RU179890U1 - The power plant of a high-speed combined helicopter (rotorcraft) - Google Patents
The power plant of a high-speed combined helicopter (rotorcraft) Download PDFInfo
- Publication number
- RU179890U1 RU179890U1 RU2017143792U RU2017143792U RU179890U1 RU 179890 U1 RU179890 U1 RU 179890U1 RU 2017143792 U RU2017143792 U RU 2017143792U RU 2017143792 U RU2017143792 U RU 2017143792U RU 179890 U1 RU179890 U1 RU 179890U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shaft
- variator
- speed
- output
- fan
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
- B64C27/00—Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
- B64C27/04—Helicopters
- B64C27/12—Rotor drives
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
- B64D—EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLIGHT SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWER PLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS IN AIRCRAFT
- B64D35/00—Transmitting power from power plant to propellers or rotors; Arrangements of transmissions
- B64D35/04—Transmitting power from power plant to propellers or rotors; Arrangements of transmissions characterised by the transmission driving a plurality of propellers or rotors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C3/00—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
- F02C3/04—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor
- F02C3/13—Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid having a turbine driving a compressor having variable working fluid interconnections between turbines or compressors or stages of different rotors
Abstract
Полезная модель относится к авиастроению, а именно к силовой установке скоростного комбинированного вертолета (винтокрыла).Технической задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение возможности независимого раздельного управления пропульсивной реактивной тягой, механической мощностью и частотой вращения привода несущего винта в диапазоне сочетаний значений этих параметров, требуемом для обеспечения всех эксплуатационных режимов полета скоростного комбинированного вертолета (винтокрыла) и предотвращение самопроизвольной раскрутки несущего винта при маневрировании.Техническая задача обеспечивается тем, что в силовой установке скоростного комбинированного вертолета (винтокрыла), содержащей трансмиссию, состоящую из редукторов и валов и не менее одного комбинированного двигателя, снабженного регулятором подачи топлива, обеспечивающего как создание пропульсивной реактивной тяги, так и привод с возможностью изменения частоты вращения несущего винта, комбинированный двигатель выполнен в виде двухконтурного комбинированного двигателя с вентилятором внешнего контура и свободной силовой турбиной, имеющей выходной вал передачи механической мощности, снабженный датчиком оборотов, и вариатор вентилятора внешнего контура, имеющий один входной вал, соединенный с выходным валом передачи механической мощности свободной силовой турбины и два выходных вала, один из которых управляемый, соединен с вентилятором внешнего контура, а другой неуправляемый, при этом вариатор вентилятора внешнего контура снабжен датчиком оборотов выходного управляемого вала и устройством управления по сигналу текущего значения положения органа управления тягой комбинированного двигателя, поступающему с органа управления комбинированным двигателем, редуктор привода несущего винта снабжен устройством сцепления и вариатором с входным неуправляемым валом и выходным управляемым валом, при этом входной неуправляемый вал соединен с выходным неуправляемым валом вариатора привода вентилятора внешнего контура, а выходной управляемый вал соединен с устройством сцепления, при этом вариатор снабжен датчиком оборотов выходного управляемого вала и устройством управления по сигналу воздушной скорости, поступающему от вычислителя воздушной скорости полета, кроме того, датчик оборотов выходного вала передачи механической мощности свободной силовой турбины соединен с регулятором подачи топлива, устройством управления вариатором вентилятора внешнего контура и устройством управления вариатором, управление которым осуществляется по закону:где n- обороты выходного вала передачи механической мощности свободной силовой турбины;nобороты выходного управляемого вала вариатора;V- текущее значение воздушной скорости полета, аустройство управления по сигналу текущего значения положения органа управления тягой комбинированного двигателя управляет вариатором привода вентилятора внешнего контура по закону:где n- обороты выходного вала передачи механической мощности свободной силовой турбины;n- обороты выходного управляемого вала вариатора;α - текущее значение положения органа управления тягой двигателя, арегулятор подачи топлива комбинированного двигателя соединен линией связи с устройством сцепления и управляет оборотами выходного вала передачи механической мощности свободной силовой турбины по закону:n=const=100%,где n- обороты выходного вала передачи механической мощности свободной силовой турбины.При осуществлении полезной модели обеспечивается возможность независимого раздельного управления пропульсивной реактивной тягой, механической мощностью и частотой вращения привода несущего винта в диапазоне сочетаний значений этих параметров, требуемом для обеспечения всех эксплуатационных режимов полета скоростного комбинированного вертолета (винтокрыла) при обеспечении устойчивости системы «двигатель-трансмиссия-несущий винт» и предотвращению самопроизвольной раскрутки несущего винта при маневрировании.The utility model relates to aircraft manufacturing, namely, the power plant of a high-speed combined helicopter (rotorcraft). The technical task of the proposed utility model is to enable independent separate control of propulsive jet thrust, mechanical power and rotor speed of the rotor drive in the range of combinations of the values of these parameters required for ensuring all operational flight modes of a high-speed combined helicopter (rotorcraft) and preventing spontaneous The main task of the main rotor rotor during maneuvering is provided by the fact that in the power plant of a high-speed combined helicopter (rotorcraft) containing a transmission consisting of gearboxes and shafts and at least one combined engine equipped with a fuel supply regulator that provides both the creation of propulsive jet propulsion and the drive with the ability to change the rotor speed, the combined motor is made in the form of a dual-circuit combined motor with fan m of the external circuit and a free power turbine having an output shaft of transmission of mechanical power, equipped with a speed sensor, and a variator of the fan of the external circuit having one input shaft connected to the output shaft of transmission of mechanical power of a free power turbine and two output shafts, one of which is controllable, connected to the external