RU2796433C2 - Power unit of aerostatic module of transport system - Google Patents
Power unit of aerostatic module of transport system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2796433C2 RU2796433C2 RU2021123812A RU2021123812A RU2796433C2 RU 2796433 C2 RU2796433 C2 RU 2796433C2 RU 2021123812 A RU2021123812 A RU 2021123812A RU 2021123812 A RU2021123812 A RU 2021123812A RU 2796433 C2 RU2796433 C2 RU 2796433C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shell
- aerostatic
- rotors
- airship
- transport system
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к авиации, в частности к воздухоплаванию, а именно, к силовым установкам аэростатических модулей транспортной системы.The invention relates to aviation, in particular to aeronautics, namely, to the power plants of aerostatic modules of the transport system.
Аэростатические модули транспортной системы входят в класс гибридных аэростатических летательных аппаратов. Они снабжены винтомоторными установками вертолетного типа с несущими винтами, главными редукторами и двигателями, являющимися источниками мощности. В качестве источников мощности могут служить поршневые двигатели (ПД), турбовальные двигатели (ТВлД) или электродвигатели (ЭД)). Энергоносителем для источников мощности является углеводородное топливо (для ПД и ТВлД) или электроэнергия (для ЭД). Энергия источников мощности передается большим массам воздуха, отбрасываемым несущими винтами, поэтому винтомоторные установки вертолетного типа являются наиболее экономичным способом создания подъемной силы независимо от скорости полета и очень выгодны для применения в дирижаблях. Они вносят существенный вклад в создание общей подъемной силы гибридного дирижабля и, одновременно, обеспечивают маршевую тягу за счет пропульсивной составляющей тяги несущих винтов. Управление по курсу и тангажу производится за счет дифференциального изменения тяги несущих винтов в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также за счет управления аэродинамическими силами на оболочке дирижабля и хвостовом оперении. Благодаря таким свойствам гибридный дирижабль обладает высокой маневренностью и точностью управления, что особенно важно для безопасности взлетно-посадочных режимов в условиях присутствия ветра. Этим гибридные дирижабли выгодно отличаются от дирижаблей классического типа.Aerostatic modules of the transport system are included in the class of hybrid aerostatic aircraft. They are equipped with helicopter-type propeller-driven installations with main rotors, main gearboxes and engines, which are power sources. Piston engines (RP), turboshaft engines (TVLD) or electric motors (EM) can serve as power sources). The energy carrier for power sources is hydrocarbon fuel (for PD and TVLD) or electricity (for ED). The energy of the power sources is transferred to large masses of air thrown by the rotors, so helicopter-type propeller-driven installations are the most economical way to create lift regardless of flight speed and are very beneficial for use in airships. They make a significant contribution to the creation of the overall lift force of the hybrid airship and, at the same time, provide propulsion thrust due to the propulsion component of the rotor thrust. Heading and pitch control is performed by differentially changing the thrust of the rotors in the horizontal and vertical planes, as well as by controlling the aerodynamic forces on the airship shell and tail unit. Thanks to these properties, the hybrid airship has high maneuverability and control accuracy, which is especially important for the safety of takeoff and landing modes in the presence of wind. In this way, hybrid airships compare favorably with airships of the classical type.
При создании аэростатического модуля транспортной системы (МТС) ключевую роль играют решения, реализуемые в конструкции базового модуля. Анализ опубликованных проектов показывает, что описанные в них конструкции, как правило, скомпонованы так, что их нельзя использовать в качестве базового аппарата МТС. В частности, по причине поперечной компоновки силовых установок.When creating an aerostatic module of the transport system (MTS), the solutions implemented in the design of the base module play a key role. An analysis of published projects shows that the structures described in them are, as a rule, arranged in such a way that they cannot be used as the basic MTS apparatus. In particular, due to the transverse layout of the power plants.
Известен гибридный дирижабль проекта Аэролет А-30 разработки КБ Ухтомского вертолетного завода (Ю.С. Бойко. «Воздухоплавательные аппараты и полеты на них», 2015 г., стр. 567-575, таблица 40), в котором две винтомоторные установки вертолетного типа расположены по левому и правому борту оболочки дирижабля на боковых пилонах. По своей технической сущности этот дирижабль является наиболее близким аналогом и принят в качестве прототипа.A known hybrid airship of the Aerolet A-30 project developed by the Design Bureau of the Ukhtomsky Helicopter Plant (Yu.S. Boyko. "Aeronautic vehicles and flights on them", 2015, pp. 567-575, table 40), in which two propeller-driven installations of a helicopter type located on the left and right side of the airship shell on the side pylons. In terms of its technical nature, this airship is the closest analogue and was adopted as a prototype.
