RU2417922C2

RU2417922C2 - Rotorcraft

Info

Publication number: RU2417922C2
Application number: RU2009117369/11A
Authority: RU
Inventors: Радик Гилфанович Хабибуллин (RU); Радик Гилфанович Хабибуллин
Original assignee: Радик Гилфанович Хабибуллин
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2011-05-10
Also published as: RU2009117369A

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly, to rotors and flight control systems. Rotorcraft incorporates, in compliance with first version, two rotors with opposite rotation of blades. Pair of aligned rotors feature independently-variable angles of attack and rotational speeds and are fitted on moving part of tail boom articulated with main part of tail boom by hinge with two-rotation axles to allow pushers propellers to run to the left and right, up and down relative to tail boom proper. Rotorcraft incorporates, in compliance with second version, two rotors with opposite rotation of blades. Pair of aligned rotors feature independently-variable angles of attack and rotational speeds and are fitted on moving part of tail boom articulated with main part of tail boom by hinge. The only axle of said hinge is secured at an angle to main part of tail boom and at an angle to moving part so that rotational axis of moving rotors may describe a cone with vertex located at hinge assembly and, in one position, parallel to flight vehicle lengthwise axis.

EFFECT: improved maneuverability of flight vehicle.

2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемая группа изобретений относится к области самолетов и вертолетов, в частности воздушных винтов и систем управления полетом.The proposed group of inventions relates to the field of aircraft and helicopters, in particular propellers and flight control systems.

Известны различные аэродинамические схемы вертолетов: одновинтовые с рулевым винтом, одновинтовые со струйной системой управления, двухвинтовые продольной схемы, двухвинтовые поперечной схемы, двухвинтовые соосной схемы, двухвинтовые с перекрещивающимися плоскостями роторов, конвертопланы, винтокрылы. Технологический предел скорости вертолетов определяется разницей в скорости движения наступающих и отступающих лопастей несущего винта. У винтокрылых летательных аппаратов с двумя соосными несущими винтами этот недостаток компенсируется вращением роторов в противоположных направлениях, однако необходимость создания одними и теми же винтами вертикальной подъемной силы и горизонтальной тяги является ограничивающим фактором увеличения скорости полета. Для преодоления этих ограничений создавались летательные аппараты с двумя несущими винтами и двумя ("Камов" Ка-22) или одним (Sikorsky X2) толкающими винтами. Источник: журнал "Популярная механика" Август 2008 года, "Вертолет с толкающим винтом". Общим для современных винтокрылых летательных аппаратов с толкающими винтами является принцип управления полетом с помощью автомата перекоса несущих винтов, изменением тяги толкающих винтов и аэродинамических плоскостей хвостового оперения.Various aerodynamic schemes of helicopters are known: single-rotor with a tail rotor, single-rotor with a jet control system, twin-rotor longitudinal circuits, twin-rotor transverse circuits, twin-rotor coaxial circuits, twin-rotor with crossed planes of rotors, tiltrotors, helicopters. The technological limit of the speed of helicopters is determined by the difference in the speed of movement of the advancing and retreating rotor blades. In rotary-wing aircraft with two coaxial rotors, this drawback is compensated by the rotation of the rotors in opposite directions, however, the need to create the same vertical lift and horizontal thrust by the same rotors is a limiting factor in increasing flight speed. To overcome these limitations, aircraft were created with two rotors and two (Kamov Ka-22) or one (Sikorsky X2) propellers. Source: Popular Mechanics Magazine August 2008, Push Helicopter Helicopter. Common to modern rotary-wing aircraft with thrusting propellers is the principle of flight control using a rotor swash plate, changing the thrust of thrusting propellers and the aerodynamic planes of the tail.

Целью предлагаемого изобретения является увеличение маневренности летательного винтокрылого аппарата с толкающими винтами при сохранении высоких скоростных качеств аппаратов такой схемы.The aim of the invention is to increase the maneuverability of an aircraft rotorcraft with pushing propellers while maintaining high speed qualities of devices of such a scheme.