circuit fan, and the other uncontrollable, while the external circuit fan variator is equipped with a speed sensor of the output controlled shaft and a signal control device the current value of the position of the combined engine thrust control coming from the combined engine control, the rotor drive gearbox is equipped with a clutch device and a variator with an input uncontrolled shaft and an output controlled shaft, while the input uncontrolled shaft is connected to the output uncontrolled shaft of the variator of the external fan fan drive, and the output controlled shaft is connected to the clutch device, while the variator is equipped with a speed sensor of the output controlled shaft and the control system according to the airspeed signal received from the airspeed calculator, in addition, the speed sensor of the output shaft of the mechanical power transmission of the free power turbine is connected to the fuel supply regulator, the control unit of the variator fan of the external circuit and the control unit of the variator, which is controlled by the law: where n is the speed of the output shaft of the mechanical power transmission of the free power turbine; n is the speed of the output controlled shaft of the variator; V is the current the value of the airspeed of flight, the control device according to the signal of the current value of the position of the traction control element of the combined engine controls the external drive fan variator according to the law: where n is the speed of the output shaft of the mechanical power transmission of the free power turbine; n is the speed of the output controlled shaft of the variator; α is the current the value of the position of the engine traction control element, the fuel supply regulator of the combined engine is connected by a communication line to the clutch device and controls the output shaft of the mechanical power transmission of a free power turbine according to the law: n = const = 100%, where n is the speed of the output shaft of the mechanical power transmission of a free power turbine. When implementing the utility model, it is possible to separately control propulsive jet thrust, mechanical power and speed rotor drive in the range of combinations of the values of these parameters required to ensure all operational flight modes of a high-speed combined helicopter (screw Wing) while ensuring the stability of the system "engine-transmission-rotor" and prevent spontaneous spin rotor when maneuvering.
Description
Полезная модель относится к авиастроению, а именно к силовой установке скоростного комбинированного вертолета (винтокрыла).The utility model relates to aircraft manufacturing, namely to the power plant of a high-speed combined helicopter (rotorcraft).
Известен «Скоростной комбинированный вертолет (винтокрыл)» патент на полезную модель RU №168554 В64С 27/22. Дата приоритета 04.10. 2016. Дата публикации 08.02.2017.The well-known "High-speed combined helicopter (rotorcraft)" patent for utility model RU No. 168554 V64C 27/22. Priority Date 04.10. 2016. Date of publication 02.08.2017.
Скоростной комбинированный вертолет (винтокрыл) имеет комбинированную несущую систему, состоящую из соосного несущего винта и планера с горизонтальным и вертикальным оперением с управляемыми поверхностями, силовую установку, состоящую из трансмиссии (редукторов и валов) и двигателя, снабжен крылом, обеспечивающим практически полную разгрузку несущего винта, оборудованным управляемыми закрылками, элевонами, и не менее одного двигателя, выполненного комбинированным и обеспечивающим создание как пропульсивной реактивной тяги посредством хвостового сопла на всех эксплуатационных режимах полета, так и привод с возможностью изменения частоты вращения соосного несущего винта. Силовая установка известной полезной модели скоростного комбинированного вертолета (винтокрыла) работает следующим образом. Взлет винтокрыла осуществляется по вертолетному - вертикально с использованием соосного несущего винта. Для этого комбинированный двигатель подает необходимую мощность на соосный несущий винт через редуктор, реактивная тяга комбинированного двигателя минимальна, а обороты двигателя настроены на обеспечение взлетных оборотов соосного несущего винта. Далее осуществляется переход на большие скорости полета. Для этого путем отклонения органов управления в кабине экипажа увеличивается реактивная тяга комбинированного двигателя и по мере разгона при уменьшении потребой мощности автоматически уменьшается подача мощности на соосный несущий винт с сохранением частоты его вращения до некоторой величины скорости полета. С ростом скорости полета до 260…300 км/час осуществляется плавная перенастройка частоты вращения соосного несущего винта в сторону уменьшения его оборотов для обеспечения оптимальных характеристик полета. На скоростях полета более 500 км/час соосный несущий винт разгружается до минимально допустимой величины с соответствующей автоматической перенастройкой частоты вращения выходного вала комбинированного двигателя.The high-speed combined helicopter (rotorcraft) has a combined load-bearing system, consisting of a coaxial rotor and a glider with horizontal and vertical tail with controllable surfaces, a power plant, consisting of a transmission (gears and shafts) and an engine, equipped with a wing, providing almost complete unloading of the rotor equipped with controlled flaps, elevons, and at least one engine made combined and providing the creation of a propulsive jet thrust through the tail nozzle at all operational flight modes, and a drive with the ability to change the rotational speed of the coaxial rotor. The power plant of the known utility model of a high-speed combined helicopter (rotorcraft) works as follows. Rotorcraft take-off is carried out by helicopter - vertically using a coaxial rotor. To do this, the combined engine supplies the necessary power to the coaxial rotor through the gearbox, the jet thrust of the combined engine is minimal, and the engine speed is configured to provide take-off revolutions of the coaxial rotor. Next, the transition to high speed flight. To do this, by rejecting the controls in the cockpit, the thrust of the combined engine increases and as the acceleration decreases with a decrease in power demand, the power supply to the coaxial rotor is automatically reduced while maintaining its rotation speed to a certain value of the flight speed. With an increase in flight speed to 260 ... 300 km / h, a smooth reconfiguration of the rotational speed of the coaxial rotor is carried out in the direction of decreasing its speed to ensure optimal flight characteristics. At flight speeds of more than 500 km / h, the coaxial rotor is unloaded to the minimum permissible value with the corresponding automatic reconfiguration of the speed of the output shaft of the combined engine.
