RU2589528C1

RU2589528C1 - Helicopter

Info

Publication number: RU2589528C1
Application number: RU2015122503/11A
Authority: RU
Inventors: Александр Владимирович Корженевский
Original assignee: Александр Владимирович Корженевский
Priority date: 2015-06-11
Filing date: 2015-06-11
Publication date: 2016-07-10

Abstract

FIELD: aviation.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly, to helicopters. Helicopter comprises housing, bearing air rotors in the front and rear parts of the housing. First rotor is made with possibility of longitudinal movement and transverse inclination of its axis relative to the body, and the second rotor is made with possibility of transverse movement. Movement and inclination of rotors is performed together with motors and reduction gears. Rotors have fixed step. Rotors can be made as coaxial and opposite rotating.

EFFECT: possibility to create light helicopter, which provides maximum reduction of operating costs.

2 cl, 7 dwg

Description

Заявляемый вертолет относится к авиационной технике, а именно к вертолетам.The inventive helicopter relates to aircraft, and in particular to helicopters.

Наиболее близким по технической сущности является вертолет с контролируемым перемещением центра тяжести, который содержит корпус, несущий воздушный винт, выполненный с возможностью его продольного перемещения и поперечного наклона относительно корпуса вместе с двигателем и редуктором для его привода. Продольное перемещение винта используется для управления вертолетом по тангажу путем смещения вектора тяги относительно центра масс вертолета, а наклон - для управления креном путем наклона вектора тяги. Использование продольного перемещения винта позволяет расширить возможность балансировки вертолета и смягчить требования к распределению веса полезного груза внутри корпуса. Для управления по курсу предложено использовать дифференциальное изменение коллективного шага системы из двух соосных или перекрещивающихся противоположно вращающихся несущих винтов с помощью устройств, аналогичных автомату перекоса, в котором исключена функция управления циклическим шагом. (См. патент US №6182923, МПК В64С 27/04, В64С 27/32, В64С 27/52, B64D 35/04).The closest in technical essence is a helicopter with a controlled movement of the center of gravity, which contains a housing carrying a propeller, made with the possibility of its longitudinal movement and lateral inclination relative to the housing together with the engine and gearbox for its drive. The longitudinal movement of the propeller is used to control the helicopter in pitch by shifting the thrust vector relative to the center of mass of the helicopter, and the tilt - to control the roll by tilting the thrust vector. Using the longitudinal movement of the propeller allows you to expand the ability to balance the helicopter and soften the requirements for the distribution of payload weight inside the hull. To control the course, it is proposed to use a differential change in the collective step of the system of two coaxial or intersecting oppositely rotating rotors using devices similar to a swash plate, in which the cyclic step control function is excluded. (See US patent No. 6182923, IPC B64C 27/04, B64C 27/32, B64C 27/52, B64D 35/04).

Недостатком данной конструкции является сложность механической конструкции привода соосных винтов и устройства управления коллективным шагом винтов, быстрый износ деталей, что приводит к высоким эксплуатационным расходам и резко снижают надежность конструкции. Также механизмы управления шагом винтов увеличивают трение в системе передачиThe disadvantage of this design is the complexity of the mechanical design of the drive of the coaxial screws and the collective screw pitch control device, the rapid wear of parts, which leads to high operating costs and drastically reduce the reliability of the design. Screw pitch control mechanisms also increase friction in the transmission system.

Задачей предлагаемого изобретения является создание надежного легкого вертолета с обеспечением возможности уменьшения трения в системе передачи вращающего момента на винты при максимальном снижении эксплуатационных расходов.The objective of the invention is the creation of a reliable light helicopter with the possibility of reducing friction in the system of transmitting torque to the screws while minimizing operating costs.

Для предлагаемого вертолета используют стандартные системы линейного перемещения, широко применяемые в промышленности. Это системы, в которых используют шарико-винтовую пару или зубчатую рейку с шестерней в комбинации с электрическим сервоприводом. Систему линейного перемещения монтируют на корпусе вертолета и закрепляют на перемещаемой платформе двигатель с редуктором и несущим винтом.For the proposed helicopter using standard linear displacement systems, widely used in industry. These are systems that use a ball screw pair or a gear rack with gear in combination with an electric servo drive. The linear displacement system is mounted on the helicopter body and the engine with the gearbox and rotor is fixed on the movable platform.