Поставленная цель достигается управлением вектором тяги вращающихся в противоположных направлениях соосных хвостовых движущих винтов за счет размещения их на подвижной части хвостовой балки, шарнирно закрепленной на основной части хвостовой балки винтокрылого летательного аппарата, изменением углов атаки лопастей хвостовых движущих винтов раздельно для каждого винта в широких пределах и регулированием скоростей вращения движущих винтов раздельно для каждого винта.This goal is achieved by controlling the thrust vector of the coaxial tail propellers rotating in opposite directions by placing them on the moving part of the tail boom pivotally mounted on the main part of the tail boom of the rotorcraft, changing the angles of attack of the tail propeller blades separately for each propeller over a wide range and adjusting the rotational speeds of the propellers separately for each propeller.

Предлагаемые движущие винты устроены следующим образом.The proposed propellers are arranged as follows.

Пара соосных винтов с противоположными направлениями вращения располагаются на подвижной концевой части хвостовой балки, соединенной шарниром с основной частью хвостовой балки летательного аппарата (Фигура 1) таким образом, что подвижная часть с движущими винтами может отклоняться от оси хвостовой балки вверх-вниз вокруг поперечной оси 1 шарнира и вправо-влево относительно вертикальной оси 2 шарнира на углы до 90° от продольной оси летательного аппарата. Таким образом может быть осуществлено эффективное управление летательным аппаратом по курсу и тангажу. Управление скоростью и направлением полета осуществляется путем изменения углов атаки лопастей движущих хвостовых винтов от положительных (обеспечивающих тягу вперед) до отрицательных, что обеспечивает летательному аппарату движение как вперед, так и в обратном направлении. Управление креном осуществляется за счет разницы скоростей вращения движущих винтов, когда винт одного направления вращения вращается со скоростью, отличной от скорости вращения другого, или способом, когда лопасти одного из движущих винтов приводятся в такое положение, что плоскости лопастей образуют угол, приближающийся к 90° к плоскости вращения, создавая вращательный момент и наклоняя весь летательный аппарат относительно его продольной оси в сторону, противоположную направлению вращения винта, осуществляющего кренение.A pair of coaxial screws with opposite directions of rotation are located on the movable end part of the tail boom connected by a hinge to the main part of the tail boom of the aircraft (Figure 1) so that the movable part with moving screws can deviate from the axis of the tail boom up and down around the transverse axis 1 hinge and left and right relative to the vertical axis 2 of the hinge at angles up to 90 ° from the longitudinal axis of the aircraft. In this way, effective control of the aircraft in course and pitch can be achieved. The speed and direction of flight are controlled by changing the angles of attack of the blades of the driving tail rotors from positive (providing thrust forward) to negative, which allows the aircraft to move both forward and backward. The roll is controlled due to the difference in the rotational speeds of the propellers when the screw in one direction of rotation rotates at a speed different from the rotational speed of the other, or in a way when the blades of one of the propellers are brought into such a position that the plane of the blades form an angle approaching 90 ° to the plane of rotation, creating a rotational moment and tilting the entire aircraft relative to its longitudinal axis in the direction opposite to the direction of rotation of the screw that performs the heeling.

Вариантом конструкции движущих винтов является конструкция с шарнирным узлом хвостовой балки с единственной осью вращения, которая расположена в срединной плоскости летательного аппарата под углом к продольной оси основной части хвостовой балки и одновременно под углом к оси вращения движущих хвостовых винтов (Фигура 2). При этом варианте пара соосных винтов с противоположными направлениями вращения располагается на подвижной концевой части хвостовой балки, которая может вращаться вокруг оси 3, закрепленной под углом к оси основной части хвостовой балки летательного аппарата таким образом, что вращающаяся на этой оси подвижная часть с движущими винтами может описывать конус с вершиной на шарнирном узле хвостовой балки. В маршевом положении подвижный узел с движущими винтами является продолжением хвостовой балки и тяга винтов направлена вдоль продольной оси летательного аппарата, обеспечивая максимальную крейсерскую скорость. При вращении подвижной части с движущими винтами по часовой или против часовой стрелки вектор тяги движущих винтов отклоняется вправо или влево и по вертикали, обеспечивая необходимые для маневрирования крены и тангажи. Раздельное управление скоростями вращения движущих винтов и управление в пределах до 180° углами атаки лопастей этих винтов обеспечивают летательному аппарату возможность двигаться как вперед, так и в обратном направлении и осуществлять кренение при маневрировании способами, описанными выше.A design variant of the propellers is a design with a hinged assembly of the tail boom with a single axis of rotation, which is located in the midplane of the aircraft at an angle to the longitudinal axis of the main part of the tail boom and at the same time at an angle to the axis of rotation of the propulsion tail rotors (Figure 2). In this embodiment, a pair of coaxial screws with opposite directions of rotation is located on the movable end of the tail boom, which can rotate around axis 3, fixed at an angle to the axis of the main part of the tail boom of the aircraft in such a way that the movable part rotating on this axis with the propellers can describe a cone with a vertex on the hinge assembly of the tail boom. In the marching position, a movable unit with moving propellers is an extension of the tail boom and the propeller thrust is directed along the longitudinal axis of the aircraft, providing maximum cruising speed. When rotating the movable part with moving screws clockwise or counterclockwise, the thrust vector of the moving screws deviates to the right or left and vertically, providing the rolls and pitch necessary for maneuvering. Separate control of the rotational speeds of the moving propellers and control of the angles of attack of the blades of these propellers up to 180 ° enable the aircraft to move both forward and in the opposite direction and to heel during maneuvering using the methods described above.

