RU2673317C1 - Многоцелевой высокоскоростной самолет-вертолет - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области авиационной техники, в частности к конструкциям винтокрылых летательных аппаратов. Многоцелевой высокоскоростной самолет-вертолет (МВСВ) содержит низкорасположенное крыло, силовую установку с реактивными двигателями на концах и по бокам фюзеляжа и двигателями на концах крыла в мотогондолах, снабженных над ними пилонами с НВ, имеет Т-образное хвостовое оперение и трехопорное убирающееся колесное шасси. МВСВ снабжен упомянутой двухвинтовой поперечной несущей системой (ДПНС), включающей в ДПНС-Х2 два однолопастных НВ с профилированными противовесами и двумя парами спаренных турбореактивных двухконтурных двигателей в движительно-рулевой системе (ДРС). как для создания управляющих моментов по курсу при выполнении ВВП и зависания, так и маршевой тяги при горизонтальном крейсерском полете при зафиксированных лопастях-крыльях НВ. Колонки валов и лопасти НВ смонтированы и уложены ближе к передним концам и внутри вдоль продольной оси надкрыльных гондол, имеющих сверху внутренние и внешние открывающиеся створки, отклоняемые вниз, устанавливаемые вертикально после их открывания и обеспечивающие после этого свободное вращение однолопастных НВ с их противовесами. Обеспечивается улучшение продольной управляемости, увеличение крейсерской скорости и дальности полета. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к области авиационной техники и может быть использовано в конструкции многоцелевых высокоскоростных самолетов-вертолетов, имеющих с противоположным вращением поперечные несущие винты (НВ), обеспечивающие только вертикальный и короткий взлет/посадку (ВВП и КВП), и спаренные турбореактивные двигатели на пилонах под передним крылом для горизонтального полета при зафиксированных лопастях-крыльях однолопастных НВ, колонки валов и лопасти с противовесами которых смонтированы возле передних концов и уложены внутри продолговатых гондол, закрепленных передними частями на переднем стреловидном крыле и задними их концами с вертикальными законцовками заднего стреловидного крыла в системе крыльев замкнутой конструкции, но и имеющих сверху открывающиеся створки, обеспечивающие после их открывания выдвижение телескопических колонок валов НВ и их свободное вращение над гондолами.

Известен конвертоплан (Патент US 9475585 В2, 25.10.2016) компании "Boeing" (США), представляющий собой моноплан с низко-расположенным крылом и под его консолями смонтированы двигатели и от них отдельно редукторы с винтами, установленными на концах крыла в поворотных гондолах, при повороте которых он преобразовывается в вертолет двухвинтовой поперечной схемы, имеющий развитое Т-образное оперение и трехстоечное убирающееся колесное шасси, с носовой опорой.

Признаки, совпадающие - наличие поворотных гондол с винтами, создающими горизонтальную и соответствующим отклонением вертикальную тягу, диапазон поворота винтов от 0° до +97,5°, систему трансмиссии с синхронизирующим валом, проложенным внутри крыла и обеспечивающим равномерное распределение мощности двух пар двигателей между поворотными винтами. Особенностью конструкции коммерческого конвертоплана с пассажировместимостью 100 человек и дальностью действия до 1400 км станет неподвижное размещение под крылом двигателей: при переходе в самолетный режим полета поворачиваться будут только тянущие винты.

Причины, препятствующие поставленной задаче: первая - это то, что размещение на концах крыла поворотных гондол с редукторами и винтами, имеющими автоматы перекосов с управлением их общего, циклического и дифференциального изменения их шага, что предопределяет конструктивно сложное прямое крыло с валами трансмиссии, оснащенное сложной системой поворота винтов и механизации крыла, что усложняет конструкцию и уменьшает надежность, но и значительно увеличивает габаритные размеры по ширине с вращающимися винтами. Вторая - это то, что диаметры двух винтов ограничены размахом консолей крыла и как, следствие, при висении поток от винтов, обдувая консоли крыла и создавая значительную общую потерю (≈23%) в вертикальной их тяге, затормаживается и большие скорости потока отбрасываемого от них предопределяют образование вихревых колец, которые на низких скоростях снижения могут резко уменьшать силу тяги винтов и создавать ситуацию неуправляемого падения, что снижает стабильность управления и безопасность. Третья - это то, что силовая установка включает двигатели избыточной мощности, используемой при выполнении ВВП на 50%, что весьма снижает весовую отдачу, особенно, при отказе одного из них, а расположение на концах крыла поворотных винтов диаметром 19 м будет иметь ограничения в достижении крейсерской скорости только до 518,6 км/ч. Четвертая - это то, что горизонтальная тяга винтов обеспечивается только в крейсерском полете, поэтому после его выполнения и при возможном отказе узлов поворота гондол, взлетать и садиться «по-самолетному», как обычный самолет, этот конвертоплан не может, так как радиус его поворотных винтов гораздо больше высоты установки гондол на концах крыла, но это не исключает возможность выполнения КВП. Все это ограничивает возможность уменьшения массы конструкции планера и дальнейшего увеличения взлетного веса и весовой отдачи, особенно, при удвоении тяговооруженности и без дальнейшего увеличения диаметра несущих винтов.

Известен самолет вертикального взлета и посадки модели (СВВП) DO.31 компании Dornier (ФРГ), имеющий высокорасположенное крыло, на концах которого смонтированы гондолы с подъемными турбореактивными двухконтурными двигателями (ТРДД), создающими вертикальную тягу наравне с подкрыльными подъемно-маршевыми ТРДД, имеющими отклоняемые вниз-вверх боковые поворотные сопла, изменяющие вектор реактивной тяги каждого ТРДД, хвостовое крестообразное оперение.

Признаки, совпадающие - силовая установка комбинированная: два подъемно-маршевых ТРДД компании Бристоль Сиддли модели BS.53 "Пегас" 5-2 с поворотными соплами тягой по 7000 кгс установлены в гондолах под крылом. Двигатели имеют воздухозаборники осевые нерегулируемые и по четыре поворотных сопла. Восемь подъемных ТРДД компании Роллс-Ройс модели RB. 162-4 тягой по 2000 кгс установлены по четыре в двух гондолах на концах крыла. Двигатели снабжены соплами с дефлекторами, которые могут отклонять поток газов на 15° вперед или назад, и имеют общие воздухозаборники с открывающимися створками в гондолах. В состав подъемно-маршевых ТРДД входит по две пары с каждой стороны гондол боковых сопла с управляемым вектором тяги, которое поворачиваются для направления выходящей из двигателя струи газов назад параллельно оси СВВП или вниз при ВВП, а выходящие при этом из подъемных ТРДД струи газов из поворотных дефлекторов, которые придают реактивному потоку газов нужное продольное направление.

