RU130951U1

RU130951U1 - RUNWING AIRCRAFT WITH AUTOMOTIVE ROLLING SCREW AND WING

Info

Publication number: RU130951U1
Application number: RU2013109528/11U
Authority: RU
Inventors: Григорий Иванович Кузнецов
Original assignee: Григорий Иванович Кузнецов
Priority date: 2013-03-05
Filing date: 2013-03-05
Publication date: 2013-08-10

Abstract

Предлагаемое техническое решение полезной модели относится к области авиации, в частности, к вертолетостроению и направлено на создание винтокрылого летательного аппарата с увеличенными значениями аэродинамического качества, крейсерской скорости и дальности полета по сравнению с вертолетами. Указанный технический результат достигается тем, что в известном винтокрылом летательном аппарате, содержащем несущий винт, турбовинтовые двигатели с воздушными винтам изменяемого шага, крыло, фюзеляж, хвостовое оперение самолетного типа, самолетно-вертолетную систему управления, несущий винт выполнен авторотирующим автожирного типа, двигатели турбовинтового типа выполнены с реверсивными воздушными винтами изменяемого шага, а крыло выполнено с увеличенной подъемной силой. The proposed technical solution of the utility model relates to the field of aviation, in particular, to helicopter engineering and is aimed at creating a rotorcraft with increased values of aerodynamic quality, cruising speed and flight range compared to helicopters. The specified technical result is achieved by the fact that in a known rotary-wing aircraft containing a rotor, turboprop engines with variable-pitch propellers, a wing, a fuselage, a tail unit of an aircraft type, an aircraft-helicopter control system, a rotor is made autorotating autogyro type, turboprop engines made with reversible propellers of variable pitch, and the wing is made with increased lifting force.

Description

Предлагаемое техническое решение полезной модели относится к области авиации, в частности, к вертолетостроению и направлено на создание винтокрылого летательного аппарата с увеличенными значениями аэродинамического качества, крейсерской скорости и дальности полета по сравнению с вертолетами.The proposed technical solution of the utility model relates to the field of aviation, in particular, to helicopter engineering and is aimed at creating a rotorcraft with increased values of aerodynamic quality, cruising speed and flight range compared to helicopters.

К винтокрылым летательным аппаратам относятся вертолеты и винтокрылы [1, стр.138]. Данные аппараты объединяет то, что для выполнения вертикального взлета и посадки на них используются несущие винты, приводимые во вращение двигателями. Передача крутящего момента от двигателей на несущий винт, как правило, осуществляется с помощью трансмиссии.Helicopters include helicopters and rotorcraft [1, p.138]. These devices are united by the fact that for carrying out vertical take-off and landing on them rotors are used, driven by engines. The transmission of torque from the engines to the rotor, as a rule, is carried out using a transmission.

Известен состав трансмиссии вертолетов, представляющий совокупность агрегатов и узлов [1, стр.574], и их весовые данные [2]. Трансмиссия значительно увеличивает вес пустого вертолета и существенно уменьшает по сравнению с самолетом его весовую отдачу и полезную нагрузку. Высоко нагруженные агрегаты трансмисси имеют ограниченный ресурс, требуют постоянного контроля, выполнения восстановительного ремонта и замены в процессе эксплуатации, что увеличивает стоимость жизненного цикла вертолета.The known composition of the transmission of helicopters, representing a combination of units and nodes [1, p. 574], and their weight data [2]. The transmission significantly increases the weight of an empty helicopter and significantly reduces its weight return and payload compared to an airplane. Highly loaded transmission units have a limited resource, require constant monitoring, performing repair repairs and replacement during operation, which increases the cost of the helicopter's life cycle.

