CN104627362B - 直升机应用伺服子盘型活塞航空发动机强化安全自转着陆 - Google Patents

Abstract

一种使用可弃式伺服子盘救生的活塞式直升机发动机。本发动机采用主辅双发动机组合形式。以辅助发动机为核心的伺服子盘与驱动旋翼的主发动机采用可分离结构。当主辅发动机结合时，能充分发挥主发动机潜力。促进主发动机对气动旋翼特性匹配。同样可降低发动机对生产工艺要求。当发生故障时，能适时快速分离旋翼进入自转状态。同时可靠的抛弃伺服子盘，减少自转着陆保障安全自转着陆救生。使用伺服子盘的直升机主要执行，飞行训练，工程吊挂，高原货运补给的飞行任务。本技术对发动机，传动部件故障包容性好。改变现代直升机对部件高可靠性要求，直升机高风险使用，阻碍产业发展的瓶颈。

Description

直升机应用伺服子盘型活塞航空发动机强化安全自转着陆

技术领域：活塞式直升机发动机类

背景技术：直升机空中停车或传动机构故障不能飞行。为避免伤亡事故，会进入旋翼自转着陆状态。利用旋翼自转升力降低下沉速度，由于自转升力远小于直升机重量下沉速度仅降低而以。人员受伤仍然存在。这还是理想条件下的结果，实际进入旋翼自转是有动力驱动转换至自转的时机控制风险，反观旋翼机因故障不能飞行，旋翼在飞行中以处于自转中无需转换风险。旋翼自转升力与旋翼机重量配比合理，人员安全着陆，生存性好。

本发明以解决活塞式直升机故障后。快速转换旋翼至自转状态且减轻自转时的重量。保障安全为目的地。并能使其工艺要求适于现有生产力水平。

发明内容：现代活塞式直升机使用一台发动机，驱动旋翼提供直升机电力液压。本方案采用主辅双发动机组合。一台依据常规直升机原型航空发动机简化后的简易型。担当驱动旋翼的主发动机。另一台辅助汽油机发动机(以下称汽油机)驱动伺服设备，补充发动机简化后，缺少电力、增压、润滑、液压、冷却的服务。汽油机、伺服设备、载货、燃油一体化结构。总称向主发动机提供伺服服务的承载子盘，简称伺服子盘。伺服子盘与主发动机采用可分离结构。当故障时抛弃伺服子盘，减重后乘员，主发动机，在直升机旋翼自转升力保障下安全着陆。

使用伺服子盘目的：

1、设置可分离结构，为减轻旋翼自转时重量提供最可靠最基本安全保障。

2、不仅是减重更重要是控制进入旋翼自转的时机。当发生故障时驾驶员从判断到实施旋翼由动力驱动转换自转有个过程。此时旋翼会随发动机停车而降低转速带来风险。失去旋翼减速前最佳分离时刻。

应用伺服子盘的直升机，通过汽油机与主发动机共用燃油供应和发电电源。以汽油机工作正常判断监测主发动机关健的燃油供应，电力电源部分的正常。所谓关键是指一旦故障驾驶员反应以晚，易失去最佳分离时刻。利用汽油机正常运转判断主发动机共用部分正常，以汽油机停车方式执行旋翼转换进入自转状态。抛弃以汽油机为核心的伺服子盘，保障自转重量的安全是本技术核心思想。

3、综上所述使用伺服子盘的直升机发动机，在简化简易后与原型发动机相比即继承原型输出特性品质，又不同在于：

A工艺性：本由原型驱动设备改为汽油机驱动。一方面简化主发动机结构与重量。另一方面汽油机恒速运行为伺服设备定型服务于主发动机提供快速方便。

B可靠性：①表面上增加一台汽油机增加发生故障概率。实际不是因为汽油机停车作为执行信号，如果汽油机本身故障停车，就自动执行自转状态，不用考虑。

②原型简化后，原本由原型发动机驱动部件改由汽油机驱动。减少主发动机部件发生概率。通过汽油机监测发动机油路，电源供应。而剩下主发动机使用液压、增压、冷却则通过压力温度传感器监测。在故障发生时提醒作用。按疑似从有原则即怀疑就可认定有故障，手动关闭汽油机安全着陆。即使监测失效按三级状况(见下文)处理，这是相比常规直升机对降低发生故障提高可靠性，而对工艺要求苛刻的原因。

结构特点：在直升机底部设置电磁吸附的可弃式伺服子盘。内含燃油载货外，为一台额定恒速四冲程水冷汽油机。汽油机驱动伺服设备包括：机械增压机、电源发电机、发动机机油冷却散热系统(水冷冷却视发动机需要)，机油泵、液压泵。其中伺服设备向主发动机输出的，增压空气、燃油、机油、液压油等流体通过脆性联通器(一种多孔通道玻璃器皿)向其提供服务。