Известное техническое решение силовой установки скоростного комбинированного вертолета (винтокрыла) имеет ряд недостатков. У реактивного комбинированного двигателя снижение частоты вращения выходного вала может осуществляться только за счет снижения частоты вращения турбины двигателя, которое осуществляется за счет уменьшения подачи топлива регулятором двигателя. В связи с этим снижение частоты вращения соосных несущих винтов путем перенастройки частоты вращения выходного вала комбинированного двигателя неизбежно приведет к глубокому дефорсированию двигателя по тяге и мощности. Снижение частоты вращения турбины реактивного двигателя до значения, обеспечивающего получение требуемых оборотов соосного несущего винта винтокрыла на скорости полета 600 км/час, приведет к дефорсированию двигателя по тяге и мощности до уровня 10-15% от их максимальных располагаемых значений. Указанное выше влияние оборотов выходного вала двигателя на его располагаемую мощность и реактивную тягу не позволяет в полной мере обеспечить независимое управление величиной оборотов несущего винта, требуемой для обеспечения всех эксплуатационных режимов полета скоростного комбинированного вертолета из-за указанных выше противоречий.The known technical solution for the power plant of a high-speed combined helicopter (rotorcraft) has several disadvantages. In a combined jet engine, a reduction in the output shaft speed can only be achieved by reducing the engine turbine speed, which is achieved by reducing the fuel supply to the engine controller. In this regard, a decrease in the rotational speed of the coaxial rotors by reconfiguring the rotational speed of the output shaft of the combined engine will inevitably lead to deep deformation of the engine in terms of traction and power. A decrease in the rotational speed of a jet engine turbine to a value that ensures obtaining the required revolutions of the coaxial rotor of a rotorcraft at a flight speed of 600 km / h will lead to engine deformation by traction and power to the level of 10-15% of their maximum available values. The above effect of the engine output shaft speed on its available power and jet thrust does not allow to fully provide independent control of the rotor speed required to ensure all operational flight modes of a high-speed combined helicopter due to the above contradictions.
Другим недостатком является то, что на больших скоростях полета, когда несущий винт вертолета практически полностью разгружен, при создании необходимой вертикальной перегрузки и маневрировании несущий винт склонен к самопроизвольной раскрутке. Известная силовая установка не позволяет предотвратить самопроизвольную раскрутку несущего винта. Для предотвращения раскрутки несущего винта в известной полезной модели предусмотрено использование механизации крыла винтокрыла, а именно закрылков, а так же изменение общего шага несущего винта. Такой способ поддержания частоты вращения несущего винта в приемлемых пределах требует высокой квалификации пилота или применения сложной автоматизированной системы управления.Another disadvantage is that at high flight speeds, when the rotor of the helicopter is almost completely unloaded, when creating the necessary vertical overload and maneuvering, the rotor is prone to spontaneous unwinding. The known power plant does not prevent spontaneous promotion of the rotor. To prevent the rotation of the rotor in a known utility model provides for the use of mechanization of the wing of a rotorcraft, namely flaps, as well as changing the overall pitch of the rotor. This method of maintaining the rotor speed within acceptable limits requires highly skilled pilot or the use of a complex automated control system.
Указанные недостатки силовой установки известной полезной модели не позволяют обеспечить независимое раздельное управление пропульсивной реактивной тягой, механической мощностью и частотой вращения привода несущего винта в диапазоне сочетаний значений этих параметров требуемом для обеспечения всех эксплуатационных режимов полета скоростного комбинированного вертолета (винтокрыла) и предотвратить самопроизвольную раскрутку несущего винта при маневрировании.These shortcomings of the power plant of the known utility model do not allow independent separate control of propulsive jet thrust, mechanical power and rotor speed of the rotor drive in the range of combinations of the values of these parameters required to ensure all operational flight modes of a high-speed combined helicopter (rotorcraft) and prevent spontaneous spinning of the rotor when maneuvering.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является обеспечение возможности независимого раздельного управления пропульсивной реактивной тягой, механической мощностью и частотой вращения привода несущего винта в диапазоне сочетаний значений этих параметров, требуемом для обеспечения всех эксплуатационных режимов полета скоростного комбинированного вертолета (винтокрыла) и предотвращение самопроизвольной раскрутки несущего винта при маневрировании.The technical task of the proposed utility model is to provide independent separate control of propulsive jet thrust, mechanical power and rotor drive rotational speed in the range of combinations of the values of these parameters required to ensure all operational flight modes of a high-speed combined helicopter (rotorcraft) and to prevent spontaneous rotation of the rotor during maneuvering.
