FI79886B - FOERFARANDE FOER AOSTADKOMMANDE AV HELIKOPTERNS MOTORSYSTEM. SIIRRETTY PAEIVAEMAEAERAE-FOERSKJUTET DATUM PL 14 ç 27.04.88. - Google Patents

Description

Menetelmä helikopterin voimalaitteen toteuttamiseksi - Förfarande för ästadkommande av helikopterns motor- system 79836

Keksinnön kohteena on menetelmä helikopterin voimalaitteen toteuttamiseksi.

Helikopterin roottorin lapaan (kärkeen) sijoitetun reak-tiovoimalaitteen (esim. patoputkimoottori tai suihkusuu-tin, johon paineenalainen kaasu johdetaan onttoja lapoja pitkin helikopterin rungossa olevasta kompressorista) hyvänä puolena on, ettei pyörivään roottoriin välity rungosta juuri ollenkaan momenttia. Tällöin monimutkaiset voimansiirto- ja pyrstöroottorijärjestelmät ovat tarpeettomia ja helikopteri on rakenteeltaan yksinkertainen ja kevyt. Voimalaitekokonaisuuden huonon hyötysuhteen takia tämä ns. suihkuroottorihelikopteri ei ole nykyisin kovin yleinen.

Keksinnön kohteena on menetelmiä ja laitteita, joissa helikopterin voimalaitteena on vapaamäntämoottori ja siihen yhdistetty mäntäkompressori, jonka tuottamaa paineilmaa johdetaan onttoihin roottorin lapoihin ja niissä oleviin suuttimiin. Samantapainen menetelmä on tunnettu U3-patenttijulkaisusta 2 590 457, jossa 2-tahtimoottorin männnän kanssa kiinteässä yhteydessä on kompressorin mäntä. Kompressorin tuottama paineilma käytetään 2-tahtimoottorin huuhteluun ja moottorin pakokaasut johdetaan turbiiniin ja edelleen roottorin lapoihin. Em. turbiini pyörittää turbokompressoria, jonka tuottama paineilma myös johdetaan onttoihin roottorin lapoihin. Julkaisussa mainitaan, että 2-tahtimoottori mäntäkompressoreineen voi olla vapaamäntätyyppinen.

Tämän hakemuksen mukainen keksintö on huomattavasti yksinkertaisempi; turbiinia ja turbokompressoria ei käyte- 2 79886 tä, mikä mahdollistaa suihkuroottorihelikopterin suhteellisen hyvän hyötysuhteen. Voimalaite on lisäksi yksinkertainen ja kevyt. Tämän toteuttamiseksi on keksinnön mukaisille menetelmille tunnusomaista se, mitä on esitetty pääpatenttivaatimuksen tunnusmerkeissä. Muut keksinnön ominaispiirteet ilmenevät alavaatimuksista.

Seuraavassa keksintöä selitetään oheisiin kuviin 1,2, 3 ja 4 viittaamalla. Kuvissa ja tekstissä esiintyvät nimitykset ovat: 1 roottorin lapa 2 suutin 3 puristettu ilma 4 kompressorin imuaukko 5 kompressorin poistoventtiili 6 moottorin pakoaukko 7 moottorin mäntä 8 moottorin huuhtelumäntä 9 moottorin imuaukko 10 tiiviste 11 ohjauslevy 12 roottorin napa 13 kompressorin mäntä 14 kompressorin imuventtiili 15 moottorin täytösaukko 16 täytöskammio 17 kuristin/venttiili 18 joustava kalvo (esim. kumia) 19 suuntaisventtiili 20 käynnistysventtiili 21 painesäiliö 22 kaasutin/polttoaineen syöttölaite 23 painelinja 24 polttoainesäiliö 25 yhdystanko 26 puristustila 27 työtila 3 79836

Kuvassa 1 voimalaitteena on stelzer-moottori (tunnettu patenttijulkaisusta DE OS 3 029 287 (F 02 B 71/00)), jonka molempiin päihin on rakennettu kompressorit. Kompressoriin kuuluvat mm. osat 4 ja 5. Kompressorin mäntänä toimii stelzer-moottorin mäntä 7. Moottorin toimiessa mäntien 7 ja 8 muodostama kokonaisuus heiluu edestakaisin ja mäntien ääriasennossa imuaukot 4 ovat avautuneina ja työ-aineilma imeytyy kompressorin puristustilaan. Puristettu työaineilma poistuu kompressorista suuntaisventtiilien 5 kautta ja se johdetaan pyörivään roottorin napaan (ontto) 12 (tarvitaan tiiviste 10) ja edelleen onttoja lapoja 1 pitkin suuttimiin 2, joista puristettu ilma 3 purkautuu ympäristöön aiheuttaen reaktiovoimallaan roottorin pyörimisen .

Suuttimet 2 voivat olla virtauspoikkipinta-alaltaan pieneneviä tai pieneneviä ja sen jälkeen laajenevia (ns. Laval-suutin) suuttimia. Suutin voi sijaita lavan kärjessä tai voi kattaa suuremman alueen lavasta (esim. jättöreunasta) ja suihkua voidaan käyttää paitsi roottorin pyörittämiseen tarvittavan momentin aikaansaamiseen, myös sirkulaation synnyttämiseen (sen voimakkuuden säätöön)/lavan nostovoiman säätöön/rajakerroksen ohjaukseen jne.

