Изобретение относится к области вертолетостроения, а конкретно к несущим винтам, размещенным коаксиально. Это изобретение предназначено для вертолетов, применяемых для поисково-спасательных работ в горах на больших высотах.The invention relates to the field of helicopter engineering, and in particular to rotors placed coaxially. This invention is intended for helicopters used for search and rescue operations in the mountains at high altitudes.
Известен вертолет Ми-8, построенный по одновинтовой схеме. Недостатком такой схемы, кроме рулевого винта, парирующего реактивный момент несущего винта, является еще и различная индуктивная скорость отбрасывания воздуха по радиусу вращения несущего винта.Famous Mi-8 helicopter, built on a single-rotor scheme. The disadvantage of this scheme, in addition to the tail rotor, fending off the reactive moment of the main rotor, is also a different inductive speed of air rejection along the radius of rotation of the main rotor.
Наиболее близким прототипом к заявляемому типу вертолета по максимальному количеству сходных признаков, относятся вертолеты (см. RU, патент 2364550, МПК В64С 27/04) и КА-25. Это применение соосных несущих винтов, фюзеляжа с хвостовым оперением и шасси. Недостатком такой схемы также является различная индуктивная скорость отбрасывания воздуха. Это объясняется различной окружной скоростью по радиусу при вращении лопасти. В результате ближе к оси вращения винта индуктивная скорость отбрасывания воздуха будет уменьшаться и имеет меньшую величину, чем во внешней части поверхности, ометаемой несущим винтом при вращении (см. автор A.M.Загордан «Элементарная теория вертолета», глава 2, вопрос 5. Индуктивная скорость потока. (Интернет)). Поджатие воздуха к оси вращения винта будет уменьшаться на режиме висения вертолета у земли, соответственно эффект влияния «воздушной подушки» будет уменьшаться, тем более после прохождения плоскости вращения винта воздух отбрасывается вниз и закручивается в сторону вращения винта. Т.о., воздух, отбрасываемый винтом, образует конус, что не позволяет достичь большей плотности воздуха, а значит, и большей эффективности «воздушной подушки».The closest prototype to the claimed type of helicopter by the maximum number of similar features include helicopters (see RU, patent 2364550, IPC VC 27/04) and KA-25. This is the use of coaxial rotors, tail fuselage and landing gear. The disadvantage of this scheme is also the different inductive rate of air rejection. This is explained by different peripheral radial velocities during rotation of the blade. As a result, closer to the rotational axis of the rotor, the inductive air rejection rate will decrease and have a lower value than in the outer part of the surface swept by the rotor during rotation (see AM Zagordan, Elementary Helicopter Theory, chapter 2, question 5. Inductive flow rate . (The Internet)). Compression of air to the axis of rotation of the propeller will decrease during the helicopter hovering mode near the ground, respectively, the effect of the “air cushion” will decrease, moreover, after passing through the plane of rotation of the propeller, the air is thrown down and swirls in the direction of rotation of the propeller. Thus, the air thrown by the screw forms a cone, which does not allow to achieve a greater density of air, and therefore, greater efficiency of the "air cushion".
В основу изобретения заложен принцип разности отношений диаметров верхнего и нижнего несущих винтов, а также их угловой скорости вращения. Например, диаметр нижнего несущего винта будет меньше примерно в 2 раза, чем диаметр верхнего винта, а обороты нижнего винта будут примерно в 2 раза больше верхнего винта. Для более точного уравновешивания реактивных моментов между винтами это соотношение можно принять как 2,2…1,8:1 по диаметрам, и по оборотам 1:1,8…2,2. Т.к. обороты нижнего винта возрастут, то и возрастет индуктивная скорость отбрасывания воздуха, что увеличит поджатие воздуха ближе к оси вращения винта на режиме висения вертолета у земли, эффект влияния «воздушной подушки» возрастет. Это позволит использовать вертолет для проведения поисково-спасательных работ на бóльших высотах в горах, чем обычные вертолеты.The basis of the invention is the principle of the difference between the diameters of the upper and lower rotors, as well as their angular velocity. For example, the diameter of the lower rotor will be approximately 2 times smaller than the diameter of the upper rotor, and the rotations of the lower rotor will be approximately 2 times larger than the upper rotor. For a more accurate balancing of the reactive moments between the screws, this ratio can be taken as 2.2 ... 1.8: 1 in diameter, and in revolution 1: 1.8 ... 2.2. Because if the rotor speeds of the lower rotor increase, the inductive rate of air rejection will increase, which will increase the preload of air closer to the rotational axis of the rotor during the helicopter’s hanging from the ground, and the effect of the “air cushion” will increase. This will make it possible to use a helicopter for search and rescue operations at higher altitudes in the mountains than conventional helicopters.