Причины, препятствующие поставленной задаче: первая - это то, что подкрыльное расположение ТРДД с их поворотными боковыми соплами, изменяющими вектор реактивной их тяги, предопределяет наличие с каждой стороны гондолы в передней их части обтекателей и сложной системы синхронного отклонения вниз-вверх потока струи газов каждого ТРДД, что усложняет конструкцию. Вторая - это то, что боковые подкрыльные сопла подъемных ТРДД с увеличением угла атаки крыла на переходных режимах полета создают опасность появления на крыле срыва потока до создания подъемными ТРДД и поворотными соплами подъемно-маршевых ТРДД необходимой подъемной силы, что снижает надежность и поперечную управляемость. Третья - это то, что для выполнения ВВП и зависания имеется двойная раздельная система создания вертикальной тяги и поперечно-продольной подъемной силы (подъемные ТРДД и боковые подкрыльные поворотные сопла ТРДД), что неизбежно ведет к утяжелению, увеличению объема регламентных работ и удорожанию эксплуатации, но и уменьшению весовой отдачи, так как при горизонтальном его полете сами подъемные ТРДД, увеличивая паразитную массу, бесполезны и при этом поворотные боковые передние и задние сопла ТРДД с каждой стороны гондолы ограничивают скорость полета до 644 км/ч. Кроме того, использование ТРДД при ВВП приводит к увеличению удельного расхода топлива. Все это усложняет конструкцию и ограничивает возможность повышения дальности полета более 681 км и показателей топливной эффективности менее 204,38 и 249,8 г/пасс⋅км при пассажировместимости 44 и 36 соответственно.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является СВВП проекта HS.803 компании Hawker Siddeley (Великобритания), содержащий низко-расположенное крыло, силовую установку с реактивными двигателями на концах и по бокам фюзеляжа и двигателями на концах крыла в мотогондолах, снабженных над ними пилонами с несущими винтами (НВ), имеет Т-образное хвостовое оперение и трехопорное убирающееся колесное шасси.

Признаки, совпадающие - наличие подкрыльных обтекателей с НВ, создающими только вертикальную тягу, струйную систему с воздуховодом, проложенным внутри крыла и обеспечивающим равномерное распределение мощности двух двигателей, имеющих газогенераторы, воздух которых, направляясь к воздушным турбинам, будет вращать НВ. Особенностью конструкции коммерческого СВВП проекта HS.803 с пассажировместимостью 100 человек и дальностью действия до 931 км были - концепция Control Circulation Rotors (CCR), т.е. роторы с регулируемой циркуляцией и неподвижное размещение под крылом двигателей: при переходе в самолетный режим полета останавливались только трехлопастные НВ, имеющие узлы складывания и фиксирования их лопастей, которые располагались параллельно оси симметрии.

Причины, препятствующие поставленной задаче: первая - это то, что размещение на концах крыла подкрыльных обтекателей с воздушными турбинами и НВ, имеющими автоматы перекосов с управлением их общего, циклического и дифференциального изменения их шага, что предопределяет конструктивно сложное стреловидное крыло с воздуховодами, оснащенное сложной системой привода НВ и механизации крыла, что усложняет конструкцию и уменьшает надежность, но и значительно увеличивает габаритные размеры по ширине с вращающимися НВ. Вторая - это то, что диаметры двух НВ ограничены размахом консолей крыла и как, следствие, при висении поток от НВ, обдувая консоли крыла и создавая значительную общую потерю (≈18%) в вертикальной их тяге, затормаживается и большие скорости потока отбрасываемого от них предопределяют образование вихревых колец, которые на низких скоростях снижения могут резко уменьшать силу тяги НВ и создавать ситуацию неуправляемого падения, что снижает стабильность управления и безопасность. Третья - это то, что силовая установка включает двигатели избыточной мощности, используемой при выполнении ВВП на 50%, что весьма снижает весовую отдачу, особенно, при отказе одного из них, а расположение на концах крыла НВ с зафиксированными их лопастями предопределяет, повышая аэродинамическое сопротивление, ограничения в достижении крейсерской скорости только до 695,0 км/ч. Все это ограничивает возможность уменьшения массы конструкции планера и дальнейшего увеличения весовой отдачи, особенно, при удвоении тяговооруженности и без дальнейшего увеличения диаметра НВ, но и улучшения стабильности продольной управляемости при выполнении ВВП и зависания с крестообразным хвостовым оперением.

Предлагаемым изобретением решается задача в указанном выше известном СВВП проекта HS.803 фирмы Hawker Siddeley увеличение взлетного веса и весовой отдачи, улучшение продольной управляемости при переходных маневрах и на малых скоростях полета, увеличение крейсерской скорости и дальности полета, повышение транспортной эффективности, увеличение в 1,2 раза коэффициента поднятия в производстве подъемной силе при самолетных высокоскоростных режимах полета.