В проекте несущим винтам были обеспечены хорошие условия для работы на взлетно-посадочных и крейсерских режимах полета, но его применению в качестве базового модуля дирижабельной МТС препятствует ряд существенных недостатков:In the project, the rotors were provided with good conditions for operation in takeoff and landing and cruising flight modes, but its use as the base module of an airship MTS is hindered by a number of significant drawbacks:
- При сохранении типа винтомоторных установок максимальную грузоподъемность гибридного дирижабля можно изменять только за счет вставок в обводы оболочки дополнительных объемов с несущим газом. При этом ухудшается управляемость по курсу и тангажу, т.к. плечи воздействия управляющих моментов от поперечно разнесенных несущих винтов остаются постоянными, а плечи дестабилизирующих моментов увеличиваются из-за роста удлинения дирижабля по мере добавления вставок в оболочку.- While maintaining the type of propeller installations, the maximum carrying capacity of the hybrid airship can only be changed by inserting additional volumes with carrier gas into the shell contours. At the same time, the controllability in the course and pitch deteriorates, because. the control moment arms from the transversely spaced main rotors remain constant, while the destabilizing moment arms increase due to the growth of the airship elongation as inserts are added to the shell.
- По требованиям безопасности в проекте необходима синхронизирующая трансмиссия между левой и правой винтомоторными установками, которая должна автоматически включаться в работу при отказе одного из двигателей и выравнивать потоки мощности, подводимые к несущим винтам. И даже при этих условиях поперечная схема расположения винтомоторных установок является неустойчивой.- According to safety requirements, the project requires a synchronizing transmission between the left and right propeller units, which should automatically turn on when one of the engines fails and equalize the power flows supplied to the rotors. And even under these conditions, the transverse arrangement of propeller installations is unstable.
- Курсовые дестабилизирующие моменты, возникающие в крейсерском полете, например, от воздействия бокового ветра, можно погасить только за счет управляющей мощности хвостового оперения. В то же время воздействие порывов бокового ветра приводят к разнице в подъемной силе тяги левой и правой винтомоторной группы, т.е. к возникновению дестабилизирующего момента крена, который можно парировать лишь дифференциальным изменением общего шага винтов, что потребует введения в систему специальной автоматической системы, мгновенно реагирующей на разницу тяг и принудительно обеспечивающей устойчивость по крену. Это заметно усложняет проект и не гарантируя надежного результата. Аналогичная проблема наблюдалась на винтокрыле Ка-22.- Heading destabilizing moments that occur in cruising flight, for example, from the effects of crosswinds, can only be extinguished by the control power of the tail unit. At the same time, the impact of crosswind gusts leads to a difference in the lift force of the thrust of the left and right propeller groups, i.e. to the occurrence of a destabilizing roll moment, which can only be countered by a differential change in the total pitch of the propellers, which will require the introduction of a special automatic system into the system that instantly responds to the difference in thrust and forcibly ensures roll stability. This significantly complicates the project and does not guarantee a reliable result. A similar problem was observed on the Ka-22 rotorcraft.
- Присутствие винтомоторных установок, расположенных по бортам дирижабля не позволяет увеличивать максимальную грузоподъемность комплекса за счет объединения дирижаблей в группы путем сопряжения их по боковой поверхности оболочек, что также является серьезным препятствием к увеличению количества вариантов максимальной грузоподъемности МТС.- The presence of propeller units located on the sides of the airship does not allow increasing the maximum carrying capacity of the complex by combining airships into groups by pairing them along the side surface of the shells, which is also a serious obstacle to increasing the number of options for the maximum carrying capacity of the MTS.
Задачей изобретения является силовая установка дирижабельной МТС, позволяющая получать множество вариантов максимальной грузоподъемности модульной транспортной системы.The objective of the invention is the power plant of the airship MTS, which allows to obtain many options for the maximum carrying capacity of the modular transport system.
Задача изобретения решается тем, что несущие винты силовой установки размещены по тандемной схеме на выступающих за пределы оболочки пилонах в нижней носовой и хвостовой части корпуса дирижабля в продолжении концов килевой фермы.The objective of the invention is solved by the fact that the main rotors of the power plant are placed in tandem on pylons protruding beyond the shell in the lower bow and tail parts of the airship hull in continuation of the ends of the keel truss.