Техническая задача обеспечивается тем, что в силовой установке скоростного комбинированного вертолета (винтокрыла), содержащей трансмиссию, состоящую из редукторов и валов и не менее одного комбинированного двигателя, снабженного регулятором подачи топлива, обеспечивающего как создание пропульсивной реактивной тяги, так и привод с возможностью изменения частоты вращения привода несущего винта, комбинированный двигатель выполнен в виде двухконтурного двигателя с вентилятором внешнего контура и свободной силовой турбиной, имеющей выходной вал передачи механической мощности, снабженный датчиком оборотов, и вариатор вентилятора внешнего контура, имеющий один входной вал, соединенный с выходным валом передачи механической мощности свободной силовой турбины и два выходных вала, один из которых управляемый, соединен с вентилятором внешнего контура, а другой неуправляемый, при этом вариатор вентилятора внешнего контура снабжен датчиком оборотов выходного управляемого вала и устройством управления по сигналу текущего значения положения органа управления тягой комбинированного двигателя, поступающему с органа управления комбинированным двигателем, редуктор привода несущего винта снабжен устройством сцепления и вариатором с входным неуправляемым валом и выходным управляемым валом, при этом входной неуправляемый вал соединен с выходным неуправляемым валом вариатора привода вентилятора внешнего контура, а выходной управляемый вал соединен с устройством сцепления, при этом вариатор, снабжен датчиком оборотов выходного управляемого вала и устройством управления по сигналу воздушной скорости, поступающему от вычислителя воздушной скорости полета, кроме того, датчик оборотов выходного вала передачи механической мощности свободной силовой турбины соединен с регулятором подачи топлива, устройством управления вариатором вентилятором внешнего контура и устройством управления вариатором, управление которым осуществляется по закону:The technical problem is ensured by the fact that in a power plant of a high-speed combined helicopter (rotorcraft) containing a transmission consisting of gearboxes and shafts and at least one combined engine equipped with a fuel supply regulator, providing both the creation of propulsive jet propulsion and a drive with the possibility of changing the frequency rotor drive rotor, the combined engine is made in the form of a dual-circuit engine with an external circuit fan and a free power turbine having mechanical power transmission drive shaft equipped with a speed sensor and an external circuit fan variator having one input shaft connected to the output shaft of the mechanical power transmission of a free power turbine and two output shafts, one of which is controllable, connected to an external circuit fan, and the other uncontrolled wherein the fan variator of the external circuit is equipped with a speed sensor of the output controlled shaft and a control device by a signal of the current value of the position of the control unit engine coming from the control unit of the combined engine, the main rotor drive gearbox is equipped with a clutch device and a variator with an input uncontrolled shaft and an output controlled shaft, while the input uncontrolled shaft is connected to the output uncontrolled shaft of the variator of the external fan drive, and the output controlled shaft is connected to the clutch device, while the variator is equipped with a speed sensor of the output controlled shaft and a control device for an airspeed signal, post Payuschie by calculating the air speed of flight, in addition, an output shaft revolutions sensor transmitting the free power turbine mechanical power is connected to the fuel supply regulator, the control device variator fan outer-loop control unit and a CVT which is controlled according to the law:
где nст - обороты выходного вала передачи механической мощности свободной силовой турбины;where n st - revolutions of the output shaft of the transmission of mechanical power of a free power turbine;
nвых - обороты выходного управляемого вала вариатора вентилятора внешнего контура;n o - revolutions of the output controlled shaft of the variator fan of the external circuit;
Vполета - текущее значение воздушной скорости полета, аV flight - the current value of the airspeed, and
устройство управления по сигналу текущего значения положения органа управления тягой комбинированного двигателя управляет вариатором вентилятора внешнего контура по закону: the control device according to the signal of the current value of the position of the control element of the thrust of the combined engine controls the variator of the fan of the external circuit according to the law:
где nст - обороты выходного вала передачи механической мощности свободной силовой турбины;where n st - revolutions of the output shaft of the transmission of mechanical power of a free power turbine;
nвых - обороты выходного управляемого вала вариатора вентилятора внешнего контура;n o - revolutions of the output controlled shaft of the variator fan of the external circuit;
α - текущее значение положения органа управления тягой двигателя, а регулятор подачи топлива комбинированного двигателя соединен линией связи с устройством сцепления и управляет оборотами вала передачи механической мощности свободной силовой турбины по закону:α is the current value of the position of the engine traction control body, and the fuel supply regulator of the combined engine is connected by a communication line to the clutch device and controls the speed of the transmission shaft of the mechanical power of a free power turbine according to the law:
nст=const=100%, где:n article = const = 100%, where:
nст - обороты выходного вала передачи механической мощности свободной силовой турбины.n st - revolutions of the output shaft of the transmission of mechanical power of a free power turbine.