Полет вертолета на больших скоростях сопровождается интенсивным ростом волнового сопротивления на концевых сечениях наступающих лопастей несущего винта, что требует существенных нерациональных затрат мощности двигателей. Поэтому на современных вертолетах удалось реализовать максимальное значение эквивалентного аэродинамического качества (Кэкв. макс) ~5 единиц на скорости ~230 км/ч [3]. Крейсерские скорости вертолетов достигают значений около 280 км/ч, а дальности полета не превышает 800 км [1, стр.130].Helicopter flight at high speeds is accompanied by an intense increase in wave resistance at the end sections of the advancing rotor blades, which requires significant irrational expenditures of engine power. Therefore, modern helicopters managed to realize the maximum value of equivalent aerodynamic quality (Kekv. Max) ~ 5 units at a speed of ~ 230 km / h [3]. Helicopter cruising speeds reach values of about 280 km / h, and flight range does not exceed 800 km [1, p. 130].

На винтокрылах планировалось увеличить аэродинамическое качество, крейсерскую скорость и дальность полета за счет уменьшения профильного сопротивления несущих винтов путем перераспределения создания подъемной силы в пользу крыла, обладающего меньшим профильным сопротивлением. Однако добиться ожидаемого эффекта с ростом скорости полета не удалось из-за значительно увеличившегося профильного сопротивления несущих винтов вследствие возросших скоростей воздушного потока, обтекающего их наступающие лопасти, а также из-за существенно увеличившегося волнового сопротивления концевых сечений лопастей. Это подтверждается незначительным, по сравнению с вертолетами, увеличением Кэкв. макс до -5,5 единиц на скорости полета ~250 км/ч [3]. Данный результат, а также сложность конструкции винтокрылов не позволили осуществить их серийное производство.On rotorcraft, it was planned to increase aerodynamic quality, cruising speed and flight range by reducing the profile resistance of the rotors by redistributing the creation of lift in favor of the wing, which has a lower profile resistance. However, it was not possible to achieve the expected effect with an increase in flight speed due to the significantly increased profile resistance of the rotors due to the increased air flow rates flowing around their advancing blades, as well as due to the significantly increased wave resistance of the end sections of the blades. This is confirmed by insignificant, compared with helicopters, increase Kekv. max up to -5.5 units at a flight speed of ~ 250 km / h [3]. This result, as well as the complexity of the design of rotorcraft, did not allow their mass production.

Известны экспериментальные винтокрылы Ка-22 ОКБ имени Н.И.Камова и «Ротодайн» английской фирмы «Фейри».Known experimental rotorcraft Ka-22 OKB named after N. I. Kamov and "Rotodine" of the English company "Fairy".

На винтокрыле Ка-22 передача крутящего момента от двигателей на несущие винты осуществлялась, как и на вертолете, с помощью трансмиссии. Все недостатки, обусловленные наличием вертолетного несущего винта и трансмиссии, присущи также и винтокрылу Ка-22.On the Ka-22 rotorcraft, the transmission of torque from the engines to the rotors was carried out, like in a helicopter, using a transmission. All the disadvantages caused by the presence of a helicopter rotor and transmission are also inherent in the Ka-22 rotorcraft.

По совокупности отличительных признаков наиболее близким является техническое решение винтокрыла «Ротодайн» [4].In terms of the set of distinguishing features, the closest is the technical solution of rotorcraft Rotodine [4].

В известном техническом решении винтокрылый летательный аппарат имеет несущий винт вертолетного типа и крыло, турбовинтовые двигатели с нереверсивными воздушными винтами (пропеллерами) изменяемого шага, фюзеляж, хвостовое оперение самолетного типа и вертолетно-самолетную систему управления. Несущий винт на вертолетных режимах обеспечивает вертикальный взлет, висение и вертикальную посадку. Крыло на крейсерской скорости горизонтального полета разгружает несущий винт до 60% с целью уменьшения его профильного сопротивления. Величина подъемной силы крыла, разгружающая несущий винт, зависит, в основном, от выбора сочетания его размаха, площади и характеристик профилей.In a known technical solution, a rotary-wing aircraft has a rotor-type rotor and a wing, turboprop engines with variable pitch propellers (propellers), a fuselage, an aircraft-type tail unit and a helicopter-aircraft control system. The rotor in helicopter modes provides vertical take-off, hovering and vertical landing. The wing at the cruising speed of horizontal flight unloads the rotor up to 60% in order to reduce its profile resistance. The magnitude of the lifting force of the wing, unloading the rotor, depends mainly on the choice of a combination of its scope, area and characteristics of the profiles.