Roottori voi olla tyypiltään jäykkä (kuten kuvassa 1) tai muuta tyyppiä, esim. puolijäykkä tai nivelroottori.

Voimalaite kompressoreineen voi sijaita helikopterin rungossa (kuten kuvassa 1) tai se voi sijaita roottorin navassa (pyörien sen mukana).

Imuaukon 4 tilalla voi olla kompressoreissa yleisesti käytetty imuventtiili (suuntaisventtiili kompressorin kannessa ).

Voimalaitteita kompressoreineen voi helikopterissa olla kaksi tai useampia (turvallisuuden lisäämiseksi).

4 79836

Pakoaukosta 6 purkautuvat pakokaasut voidaan sekoittaa puristettuun työaineilmaan 3, jolloin saadaan suurempi tila-vuusvirta (pieni paine). Toinen äärimmäisyys on korkea paine (työaineena pelkkä ilma 3) ja Laval-suuttimen käyttö. On mahdollista, että yksinomaan pakokaasua käytetään suuttimiin 2 johdettavana työaineena (pelkkä stelzer-moot-tori ilman kompressoria). Kompressori voi olla stelzer-moottorista erillinen (yhdistetty stelzer-moottoriin ve-to-työntötangon välityksellä).

Stelzer-moottorin sijasta voidaan käyttää myös kuvan 2 mukaista voimalaitetta/kompressoria, jonka molempiin päihin sijoitettujen 2-tahtimoottorien männät 7 on yhdistetty kompressorin mäntään 13. 2-tahtimoottorit toimivat normaalin 2-tahtimoottorin tavoin; kampiakseli ja kiertokan-ki kuitenkin puuttuvat ja kysymyksessä on vapaamäntämoot-tori. Moottori voi toimia bensiini-/ottomoottorina tai dieselmoottorina. Mäntä 13 ja kompressori voidaan jättää poiskin (2-tahtimoottorien väliin jää väliseinä) johdettaessa vain moottorin pakokaasut roottoriin. Kuvassa 2 voi imuau-kon 4 tilalla olla imuventtiili (suuntaisventtiili) sylinterin kannessa.

Koska vapaamäntämoottorin tehoa voidaan tarvittaessa nopeasti säätää, voidaan myös lavan sirkulaatiota nopeasti säätää (kun tarkoituksena roottorin pyörittämisen lisäksi on sirkulaatioon vaikuttaminen). Tällöin roottorin sulkanivel (asetuskulman säätö) voidaan jättää pois. Tällöin voidaan käyttää esim. autogiroista tunnettua 2-lapaista keinuroot-toria (yksi lepatusnivel); syklinen ohjaus akselia kallistamalla ja nousuohjaus moottoritehoa säätämällä.

Tämän hakemuksen mukaisten moottorien ja kompressorien yhteydessä voidaan käyttää turboahdintekniikkaa (pakokaasu-energian talteenottamiseksi ja/tai mäntäkompressorin imuti-lavuusvirran pienentämiseksi).

5 79836

Kuvassa 3 pääperiaate on sama kuin kuvassa 2. Voimalaitteen molemmissa päissä on 2-tahtimoottorit (osat 6, 7, 9 ja 22, dieselmoottorikin mahdollinen), joiden mäntiä yhdistää osa 25, johon kompressorin männät 13 on kiinnitetty. Tiivisteinä on (kumi)kalvot 18, mutta muitakin tiivisteitä voidaan käyttää (esim. vierintäkalvotiiviste tai normaali männänrengas). Puristettava ilma otetaan ulkoa suuntaisventtiilin 14 kautta ja poistuu puristustilasta suuntaisventtiilin 5 kautta. Tämä laite tarkoituksenmukainen, kun painesuhde on pienehkö ja tarvittava is-kutilavuusvirta suuri. Painehäviö venttiileissä on mahdollista saada pieneksi. Mäntiä 13 voi olla 1 kpl, jolloin kaikki venttiilit on sijoitettava kanteen.

Käynnistys voi tapahtua paineilmalla (paineastia 21). (Sähkömagneetti ) venttiilit 20 voivat saada ohjauksensa sytytyksen katkojalta ja korkeapaineista ilmaa pääsee paloti-laan männän 7 ollessa lähellä yläkuolokohtaansa. Ellei mäntä ennen käynnistystä ole riittävän länellä ääriasento-aan, voidaan käyttää venttiilien 20 manuaalista ohjausta käynnistystapahtuman alkuunsaattamiseksi. Palamiskaasua ei pääse suuntaisventtiilin 19 läpi. Liian suuri männän liike estetään esim. mikrokytkimellä, jota mäntä 13 alkaa koskettaa katkaisten hetkeksi sytytyksen. Mäntä 13 voi myös alkaa koskettaa venttiiliä, joka päästää paineenalaista ilmaa laitteeseen, joka säätää kaasuttimesta tehoa pienemmälle. Myös sytytys voi olla tehon/männän ääriasennon mukaan säätyvä.