Поставленная задача решается за счет того, что вертолет содержит: корпус, несущие воздушные винты в передней и задней частях корпуса. Первый винт выполнен с обеспечением возможности продольного перемещения и поперечного наклона его оси относительно корпуса, а второй винт выполнен с обеспечение возможности поперечного наклона его оси относительно корпуса. Перемещение и наклон винтов происходит вместе с двигателями и редукторами. Винты имеют фиксированный шаг. Винты могут быть выполнены сдвоенными, соосными, противоположно вращающимися.The problem is solved due to the fact that the helicopter contains: a casing, bearing propellers in the front and rear parts of the casing. The first screw is made with the possibility of longitudinal movement and transverse tilt of its axis relative to the housing, and the second screw is made with the possibility of lateral tilt of its axis relative to the housing. The movement and tilt of the screws takes place together with motors and gearboxes. The screws have a fixed pitch. The screws can be made dual, coaxial, oppositely rotating.

Вертолет содержит: корпус, несущие воздушные винты в передней и задней частияхкорпуса. Первый винт выполнен с обеспечением возможности продольного перемещения и поперечного наклона его оси относительно корпуса, а второй винт выполнен с обеспечением возможности поперечного перемещения. Перемещение и наклон винтов происходит вместе с двигателями и редукторами. Винты имеют фиксированный шаг. Винты могут быть выполнены сдвоенными, соосными, противоположно вращающимися.The helicopter contains: a body, carrying propellers in the front and rear parts of the hull. The first screw is made with the possibility of longitudinal movement and lateral inclination of its axis relative to the housing, and the second screw is made with the possibility of lateral movement. The movement and tilt of the screws takes place together with motors and gearboxes. The screws have a fixed pitch. The screws can be made dual, coaxial, oppositely rotating.

Сущность изобретения поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

На фиг. 1 - вид вертолета сбоку.In FIG. 1 is a side view of a helicopter.

На фиг. 2 - вид вертолета спереди со вторым несущим винтом, выполненным с возможностью поперечного перемещения.In FIG. 2 is a front view of a helicopter with a second rotor configured for lateral movement.

На фиг. 3 - вид вертолета сбоку со схемой действия сил, изменяющих тангаж при продольном перемещении несущего винта.In FIG. 3 is a side view of a helicopter with a diagram of the action of forces that change the pitch during the longitudinal movement of the rotor.

На фиг. 4 - вид вертолета спереди со схемой действия сил, изменяющих крен и курс при поперечном наклоне несущего винта.In FIG. 4 is a front view of a helicopter with a diagram of the action of forces that change the roll and course with the transverse inclination of the rotor.

На фиг. 5 - вид спереди механизма продольного перемещения и поперечного наклона несущего винта.In FIG. 5 is a front view of the mechanism of longitudinal movement and transverse inclination of the rotor.

На фиг. 6 - вид сбоку механизма продольного перемещения и поперечного наклона несущего винта.In FIG. 6 is a side view of the mechanism of longitudinal movement and transverse inclination of the rotor.

На фиг. 7 - вид вертолета со сдвоенными, соосными противоположно вращающимися винтами спереди.In FIG. 7 is a front view of a helicopter with twin, coaxially opposed rotating screws.

Вертолет 1 содержит: корпус 2, несущие воздушные винты 3 в передней и задней частях корпуса. Первый винт 4 выполнен с обеспечением возможности продольного перемещения и поперечного наклона его оси относительно корпуса 2. А второй винт 5 выполнен с обеспечением возможности поперечного наклона его оси относительно корпуса 2. Перемещение и наклон винтов 3 происходит вместе с двигателями и редукторами. Винты 3 имеют фиксированный шаг. Винты 3 могут быть выполнены сдвоенными, соосными, противоположно вращающимися 4.1 и 5.1 соответственно. (см. фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)The helicopter 1 contains: housing 2, bearing propellers 3 in the front and rear parts of the housing. The first screw 4 is made with the possibility of longitudinal movement and lateral tilt of its axis relative to the housing 2. And the second screw 5 is made with the possibility of lateral tilt of its axis relative to the housing 2. Moving and tilting the screws 3 occurs together with motors and gearboxes. Screws 3 have a fixed pitch. The screws 3 can be made dual, coaxial, oppositely rotating 4.1 and 5.1, respectively. (see Fig. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)