На чертеже показан общий вид вертолета: 1 - фюзеляж; 2 - верхний несущий винт; 3 - нижний несущий винт; 4 - двигатели с пылезащитными устройствами (ПЗУ); 5 - хвостовое оперение; 6 - шасси.The drawing shows a General view of the helicopter: 1 - fuselage; 2 - upper rotor; 3 - lower rotor; 4 - engines with dust protection devices (ROM); 5 - tail; 6 - chassis.
Изобретение осуществляется следующим образом. Диаметр одного из несущих винтов примерно в два раза меньше, чем диаметр другого винта. На чертеже в качестве примера показан нижний несущий винт с меньшим диаметром. Лопасти верхнего винта от комля и до середины лонжерона не имеют отсеков, т.е. лонжерон «голый». Это объясняется тем, что индуктивная скорость отбрасывания воздуха на этом участке будет сравнительно небольшой, поэтому нет необходимости на это затрачивать мощность двигателей. Диаметр нижнего винта примерно в два раза меньше, чем диаметр верхнего, но зато обороты будут больше примерно в два раза. При работе двигателей нижний несущий винт будет иметь обороты в 1,8…2,2 раза больше, чем верхний винт. Индуктивная скорость отбрасывания воздуха ближе к оси вращения винтов увеличится, поджатие воздуха на режиме висения вертолета у земли увеличивается, эффективность «воздушной подушки» возрастает, что уменьшает потребную мощность на этом режиме, что позволит выполнять этот режим в горах на больших высотах. Т.к. индуктивная скорость отбрасывания воздуха ближе к оси вращения винтов будет большая, есть целесообразность использовать поджатие воздуха перед ПЗУ, что повысит мощность двигателей на больших высотах за счет повышения плотности воздуха на входе в двигатели. Для этого необходимо изменить конструкцию ПЗУ. При таком соотношении диаметров и оборотов несущих винтов есть возможность увеличить крейсерскую скорость полета вертолета в два раза, т.к. зона обратного обтекания лопастей воздухом на этих скоростях будет отсутствовать. Уравновешивание реактивных моментов между винтами осуществляется несколькими способами:The invention is as follows. The diameter of one of the rotors is approximately two times smaller than the diameter of the other screw. The drawing shows, by way of example, a lower rotor with a smaller diameter. The blades of the upper screw from the butt to the middle of the spar do not have compartments, i.e. spar "naked". This is due to the fact that the inductive rate of air rejection in this section will be relatively small, therefore there is no need to expend the engine power on this. The diameter of the bottom screw is approximately two times smaller than the diameter of the top, but the speed will be approximately twice as large. When the engines are running, the lower rotor will have a speed of 1.8 ... 2.2 times more than the upper rotor. The inductive rate of air rejection closer to the axis of rotation of the propellers will increase, the air compression during the helicopter hovering mode near the ground increases, the efficiency of the “air cushion” increases, which reduces the required power in this mode, which will allow this mode to be performed in mountains at high altitudes. Because the inductive rate of air rejection closer to the axis of rotation of the screws will be large, it is advisable to use a preload of air in front of the ROM, which will increase the power of engines at high altitudes by increasing the density of the air at the inlet of the engines. To do this, you need to change the design of the ROM. With this ratio of rotor diameters and revolutions, it is possible to double the helicopter cruising speed, because the zone of reverse flow around the blades of air at these speeds will be absent. The balancing of the reactive moments between the screws is carried out in several ways:
- соотношение по диаметрам винтов как 2,2…1,8:1 и по оборотам 1:1,8…2,2 (применительно к данному чертежу);- the ratio of screw diameters is 2.2 ... 1.8: 1 and the speed of 1: 1.8 ... 2.2 (as applied to this drawing);
- изменение площади лопастей;- change in the area of the blades;
- изменение количества лопастей в несущем винте.- change in the number of blades in the rotor.
При большой индуктивной скорости отбрасывания воздуха у сопел двигателей повысит эффективность работы «ушей» (на чертеже не показаны). Это специальные устройства, предназначенные для уменьшения температуры выхлопных газов двигателей, что затрудняет их захват тепловыми ловушками.With a large inductive air rejection rate at the nozzles of the engines will increase the efficiency of the "ears" (not shown in the drawing). These are special devices designed to reduce the temperature of the exhaust gases of engines, which makes them difficult to capture by thermal traps.