Изобретение относится к области авиации, в частности, к конструкциям вертолетов. Существует ряд основных конструктивных схем компенсации реактивного момента и управления вертолёта с использованием как единственного, так и нескольких несущих винтов. Реактивные моменты в схемах с двумя несущими винтами взаимно компенсируются синхронным разнонаправленным вращением двух винтов. Существуют соосные, продольные и поперечные схемы расположения несущих винтов, и их комбинирование. Общим преимуществом таких схем является отсутствие потерь мощности на компенсацию реактивного момента. Соосный несущий винт был известен задолго до идеи создания вертолёта с рулевым винтом: так, в 1754 году «отец российской науки» Михаил Ломоносов предложил использовать для подъёма метеорологического зонда механизм с соосными винтами, который приводился в движение с помощью заводной пружины. • Первый патент на соосное расположение несущих винтов летательного аппарата был выдан в 1859 году англичанину Генри Брайту. • Во Франции Потон де-Амеркур в 1860 году построил модель вертолёта соосной схемы с паровым двигателем. • Игорь Сикорский делал свои первые шаги в вертолетостроении в 1900 году именно с прототипов беспилотных вертолётов с соосным винтом. • В 1914 году датчанин Якоб Еллехаммер спроектировал свой соосный вертолет. • В Австрии Стефан Петроци построил несколько соосных беспилотных вертолётов с электромоторами в течение 1917—1920 гг. Вертолет мог находится только в режиме висения. • Аргентинец Рауль Пескара построил соосный вертолёт в 1919—1920 гг.; вертолёт имел 4 винта, в противоположные стороны вращались пары винтов, соединённые по типу биплана. В начале 1920-х Рауль Пескара работал над вертолетом соосной схемы, в котором впервые применил для управления вертолётом автомат перекоса. • В 1930 году итальянец Corradino d’Ascanio построил соосный вертолет, управление на котором осуществлялось с помощью серволопастей, аналогичное решение используется на Kaman HH-43 Huskie. • В течение 1930—1936 годов был построен первый соосный вертолёт с автоматами перекоса, он был построен французами Луи Бреге и Рене Дораном. Первым полностью управляемым стал вертолет Лабораторный гироплан, построенный Луи Шарлем Бреге и Рене Дораном в 1936 году. • Американец Стенли Хиллер в 1944 году построил первый соосный вертолёт XH44 с полностью металлическими сверхжёсткими стальными лопастями.The invention relates to the field of aviation, in particular, to the designs of helicopters. There are a number of basic design schemes for jet moment compensation and helicopter control using both a single and several rotors. The reactive moments in schemes with two rotors are mutually compensated by synchronous multidirectional rotation of the two screws. There are coaxial, longitudinal and transverse layouts of rotors, and their combination. The common advantage of such schemes is the absence of power losses for reactive torque compensation. The coaxial rotor was known long before the idea of creating a helicopter with a tail rotor: for example, in 1754, the "father of Russian science" Mikhail Lomonosov proposed using a mechanism with coaxial screws to lift a meteorological probe, which was driven by a winding spring. • The first patent for the coaxial arrangement of the rotors of an aircraft was issued in 1859 to the Englishman Henry Bright. • In France, Poton de Amercourt in 1860 built a coaxial helicopter model with a steam engine. • Igor Sikorsky took his first steps in the helicopter industry in 1900 with prototypes of unmanned helicopters with a coaxial propeller. • In 1914, the Dane Jacob Ellehammer designed his coaxial helicopter. • In Austria, Stefan Petrozi built several coaxial unmanned helicopters with electric motors during 1917-1920. The helicopter could only be in hover mode. • Argentinean Raul Pescara built a coaxial helicopter in 1919-1920; the helicopter had 4 propellers, pairs of propellers connected like a biplane rotated in opposite directions. In the early 1920s, Raul Pescara worked on a coaxial helicopter, in which he first used a swashplate to control the helicopter. • In 1930, the Italian Corradino d'Ascanio built a coaxial helicopter controlled by servo blades, a similar solution used on the Kaman HH-43 Huskie. • During the years 1930-1936, the first coaxial helicopter with swashplates was built, it was built by the French Louis Breguet and René Doran. The first fully controlled helicopter was the Laboratory Gyroplane, built by Louis Charles Breguet and René Doran in 1936. • American Stanley Hiller in 1944 built the first coaxial helicopter XH44 with all-metal ultra-rigid steel blades.