Вертолет 1 содержит: корпус 2, несущие воздушные винты 3 в передней и задней части корпуса. Первый винт 4 выполнен с обеспечением возможности продольного перемещения и поперечного наклона его оси относительно корпуса 2. А второй винт 5 выполнен с обеспечением возможности поперечного перемещения его оси относительно корпуса 2. Перемещение и наклон винтов 3 происходит вместе с двигателями и редукторами. Винты 3 имеют фиксированный шаг. Винты 3 могут быть выполнены сдвоенными, соосными, противоположно вращающимися 4.1 и 5.1 соответственно. (см. фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)The helicopter 1 contains: a casing 2, bearing propellers 3 in the front and rear of the casing. The first screw 4 is made with the possibility of longitudinal movement and transverse inclination of its axis relative to the housing 2. And the second screw 5 is made with the possibility of transverse movement of its axis relative to the housing 2. Moving and tilting the screws 3 occurs together with motors and gearboxes. Screws 3 have a fixed pitch. The screws 3 can be made dual, coaxial, oppositely rotating 4.1 and 5.1, respectively. (see Fig. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7)

Реализация линейного перемещения несущих винтов 3, 4, 5, 4.1 и 5.1 показана на фиг. 5, 6. Несущий алюминиевый профиль 6 закрепляют на корпусе 2 с помощью опор 7. Подвижная платформа 8 перемещается по профилю 6 с помощью роликов 9, опирающихся на стальные направляющие 10, закрепленные в профиле 6. На профиле 6 монтируют также зубчатую рейку 11, с ней в сцеплении устанавливают зубчатое колесо 12, закрепленное на платформе 8 и приводимое во вращение электрическим сервоприводом 13. При вращении колеса 12 платформа 8 линейно перемещается вдоль профиля 6. Наклон винтов 3, 4, 5, 4.1 и 5.1 осуществляют с помощью электрического сервопривода 13, поворачивая профиль 6 на осях 14, закрепленных на подшипниках в опорах 7. (см. фиг. 5, 6)The implementation of the linear movement of the rotors 3, 4, 5, 4.1 and 5.1 is shown in FIG. 5, 6. The supporting aluminum profile 6 is fixed to the housing 2 by means of supports 7. The movable platform 8 is moved along the profile 6 by means of rollers 9 supported by steel guides 10 fixed in the profile 6. A gear rack 11 is also mounted on the profile 6, s she put in the clutch gear 12 mounted on the platform 8 and driven by an electric actuator 13. When the wheel 12 is rotated, the platform 8 linearly moves along the profile 6. The inclination of the screws 3, 4, 5, 4.1 and 5.1 is carried out using an electric actuator 13, turn ive profile 6 on the axes 14, mounted on bearings in bearings 7. (see. Fig. 5, 6)

Вертолет работает следующим образом.The helicopter operates as follows.