Технически разнонаправленное вращение движущих винтов с разными угловыми скоростями для каждого из них может быть реализовано с помощью тяговых электродвигателей, расположенных в подвижной части хвостовой балки и вращающих движущие винты. Управление углами атаки лопастей каждого из винтов также осуществляется с помощью отдельных электродвигателей через редукторы.Technically multidirectional rotation of the propellers with different angular speeds for each of them can be implemented using traction motors located in the movable part of the tail boom and rotating the propellers. The control angles of attack of the blades of each of the screws is also carried out using separate electric motors through gearboxes.

Предлагаемая конструкция движущих винтов для винтокрылого летательного аппарата позволит обеспечить следующие технические преимущества.The proposed design of propellers for a rotorcraft will provide the following technical advantages.

1. Перенос функций управления полетом с несущих винтов на движущие позволяет упростить конструкцию несущих винтов за счет упразднения автомата перекоса лопастей несущих винтов и повысить тем самым надежность всего летательного аппарата.1. The transfer of flight control functions from the main rotors to the driving ones allows simplifying the design of the main rotors by eliminating the automatic swashplate of the main rotor blades and thereby increasing the reliability of the entire aircraft.

2. Перенос функции обеспечения горизонтальной тяги с несущих винтов на движущие увеличивает КПД несущих винтов и скорость полета винтокрылого летательного аппарата.2. The transfer of the function of providing horizontal traction from the rotors to the driving ones increases the efficiency of the rotors and the flight speed of the rotorcraft.

3. Маневренность винтокрылого летательного аппарата за счет изменения вектора тяги движущих винтов в различных направлениях и раздельного изменения углов атаки лопастей движущих винтов в широких пределах значительно увеличивается в динамике и при висении в воздухе, что может быть особенно ценно в боевых условиях.3. The maneuverability of a rotorcraft due to a change in the thrust vector of the propellers in different directions and separate changes in the angles of attack of the propeller blades over a wide range significantly increases in dynamics and when hanging in the air, which can be especially valuable in combat conditions.

4. Соосная схема размещения движущих винтов позволяет компенсировать отрицательные вращательные и гироскопические моменты при маневрах в разные стороны, присущие схемам с одним хвостовым винтом.4. The coaxial arrangement of the propellers allows you to compensate for negative rotational and gyroscopic moments during maneuvers in different directions, inherent in schemes with one tail rotor.

Claims

1. A rotorcraft with two rotors with opposite rotational directions of the blades, characterized in that a pair of moving coaxial rotating in opposite directions of the rotors with independent from each other variable angles of attack of the blades from positive to negative and independently variable rotational speeds of each of the moving rotors placed on the movable part of the tail boom connected to the main part of the tail boom by a hinge with two axes of rotation, allowing the pushers to be rotated screws up and down and left and right relative to the tail boom itself.

2. A rotary wing aircraft having two rotors with opposite rotational directions of rotation of the blades, characterized in that a pair of moving coaxial rotating in opposite directions of rotors with independent from each other variable angles of attack of the blades from positive to negative and independently variable rotational speeds of each of the moving rotors placed on the movable part of the tail boom connected to the main part of the tail boom by a hinge, the only axis of which is fixed at an angle to the main parts of the tail boom of the aircraft and at an angle to the movable part with moving screws so that the axis of rotation of the moving screws can describe a figure in the form of a cone with a vertex falling on the hinge assembly, and can also be parallel to the longitudinal axis of the aircraft.