Полученный технический результат характеризуется существенными признаками:The obtained technical result is characterized by essential features:
- упомянутая оболочка снабжена килевой фермой, в продолжении которой размещены пилоны несущих винтов, тандемно установленных винтомоторных модулей, выступающих за пределы оболочки в нижних носовой и хвостовой частях;- said shell is equipped with a keel truss, in the continuation of which there are pylons of rotors, tandem-mounted propeller modules protruding beyond the shell in the lower bow and tail parts;
- боковые поверхности упомянутой оболочки выполнены с возможностью сопряжения с боковыми поверхностями дополнительных сигарообразных аэростатических оболочек с несущим газом.- the side surfaces of said shell are made with the possibility of pairing with the side surfaces of additional cigar-shaped aerostatic shells with a carrier gas.
На Фиг. 1 показана компоновка силовой установки на базовом аэростатическом модуле транспортной системы.On FIG. 1 shows the layout of the power plant on the basic aerostatic module of the transport system.
Силовая установка дирижабельной модульной транспортной системы по Фиг. 1 включает:The power plant of the airship modular transport system according to FIG. 1 includes:
Базовый аэростатический модуль дирижабля (1) с оболочкой (2). Подвесную гондолу кабины экипажа (3), силовую установку (4) на пилонах (5), состоящую из двух тандемно установленных винтомоторных модулей с несущими винтами, хвостовое оперение (6), зону (7) размещения коммерческой грузовой нагрузки и двухопорное колесное шасси (8).Basic aerostatic module of the airship (1) with shell (2). Outboard cockpit nacelle (3), power plant (4) on pylons (5), consisting of two tandem-mounted propeller-engine modules with rotors, tail unit (6), area (7) for placing a commercial cargo load and a two-wheeled chassis (8 ).
Боковые поверхности аэростатической оболочки (2) свободны от выступающих деталей, которыми в известных конструкциях дирижаблей обычно являются боковые выносные фермы и винтомоторные установки вертолетного типа или поворотные подъемно-маршевые воздушные винты.The side surfaces of the aerostatic shell (2) are free from protruding parts, which in the known designs of airships are usually lateral outrigger farms and helicopter-type propellers or rotary lift-and-flight propellers.
Силовая установка аэростатического модуля транспортной системы работает следующим образом (Фиг. 1):The power plant of the aerostatic module of the transport system operates as follows (Fig. 1):
Тандемное размещение силовой установки на аэростатическом модуле МТС (1) (Фиг. 1) освобождает боковые поверхности оболочки (2) от выступающих деталей. Это создает возможности для объединения модулей дирижаблей в группы, с сопряжением по боковой поверхности и возможность увеличения несущих объемов за счет цилиндрических вставок в среднюю часть оболочки.The tandem placement of the power plant on the MTS aerostatic module (1) (Fig. 1) frees the side surfaces of the shell (2) from protruding parts. This creates opportunities for combining airship modules into groups, with pairing along the side surface and the possibility of increasing the carrying volumes due to cylindrical inserts in the middle part of the shell.
Кроме того, сохраняется хорошая управляемость по курсу и тангажу базового гибридного дирижабля (1) с увеличением количества типовых вставок дополнительных объемов, т.к. плечи воздействия управляющих моментов от несущих винтов силовой установки (4) возрастают вместе с ростом дестабилизирующих моментов при увеличении удлинения оболочки аэростатического модуля дирижабля. Это обстоятельство крайне важно для существования и технической реализуемости аэростатической модульной транспортной системы. Оно позволяет по мере увеличения количества вставок дополнительных объемов оболочки пропорционально приводить свойства каждого уровня максимальной грузоподъемности МТС в соответствие с необходимыми характеристиками управляемости.In addition, good control over the course and pitch of the base hybrid airship (1) is maintained with an increase in the number of standard inserts of additional volumes, because the levers of action of control moments from the rotors of the power plant (4) increase along with the growth of destabilizing moments with an increase in the elongation of the shell of the aerostatic module of the airship. This circumstance is extremely important for the existence and technical feasibility of an aerostatic modular transport system. It allows, as the number of inserts of additional volumes of the shell increases, to proportionally bring the properties of each level of the maximum load capacity of the MTS in accordance with the necessary controllability characteristics.