Для реализации на винтокрылом летательном аппарате вертолетных режимов полета применяется газодинамический привод несущего винта. Газодинамический привод включает камеру сгорания топлива (реактивное сопло) на конце каждой из лопастей несущего винта, газогенераторы сжатого воздуха сопряженные с двигателями; трубопроводы подачи воздуха и топлива, проложенные в планере, втулке и лопастях несущего винта; систему управления работой камер сгорания топлива. По весовым, стоимостным затратам и сложности конструкции газодинамический привод несущего винта не имеет преимуществ по сравнению с трансмиссиями винтокрылых летательных аппаратов. Поэтому газодинамический привод несущего винта не нашел применения в мировой практике вертолетостроения.For the implementation of helicopter flight modes on a rotary-wing aircraft, a gas-dynamic rotor drive is used. The gas-dynamic drive includes a fuel combustion chamber (jet nozzle) at the end of each of the rotor blades, gas generators of compressed air associated with the engines; air and fuel pipelines laid in the glider, sleeve and rotor blades; a control system for the operation of fuel combustion chambers. In terms of weight, cost and design complexity, the gas-dynamic rotor drive has no advantages compared to the transmissions of rotary-wing aircraft. Therefore, the gas-dynamic rotor drive has not found application in the world of helicopter engineering.

Вертикальный взлет винтокрылого летательного аппарата не отличается от вертикального взлета вертолета.The vertical takeoff of a rotorcraft is no different from the vertical takeoff of a helicopter.

После взлета винтокрылого летательного аппарата рычаги управления двигателями переводятся в заданное положение для установки необходимого режима работы с целью создания потребной величины силы тяги воздушными винтами. Затем на заданной скорости полета газодинамический привод выключается, а несущий винт продолжает работу на режиме авторотации, подобно работе несущего винта автожира, получая вращение за счет энергии набегающего потока воздуха.After the take-off of the rotorcraft, the engine control levers are moved to a predetermined position to set the required operating mode in order to create the required thrust force by the propellers. Then, at a given flight speed, the gas-dynamic drive is turned off, and the rotor continues to operate in autorotation mode, similar to the operation of the rotor of an autogyro, receiving rotation due to the energy of the incoming air flow.

Перед заходом на посадку на заданной скорости газодинамический привод вновь включается для вращения несущего винта на вертолетных режимах. Вертикальная посадка винтокрылого летательного аппарата не отличается от вертикальной посадки вертолета.Before approaching at a given speed, the gas-dynamic drive is again turned on to rotate the rotor in helicopter modes. The vertical landing of a rotorcraft is no different from the vertical landing of a helicopter.

Основным проблемным вопросом винтокрылого летательного аппарата является интенсивный рост профильного сопротивления несущего винта с увеличением скорости полета, не позволяющий превзойти эквивалентное аэродинамическое качество, крейсерскую скорость и дальность полета вертолета. Другим недостатком прототипа является сложность его конструкции и относительно большой вес пустого аппарата из-за применения газодинамического привода несущего винта, что значительно уменьшает его весовую отдачу и полезную нагрузку.The main problem of the rotorcraft is the intensive growth of the rotor profile resistance with increasing flight speed, which does not allow to surpass the equivalent aerodynamic quality, cruising speed and helicopter flight range. Another disadvantage of the prototype is the complexity of its design and the relatively large weight of an empty apparatus due to the use of a gas-dynamic rotor drive, which significantly reduces its weight return and payload.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является создание винтокрылого летательного аппарата, способного осуществлять взлет-посадку без разбега-пробега, превосходящего вертолет по величине аэродинамического качества, крейсерской скорости и дальности полета.The task to which the proposed technical solution is directed is to create a rotary-wing aircraft capable of take-off and landing without an take-off run, superior to a helicopter in terms of aerodynamic quality, cruising speed and flight range.