Отличительными признаками предлагаемого изобретения от указанного выше известного СВВП проекта HS.803 компании Hawker Siddeley, наиболее близкого к нему, являются наличие того, что он снабжен упомянутой двухвинтовой поперечной несущей системой (ДПНС), включающей в ДПНС-Х2 два однолопастных несущих винта (НВ) с профилированными противовесами, обеспечивающих создание вертикальной тяги только при вертикальном и коротком взлете/посадке (ВВП и КВП) или на переходных режимах полета, и двумя парами спаренных турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД) в движительно-рулевой системе (ДРС) как для создания управляющих моментов по курсу при выполнении ВВП и зависания, так и маршевой тяги при горизонтальном полете при зафиксированных лопастях-крыльях левого и правого НВ, колонки валов которых выполнены складывающимися вперед по полету с лопастями и их противовесами, смонтированы ближе к передним концам и с возможностью их укладки во внутрь и вдоль продольной оси продолговатых надкрыльных гондол, закрепленных их передними частями на верхней поверхности переднего стреловидного крыла (ПСК), но и задними их концами с плавно загнутыми вниз законцовками заднего крыла обратной стреловидности (КОС), корневые части которого в системе крыльев замкнутой конструкции (КЗК) закреплены по внешним бортам фюзеляжа и ниже вертикального киля, но и имеющих сверху от их передних концов левые и правые открывающиеся створки, устанавливаемые предварительно наружу от продольной оси гондол горизонтально после их открывания и обеспечивающие как после поднятия из гондол складываемых колонок валов однолопастных НВ с их противовесами, так и закрывание обратно створок гондол с обеспечением свободного вращения НВ при выполнении ВВП и зависания и выполнен с возможностью преобразования полетной его конфигурации после выполнении технологии КВП или ВВП с винтокрыла или вертолета с ДПНС-Х2 и тяговой ДРС-Х4 в соответствующий скоростной винтокрыл или самолет с маршевой ДРС-Х4 как при максимальном, так и нормальном взлетным весе соответственно с однолопастными НВ, работающими на режимах близких к их авторотации или при зафиксированных лопастях-крыльях левого и правого НВ, лопасти-крылья которых как закреплены при втянутых телескопических противовесов в обтекатели втулок НВ и направлены вдоль консолей ПСК наружу от плоскости симметрии, увеличивая как площадь и несущую способность системы КЗК и образуя с его ПСК схему свободно несущего низко-расположенного биплана, так и остановлены, уложены с колонками валов НВ и их противовесами во внутрь надкрыльных гондол с закрытыми их створками соответственно, но и обратно, при этом от надкрыльных гондол внешние секции ПСК, имеющие как их сумму равновеликую площади заднего КОС и составляющую 30% от площади ПСК, так и в свою очередь меньшую площадь, составляющую 23% от общей площади системы КЗК, выполнены цельно-поворотными в вертикальной плоскости, которые устанавливаясь вертикально, уменьшают потери в вертикальной тяги НВ на 8,4% при выполнении ВВП и зависания, причем однолопастные НВ, не взаимодействующие с соответствующими передними закапотированными вентиляторами (ПЗВ) спаренных ТРДД в ДРС-Х4, выполнены без управления циклического изменения их шага и с жестким креплением их лопастей и профилированных противовесов, но и создания от НВ полной компенсации реактивных крутящих моментов при противоположном направлении вращения между винтами, например, при виде сверху левый и правый однолопастные НВ вращаются соответственно по часовой и против часовой стрелки так, что соответствующие наступающие их лопасти, проходя над внешними бортами соответствующих надкрыльных гондол от задней к передней их частям, обеспечивают устранение гироскопического эффекта, гармоничное сочетание поперечно-продольного управления при выполнении ВВП и зависания, при этом система трансмиссии обеспечивает передачу мощности от левой и правой пары спаренных бок о бок ТРДД, смонтированных на подкрыльных пилонах ПСК, имеющих задние выхлопные сопла и передние выводы валов для отбора взлетной их мощности, которые через муфты свободного хода связаны с входными валами Т-образных в плане понижающих редукторов, продольные и поперечные выходные валы которых связаны соответственно с ПЗВ посредством муфты сцепления соответствующего ТРДД и с междвигательным Т-образным при виде спереди редуктором, имеющим вертикальный выходной вал, который в свою очередь связан посредством углового при виде сбоку редуктора с продольным валом, проложенными в подкрыльном пилоне до Т-образного при виде спереди промежуточного редуктора, внутренние и внешние поперечные валы, проложенные в носке ПСК, образуют соответственно синхронизирующую и несущие системы с муфтами сцепления и соответствующими угловыми консольными редукторами НВ, причем плавное перераспределение мощности от каждой пары ТРДД обеспечивается двумя понижающими, междвигательным и промежуточным с угловыми редукторами на однолопастные НВ и ПЗВ в ДРС-Х4 соответственно 94% и 6% от взлетной их мощности на вертолетных режимах полета, но и обратно.

Кроме того, упомянутые однолопастные НВ со ступенчатым профилем концевой части на одной третьей радиуса каждой с обратным сужением лопасти, имеющей концевую хорду лопасти в 2,0 раза больше ее корневой хорды и клиновидный профиль с углом α=10° и непрерывной нижней поверхностью, выполнен с верхним уступом-вырезом ромбовидной в плане формы, внешние выступающие стороны которой, имея вогнутые во внутрь задние кромки лопасти, создают в точке максимальной ее хорды (b_maxHB), совмещенной в уступе-вырезе с меньшей диагональю ромбовидной в плане формы, образующей как конфигурацию профиля ступеньки по ширине и глубине - это соответственно 1/2 от хорды b_maxHB и 2/3 от толщины c_maxHB, так и заостренную законцовку лопасти, имеющую параболическую переднюю кромку и обратной стреловидности заднюю кромку, причем упомянутые телескопические противовесы НВ имеют радиус (r_тп) во втянутом и выдвинутом положении равновеликий радиусу обтекателя втулки НВ, имеющего диаметрально размещенные срезы в виде круговых сегментов, хорды которых равновелики корневым хордам НВ и противовеса, и 30% от радиуса НВ соответственно, при этом каждый противовес, имеющий корневую и концевую хорды соответственно равновеликую и в 1,2 раза меньше корневой хорды НВ, выполнен с концевой частью в виде ответного сегмента окружности с диаметром равновеликим обтекателю втулки НВ, сопрягаемого при его втягивании со срезом кругового сегмента втулки, образуя удобообтекаемую ее округлую в плане форму, причем при выполнении ВВП или зависания и соответствующем отклонении внутренних закрылок ПСК, преобразующих консоли ПСК в консоли с обратным сужением, создающим возможность повышения коэффициента подъемной силы и несущей способности, особенно, при обдуве его консолей однолопастными НВ, размещенными в полностью симметричной и синхронно-сбалансированной ДПНС-Х2 и работающими совместно с маршевой тягой ДРС-Х4, продольная ось их вентиляторов размещена вдоль продольной линии, проходящей при виде сбоку через вертикальный центр масс, и, следовательно, уменьшает возможность возникновения кабрирующего момента, при этом в системе КЗК ПСК, выполненное высокорасположенным, смонтировано с отрицательным углом поперечного V так, что консоли заднего КОС размещены при виде спереди параллельно внутренней секции ПСК, причем упомянутые поворотные концевые части ПСК, установленные вертикально, снабжены при этом возможностью их складывания назад и их размещения вдоль надкрыльных гондол для уменьшения стояночной площади, при этом каждая надкрыльная гондола для уменьшения ее высоты снабжена левой и правой верхними Г-образными при виде спереди открывающимися створками, имеющими длину равновеликую 1,4 радиуса НВ, а колонка его вала выполнена при этом телескопической, обеспечивающей после ее выдвижения верх свободное вращение НВ над гондолой с открытыми или закрытыми ее створками, причем каждый конвертируемый ТРДД выполнен с возможностью на режимах ВВП и зависания его преобразования в модификацию турбовального двигателя (ТВаД) с элементами цифрового программного управления, сочетающего в двухрежимной системе регулирования и управления поочередной его работы как в режиме отбора свободной мощности на привод НВ в ДПНС-Х2, так и в режиме распределения отбора мощности на ПЗВ в ТРДД для увеличения совместной их маршевой и реактивной тяги для высокоскоростного горизонтального полета, при этом каждый конвертируемый ТРДД выполнен с управляемыми заслонками в окнах кожуха внутреннего контура, направляющими от ПЗВ по внешнему контуру поток воздуха вовнутрь на турбину низкого давления (ТНД) или по внешнему контуру сопла соответственно на вертолетных или самолетных режимах полета, но и средним выводом вала для отбора его мощности от ТНД посредством соосного вала, вращающего компрессор низкого давления (КНД) и ПЗВ и проложенного внутри вала турбины и компрессора высокого давления (ТВД и КВД) и конусной зубчатой передачи, имеющей радиальный выходной вал между КНД и КВД, причем за каждой парой ТРРД на ПСК имеются развитые трехщелевые закрылки, обеспечивающие при их максимальном отклонении и отклонение вниз истекающих потоков воздуха и газов из сопел ТРДД, создающих сбалансированную тягу для подъема при выполнении ВВП и зависания.