Взлет и набор высоты осуществляется путем увеличения мощности двигателей, приложенной к несущим винтам 3, 4, 5, 4.1 и 5.1. Это приводит к увеличению скорости вращения и тяги винтов 3, 4, 5, 4.1 и 5.1, которая становится больше веса вертолета 1, что вызывает его подъем. Соответственно, снижение производится путем уменьшения мощности двигателей. Движение вперед или назад осуществляется путем смещения несущего переднего винта 4 (или обоих винтов) назад или вперед относительно корпуса 2, соответственно. На фиг. 3 показан пример действия сил при смещении несущего винта 4 назад. Такое смещение вызывает смещение линии силы тяги 15 относительно центра масс вертолета 16. В результате возникает плечо 17 пары силы тяги 15 и силы тяжести 18 и соответствующий момент сил, который вызывает наклон корпуса 2 вперед, что в свою очередь приводит к появлению горизонтальной составляющей силы тяги винтов. Движение влево и вправо осуществляется с помощью наклона обоих несущих винтов в соответствующую сторону. При этом важно, что центр 19, относительно которого осуществляется наклон, находится выше центра масс вертолета 16, так что сила тяги 15 винтов создает вращающий момент, стремящийся повернуть корпус 2 в направлении наклона винтов 3, 4, 5, 4.1 и 5.1. На фиг. 4 показан пример действия сил при поперечном наклоне винта. Такой наклон вызывает поворот линии действия силы тяги 15 вокруг центра 19. В результате возникает плечо 17 пары силы тяги 15 и силы тяжести 18 и соответствующий момент сил, который вызывает поперечный наклон корпуса 2. Одновременно возникает горизонтальная поперечная компонента силы тяги 15, которая вызывает поперечное движение корпуса 2 при наклоне винтов 3, 4, 5, 4.1 и 5.1 в одну сторону или вращение корпуса 2 вокруг вертикальной оси (изменение курса) при наклоне переднего и заднего винтов в противоположные стороны. В варианте с поперечно смещаемым задним несущим винтом 5 (фиг. 2) его смещение в левую или правую сторону вдоль направляющей вызывает смещение линии действия силы тяги 15 относительно центра масс вертолета 16. Это приводит к появлению вращающего момента сил и наклону корпуса 2 в противоположную сторону, аналогично действию сил, показанному на фиг. 3. Поворот вокруг вертикальной оси в этом варианте выполняется путем поперечного наклона переднего несущего винта 4. Управление высотой полета осуществляется с помощью изменения мощности двигателей также без использования механизмов изменения шага. Перемещение и наклон винтов 3, 4, 5, 4.1 и 5.1 осуществляют вместе с двигателями и редукторами, приводящими винт во вращение (на фиг. не показано). Для спасения вертолета 1 при отказе двигателя используют баллистическую парашютную систему, которая обеспечивает вытягивание и раскрытие парашюта с помощью твердотопливной ракеты (на фиг. не показано). Такую парашютную систему размещают на корпусе 2 в центре между передним 4 и задним 5 винтами. Прямое соединение несущего винта 3, 4, 5, 4.1 и 5.1 с редуктором и двигателем обеспечивает быструю остановку винта 3, 4, 5, 4.1 и 5.1 за счет компрессии воздуха в заглушенном двигателе, что позволяет быстро привести парашют в действие. Дополнительно ускоряют остановку винта 3, 4, 5, 4.1 и 5.1 с помощью тормоза.Takeoff and climb is carried out by increasing the engine power applied to the rotors 3, 4, 5, 4.1 and 5.1. This leads to an increase in the rotation speed and thrust of the propellers 3, 4, 5, 4.1 and 5.1, which becomes more than the weight of the helicopter 1, which causes it to rise. Accordingly, a reduction is made by reducing the power of the engines. Movement forward or backward is carried out by shifting the main rotor 4 (or both screws) back or forward relative to the housing 2, respectively. In FIG. Figure 3 shows an example of the action of forces when the rotor 4 is shifted back. Such a shift causes a shift in the line of thrust force 15 relative to the center of mass of the helicopter 16. As a result, a shoulder 17 of a pair of thrust force 15 and gravity force 18 and a corresponding moment of forces arise, which causes the body 2 to tilt forward, which in turn leads to the appearance of a horizontal component of the thrust force screws. Movement to the left and right is carried out by tilting both main rotors in the corresponding direction. It is important that the center 19, with respect to which the tilt is carried out, is located above the center of mass of the helicopter 16, so that the thrust force 15 of the screws creates a torque tending to rotate the housing 2 in the direction of the tilt of the screws 3, 4, 5, 4.1 and 5.1. In FIG. 4 shows an example of the action of forces in the transverse inclination of the screw. Such a tilt causes a rotation of the line of action of the tractive force 15 around the center 19. As a result, a shoulder 17 of the pair of tractive forces 15 and gravity 18 and a corresponding moment of forces arise, which causes a transverse tilt of the housing 2. At the same time, a horizontal transverse component of the tractive force 15 arises, which causes the transverse the movement of the housing 2 when the screws 3, 4, 5, 4.1 and 5.1 are tilted to one side or the rotation of the housing 2 about a vertical axis (course change) when the front and rear screws are tilted in opposite directions. In the embodiment with a laterally displaced rear rotor 5 (Fig. 2), its displacement to the left or right side along the guide causes a displacement of the line of action of the thrust force 15 relative to the center of mass of the helicopter 16. This leads to the appearance of torque and tilting of the body 2 in the opposite direction , similarly to the action of the forces shown in FIG. 3. The rotation around the vertical axis in this embodiment is performed by the transverse inclination of the front rotor 4. The flight altitude is controlled by changing the power of the engines also without the use of pitch change mechanisms. Moving and tilting the screws 3, 4, 5, 4.1 and 5.1 are carried out together with motors and gearboxes that drive the screw into rotation (not shown in Fig.). To save the helicopter 1 in case of engine failure, a ballistic parachute system is used, which provides for the extension and disclosure of the parachute using a solid rocket (not shown in Fig.). Such a parachute system is placed on the housing 2 in the center between the front 4 and rear 5 screws. Direct connection of the main rotor 3, 4, 5, 4.1 and 5.1 with the gearbox and motor ensures a quick stop of the rotor 3, 4, 5, 4.1 and 5.1 due to air compression in the engine that has been stopped, which allows you to quickly activate the parachute. Additionally accelerate the stop of the screw 3, 4, 5, 4.1 and 5.1 with the brake.