Тандемное размещение силовой установки на базовом модуле дирижабля МТС (1) исключает необходимость в установке синхронизирующей трансмиссии между передней и задней винтомоторной установками (4). Отказ одного из двигателей не приводит к развитию крена гибридного дирижабля, а изменение продольного момента в этом случае может быть скомпенсировано одним из известных способов:The tandem placement of the power plant on the base module of the MTS airship (1) eliminates the need to install a synchronizing transmission between the front and rear propeller units (4). The failure of one of the engines does not lead to the development of the roll of the hybrid airship, and the change in the longitudinal moment in this case can be compensated by one of the known methods:
- автоматическим переводом оставшегося двигателя винтомоторного модуля на режим максимальной мощности;- automatic transfer of the remaining engine of the propeller module to the maximum power mode;
- переводом несущего винта в режим добора мощности от набегающего потока (воздушное перераспределение мощности между передней и задней винтомоторными установками);- transferring the main rotor to the mode of power addition from the oncoming flow (air power redistribution between the front and rear propeller units);
- соответствующим изменением подъемной силы на оперении или в точке приложения результирующей аэродинамической подъемной силы оболочки;- a corresponding change in the lift force on the tail or at the point of application of the resulting aerodynamic lift force of the shell;
- соответствующим изменением объема переднего и заднего баллонетов оболочки;- a corresponding change in the volume of the anterior and posterior balloonets of the shell;
- перекачкой топлива между передним и задним топливным баком;- pumping fuel between the front and rear fuel tank;
- дополнением винтомоторных установок электродвигателями-генераторами для перераспределения части мощности между ними;- addition of propeller-driven installations with electric motor-generators to redistribute part of the power between them;
- дополнением винтомоторных установок накопителями энергии.- addition of propeller-driven installations with energy accumulators.
Тандемное размещение силовой установки на аэростатическом модуле дирижабля МТС (1) имеет наименьшее аэродинамическое сопротивление, т.к. пилоны винтомоторных установок по существу являются продолжением килевой фермы дирижабля, расположены по потоку и выполняются со сплошной обтекаемой наружной поверхностью. Причем винтомоторные установки вместе с пилонами вписываются в фронтальную площадь сечения дирижабля, что также способствует уменьшению их аэродинамического сопротивления.The tandem placement of the power plant on the aerostatic module of the MTS airship (1) has the lowest aerodynamic drag, because The pylons of propeller-driven installations are essentially a continuation of the keel truss of the airship, are located along the stream and are made with a continuous streamlined outer surface. Moreover, propeller installations, together with pylons, fit into the frontal cross-sectional area of the airship, which also helps to reduce their aerodynamic drag.
Тандемное размещение силовой установки на базовом модуле дирижабля МТС (1) экономит значительные массы конструкции. При этом увеличивается доля коммерческой нагрузки, поднимаемой за счет аэростатической силы несущего газа оболочки. На земле после снятия груза предусматривается подвеска балласта.The tandem placement of the power plant on the base module of the MTS airship (1) saves significant masses of the structure. At the same time, the share of the commercial load lifted due to the aerostatic force of the carrier gas of the shell increases. On the ground after removing the load, ballast suspension is provided.
Для полетов потребуется доработка несущих винтов под возможность создания отрицательной тяги. Последнее не только желательно, но и необходимо, чтобы дирижабль мог выполнять полет без груза, с компенсацией избытка аэростатической подъемной силы отрицательной тягой винтов, например, после завершения крановой операции. Как известно, потребная для полета и управления пропульсивная сила может образоваться тогда, когда на несущем винте есть большая величина тяги - положительная или отрицательная. Отрицательная тяга несущих винтов винтомоторных установок позволит эффективно стабилизировать гибридный дирижабль и обеспечить приемлемую для завершения полета пропульсивнаую силу.For flights, the rotors will need to be modified for the possibility of creating negative thrust. The latter is not only desirable, but also necessary so that the airship can fly without a load, with compensation for excess aerostatic lift by the negative thrust of the propellers, for example, after the completion of the crane operation. As you know, the propulsion force required for flight and control can be formed when there is a large amount of thrust on the main rotor - positive or negative. The negative thrust of the rotors of propeller-driven installations will effectively stabilize the hybrid airship and provide propulsion force acceptable to complete the flight.