以下是以使用最广泛的燃油喷射型航空发动机为原型，在简化成主发动机的需求与汽油机伺服设备供应的关系。

1、油路：①汽油机驱动自用的燃油喷射泵向本身提供燃油。保证汽油机运行可靠，而且汽油机恒速运行为使用喷射燃油提供便利。②汽油机驱动燃油供应油泵。一路提供汽油机自用燃油喷射泵，另一路经脆性联通器向主发动机燃油喷射系统提供燃油。③燃油供应，即有汽油机直接驱动油泵，也有电源供能的电动油泵驱动甚至有两前者组合型。但有总的原则：原型供油机构不改动而改由汽油机驱动。

2、电路：汽油机驱动电源发电机，向汽油机本身及置于伺服子盘内的电磁吸合提供电力。并通过可分离的电源触头向主发动机点火系统及直升机提供电力。

3、增压：汽油机驱动机械增压器，并通过脆性联通器向主发动机进气提供增压空气。

4、润滑冷却：汽油机驱动机油泵向汽油机本身和通过脆性联通器向主发动机提供润滑服务。在主发动机循环后经脆性联通器流回伺服子盘进行冷却。如主发动机采用风冷，那么汽油机驱动机油冷却散热系统，冷却主发动机机油和汽油机冷却液。主发动机驱动风扇对本身风冷散热片吹风冷却。如主发动机采用水冷，那么汽油机驱动水冷散热系统，对主发动机和汽油机冷却。

5、液压：汽油机驱动液压泵。通过脆性联通器，向直升机操纵机构提供液压油。做功后的液压油经脆性联通器又流回伺服子盘内储油罐循环使用。

6、起动：应先起动汽油机，再起动发动机。

直升机汽油机担当能量中心，在其停车后停止供应能量，那么应该有另一套能量机械来执行停车后分离旋翼的任务。要求是重量轻，结构简单，动作可靠，储能持久。所以在直升机旋翼分离控制处，设置弹簧储能器。其释能采用电磁吸合保险。电力由发电电源提供。弹簧储能器为拨动旋翼分离和触发击碎脆性联通器的机构提供力量。击碎机构其原理可参考玻璃破窗器使用原则。流程是当要进入旋翼自转时，首先汽油机停车发出起始信号。停车停电，无电电磁。伺服子盘的电磁吸合无磁分离。同时弹簧储能器的保险无磁打开释能。为分离旋翼和解发击碎联通器机构提供力量。最后抛弃伺服子盘自转着陆。

与常规直升机以系统余度设置改善失效备份和高品质部件要求。以达到寿命期内安全使用思想不同。使用伺服子盘的直升机执行两种飞行模式：正常直升机，不正常自转着陆。以弹簧储能担当更换模式能量，那么对直升机的部件故障包容性好，要求不高。

引起汽油机停车有以下特点。

一级：汽油机本身故障或发动机因供油系统和供电电源故障，引起主发动机和汽油机共同停车。主发动机停车同步能使旋翼分离，此时旋翼还未减速。称为监测自动停车。

二级：驾驶员通过压力监测或其它方法以发现主发动机增压、润滑液压等存在故障，但旋翼还在运转。此时按疑似从有的原则、手动关闭汽油机、自转着陆。称为监测手动停车。

三级：主发动机或传动部件等毫无征兆的突发不明故障已发生。旋翼随主发动机停车有减速现象。已失去最佳分离时刻。随后手动关闭汽油机停车。称为手动被动停车。

a、手动被动停车与原型直升机停车相比优势在于，执行与原型直升机相同旋翼自转对临界高度和速度要求。在抛弃伺服子盘后减少自转重量。这是监测失效后最基本最可靠的安全保障。

b、监测自动停车与手动被动停车相比优势在于，不仅以使直升机自转重量安全。还可以在主发动机停车同步分离旋翼。避免手动被动停车，旋翼减速后要利用临界高度和速度的能量提升降低的转速，从而进一步降低直升机自转着陆对临界高度和速度要求。

c、监测手动停车效果与监测自动停车相同。

伺服子盘与直升机连接，与采用机械卡销相比。电磁吸合虽要付出更多重量代价。但电磁吸合置于伺服子盘中，抛弃后不影响直升机自转重量的安全。而且电磁吸合以能量消耗方式连接，无电力则可靠分离。同样为保障自转重量的安全，使用伺服子盘的直升机只设置两个座位。剩余飞行载荷用于承载可弃或空载提高飞行性能。使用原型航空发动机简化的直升机自转着陆重量相当于未简化前原型空重重量。这是相比原型的进步。以后随新材料、新技术应用。伺服子盘占总重比例会越大，自转重量越轻越安全。