Кроме того, упомянутые клиновидные профили лопастей НВ и непрерывной верхней их поверхностью выполнены с нижним уступом-вырезом ромбовидной в плане формы, внешние выступающие стороны которой образуют упомянутый равнобедренный треугольник в плане, выполняющий на лопастях НВ роль рулевых поверхностей, снабженных сервоприводом и возможностью при выполнении ВВП и зависания на вертолетных режимах полета их синхронного отклонения в вертикальной плоскости так, что при дифференциальном их отклонении вниз/вверх и вверх/вниз и прохождении при этом лопастей НВ с противоположных сторон от правой/левой законцовок ПСК, изменяют балансировку по крену соответственно влево и вправо, но и синфазном их отклонении вверх/вниз при прохождении лопастей НВ впереди надкрыльных гондол, изменяют балансировку по тангажу, создают соответственно пикирующий и кабрирующий моменты, при этом в системе КЗК заднее стреловидное крыло (ЗСК), корневые части которого смонтированы по внешним бортам киля в крестообразном хвостовом оперении, надкрыльные гондолы выполнены в виде разнесенных балок, на конце одной из них смонтирована выдвижная штанга магнитометра, а на другой - опускаемая и буксируемая под водой антенна гидроакустической станции.

Благодаря наличию этих признаков, позволяющих освоить многоцелевой высокоскоростной самолет-вертолет (МВСВ), который снабжен упомянутой двухвинтовой поперечной несущей системой (ДПНС), включающей в ДПНС-Х2 два однолопастных несущих винта (НВ) с профилированными противовесами, обеспечивающих создание вертикальной тяги только при вертикальном и коротком взлете/посадке (ВВП и КВП) или на переходных режимах полета, и двумя парами спаренных турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД) в движительно-рулевой системе (ДРС) как для создания управляющих моментов по курсу при выполнении ВВП и зависания, так и маршевой тяги при горизонтальном полете при зафиксированных лопастях-крыльях левого и правого НВ, колонки валов которых выполнены складывающимися вперед по полету с лопастями и их противовесами, смонтированы ближе к передним концам и с возможностью их укладки во внутрь и вдоль продольной оси продолговатых надкрыльных гондол, закрепленных их передними частями на верхней поверхности переднего стреловидного крыла (ПСК), но и задними их концами с плавно загнутыми вниз законцовками заднего крыла обратной стреловидности (КОС), корневые части которого в системе крыльев замкнутой конструкции (КЗК) закреплены по внешним бортам фюзеляжа и ниже вертикального киля, но и имеющих сверху от их передних концов левые и правые открывающиеся створки, устанавливаемые предварительно наружу от продольной оси гондол горизонтально после их открывания и обеспечивающие как после поднятия из гондол складываемых колонок валов однолопастных НВ с их противовесами, так и закрывание обратно створок гондол с обеспечением свободного вращения НВ при выполнении ВВП и зависания и выполнен с возможностью преобразования полетной его конфигурации после выполнении технологии КВП или ВВП с винтокрыла или вертолета с ДПНС-Х2 и тяговой ДРС-Х4 в соответствующий скоростной винтокрыл или самолет с маршевой ДРС-Х4 как при максимальном, так и нормальном взлетным весе соответственно с однолопастными НВ, работающими на режимах близких к их авторотации или при зафиксированных лопастях-крыльях левого и правого НВ, лопасти-крылья которых как закреплены при втянутых телескопических противовесов в обтекатели втулок НВ и направлены вдоль консолей ПСК наружу от плоскости симметрии, увеличивая как площадь и несущую способность системы КЗК и образуя с его ПСК схему свободно несущего низко-расположенного биплана, так и остановлены, уложены с колонками валов НВ и их противовесами во внутрь надкрыльных гондол с закрытыми их створками соответственно, но и обратно, при этом от надкрыльных гондол внешние секции ПСК, имеющие как их сумму равновеликую площади заднего КОС и составляющую 30% от площади ПСК, так и в свою очередь меньшую площадь, составляющую 23% от общей площади системы КЗК, выполнены цельно-поворотными в вертикальной плоскости, которые устанавливаясь вертикально, уменьшают потери в вертикальной тяги НВ на 8,4% при выполнении ВВП и зависания, причем однолопастные НВ, не взаимодействующие с соответствующими передними закапотированными вентиляторами (ПЗВ) спаренных ТРДД в ДРС-Х4, выполнены без управления циклического изменения их шага и с жестким креплением их лопастей и профилированных противовесов, но и создания от НВ полной компенсации реактивных крутящих моментов при противоположном направлении вращения между винтами, например, при виде сверху левый и правый однолопастные НВ вращаются соответственно по часовой и против часовой стрелки так, что соответствующие наступающие их лопасти, проходя над внешними бортами соответствующих надкрыльных гондол от задней к передней их частям, обеспечивают устранение гироскопического эффекта, гармоничное сочетание поперечно-продольного управления при выполнении ВВП и зависания, при этом система трансмиссии обеспечивает передачу мощности от левой и правой пары спаренных бок о бок ТРДД, смонтированных на подкрыльных пилонах ПСК, имеющих задние выхлопные сопла и передние выводы валов для отбора взлетной их мощности, которые через муфты свободного хода связаны с входными валами Т-образных в плане понижающих редукторов, продольные и поперечные выходные валы которых связаны соответственно с ПЗВ посредством муфты сцепления соответствующего ТРДД и с междвигательным Т-образным при виде спереди редуктором, имеющим вертикальный выходной вал, который в свою очередь связан посредством