Полезная модель поясняется чертежом, на котором изображена принципиальная схема силовой установки скоростного комбинированного вертолета (винтокрыла).The utility model is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of the power plant of a high-speed combined helicopter (rotorcraft).
Силовая установка винтокрыла содержит двухконтурный комбинированный двигатель 1 со свободной силовой турбиной 2, имеющей выходной вал передачи механической мощности 3, снабженный датчиком оборотов 4, и вентилятор внешнего контура 5, управляемый редуктор с бесступенчатым изменением передаточного отношения (далее вариатор) 6 с выходными управляемым валом 7, соединенным с вентилятором внешнего контура 5 и вторым неуправляемым валом 8. Вариатор 6 снабжен датчиком оборотов 9 выходного управляемого вала 7, имеет входной вал 10, соединенный с выходным валом передачи механической мощности 3 свободной силовой турбины 2. Вариатор 6 снабжен устройством управления 11, на которое по линии связи поступает сигнал nст - обороты выходного вала передачи механической мощности 3 свободной силовой турбины 2 с датчика оборотов 4.The rotorcraft power unit contains a dual-circuit combined engine 1 with a
Силовая установка содержит редуктор 12 привода несущего винта, снабженный устройством сцепления 13, управляемый редуктор с бесступенчатым изменением передаточного отношения (далее вариатор) 14, входной неуправляемый вал 15 которого, соединен с выходным неуправляемым валом 8 вариатора 6, а выходной управляемый вал 16 вариатора 14 соединен с устройством сцепления 13 редуктора 12 привода несущего винта. Вариатор 14 снабжен устройством управления 17 и датчиком оборотов 18 выходного управляемого вала 16.The power plant includes a
Силовая установка содержит регулятор подачи топлива 19 двухконтурного комбинированного двигателя 1 с механизмом дозирования подачи топлива 20, при этом регулятор подачи топлива 19 соединен линией связи с датчиком оборотов 4 выходного вала передачи механической мощности 3 свободной силовой турбины 2 и устройством сцепления 13, имеет линию связи устройства управления 17 вариатора 14 по сигналу воздушной скорости полета, поступающему с вычислителя воздушной скорости полета 21 с приемником воздушного давления 22 и по сигналу nст - обороты выходного вала передачи механической мощности 3 свободной силовой турбины 2, поступающему с датчика оборотов 4 и линию связи устройства управления 11 вариатора 6 вентилятора внешнего контура 5 по сигналу текущего значения положения органа управления тягой 23 двухконтурного комбинированного двигателя 1.The power plant contains a
Силовая установка винтокрыла работает следующим образом.The rotorcraft power plant operates as follows.
Двухконтурный комбинированный двигатель 1 со свободной силовой турбиной 2, имеющей выходной вал передачи механической мощности 3 свободной силовой турбины, представляет собой тепловую машину, которая вырабатывает на свободной силовой турбине 2 механическую мощность. Эта мощность распределяется пилотом, воздействующим на органы управления несущим винтом и орган управления тягой 23двухконтурного комбинированного двигателя 1, между редуктором 12 несущего винта и выходным управляемым валом 7 вариатора 6 привода вентилятора внешнего контура 5, который создает реактивную тягу двухконтурного комбинированного двигателя 1.The dual-circuit combined engine 1 with a
Пилот винтокрыла, воздействуя на органы управления несущим винтом винтокрыла, изменяет тягу несущего винта и, соответственно, потребную мощность несущего винта в соответствии с выполняемым режимом полета (висение, разгон, набор высоты, изменение скорости полета и другие маневры), что приводит к изменению баланса потребной и располагаемой мощности свободной силовой турбины 2 и, соответственно, к изменению оборотов выходного вала передачи механической мощности 3 от свободной силовой турбины 2.The rotorcraft pilot, acting on the rotorcraft rotor controls, changes the rotor thrust and, accordingly, the rotor's required power in accordance with the flight mode (hovering, acceleration, climb, changing flight speed and other maneuvers), which leads to a change in balance the required and available power of the
Регулятор подачи топлива 19 двухконтурного комбинированного двигателя 1 получает сигнал по линии связи от датчика оборотов 4 выходного вала передачи механической мощности 3 свободной силовой турбины 2, вступает в работу, стремясь восстановить исходные обороты, и производит через механизм дозирования топлива 20 изменение подачи топлива, соответствующее заложенному в него закону:The
nст=const=100%, где:n article = const = 100%, where:
nст - обороты выходного вала передачи механической мощности свободной силовой турбины.n st - revolutions of the output shaft of the transmission of mechanical power of a free power turbine.