由于汽油机驱动的伺服设备与发动机无刚性连接。发动机油路，电路按最大供给需求提供服务。其中机械增压器恒速恒压。在发动机各转速阶段，通过使用减压阀或可变增压系统，调节进气压力从而改变增压比。保证全转速范围内，转矩储备系数的自由调节。

①相比常规废气涡轮增压，机械增压。发动机输出扭矩与发动机转速有密切。只保证有限转速范内，转矩特性和动态响应性与直升机旋翼气动特性要求的匹配。不易发挥发动机潜力，限制灵活更换发动机的可能。

②相比某些航空发动机应用以排气管设置节气门，调整废气涡轮转速功率。配合进气管节气门调整进气压力，改变增压比。以追求自由调节转矩储备系数。使用伺服子盘的直升机以主辅双发动机模式，同样能快速方便达到此类直升机用大量投入研发定型性能技术标杆。而且更安全。

具体实施方式：按照以上说明，根据价值工程分析。应选择量产成熟的轻型直升机。最好国产型，担当参考原型机。无论使用活塞式航空发动机或涡轴发动机均可。采用其旋翼系统生产原型活塞航空发动机的简化简易型。或将涡轴发动机更换更适国情的活塞发动机简化后代替。再依据主发动机的性能要求，采用量产的汽油机参考前文设计伺服子盘。这样能在最短时间内以最少投入开发比原型直升机成本更低，工艺要求更低，更安全的产品，服务市场。

这样即能良好实施本发明。

Claims (8)

1.一种直升机用救生的活塞航空发动机，其特征在于吸附于直升机底部的可弃式承载盘，盘内承载燃油货物外，还有采用主辅双发动机组合中一台辅助汽油机驱动的伺服设备；辅助汽油机、伺服设备、载货、燃油一体化结构；伺服设备有流体分离机构并且向采用主辅双发动机组合中另一台依据常规航空发动机简化后驱动旋翼的主发动机补充简化后主发动机电力、增压、润滑、液压、冷却的服务；通过辅助汽油机与主发动机共用燃油供应和发电电源，以汽油机工作正常判断主发动机的燃油供应、电力电源部分的正常，利用辅助汽油机正常运转判断主发动机共用部分正常，以辅助汽油机停车方式执行旋翼转换进入自旋状态。

2.按照权利要求1所述的一种直升机用救生的活塞航空发动机，其特征在于伺服设备向主发动机提供的服务，由辅助汽油机驱动的，发电机.增压机.冷却散热系统、机油泵.液压泵设备向原型航空发动机简化后的简易型补充简化后的主发动机的电力.增压.润滑、液压冷却服务，伺服设备向主发动机提供电力、增压、润滑冷却的服务与主发动机采用可分离机构。

3.按照权利要求1所述的一种直升机用救生的活塞航空发动机，其特征在于在伺服设备有流体分离机构中伺服设备向主发动机提供空气，机油，冷却液的流体在一体化的可弃式承载盘结构中与主发动机连接采用脆性联通器，一种多孔通道玻璃器皿材质选择玻璃。

4.按照权利要求3所述的一种直升机用救生的活塞航空发动机，其特征在于在流体分离机构中，置于直升机旋翼自由分离控制处设置弹簧储能器，一种当直升机停车停止供应能量后的另一套能量机械，为分离旋翼和触发击碎脆性联通器机构提供力量。

5.按照权利要求4所述的一种直升机用救生的活塞航空发动机，其特征在于用于直升机停车后另一套能量机械的弹簧储能器，采用电磁吸合保险，无电释能。

6.按照权利要求1所述的一种直升机用救生的活塞航空发动机，其特征在于在吸附的可弃式承载盘中，吸附机构采用电磁吸合，电力由发电电源提供。

7.按照权利要求1所述的一种直升机用救生的活塞航空发动机，其特征在于在驱动伺服设备的辅助汽油机，其恒速运行的油路采用机械燃油喷射泵雾化。

8.按照权利要求7所述的一种直升机用救生的活塞航空发动机，其特征在于在辅助汽油机中，辅助汽油机与主发动机共用一套由辅助汽油机驱动油泵或电动油泵供应燃油，通过辅助汽油机与主发动机共用燃油供应及发电电源，以辅助汽油机正常判断监测主发动机的燃油供应、电力电源部分的正常，利用辅助汽油机正常运转判断主发动机共用部分正常，以辅助汽油机停车方式执行进入自旋状态。