• В СССР вертолет Яковлева впервые поднялся в воздух 20 декабря 1947 года, а вертолёт Камова Ка-8 — 12 ноября 1947 года. Однако, именно для конструкторского бюро Камова соосная схема стала основной, по сей день вертолёты Камова — единственные в мире вертолёты с соосной схемой, выпускаемые серийно. Достоинства соосной схемы: • минимальные габаритные размеры, так как лопасти соосных винтов короче несущих лопастей вертолётов с рулевым винтом схожего класса; • компактность трансмиссии. Практически вся трансмиссия расположена вдоль одного вала; • сравнительная простота управления. Все органы управления расположены рядом с трансмиссией, причём при совершении манёвров не затрачивается дополнительная мощность от двигателей; • лучшая устойчивость при прямолинейном движении на большой скорости вследствие уменьшения вибраций; • меньшее число критически уязвимых узлов, таких как хвостовая балка и рулевой винт одновинтовых вертолетов; • большая по сравнению с традиционной схемой тяговооружённость — минимум на 20 % на режиме висения. Нет потери мощности на рулевой винт; • аэродинамическая симметрия схемы. Аппарат соосной схемы может совершать полет в любом направлении практически с одинаковой эффективностью; • уменьшение вибраций, чему способствуют меньшие размеры несущих винтов; • безопасность для обслуживающего персонала. Отсутствие хвостового винта уменьшает вероятность травм. Недостатки: Вертолёт соосной схемы имеет большие габариты по высоте. Сложная конструкция редуктора с выходными валами на две оси, два автомата перекоса повышают стоимость производства, ремонта и технического обслуживания. Встречно вращающиеся лопасти несущих винтов, допускают их перехлёст, разрушение и гибель вертолёта. Вертолёты с расположением силовой установки и редуктора наверху фюзеляжа за счёт высокого расположения центра массы переворачиваются при посадке на воду. Целью изобретения являются понижение центра массы вертолёта, уменьшение габаритов вертолёта, упрощение конструкции редуктора вертолёта, компенсация реактивного момента роторов управляемым вектором тяги двигателя, исключение флаттера и перехлёста лопастей роторов, отбор воздуха двигателем от верхней точки фюзеляжа, для исключения попадания посторонних предметов в двигатель. Два несущих воздушных винта (ротора), размещённых на общей вертикальной оси, вращают в одном направлении. Силовую установку с редуктором располагают в нижней части фюзеляжа для понижения центра массы вертолёта, что исключает переворот вертолёта при посадке на воду. • In the USSR, the Yakovlev helicopter first took to the air on December 20, 1947, and the Kamov Ka-8 helicopter on November 12, 1947. However, it was for the Kamov design bureau that the coaxial scheme became the main one; to this day, Kamov helicopters are the only mass-produced helicopters with a coaxial scheme in the world. Advantages of the coaxial scheme: • minimum overall dimensions, since the blades of coaxial propellers are shorter than the main blades of helicopters with a tail rotor of a similar class; • compact transmission. Almost the entire transmission is located along one shaft; • comparative ease of management. All controls are located next to the transmission, and when performing maneuvers, additional power from the engines is not expended; • better stability during straight motion at high speed due to vibration reduction; • a smaller number of critically vulnerable components, such as the tail boom and tail rotor of single-rotor helicopters; • greater thrust-to-weight ratio compared to the traditional scheme - at least 20% in hovering mode. No power loss to the tail rotor; • aerodynamic symmetry of the scheme. A coaxial device can fly in any direction with almost the same efficiency; • reduction of vibrations, which is facilitated by the smaller size of the rotors; • safety for service personnel. The absence of a tail rotor reduces the chance of injury. Disadvantages: The coaxial helicopter has large dimensions in height. The complex design of the gearbox with output shafts on two axles, two swashplates increase the cost of