухвинтовая несущая система с зеркальным расположением автоматов перекоса, которая содержит редуктор с двумя соосными полыми валами, вращающимися в противоположных направлениях, на которых закреплены втулки несущих винтов. Также система содержит цепи согласованного управления общим, дифференциальным и циклическим шагом каждого из несущих винтов, включающие два автомата перекоса. При этом внутри вращающегося вала верхнего винта, выполненного с возможностью осевого перемещения вниз относительно ступицы приводной шестерни редуктора, введена полая неподвижная колонна. Внутри колонны проходят тяги управления циклическим шагом, в верхней части колонны установлен автомат перекоса верхнего винта, а его скользящее кольцо связано тягой с дополнительным скользящим кольцом, установленным в нижней части колонны. Элементы управления верхним винтом установлены на валу и на колонне так, что перемещение вала вниз происходит без демонтажа системы управления или редуктора, а приведение в рабочее состояние - без дополнительной регулировки системы управления.

Признаком заявляемого изобретения, отличным от прототипа, является дополнительная раздвижная тяга между автоматами перекосов или дифференциальной качалки в канале крена, работающей по установленным алгоритмам по сигналам автоматического устройства от сигналов трех датчиков: угловых скоростей в канале тангажа ω_z и крена ω_x и воздушной скорости V. Работающая по установленным алгоритмам раздвижная тяга путем автоматического отклонения тарелок автоматов перекоса в канале крена предотвращает опасное сближение лопастей несущих винтов.

Сущность изобретения поясняется схемой и графиком, на которых изображена принципиальная схема колонки, оснащенной устройством предотвращения сближения лопастей несущих винтов и приведена зависимость углов сближения лопастей винтов Δβ_{сближения} от азимута нижнего несущего винта Ψ_Η для ряда коэффициентов режима работы винта μ≈V/ωR сверхлегкого соосного вертолета, без предлагаемого устройства, в установившемся горизонтальном полете [Э.А. Петросян. Аэродинамика соосного вертолета. М.: Полигон - пресс, 2004 г. с. 816], а именно:

Фиг. 1 - Принципиальная схема колонки несущих винтов соосного вертолета;

Фиг. 2 - Зависимость углов сближения лопастей винтов от азимута нижнего несущего винта.

Здесь:

μ - коэффициент режима работы винта,

V - скорость полета,

ω - угловая скорость вращения винтов,

R - радиус несущего винта.

Винты сближаются при Δβ_{сближения}<0.

Верхний несущий винт вращается по часовой стрелке при виде сверху, нижний - против.

Красной линией на графике показаны азимуты физического сближения лопастей. Таким образом, достаточно отклонять тарелки автоматов перекосов винтов только по крену.

Для исключения сближения лопастей верхнего и нижнего винтов сверхлегкого соосного вертолета по скорости горизонтального полета необходимо отклонять верхний несущий винт вправо, нижний несущий винт - влево по закону:

Δb₁≈3,6°-0,035V, где V - в км/ч;

где Δb₁ - угол отклонения тарелки автомата перекоса по крену.

Если Δb₁ становится<0, то необходимо отклонять верхний несущий винт влево, нижний несущий винт - вправо.

Для предупреждения опасного сближения лопастей верхнего и нижнего винтов сверхлегкого соосного вертолета при кабрировании винты необходимо отклонять автоматы перекосов (верхний несущий винт вправо, нижний несущий винт - влево) только по крену по алгоритму:

Δb₁≈2,2°×ω_z (рад/с),

где ω_z - угловая скорость кабрирования, град/с.

При крене вправо критичным является сближение лопастей несущего винта слева.

Для предупреждения опасного сближения лопастей верхнего и нижнего винтов сверхлегкого соосного вертолета при крене вправо необходимо отклонять нижний несущий винт вправо, нижний несущий винт - влево по закону:

Δb₁≈5,9°×ω_x (рад/с),

где ω_x - угловая скорость крена, град/с.

Колонка соосных несущих винтов, представляющая собой двухвинтовую несущую систему с зеркальным расположением автоматов перекоса, которая содержит редуктор с двумя соосными полыми валами, вращающимися в противоположных направлениях, на которых закреплены втулки несущих винтов, содержащая цепи согласованного управления общим, дифференциальным и циклическим шагом каждого из несущих винтов, включающие два автомата перекоса, при этом внутри вращающегося вала верхнего винта, выполненного с возможностью осевого перемещения вниз относительно ступицы приводной шестерни редуктора, введена полая неподвижная колонна, а внутри колонны проходят тяги управления циклическим шагом, в верхней части колонны установлен автомат перекоса нижнего винта, а его скользящее кольцо связано тягой с дополнительным скользящим кольцом, установленным в нижней части колонны, при этом элементы управления верхним винтом не соединены с валами, отличающаяся тем, что в состав управления колонки соосных несущих винтов введена раздвижная тяга между автоматами перекосов в канале крена, изменяющая свою длину в зависимости от режима полета винтокрылого летательного аппарата с соосным несущим винтом.