Технический результат обеспечивается тем, что в известном винтокрылом летательном аппарате, содержащем несущий винт, турбовинтовые двигатели с воздушными винтами изменяемого шага, крыло, фюзеляж, хвостовое оперение самолетного типа, самолетно-вертолетную систему управления, несущий винт выполнен авторотирующим автожирного типа, двигатели турбовинтового типа выполнены с реверсивными воздушными винтами изменяемого шага, а крыло выполнено с увеличенной подъемной силой.The technical result is ensured by the fact that in a known rotary-wing aircraft containing a rotor, turboprop engines with variable-pitch propellers, a wing, a fuselage, a tail unit of an aircraft type, an airplane-helicopter control system, a rotor is autorotating autogyro type, turboprop engines are made with reversible propellers of variable pitch, and the wing is made with increased lifting force.

Техническое решение полезной модели поясняется чертежом фиг.1. На фиг.1 схематично изображен винтокрылый летательный аппарат. Винтокрылый летательный аппарат содержит авторотирующий несущий винт 1, крыло с увеличенной подъемной силой 2, турбовинтовые двигатели 3, реверсивные воздушные винты изменяемого шага 4, фюзеляж 5, хвостовое оперение 6.The technical solution of the utility model is illustrated by the drawing of figure 1. Figure 1 schematically shows a rotorcraft. The rotorcraft contains an autorotating rotor 1, a wing with increased lift 2, turboprop engines 3, reversible propellers of variable pitch 4, the fuselage 5, tail unit 6.

Полет винтокрылого летательного аппарата осуществляется следующим образом:The flight of a rotorcraft is as follows:

Перед взлетом аппарата без разбега на старте осуществляют раскрутку аторотирующего несущего винта 1 до заданной частоты вращения, подобно раскрутке несущего винта автожира с «прыжковым» взлетом, с целью приобретения им необходимого запаса кинетической энергии. После этого с использованием известной вертолетной системы управления увеличением общего шага и тяги несущего винта 1 выполняют вертикальный подъем аппарата до отрыва колес шасси от поверхности площадки. Затем, практически одновременно, переводят рычаги управления двигателями во взлетное положение и производят разгон аппарата до достижения заданных значений скорости и высоты на взлете. При этом обеспечивают реализацию максимальной тяги движителей и одновременно максимальной тяги несущего винта за счет наиболее полного использования экранного эффекта площадки на малой высоте поступательного движения аппарата.Before takeoff of the vehicle without a start, at the start, they rotate the atorotating rotor 1 to a predetermined speed, similar to spinning the rotor of an autogyro with a "hopping" take-off, in order to acquire the necessary reserve of kinetic energy. After that, using the well-known helicopter control system for increasing the overall pitch and thrust of the rotor 1, the apparatus is vertically lifted until the chassis wheels come off the platform surface. Then, almost simultaneously, the engine control levers are moved to the take-off position and the vehicle is accelerated to the desired speed and altitude values at take-off. At the same time, the maximum thrust of the propulsors and at the same time the maximum thrust of the rotor are realized due to the most complete use of the screen effect of the site at a low height of the translational movement of the apparatus.