углового при виде сбоку редуктора с продольным валом, проложенными в подкрыльном пилоне до Т-образного при виде спереди промежуточного редуктора, внутренние и внешние поперечные валы, проложенные в носке ПСК, образуют соответственно синхронизирующую и несущие системы с муфтами сцепления и соответствующими угловыми консольными редукторами НВ, причем плавное перераспределение мощности от каждой пары ТРДД обеспечивается двумя понижающими, междвигательным и промежуточным с угловыми редукторами на однолопастные НВ и ПЗВ в ДРС-Х4 соответственно 94% и 6% от взлетной их мощности на вертолетных режимах полета, но и обратно. Все это позволит при переходных маневрах МВСВ повысить продольно-поперечную управляемость, а размещение спаренных ТРДД в СУ на пилонах ПСК обеспечит упрощение системы трансмиссии и позволит уменьшить длину синхронизирующего вала, связывающего левую и правую их пары, и использовать ТРДД меньших габаритов в их поперечнике, что уменьшит мидель объединенной мотогондолы и ее аэродинамическое сопротивление. Применение однолопастных НВ позволит достичь более высокую аэродинамическую эффективность, несмотря на вредное сопротивление профилированных балансировочных противовесов. Для предотвращения нежелательных вибраций однолопастные НВ работают с большой окружной скоростью. Поэтому основной режим работы однолопастных НВ - это ВВП и зависание. В случае появления косого обдува тяга НВ изменяется циклически. Поэтому жесткое крепление лопасти улучшает управляемость, особенно однолопастных НВ. В синхронизированной ДПНС-Х2 моменты М_крен и М_прод от поперечных НВ при передаче на фюзеляж через систему КЗК взаимно уничтожаются. Поэтому коэффициент аэродинамической выгодности однолопастных НВ в ДПНС-Х2 будет выше, чем у классического вертолета с многолопастными НВ. Что позволит уменьшить вес планера, повысить весовую отдачу и улучшить топливную эффективность в сравнении с конвертопланами двухвинтовой поперечной схемы. Более того, все это позволит также в сравнении с традиционным конвертопланом поперечной схемы повысить скорость полета до 806 км/ч турбовентиляторного МВСВ с системой КЗК корабельного базирования.

Предлагаемое изобретение предпочтительного МВСВ с системой КЗК, в которой консоли высокорасположенных ПСК и ЗСК связаны разнесенными балками, имеющими открываемые Г-образные створки и внутри на телескопических валах однолопастные НВ, каждый из которых приводится своей парой ТРДД при выполнении ВВП и зависания, представлено на фиг. 1 а) и б) на общих видах спереди и сверху:

а) в скоростной и высокоскоростной полетной конфигурации самолета с реактивной тягой от подкрыльных спаренных ТРДД, приводящих закапотированные вентиляторы в ДРС-Х4, и условным размещением правых и левых однолопастных НВ соответственно при зафиксированных и уложенных лопастях-крыльях НВ, размещенных вдоль консолей ПСК и внутри разнесенных балок с закрытыми створками;

б) в полетной конфигурации вертолета с двумя парами закапотированных вентиляторов в ДРС-Х4 и однолопастными НВ в ДПНС-Х2, установленными с выдвинутыми телескопическими противовесами на пилонах вблизи передних окончаний разнесенных балок, смонтированных на верхних поверхностях ПСК с отклоненными их закрылками и вертикально установленными цельно-поворотными частями ПСК, но и закрепленных с плавно загнутыми вниз вертикальными законцовками ЗСК.

в) горизонтальный разрез правого ТРДД, размещенного зеркально к левому в моттогондоле, с радиальным для отбора мощности валом, направленным к продольной оси спаренной мотогондолы, условным расположением заслонок конвертируемого ТРДД открывающих/перекрывающих окна внутреннего контура, преобразующих его в ТВаД/ТРДД с указанием в его контурах направления воздушных потоков.

Турбовентиляторный, например, палубный МВСВ, представленный на фиг. 1, выполнен по схеме высокоплан с планером из алюминиевых сплавов и композитного углепластика, имеет фюзеляж 1 и два стреловидных крыла в системе КЗК - нижнее ПСК 2 с предкрылками и верхнее ЗСК 3, снабженные соответственно закрылками 4 с элеронами 5 на цельно-поворотных внешних секциях 6, и рулями высоты 7. Удлиненные надкрыльные разнесенные балки 8, смонтированные передними частями на верхней поверхности ПСК 2 и задними их концами 9 с вертикальными законцовками 10 ЗСК 3, закрепленного, образуя крестообразное оперение, корневыми его частями по внешним бортам вертикального киля 11, имеющего руль направления 12. Каждая разнесенная балка 8 для уменьшения ее высоты по всей ее длине выполнена с внутренними 13 и внешними 14 верхними Г-образными при виде спереди открывающимися вниз створками и оснащена на конце одной из них выдвижной штангой магнитометра, а на другой - опускаемой и буксируемой под водой антенной гидроакустической станции (на фиг. 1 не показаны). Лопасти-крылья левого 15 и правого 16 однолопастных НВ, колонки телескопических валов 17 и лопасти 15-16 с телескопическими противовесами 18 которых втянуты и размещены соответственно ближе к передним концам и внутри вдоль продольной оси разнесенной балки 8 при закрытых створках 13-14 для самолетных высокоскоростных режимов полета. В ДПНС-Х2 однолопастные 15-16 НВ выполнены без автоматов перекоса и с жестким креплением их лопастей и профилированных телескопических противовесов 18, втягиваемых во внутрь обтекателей 19 втулок НВ 15-16 и снабжены возможностью создания от НВ в ДПНС-Х2 полной компенсации реактивных крутящих моментов при противоположном направлении вращения между левым 15 и правым 16 НВ, например, при виде сверху вращаются по часовой и против часовой стрелке соответственно (см. фиг. 1б).