production, repair and maintenance. Counter-rotating rotor blades allow them to overlap, destroy and destroy the helicopter. Helicopters with the location of the power plant and gearbox at the top of the fuselage, due to the high location of the center of mass, roll over when landing on water. The purpose of the invention is to lower the center of mass of the helicopter, reduce the dimensions of the helicopter, simplify the design of the helicopter gearbox, compensate for the reactive moment of the rotors by the controlled thrust vector of the engine, eliminate flutter and overlap of the rotor blades, bleed the engine from the top of the fuselage to prevent foreign objects from entering the engine. Two main propellers (rotors) placed on a common vertical axis rotate in the same direction. The power plant with a gearbox is located in the lower part of the fuselage to lower the center of gravity of the helicopter, which prevents the helicopter from rolling over when landing on water.
Воздухозаборник двигателя проходит вокруг несущей оси через фюзеляж до верхней его части с выходом в открытое пространство. Такое техническое решение позволяет производить отбор воздуха для двигателя с верхней части фюзеляжа, что исключает попадание посторонних предметов в двигатель и его пылевое загрязнение. Мощность от силовой установки вертолёта для привода роторов передаётся через редуктор с одним выходным валом, проходящим через фюзеляж. Для управления лопастями обоих роторов используют один общий автомат перекоса механически связанный с лопастями верхнего ротора и с лопастями нижнего ротора попарно. Законцовки лонжеронов лопастей верхнего и нижнего роторов попарно механически связаны. Такое техническое решение исключает флаттер и перехлёст лопастей роторов, разрушение которых приводит к гибели вертолёта. Схема вертолёта с двумя роторами на общей оси, вращающихся в одном направлении, позволяют увеличить подъёмную силу несущих воздушных винтов при меньшем диаметре роторов, уменьшить габариты вертолёта по высоте за счёт уменьшения расстояния между роторами. Использование в предложенной конструкции редуктора с выходным валом на одну ось, одного автомата перекоса упрощает конструкцию, удешевляет его производство, ремонт и техническое обслуживание. Реактивный момент роторов уравновешивается управляемым вектором тяги двигателя с помощью поворотного сопла двигателя, установленного шарнирно с возможностью поворота при помощи проводки управления для поворота вертолёта вокруг вертикальной оси.The engine air intake passes around the bearing axis through the fuselage to its upper part with access to open space. This technical solution makes it possible to take air for the engine from the top of the fuselage, which eliminates the ingress of foreign objects into the engine and its dust pollution. Power from the helicopter's propulsion system to drive the rotors is transmitted through a gearbox with a single output shaft passing through the fuselage. To control the blades of both rotors, one common swashplate is used, which is mechanically connected to the blades of the upper rotor and to the blades of the lower rotor in pairs. The ends of the spars of the blades of the upper and lower rotors are mechanically connected in pairs. This technical solution eliminates flutter and overlap of rotor blades, the destruction of which leads to the death of the helicopter. The scheme of a helicopter with two rotors on a common axis, rotating in the same direction, allows you to increase the lifting force of the main propellers with a smaller diameter of the rotors, reduce the height of the helicopter by reducing the distance between the rotors. The use in the proposed design of a gearbox with an output shaft on one axis, one swashplate simplifies the design, reduces the cost of its production, repair and maintenance. The reaction moment of the rotors is balanced by the controlled thrust vector of the engine using a rotary engine nozzle, mounted pivotally with the ability to rotate using control wiring to rotate the helicopter around a vertical axis.