WO2009131479A1

WO2009131479A1 - Автожир с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой

Info

Publication number: WO2009131479A1
Application number: PCT/RU2008/000240
Authority: WO
Inventors: Борис Андреевич ПОЛОВИНКИН
Original assignee: Polovinkin Boris Andreevich
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2009-10-29
Also published as: EP2279943A4; US20120248240A1; US8573528B2; CN102066197A; CN102066197B; EP2279943A1

Abstract

Предлагаемый автожир включает фюзеляж 1 с кабиной пилота, с установленным на нем складывающимся пилоном, головку ротора 3, имеющую регулируемую торсионную втулку 16 и толкающий винт 5 с регулируемым шагом. В головке ротора 3 для равномерного распределения нагрузки на торсионную втулку 16, при предварительной раскрутке ротора 4, торсион выполнен из плоских композитных пластин без изгиба. Для уменьшения вибрации на ручке управления в полёте, плоскость крепления качающегося шарнира 15 торсионной втулки 16, развернута под углом не более 40 градусов к продольной оси торсиона втулки 16 ротора 4. Для уменьшения нагрузки на ручке при управлении автожиром в полёте, головка ротора 3 крепится к пилону через рамочный шарнир 9 со смещенной вперед осью качения по тангажу. Для установки в полёте благоприятного режима двигателя, толкающий винт 5 имеет регулируемую торсионную втулку 16, набранную из композитных пластин. Винт 5 с регулируемым шагом может быть применен как в толкающем, так и в тянущем варианте и использован на любом летательном аппарате.

Description

Автожир с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой

Область техники Изобретение относится к авиационной технике в частности к изготовлению и эксплуатации автожиров.

Известно множество автожиров построенных за последнее время. Известен автожир, описанный в заявках WO 1997/008050 (МПК⁸ B64C 27/02 опубл. 06.03.1997), WO 1998/030446 (МПК⁸ B64C 11/06, 16.07.1998). Принцип изменения шага ротора и толкающего винта данных конструкций автожира заключается в изготовлении особых пустотелых лопастей, внутри которых проходят длинные торсионы. Автожир, описанный в этих заявках, позволяет производить вертикальный взлет и вертикальную посадку за счет изменения шага ротора. Лопасти толкающего винта с изменяемым шагом выполнены по тому же принципу, что и лопасти ротора.

Недостатком его является особая трудоемкая технология изготовления лопастей и торсионов, которая не позволяет использовать классическую технологию изготовления лопастей в авиации.

Известен автожир по патенту RU 2 313 473 Cl (МПК B64C 27/02, опубл. 27.12.2007), в котором используется головка ротора изменяемого шага с торсионной втулкой. Недостатком данной конструкции является то, что качающийся шарнир, имеет сфрезерованные грани под углом 2-3 градуса к плоскости, в результате чего стеклотекстолитовый торсион, закрепленный на качающемся шарнире, имеет угол 4 -6 градуса. При предварительной раскрутке ротора за счет центробежных сил происходит уменьшение этого угла до 0, при этом верхние стеклотекстолитовые пластины торсиона испытывают дополнительную нагрузку на разрыв, а нижние сжимаются, что является недостатком данной конструкции, и может привести к разрушению торсиона при раскрутке ротора. Для уменьшения нагрузки на ручке, при управлении автожиром в полёте, рамочный шарнир выполнен симметричным, а на головке закреплен обтекатель, выполняющий роль разгрузочного воздушного компенсатора. Эта конструкция не может эффективно решать проблему разгрузки усилия на ручке при управления автожиром в полёте.

Таким образом, существует потребность в разработке автожира с более совершенными узлами, надежного в полете, легко управляемого и удобного при хранении.

Раскрытие изобретения.

В основу заявляемого изобретения положена задача создания автожира с изменяемым шагом ротора для осуществления вертикального взлета и вертикальной посадки, с толкающим винтом регулируемого шага и со складывающимся пилоном, для удобства хранения и транспортировки.

Поставленная задача решается с помощью создания автожира, включающего фюзеляж с кабиной пилота, с установленным на нем складывающимся пилоном, с головкой ротора имеющей регулируемую торсионную втулку, силовую установку с толкающим винтом регулируемого шага, размещенную за кабиной пилота, хвостовое вертикальное оперение с рулем направления, трехопорное шасси. В головке ротора для равномерного распределения нагрузки на торсионную втулку ротора, при предварительной раскрутке ротора, торсион выполнен из плоских композитных пластин без изгиба.

Для уменьшения вибрации на ручке управления в полёте, плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора, развернута под углом не более 40 градусов, к продольной оси торсиона.

Предпочтительно плоскость крепления качающего шарнира торсионной втулки ротора развернута под углом 30 градусов к продольной оси торсиона.

По другому варианту выполнения автожира, плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора совпадает с продольной осью торсиона.

Для уменьшения нагрузки на ручке при управлении автожиром в полёте, головка ротора крепится к пилону через рамочный шарнир со смещенной вперед осью качения по тангажу. Для удобства хранения и транспортировки автожира снимаются лопасти ротора, пилон складывается в горизонтальное положение при помощи электрогидропривода без дополнительной разборки. Для этого все шарнирные соединения тяг управления головкой ротора^ а так же шарнирное соединение Гука валов раскрутки привода ротора, расположены на оси поворота стойки пилона.