Каждая левая 20 и правая 21 пара спаренных ТРДД, смонтированных совместно на подкрыльных пилонах 22 ПСК 2, имеет задние выхлопные сопла и средние выходные валы для отбора взлетной их мощности для ее передачи системой трансмиссии или на НВ 15-16, или на спаренные левые 23 и правые 24 вентиляторы закапотированные в кольцевых обтекателях 25 соответственно от четырех всех или только трех-двух соответствующих работающих ТРДД, При отказе одного любого из ТРДД в левой или правой группе двигателей, любые три других в двух группах автоматически переводится в чрезвычайный режим работы для аварийной посадки при коэффициенте вертикальной тяговооруженности не менее К_тяг=1,04-1,07, что повышает безопасность и предопределяет поочередную работу ТРДД на самолетных режимах полета, что также увеличивает наработку на отказ. Во время аварийной посадки при выполнении зависания и при отказе всех ТРДД его однолопастные 15-16 НВ работают на режиме авторотации и разгружают ПСК 2 и ЗСК 3 в системе КЗК. При этом закрылки 4 ПСК 2 автоматически отклоняются на угол 40°, а при выполнении ВВП и зависания для уменьшения потерь в вертикальной тяге от НВ 15-16 - на угол 87,5°.

Управление противолодочным МВСВ обеспечивается общим и дифференциальным изменением шага поперечной группы 15-16 НВ и отклонением рулевых поверхностей: элеронов 5, рулей высоты 7 и направления 12. При крейсерском полете подъемная сила создается ПСК 2 и ЗСК 3 в системе КЗК и зафиксированными лопастями-крыльями НВ 15-16 при втянутых противовесах 18 в обтекатели втулок 19 НВ, остановленных соответственно над ПСК 2 и внутри системы КЗК (см. фиг. 1а), горизонтальная реактивная и маршевая тяга - левыми 20 и правыми 21 ТРДД, приводящими соответствующие ПЗВ 23-24, смонтированные по бокам пилонов 22 в объединенных мотогондолах со спаренными ТРДД, на режиме висения только НВ 15-16, на режиме перехода - крыльями 2-3 и с НВ 15-16. При переходе к вертикальному взлету-посадке (висению) в ПСК 2 их закрылки 4 с концевыми частями 6 синхронно отклоняются на максимальные их углы, а трехщелевые закрылки 4 обеспечивают при их максимальном отклонении и отклонение вниз истекающих потоков воздуха и газов из сопел ТРДД, создающих сбалансированную тягу для подъема при выполнении ВВП и зависания (см. фиг. 1б). После создания подъемной тяги однолопастными 15-16 НВ обеспечиваются вертолетные режимы полета. При этом однолопастные 15-16 НВ имеют взаимно противоположное их вращение между винтами в поперечной группе (см. фиг. 1б). Развитые рули высоты 7 и концевые части 6 ПСК 2 отклоняются от горизонтального положения вверх соответственно на углы 15° и 45° на взлетных режимах полета при выполнении технологии короткого взлета на самолетных режимах полета МВСВ. При ВВП и зависании путевое и поперечное управление МВСВ осуществляется дифференциальным изменением крутящего момента и общего шага соответственно левого 15 и правого 16 НВ. При синфазном отклонении серво-элевонов 26 (см. фиг. 1б) НВ 15-16 вверх или вниз при прохождении их лопастей впереди разнесенных балок 8, изменяют продольную балансировку, а при дифференциальном их отклонении вверх-вниз при прохождении лопастей НВ 15-16 с противоположных сторон от законцовок ПСК 2, изменяют балансировку по крену при выполнении ВВП и зависания. Каждый ТРДД выполнен с управляемыми заслонками 27 в окнах кожуха внутреннего контура 28, направляющими от ПЗВ 29 наружный поток вовнутрь на турбину низкого давления 30 (ТНД) или по внешнему контуру сопла 31 соответственно на вертолетных или самолетных режимах полета, но и средним выводом вала для отбора его мощности от ТНД 30 посредством соосного вала 32, проложенного внутри вала турбины 33 и компрессора 34 высокого давления (ТВД и КВД) и конусной зубчатой передачи 35, смонтированной с радиальным выходным валом 36 между компрессором 37 низкого давления и КВД 34 (см. фиг. 1в). После вертикального взлета и набора высоты, убирается механизация ПСК 2 и для перехода на самолетный режим полета лопасти-крылья 15-16 однолопастных НВ синхронно останавливаются и фиксируются наружу от плоскости симметрии (см. фиг. 1б) или укладываются во внутрь гондол 8 и затем производится высокоскоростной полет, при котором путевое управление обеспечивается рулем направления 12 киля 11. Продольное и поперечное управление МВСВ при этом осуществляется синфазным и дифференциальным отклонением рулей высоты 7 и элеронов 5 на ЗСК и ПКС 2 соответственно.