Kuvassa 4 vapaamäntämoottori toimii 2-tahtiperiaatteella siten, että männän 7 toisessa ääriasennossa täytösaukko 15 ja pakoaukko 6 ovat auki (mäntä ei ole niiden kohdalla) ja polttoaineen ja ilman seos (dieselmoottorissa pelkkä ilma) tulee sylinteriin ja palamiskaasua poistuu sieltä pakoau-kon 6 kautta. Männän ääriasennossa ilman imuaukko 4 (niitä voi olla useita virtausvastuksen pienentämiseksi) on auki ja alipaine imee ilmaa puristustilaan. Imuaukon 4 tilalla 6 79836 voi olla suuntaisventtiili, kuten kompressorissa yleensä (kannessa). Puristettu ilma 3 poistuu puristustilasta suuntaisventtiilin 5 (niitä voi olla useita) kautta roottoriin johdettavaksi. Osa puristetusta ilmasta 3 käytetään polttomoottorin palamisilmana mahdollisesti sekoittaen siihen polttoainetta (esim. kaasuttimellä 22; kuristin 17 voi olla kaasuttimeen kuuluva osa). Ilma johdetaan täy-tösaukon 15 kautta työsylinteriin. Varaajakammiot 16 takaavat riittävän täytöksen ja tasaavat painevaihteluja. Kuristin 17 voi olla tarpeen ennen varaajakammiotakin. Koska kaasutin 22 on paineistettu, saattaa polttoainesäiliön 24 pai-neistus olla tarpeen (paineistuslinja 23). Kuvan 4 mukaisesti voimalaitteessa on lähes kaikkia osia kaksi kappaletta ja se on symmetrinen. Mahdolliset sytytyslaitteet ja käynnistys järjestelmä (esim. paineilmalla toimiva) puuttuvat kuvasta 4. Voi olla tarpeen, että aukko 15 ja/tai 6 avautuu huomattavasti ennen kuin mäntä on alakuolokohdas-saan.

Claims (10)

1. Menetelmä helikopterin voimalaitteen toteuttamiseksi, jossa menetelmässä paineenalaista kaasua (3) johdetaan onttoja helikopterin roottorin lapoja (1) pitkin lavoissa oleviin suuttimiin (2) roottorin pyörittämiseen tarvittavan reaktiomomentin aikaansaamiseksi ja/tai lavan sirkulaatioon tai rajakerrokseen vaikuttamiseksi, tunnettu siitä, että paineenalainen kaasu (3) tuotetaan staattisella mäntäkompressorilla, jonka mäntänä toimii vapaamäntämoottorin mäntä (7, kuvat 1 ja 4) tai vapaa-mäntämoottorin männän (7) kanssa kiinteässä yhteydessä oleva kompressorin mäntä (13, kuvat 2 ja 3).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että vapaamäntämoottori koostuu kahdesta vastakkain sijoitetusta 2-tahtimoottorin sylinteristä (kuvat 2, 3 ja 4 ), joiden männät (7) ovat kiinte ässä yhteydessä keskenään yhdystangon (25) välityksellä.

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä (kuva 4),t u n-n e t t u siitä, että 2-tahtimoottorin täytös ja huuhtelu tapahtuu mäntäkompressorilla puristetulla ilmalla tai ilman ja polttoaineen seoksella (3) (kuva 4), joka siirtyy täytöskammion (16) ja täytösaukon (15) kautta moottorin sylinteriin.

4. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kompressorin männät (13) (kuvat 2 ja 3) on kiinnitetty yhdystankoon (25).

5. Patenttivaatimuksen 2 tai 3 mukainen menetelmä (kuva4 ), t u n ne t t u siitä, että ilma (3) puristetaan 2-tahtimoottorin männillä (7) puristustilan (26) ollessa vastakkaisella puolella mäntää (7) kuin työtilan (27) .

6. Patenttivaatimukseni mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suuttimiin (2) johdettavaa paineenalaista ilmaa (3) tuotetaan kompressorilla, jonka mäntä on kiinteässä yhteydessä stelzer-moottorin liikkuviin osiin (7, 8, kuva 1) ja liikkuu niiden mukana. 8 79836

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että paineenalaista ilmaa (3) tuottavan kompressorin mäntänä toimii stelzer-moottorin mäntä (7, kuva 1).

7 79836

8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suuttimiin (2) johdettavana paineen-alaisena kaasuna(3) käytetään kompressorilla puristetun ilman ja stelzer-moottorin pakokaasun seosta.

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että suuttimiin (2) johdettavana paineenalai-sena kaasuna (3) käytetään stelzer-moottorin pakokaasua.

10. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1 - 8 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kompressorissa puristettava työaineilma imetään puristustilaan (26, kuvat 2 ja 4) männän (7 tai 13) vapauttaman imuaukon (4) kautta männän ollessa lähellä ääriasentoaan. 9 79836 Patentkrav;