Таким образом, обороты свободной силовой турбины 2 двухконтурного комбинированного двигателя 1 всегда остаются постоянными независимо от изменения потребной мощности для привода несущего винта. Пилот винтокрыла при желании изменить реактивную тягу комбинированного двигателя, воздействуя на орган управления тягой 23 комбинированного двигателя, соединенный линией связи с устройством управления 11 вариатора 6, передает управляющий сигнал на соответствующее изменение передаточного отношения вариатора 6. Сигнал от органа управления тягой 23 двухконтурного комбинированного двигателя 1 поступает в устройство управления 11 вариатора 6,которое производит изменение передаточного отношения вариатора 6 в соответствии с заданным пилотом значением, что приводит к изменению оборотов выходного управляемого вала 7 вариатора 6 и, в свою очередь, приводит к изменению оборотов вентилятора внешнего контура 5 и, соответственно, к изменению реактивной тяги двухконтурного комбинированного двигателя 1 в соответствии с требованиями режима полета. Фактическое значение передаточного отношения вариатора 6 устройство управления 11 определяет по отношению сигнала датчика оборотов 4 вала передачи механической мощности 3 свободной силовой турбины 2 и сигнала датчика оборотов 9 выходного управляемого вала 7 вариатора 6. После достижения заданного пилотом значения передаточного отношения вариатора 6 устройство управления 11 вариатора 6 осуществляет автоматическое поддержание достигнутого передаточного отношения постоянным до появления нового управляющего сигнала. Управление вариатором 6 осуществляется по закону:Thus, the revolutions of the
где nст - обороты выходного вала передачи механической мощности свободной силовой турбины;where n st - revolutions of the output shaft of the transmission of mechanical power of a free power turbine;
nвых - обороты выходного управляемого вала вариатора вентилятора внешнего контура;n o - revolutions of the output controlled shaft of the variator fan of the external circuit;
α - положение органа управления тягой.α is the position of the traction control.
При изменении оборотов вентилятора внешнего контура 5 изменяется величина нагрузки, снимаемой со свободной силовой турбины 2, тем самым нарушается баланс потребной и располагаемой мощности, снимаемой со свободной силовой турбины 2, что приводит к появлению тенденции изменения оборотов выходного вала передачи механической мощности 3 свободной силовой турбины. Регулятор подачи топлива 19 двухконтурного комбинированного двигателя 1 получает сигнал по линии связи от датчика оборотов 4, вступает в работу, стремясь восстановить исходные обороты, и производит через механизм дозирования топлива 20 изменение подачи топлива по заложенному в него закону:When the revolutions of the fan of the
nст=const=100%, где:n article = const = 100%, where:
nст - обороты выходного вала передачи механической мощности свободной силовой турбины.n st - revolutions of the output shaft of the transmission of mechanical power of a free power turbine.
За счет этого, обороты свободной силовой турбины 2 двухконтурного комбинированного двигателя 1 всегда остаются постоянными независимо от изменения потребной мощности для привода вентилятора внешнего контура 5.Due to this, the revolutions of the
Таким образом, предлагаемая силовая установка скоростного комбинированного вертолета обеспечивает независимое раздельное управление механической мощностью, передаваемой на привод несущего винта винтокрыла, и реактивной тягой двухконтурного комбинированного двигателя 1 в широком диапазоне их значений.Thus, the proposed power plant of a high-speed combined helicopter provides independent separate control of the mechanical power transmitted to the rotor rotor drive and the jet thrust of a dual-circuit combined engine 1 in a wide range of their values.
Аэродинамика несущего винта винтокрыла при полете на скорости более 400 км/час требует уменьшения оборотов несущего винта. Это требование обусловлено недопущением на наступающих лопастях выхода на скорость обтекания с числом М=1 и более (сверхзвуковое обтекание). Выполнение этого требования обеспечивается тем, что вариатор 14, входной неуправляемый вал 15 которого соединен с выходным неуправляемым валом 8 вариатора 6, а его выходной управляемый вал 16 соединен с устройством сцепления 13 редуктора 12 привода несущего винта винтокрыла. Вариатор 14 снабжен устройством управления 17 по сигналу воздушной скорости, поступающему по линии связи от вычислителя 21 воздушной скорости полета, который воспринимает от приемника воздушного давления 22 полное и статическое давление потока воздуха, в котором движется винтокрыл, вычисляет текущую воздушную скорость полета, вычисляет по заложенной в него программе потребные обороты несущего винта, соответствующие текущей скорости полета, и по линии связи, соединяющей вычислитель воздушной скорости полета 21 с устройством управления 17 вариатора 14, передает управляющий сигнал устройству управления 17 на соответствующее изменение передаточного отношения вариатора 14.The aerodynamics of the rotor rotor when flying at a speed of more than 400 km / h requires a decrease in the rotor speed. This requirement is due to the prevention on the advancing blades of access to the flow velocity with the number M = 1 or more (supersonic flow). This requirement is ensured by the fact that the
Фактическое значение передаточного отношения вариатора 14 определяется по отношению сигнала, поступающего с датчика оборотов 4 выходного вала передачи механической мощности 3 свободной силовой турбины 2 и сигнала датчика оборотов 18 выходного управляемого вала 16 вариатора 14. Устройство управления 17 вариатора 14 производит изменение передаточного отношения вариатора 14, что приводит к изменению оборотов выходного управляемого вала 16 вариатора 14 и, соответственно, к изменению оборотов привода несущего винта винтокрыла до значения, заданного вычислителем воздушной скорости полета 21, и осуществляет поддержание постоянным достигнутого текущего передаточного отношения вариатора 14 до появления нового управляющего сигнала. Управление вариатором 14 осуществляется по закону:The actual value of the gear ratio of the
где nст - обороты выходного вала передачи механической мощности свободной силовой турбины;where n st - revolutions of the output shaft of the transmission of mechanical power of a free power turbine;
nвых - обороты выходного управляемого вала вариатора;n o - revolutions of the output controlled shaft of the variator;
Vполета - текущее значение воздушной скорости полета.V flight - the current value of airspeed.