Таким образом, палубный МВСВ с ДРС-Х4 и синхронно-сбалансированной системой ДПНС-Х2, имеющей поперечные однолопастные НВ, которые установлены на ПСК и вращаются над разнесенными балками в системе КЗК, представляет собой высокоскоростной преобразуемый винтокрылый летательный аппарат, который изменяет свою полетную конфигурацию при максимальном взлетном весе только благодаря фиксации симметричных поверхностей лопастей-крыльев однолопастных НВ относительно продольной оси или в реактивный самолет с убранными НВ в разнесенные балки при нормальном взлетном весе. Спаренные ТРДД с ПЗВ создают совместную реактивную тягу, обеспечивающую уменьшение дистанции при взлете с коротким разбегом при отклонении на угол α=45° цельно-поворотных концевых частей ПСК в системе КЗК. Чему способствует наличие за спаренными ТРРД на ПСК развитых трехщелевых закрылков, обеспечивающих при их максимальном отклонении и отклонение вниз истекающих потоков воздуха и газов из сопел ТРДД, создающих сбалансированную дополнительную тягу для подъема при выполнении КВП.

Однако, нет никаких сомнений в том, что на пути освоения турбовентиляторных МВСВ, используя вышеназванные преимущества, предстоит преодолеть еще немало трудностей и проблем. Это в первую очередь относится к решению проблем отбора и распределения мощности от ТРДД на привод вентиляторов и поперечных НВ с обеспечением устойчивости и управляемости на режимах ВВП и зависания, особенно, в синхронно-сбалансированной и симметричной ДПНС-Х2 с однолопастными НВ. Поскольку для использования концепции ДПНС-Х2 с ДРС-Х4 требуются минимальные изменения существующих конструкций самолетов, например реактивных самолетов моделей SSJ-100 и S-3A Viking, то доведение, сокращая сроки их освоения, соответственно до коммерческих или палубных МВСВ (см. табл. 1) - задача достаточно просто технически реализуемая и предпочтительная для корабельной авиации.

Claims (3)

1. Многоцелевой высокоскоростной самолет-вертолет, содержащий низкорасположенное крыло, силовую установку с реактивными двигателями на концах и по бокам фюзеляжа и двигателями на концах крыла в мотогондолах, снабженных над ними пилонами с несущими винтами (НВ), имеет Т-образное хвостовое оперение и трехопорное убирающееся колесное шасси, отличающийся тем, что он снабжен упомянутой двухвинтовой поперечной несущей системой (ДПНС), включающей в ДПНС-Х2 два однолопастных несущих винта (НВ) с профилированными противовесами, обеспечивающих создание вертикальной тяги только при вертикальном и коротком взлете/посадке (ВВП и КВП) или на переходных режимах полета, и двумя парами спаренных турбореактивных двухконтурных двигателей (ТРДД) в движительно-рулевой системе (ДРС) как для создания управляющих моментов по курсу при выполнении ВВП и зависания, так и маршевой тяги при горизонтальном полете при зафиксированных лопастях-крыльях левого и правого НВ, колонки валов которых выполнены складывающимися вперед по полету с лопастями и их противовесами, смонтированы ближе к передним концам и с возможностью их укладки вовнутрь и вдоль продольной оси продолговатых надкрыльных гондол, закрепленных их передними частями на верхней поверхности переднего стреловидного крыла (ПСК), но и задними их концами с плавно загнутыми вниз законцовками заднего крыла обратной стреловидности (КОС), корневые части которого в системе крыльев замкнутой конструкции (КЗК) закреплены по внешним бортам фюзеляжа и ниже вертикального киля, но и имеющих сверху от их передних концов левые и правые открывающиеся створки, устанавливаемые предварительно наружу от продольной оси гондол горизонтально после их открывания и обеспечивающие как после поднятия из гондол складываемых колонок валов однолопастных НВ с их противовесами, так и закрывание обратно створок гондол с обеспечением свободного вращения НВ при выполнении ВВП и зависания, и выполнен с возможностью преобразования полетной его конфигурации после выполнении технологии КВП или ВВП с винтокрыла или вертолета с ДПНС-Х2 и тяговой ДРС-Х4 в соответствующий скоростной винтокрыл или самолет с маршевой ДРС-Х4 как при максимальном, так и нормальном взлетном весе соответственно с однолопастными НВ, работающими на режимах, близких к их авторотации, или при зафиксированных лопастях-крыльях левого и правого НВ, лопасти-крылья которых как закреплены при втянутых телескопических противовесах в обтекатели втулок НВ и направлены вдоль консолей ПСК наружу от плоскости симметрии, увеличивая как площадь и несущую способность системы КЗК и образуя с его ПСК схему свободно несущего низко-расположенного биплана, так и остановлены, уложены с колонками валов НВ и их противовесами вовнутрь надкрыльных гондол с закрытыми их створками соответственно, но и обратно, при этом от надкрыльных гондол внешние секции ПСК, имеющие как их сумму, равновеликую площади заднего КОС и составляющую 30% от площади ПСК, так и в свою очередь меньшую площадь, составляющую 23% от общей площади системы КЗК, выполнены цельно-поворотными в вертикальной плоскости, которые, устанавливаясь вертикально, уменьшают потери в вертикальной тяге НВ на 8,4% при выполнении ВВП и зависания, причем однолопастные НВ, не взаимодействующие с соответствующими передними закапотированными вентиляторами (ПЗВ) спаренных ТРДД в ДРС-Х4, выполнены без управления циклического изменения их шага и с жестким креплением их лопастей и профилированных противовесов, но и создания от НВ полной компенсации реактивных крутящих моментов при противоположном направлении вращения между винтами, например, при виде сверху левый и правый однолопастные НВ вращаются соответственно по часовой и против часовой стрелки так, что соответствующие наступающие их лопасти, проходя над внешними бортами соответствующих надкрыльных гондол от задней к передней их частям, обеспечивают устранение гироскопического эффекта, гармоничное сочетание поперечно-продольного управления при выполнении ВВП и зависания, при этом система трансмиссии обеспечивает передачу мощности от левой и правой пары спаренных бок о бок ТРДД, смонтированных на подкрыльных пилонах ПСК, имеющих задние выхлопные сопла и передние выводы валов для отбора взлетной их мощности, которые через муфты свободного хода связаны с входными валами Т-образных в плане понижающих редукторов, продольные и поперечные выходные валы которых связаны соответственно с ПЗВ посредством муфты сцепления соответствующего ТРДД и с междвигательным Т-образным при виде спереди редуктором, имеющим вертикальный выходной вал, который в свою очередь связан посредством углового при виде сбоку редуктора с продольным валом, проложенными в подкрыльном пилоне до Т-образного при виде спереди промежуточного редуктора, внутренние и внешние поперечные валы, проложенные в носке ПСК, образуют соответственно синхронизирующую и несущие системы с муфтами сцепления и соответствующими угловыми консольными редукторами НВ, причем плавное перераспределение мощности от каждой пары ТРДД обеспечивается двумя понижающими, междвигательным и промежуточным с угловыми редукторами на однолопастные НВ и ПЗВ в ДРС-Х4 соответственно 94% и 6% от взлетной их мощности на вертолетных режимах полета, но и обратно.