Для реализации изобретения была построена модель вертолета, в которой использованы два несущих винта с фиксированным шагом. Один из винтов выполнен с возможностью продольного линейного перемещения и поперечного наклона, а второй - с возможностью поперечного наклона. В качестве управляющих приводов использованы стандартные рулевые сервомашинки. Преобразование вращательного движения рулевой машинки в возвратно-поступательное движение мотора с закрепленным на его оси воздушным винтом осуществлено с помощью кулисного механизма. Модель прошла успешные летные испытания. В ходе испытаний продемонстрирована управляемость вертолета по всем трем осям управления.To implement the invention, a helicopter model was built in which two rotors with a fixed pitch were used. One of the screws is made with the possibility of longitudinal linear movement and transverse inclination, and the second with the possibility of transverse inclination. As control drives used standard steering servos. The rotation of the steering gear into the reciprocating motion of the motor with the propeller fixed on its axis is carried out using the rocker mechanism. The model has passed successful flight tests. The tests demonstrated the controllability of the helicopter in all three control axes.

Достигнутые предлагаемым изобретением результаты в наибольшей степени целесообразны для вертолетов малого размера, расширяя возможности их использования. А использование в качестве несущих винтов сдвоенных противоположно вращающихся соосных винтов позволяет увеличить грузоподъемность вертолета, не увеличивая диаметр несущих винтов и мощность двигателей.The results achieved by the invention are most suitable for small helicopters, expanding the possibilities of their use. And the use of dual oppositely rotating coaxial rotors as rotors allows you to increase the helicopter's payload without increasing the rotor diameter and engine power.

Конструкция предлагаемого вертолета проста, экономична и пригодна для массового использования. В вертолете используют простые и доступные детали, что упрощает сборку, эксплуатацию и обслуживание, а в результате приводит к уменьшению эксплуатационных расходов.The design of the proposed helicopter is simple, economical and suitable for mass use. The helicopter uses simple and affordable parts, which simplifies assembly, operation and maintenance, and as a result reduces operating costs.

Отказ от механизма управления шагом несущих винтов в предлагаемом вертолете позволяет решить задачу уменьшения трения в системе передачи вращающего момента на винты. Использование двух пространственно разнесенных несущих винтов, выполненных с возможностью продольного и поперечного перемещения и поперечного наклона в противоположные стороны, позволяет отказаться от использования механизмов управления шагом винтов, так как предлагаемая конструкция позволяет создать управляющие моменты сил по трем осям за счет изменения положения вектора тяги относительно центра масс вертолета.The rejection of the pitch control mechanism of the rotors in the proposed helicopter allows us to solve the problem of reducing friction in the system of transmitting torque to the rotors. The use of two spatially spaced rotors made with the possibility of longitudinal and transverse movement and transverse inclination in opposite directions, eliminates the use of mechanisms for controlling the pitch of the screws, since the proposed design allows you to create control moments of forces along three axes by changing the position of the thrust vector relative to the center helicopter masses.

Таким образом, поставленная задача выполнена.Thus, the task is completed.

Claims

1. A helicopter comprising a casing bearing a rotor made to allow longitudinal movement and lateral tilt of its axis relative to the casing, the screw being made to allow movement and tilt together with the engine and gearbox, characterized in that the helicopter is further provided with a second rotor made with the possibility of lateral movement of its axis relative to the housing, with the screws spaced first into the front and second into the rear of the housing, both screws are fixed step taken.

2. A helicopter comprising a casing bearing a rotor made to allow longitudinal movement and lateral tilt of its axis relative to the casing, the screw being made to allow movement and tilt together with the engine and gearbox, characterized in that the helicopter is further provided with a second rotor made with the possibility of lateral movement of its axis relative to the housing, with the screws spaced first into the front and second into the rear of the housing, both screws are fixed step, while the screws are made dual coaxial oppositely rotating.