При изменении оборотов привода несущего винта изменяется величина нагрузки, снимаемой со свободной силовой турбины 2, и тем самым нарушается баланс потребной и располагаемой мощности, снимаемой со свободной силовой турбины 2, что приводит к появлению тенденции изменения оборотов выходного вала 3 передачи механической мощности свободной силовой турбины. Регулятор подачи топлива 19 двухконтурного комбинированного двигателя 1 получает сигнал по линии связи от датчика оборотов 4, вступает в работу, стремясь восстановить исходные обороты, и производит через механизм дозирования топлива 20 изменение подачи топлива по заложенному в него закону.When the rotor speed of the rotor drive changes, the load removed from the
nст=const=100%, n st = const = 100%,
где nст - обороты выходного вала передачи механической мощности свободной силовой турбины.where n st - revolutions of the output shaft of the transmission of mechanical power of a free power turbine.
За счет этого обороты свободной силовой турбины 2 двухконтурного комбинированного двигателя 1 всегда остаются постоянными независимо от изменения потребной мощности, связанного с изменением оборотов несущего винта. Принцип управления вариаторами 6 и 14 с отказом от управления по прямому параметру «выходные обороты» и переходом на управление по параметру «отношение входных и выходных оборотов» в сочетании с управлением свободной силовой турбиной 2 традиционно по закону nст=const обусловлен тем, что любая система автоматического регулирования является колебательным звеном и при наличии в единой кинематической цепи от турбины двигателя до несущего винта трех регуляторов, а именно регулятора подачи топлива 19 комбинированного двигателя 1, устройства управления 11 вариатора 6, устройства управления 17 вариатора 14, осуществляющих регулирование по взаимозависимым параметрам «частота вращения» будет принципиально неустойчивой, так как регуляторы в процессе регулирования будут вмешиваться в- процесс регулирования друг друга. Это будет приводить к раскачке (автоколебаниям) системы и, соответственно, к автоколебаниям оборотов несущего винта. Переход на регулирование обоих вариаторов по безразмерному отношению входных и выходных оборотов, которое не зависит от частоты вращения их валов, обеспечивает устойчивую совместную работу трех указанных устройств управления в единой кинематической цепи силовой установки и, соответственно, устойчивость системы «двигатель-трансмиссия-несущий винт»Due to this, the revolutions of the
Устройство сцепления 13 имеет два режима работы: режим « жестко сцеплено» и режим «расцеплено». Применение такого устройства на входе в редуктор 12 привода несущего винта обусловлено тем, что на больших скоростях полета винтокрыла, когда несущий винт практически полностью разгружен при создании необходимой вертикальной перегрузки и маневрировании винтокрыла несущий винт имеет склонность к самопроизвольной раскрутке. Для предотвращения раскрутки несущего винта устройство сцепления 13 на режимах полета со штатно работающим двухконтурным комбинированным двигателем 1 работает в режиме «жестко сцеплено» и имеет постоянную кинематическую связь несущего винта со свободной силовой турбиной 2 и вентилятором внешнего контура 5 двухконтурного комбинированного двигателя 1, обладающих большими полярными моментами инерции, что обеспечивает демпфирование режимов раскрутки несущего винта за счет жестко присоединенных инерционных масс. Кроме того, вентилятор внешнего контура 5, являясь потребителем мощности, будет препятствовать раскрутке несущего винта, потребляя энергию, вырабатываемую несущим винтом при его подкрутке набегающим воздушным потоком. Для обеспечения режима самовращения несущего винта в случае отказа двухконтурного комбинированного двигателя 1 устройство сцепления 13 по сигналу «отказ двигателя», поступающему в устройство сцепления 13 по управляющей линии от регулятора 19 двухконтурного комбинированного двигателя 1, переводится в режим «расцеплено».The
Совокупность признаков предлагаемой полезной модели позволяет осуществить решение поставленной задачи по обеспечению возможности независимого раздельного управления пропульсивной реактивной тягой, механической мощностью и частотой вращения привода несущего винта в диапазоне сочетаний значений этих параметров, требуемом для обеспечения всех эксплуатационных режимов полета скоростного комбинированного вертолета (винтокрыла) при обеспечении устойчивости системы «двигатель-трансмиссия-несущий винт» и предотвращении самопроизвольной раскрутки несущего винта при маневрировании.The totality of the features of the proposed utility model allows us to solve the problem of ensuring the possibility of independent separate control of propulsion jet propulsion, mechanical power and rotor drive rotational speed in the range of combinations of these parameters required to ensure all operational flight modes of a high-speed combined helicopter (rotorcraft) while ensuring stability of the engine-transmission-rotor system and preventing spontaneous the main rotation of the rotor during maneuvering.