2. Многоцелевой высокоскоростной самолет-вертолет по п. 1, отличающийся тем, что упомянутые однолопастные НВ со ступенчатым профилем концевой части на одной третьей радиуса каждой с обратным сужением лопасти, имеющей концевую хорду лопасти в 2,0 раза больше ее корневой хорды и клиновидный профиль с углом α=10° и непрерывной нижней поверхностью, выполнен с верхним уступом-вырезом ромбовидной в плане формы, внешние выступающие стороны которой, имея вогнутые во внутрь задние кромки лопасти, создают в точке максимальной ее хорды (b_maxHB), совмещенной в уступе-вырезе с меньшей диагональю ромбовидной в плане формы, образующей как конфигурацию профиля ступеньки по ширине и глубине - это соответственно 1/2 от хорды b_maxHB и 2/3 от толщины c_maxHB, так и заостренную законцовку лопасти, имеющую параболическую переднюю кромку и обратной стреловидности заднюю кромку, причем упомянутые телескопические противовесы НВ имеют радиус (r_тп) во втянутом и выдвинутом положении, равновеликий радиусу обтекателя втулки НВ, имеющего диаметрально размещенные срезы в виде круговых сегментов, хорды которых равновелики корневым хордам НВ и противовеса, и 30% от радиуса НВ соответственно, при этом каждый противовес, имеющий корневую и концевую хорды соответственно равновеликую и в 1,2 раза меньше корневой хорды НВ, выполнен с концевой частью в виде ответного сегмента окружности с диаметром, равновеликим обтекателю втулки НВ, сопрягаемого при его втягивании со срезом кругового сегмента втулки, образуя удобообтекаемую ее округлую в плане форму, причем при выполнении ВВП или зависания и соответствующем отклонении внутренних закрылок ПСК, преобразующих консоли ПСК в консоли с обратным сужением, создающим возможность повышения коэффициента подъемной силы и несущей способности, особенно, при обдуве его консолей однолопастными НВ, размещенными в полностью симметричной и синхронно-сбалансированной ДПНС-Х2 и работающими совместно с маршевой тягой ДРС-Х4, продольная ось их вентиляторов размещена вдоль продольной линии, проходящей при виде сбоку через вертикальный центр масс, и, следовательно, уменьшает возможность возникновения кабрирующего момента, при этом в системе КЗК ПСК, выполненное высокорасположенным, смонтировано с отрицательным углом поперечного V так, что консоли заднего КОС размещены при виде спереди параллельно внутренней секции ПСК, причем упомянутые поворотные концевые части ПСК, установленные вертикально, снабжены при этом возможностью их складывания назад и их размещения вдоль надкрыльных гондол для уменьшения стояночной площади, при этом каждая надкрыльная гондола для уменьшения ее высоты снабжена левой и правой верхними Г-образными при виде спереди открывающимися створками, имеющими длину, равновеликую 1,4 радиуса НВ, а колонка его вала выполнена при этом телескопической, обеспечивающей после ее выдвижения верх свободное вращение НВ над гондолой с открытыми или закрытыми ее створками, причем каждый конвертируемый ТРДД выполнен с возможностью на режимах ВВП и зависания его преобразования в модификацию турбовального двигателя (ТВаД) с элементами цифрового программного управления, сочетающего в двухрежимной системе регулирования и управления поочередной его работы как в режиме отбора свободной мощности на привод НВ в ДПНС-Х2, так и в режиме распределения отбора мощности на ПЗВ в ТРДД для увеличения совместной их маршевой и реактивной тяги для высокоскоростного горизонтального полета, при этом каждый конвертируемый ТРДД выполнен с управляемыми заслонками в окнах кожуха внутреннего контура, направляющими от ПЗВ по внешнему контуру поток воздуха вовнутрь на турбину низкого давления (ТНД) или по внешнему контуру сопла соответственно на вертолетных или самолетных режимах полета, но и средним выводом вала для отбора его мощности от ТНД посредством соосного вала, вращающего компрессор низкого давления (КНД) и ПЗВ и проложенного внутри вала турбины и компрессора высокого давления (ТВД и КВД) и конусной зубчатой передачи, имеющей радиальный выходной вал между КНД и КВД, причем за каждой парой ТРРД на ПСК имеются развитые трехщелевые закрылки, обеспечивающие при их максимальном отклонении и отклонение вниз истекающих потоков воздуха и газов из сопел ТРДД, создающих сбалансированную тягу для подъема при выполнении ВВП и зависания.

3. Многоцелевой высокоскоростной самолет-вертолет по п. 2, отличающийся тем, что упомянутые клиновидные профили лопастей НВ и непрерывной верхней их поверхностью выполнены с нижним уступом-вырезом ромбовидной в плане формы, внешние выступающие стороны которой образуют упомянутый равнобедренный треугольник в плане, выполняющий на лопастях НВ роль рулевых поверхностей, снабженных сервоприводом и возможностью при выполнении ВВП и зависания на вертолетных режимах полета их синхронного отклонения в вертикальной плоскости так, что при дифференциальном их отклонении вниз/вверх и вверх/вниз и прохождении при этом лопастей НВ с противоположных сторон от правой/левой законцовок ПСК изменяют балансировку по крену соответственно влево и вправо, но и синфазном их отклонении вверх/вниз при прохождении лопастей НВ впереди надкрыльных гондол изменяют балансировку по тангажу, создают соответственно пикирующий и кабрирующий моменты, при этом в системе КЗК заднее стреловидное крыло (ЗСК), корневые части которого смонтированы по внешним бортам киля в крестообразном хвостовом оперении, надкрыльные гондолы выполнены в виде разнесенных балок, на конце одной из них смонтирована выдвижная штанга магнитометра, а на другой - опускаемая и буксируемая под водой антенна гидроакустической станции.

Images