Предложенная силовая установка аэростатического модуля транспортной системы позволила:The proposed power plant of the aerostatic module of the transport system allowed:
- освободить боковые поверхности оболочек (2) аэростатического модуля дирижабля МТС (1) от выступающих деталей;- release the side surfaces of the shells (2) of the aerostatic module of the MTS airship (1) from protruding parts;
- сохранить хорошую управляемость по курсу и тангажу аэростатического модуля дирижабля (1) по мере увеличения количества типовых вставок дополнительных объемов несущего газа;- maintain good heading and pitch control of the aerostatic module of the airship (1) as the number of standard inserts of additional carrier gas volumes increases;
- исключить необходимость устройства синхронизирующей трансмиссии между передней и задней винтомоторной установками (4);- eliminate the need for a synchronizing transmission device between the front and rear propeller units (4);
- получить наименьшее аэродинамическое сопротивление силовой установки за счет расположения хорошо обтекаемых пилонов по потоку и их вписывания вместе с винтомоторными установками в фронтальную площадь сечения аэростатического модуля дирижабля;- to obtain the least aerodynamic resistance of the power plant due to the location of well-streamlined pylons along the flow and their fitting, together with propeller units, into the frontal cross-sectional area of the aerostatic module of the airship;
- повысить надежность и безопасность аэростатической модульной транспортной системы всех уровней максимальной грузоподъемности за счет совершенства свойств тандемной силовой установки.- to increase the reliability and safety of the aerostatic modular transport system of all levels of maximum carrying capacity due to the improvement of the properties of the tandem power plant.
Claims (1)
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021123812A RU2021123812A (en) | 2023-02-13 |
RU2796433C2 true RU2796433C2 (en) | 2023-05-23 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2518381C1 (en) * | 2013-02-01 | 2014-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью ОКБ "АТЛАНТ" | Rigid airship |
RU2532448C1 (en) * | 2013-04-10 | 2014-11-10 | Открытое акционерное общество "Долгопрудненское конструкторское бюро автоматики" | Method of control, stabilisation and development of extra lift of airship |
WO2014207732A1 (en) * | 2013-06-28 | 2014-12-31 | Paolo Bellezza Quater | A multi-rotor aircraft |
RU2550797C1 (en) * | 2014-04-09 | 2015-05-10 | Рудольф Львович Гроховский | Airship |
US20170349260A1 (en) * | 2016-06-01 | 2017-12-07 | James Richard Lawson | Hybrid balloon-multicopter and method |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2518381C1 (en) * | 2013-02-01 | 2014-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью ОКБ "АТЛАНТ" | Rigid airship |
RU2532448C1 (en) * | 2013-04-10 | 2014-11-10 | Открытое акционерное общество "Долгопрудненское конструкторское бюро автоматики" | Method of control, stabilisation and development of extra lift of airship |
WO2014207732A1 (en) * | 2013-06-28 | 2014-12-31 | Paolo Bellezza Quater | A multi-rotor aircraft |
RU2550797C1 (en) * | 2014-04-09 | 2015-05-10 | Рудольф Львович Гроховский | Airship |
US20170349260A1 (en) * | 2016-06-01 | 2017-12-07 | James Richard Lawson | Hybrid balloon-multicopter and method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11142309B2 (en) | Convertible airplane with exposable rotors | |
CN105173075B (en) | A kind of hybrid power can tilt wing aircraft | |
CN101875399B (en) | Tilt rotor aircraft adopting parallel coaxial dual rotors | |
US3298633A (en) | Separable aircraft | |
US5086993A (en) | Airplane with variable-incidence wing | |
CN101157383B (en) | A novel V-shaped sopiler airship | |
RU2448869C1 (en) | Multipurpose multi-tiltrotor helicopter-aircraft | |
CN105270620B (en) | One kind rises floating integral vertical landing general purpose vehicle | |
USRE36487E (en) | Airplane with variable-incidence wing | |
CN105564633A (en) | Wing flap lift enhancement type joined-wing airplane with approximately horizontal rotation propellers | |
RU2521090C1 (en) | High-speed turboelectric helicopter | |
US11407506B2 (en) | Airplane with tandem roto-stabilizers | |
US1987788A (en) | Aircraft | |
RU2351506C2 (en) | Multipurpose hydroconvertipropeller plane | |
CN205203366U (en) | Approximate level is rotated propeller wing flap lift -rising and is connected wing aircraft | |
RU63770U1 (en) | VERTOSTAT | |
CN110979665A (en) | Vertical take-off and landing amphibious ground effect aircraft | |
CN106828913A (en) | A kind of VUAV | |
RU2653953C1 (en) | Unmanned high-speed helicopter-airplane | |
RU2532672C1 (en) | Heavy convertible electric drone | |
RU2796433C2 (en) | Power unit of aerostatic module of transport system | |
RU2579235C1 (en) | Light convertible high-speed helicopter | |
RU2655249C1 (en) | High-speed helicopter-amphibious aircraft | |
RU222496U1 (en) | Vertical take-off and landing unmanned aerial vehicle | |
US10654556B2 (en) | VTOL aircraft with wings |