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017143792U RU179890U1 (en) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | The power plant of a high-speed combined helicopter (rotorcraft) |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017143792U RU179890U1 (en) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | The power plant of a high-speed combined helicopter (rotorcraft) |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU179890U1 true RU179890U1 (en) | 2018-05-28 |
Family
ID=62561275
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017143792U RU179890U1 (en) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | The power plant of a high-speed combined helicopter (rotorcraft) |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU179890U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710839C1 (en) * | 2018-12-14 | 2020-01-14 | Николай Борисович Болотин | Helicopter |
RU203680U1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-04-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | POWER PLANT OF HIGH-SPEED COMBINED HELICOPTER (ROPE-WING) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004074653A1 (en) * | 2003-02-24 | 2004-09-02 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Compact compound engine package |
US7147182B1 (en) * | 2004-02-23 | 2006-12-12 | Kenneth Warren Flanigan | Gas-powered tip-jet-driven tilt-rotor compound VTOL aircraft |
US20150203189A1 (en) * | 2014-01-21 | 2015-07-23 | Sikorsky Aircraft Corporation | Rotor moment feedback for stability augmentation |
RU168554U1 (en) * | 2016-10-04 | 2017-02-08 | Сергей Викторович Михеев | High-speed combined helicopter (rotorcraft) |
RU2629475C1 (en) * | 2016-03-15 | 2017-08-29 | Дмитрий Сергеевич Дуров | High-speed turbofan combined helicopter |
-
2017
- 2017-12-14 RU RU2017143792U patent/RU179890U1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004074653A1 (en) * | 2003-02-24 | 2004-09-02 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Compact compound engine package |
US7147182B1 (en) * | 2004-02-23 | 2006-12-12 | Kenneth Warren Flanigan | Gas-powered tip-jet-driven tilt-rotor compound VTOL aircraft |
US20150203189A1 (en) * | 2014-01-21 | 2015-07-23 | Sikorsky Aircraft Corporation | Rotor moment feedback for stability augmentation |
RU2629475C1 (en) * | 2016-03-15 | 2017-08-29 | Дмитрий Сергеевич Дуров | High-speed turbofan combined helicopter |
RU168554U1 (en) * | 2016-10-04 | 2017-02-08 | Сергей Викторович Михеев | High-speed combined helicopter (rotorcraft) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2710839C1 (en) * | 2018-12-14 | 2020-01-14 | Николай Борисович Болотин | Helicopter |
RU203680U1 (en) * | 2020-11-06 | 2021-04-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | POWER PLANT OF HIGH-SPEED COMBINED HELICOPTER (ROPE-WING) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2473454C2 (en) | High-speed hybrid large-range helicopter | |
US8998127B2 (en) | Pre-landing, rotor-spin-up apparatus and method | |
EP3564122B1 (en) | Hybrid tiltrotor drive system | |
US9022313B2 (en) | Rotor unloading apparatus and method | |
RU2445236C2 (en) | High-speed long-range hybrid helicopter with optimised rotor | |
US8568096B2 (en) | Drive control and regulation method and system for a hybrid helicopter | |
JP4681048B2 (en) | Variable transmission for rotorcraft | |
CN102267561B (en) | Method of operating and controlling the deflection angle of a control surface of a hybrid helicopter | |
US4648797A (en) | Torque control system | |
CN106275411B (en) | It adjusts for rotor blade aircraft with there are three the methods of the power-equipment of engine | |
US8651811B2 (en) | Control logic for a propeller system | |
US20160083085A1 (en) | Electrified rotorcraft | |
US20050151001A1 (en) | Compound helicopter | |
US11001374B2 (en) | System and method for vertical take-off in an autogyro | |
RU179890U1 (en) | The power plant of a high-speed combined helicopter (rotorcraft) | |
RU2636826C1 (en) | High-speed helicopter with crossed screws | |
US20130134253A1 (en) | Power Rotor Drive for Slowed Rotor Winged Aircraft | |
RU2548304C1 (en) | Multirotor convertible high-speed helicopter | |
CN209757523U (en) | MIMO power system for unmanned rotary wing aircraft | |
US20180178908A1 (en) | Device for regulating the speed of rotation of a gas generator shaft of a rotorcraft turboshaft engine, a rotorcraft provided with such a device, and an associated method of regulation | |
US20200130822A1 (en) | Helicopter Using Electric Propeller Torque Arm As Power Source Driving Main Rotor | |
EP0092500A2 (en) | Helicopter engine torque compensator | |
US9944388B2 (en) | Rotorcraft state control | |
RU127364U1 (en) | SPEED COMBINED HELICOPTER | |
EP4101755B1 (en) | Supplemental engine power control |