В горизонтальном полете с ростом скорости подъемная сила крыла 2 увеличивается. Следовательно, подъемную силу авторотирующего несущего винта 1 уменьшают общим шагом на соответствующую величину. Максимальная разгрузка несущего винта крылом, с увеличенной подъемной силой, достигается на крейсерской скорости полета. Для уменьшения профильного сопротивления несущего винта уменьшают скорости воздушного потока, обтекающего наступающие лопасти несущего винта, за счет установки минимальной частоты его вращения, обеспечивающей устойчивую авторотацию, путем уменьшения общего шага. Минимизация аэродинамического сопротивления системы аторотирующий несущий винт-крыло увеличивает аэродинамическое качество, крейсерскую скорость и дальность полета винтокрылого летательного аппарата по сравнению с вертолетами и винтокрылами.In horizontal flight, with increasing speed, the lifting force of wing 2 increases. Therefore, the lifting force of the autorotating rotor 1 is reduced by a common step by an appropriate amount. The maximum unloading of the rotor by the wing, with increased lifting force, is achieved at cruising flight speed. To reduce the rotor profile resistance, the airflow flowing around the advancing rotor blades is reduced by setting a minimum rotational speed that provides stable autorotation by reducing the overall pitch. Minimizing the aerodynamic drag of the rotor-wing rotor system increases the aerodynamic quality, cruising speed and flight range of a rotorcraft in comparison with helicopters and rotorcraft.

Перед посадкой аппарата без пробега на глиссаде планирования устанавливают заданную скорость, заданную величину общего шага авторотирующего несущего винта 1 для обеспечения максимально возможной частоты его вращения и необходимого запаса кинетической энергии. Затем на заданной высоте относительно поверхности посадочной площадки включают реверс воздушных винтов 4 для торможения аппарата и уменьшения посадочной скорости. После этого перед окончанием торможения увеличивают общий шаг и тягу несущего винта 1 для уменьшения скорости приземления аппарата вплоть до нулевого значения к моменту касания колес шасси поверхности площадки.Before landing the apparatus without a run on the planning glide path, a predetermined speed, a predetermined total pitch of the autorotating rotor 1 are set to ensure the maximum possible rotation frequency and the required kinetic energy reserve. Then, at a predetermined height relative to the surface of the landing pad, the reverse of propellers 4 is turned on to brake the apparatus and reduce the landing speed. After that, before the end of braking, the overall pitch and thrust of the rotor 1 are increased to reduce the landing speed of the apparatus up to zero by the time the wheels of the chassis touch the surface of the platform.

Проведенный заявителем анализ уровня техники показал, что совокупность существенных признаков заявленного технического решения является новой и промышленно приемлемой для достижения указанного технического результата и соответствует условию патентоспособности полезной модели.The analysis of the prior art by the applicant showed that the set of essential features of the claimed technical solution is new and industrially acceptable to achieve the specified technical result and meets the patentability condition of the utility model.

Источники информации:Information sources:

1. Свищев Г.П. Авиация, энциклопедия. Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», ЦАГИ, Москва, 1994 г.1. Svishchev G.P. Aviation, encyclopedia. Scientific publishing house "Big Russian Encyclopedia", TsAGI, Moscow, 1994

2. Тищенко М.Н., Некрасов А.В., Радин А.С. «Вертолеты», издательство «Машиностроение», Москва, 1976 г. (стр.69).2. Tishchenko M.N., Nekrasov A.V., Radin A.S. "Helicopters", publishing house "Engineering", Moscow, 1976 (p. 69).

3. Ружицкий Е.И. «Анализ развития мирового вертолетостроения за 50 лет», журнал «Техническая информация», выпуск 1-2, ЦАГИ, 1998 г.(стр.52,54).3. Ruzhitsky E.I. “An Analysis of the Development of World Helicopter Engineering for 50 Years,” Technical Information magazine, issue 1-2, TsAGI, 1998 (p. 52.54).

4. Авиационная энциклопедия «Уголок неба», Rotodyne, http/www.airwar.m/enc/uh/rotodayne.html (стр.1-9).4. Aviation Encyclopedia “Corner of the Sky”, Rotodyne, http / www.airwar.m / enc / uh / rotodayne.html (p. 1-9).

Claims

A rotorcraft containing a rotor, turboprop engines with variable-pitch propellers, a wing, a fuselage, an airplane type tail, an airplane-helicopter control system, characterized in that the rotor is autorotating autogyro type, the turboprop engines are made with reversible propellers variable pitch, and the wing is made with increased lifting force.