Предлагаемая головка ротора может применяться в автожирах других конструкций.

Для установки в полёте благоприятного режима двигателя, толкающий винт выполнен с регулируемым шагом. Для этого на полый фланец редуктора, через который проходит тяга управления шагом, установлена пустотелая ступица, на которую крепится торсионная втулка, набранная из композитных пластин. Весь механизм с изменяемым шагом закрыт коком большого диаметра.

На концах втулки закреплены трапециевидные лопасти, обрезанные по контуру кока. Данная конструкция воздушного винта с регулируемым шагом может быть применена как в толкающем, так и в тянущем варианте и может быть использована на любом летательном аппарате.

Техническим результатом заявляемого решения является создание автожира, который является безопасным, надежным и компактным летательным аппаратом, с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой.

Ниже приведен один из возможных вариантов автожира с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой.

Краткое описание фигур чертежей

На фиг. 1 представлен общий вид заявленного автожира.

На фиг. 2 показана компоновка механизмов управления автожиром. На фиг. 3 показана деталировка головки ротора с изменяемым шагом. На фиг. 4 показана деталировка толкающего винта с регулируемым шагом.

Автожир состоит из фюзеляжа 1 (Фиг. 1), стойки пилона 2, головки ротора 3, ротора 4, толкающего винта 5 , хвостового оперение 6, трёхколёсного шасси 7. Головка ротора 3 (Фиг. 2), включает корпус подшипника ступицы 8, который крепится к стойке пилона 2, через рамочный шарнир 9, имеющий смещённую вперёд ось качения по тангажу 10 (Фиг. 3).

В подшипник корпуса 8 вставлен пустотелый вал ступицы 11, на ступицу 11, установлено жестко или через обгонную муфту зубчатое колесо 12 в зависимости от конструкции привода.

Привод 13 раскрутки ротора 4 установлен на плиту 14.

Корпус подшипника ступицы 8 закреплен на плите 14.

На вал ступицы 11 установлен качающийся шарнир 15, на котором закреплен торсион, набранный из прямых, композитных пластин.

Плоскость крепления качающегося шарнира 15 торсионной втулки 16 ротора 4 развернута под углом не более 40 градусов относительно продольной оси торсиона или плоскость крепления качающегося шарнира 15 торсионной втулки 16 ротора 4 совпадает с продольной осью торсиона (Фиг. 3). В полую ступицу 11 вставлен вал 17, на котором установлено коромысло

18. Качающийся шapниpl5 и вал коромысла 17, фиксируются на ступице 11 осью.

Концы коромысла 18 через тяги 19, соединены с рычагами 20, торсионной втулки 16.

Лопасти ротора крепятся к торсионной втулке 16 через пластины 21. Вал коромысла 18 соединен с тягой шага 22 через подшипниковый шарнир 23.

Управление шагом лопастей ротора 4.

От ручки управления 24 (шаг-газ) через тяги 22, через подшипниковый шарнир 23, шток 17, усилие передаётся на коромысло 18 и через тяги 19 воздействует на торсионную втулку 16, набранную из прямых композитных пластин, таким образом, изменяя шаг лопастей ротора.

Управление углом атаки лопастей ротора 4.

От ручки управления автожиром 25 через тяги 26, закрепленные на качающихся рычагах 27, усилие передается на плиту 14, на которой закреплен корпус подшипника ступицы 8, вал ступицы 11, качающийся шарнир 15 с торсионной втулкой 16. Таким образом, меняется угол атаки ротора 4 по тангажу и по крену. Предварительная раскрутка ротора 4.

От шкива 28, посаженного на вал редуктора двигателя 29, через ременный привод 30 с натяжным роликом, крутящий момент передается на угловой редуктор 31. От углового редуктора 31 через двойной шарнир Гука 32 и шлицевое соединение 33 крутящий момент передается на привод 13 раскрутки ротора 4.

Поворот стойки пилона 2 в горизонтальное положение.

Все соединения тяг управления 26 головкой ротора 3 и шарнирное соединение Гука 32 валов привода раскрутки ротора 4, расположены на оси поворота 34 стойки пилона 2. Это дает возможность при снятых лопастях ротора

4 с помощью электрогидропривода 35 поворачивать пилон в горизонтальное положение без дополнительной разборки.

Толкающий винт с регулируемым шагом 5.

Толкающий винт с регулируемым шагом 5, состоит из полой ступицы 36, через которую проходит вал коромысла 45, фиксируемый штифтом (Фиг. 4).

На ступицу 36 установлена торсионная втулка 38, набранная из прямых композитных пластин.

На концах торсионной втулки 38 через крепление 39, закреплены лопасти 40 и рычаги управления шагом 41. Весь механизм закрыт коком 48 большого диаметра.

Усилие от электропривода 42, через рычаг 43, через подшипниковый шарнир 44, передается на вал 45 и коромысло 46. От коромысла 46, через тяги 47, усилие передается на рычаги 41, и на торсионную втулку 38 толкающего винта 5. Таким образом, изменяется шаг лопастей 40 толкающего винта 5. Автожир работает следующим образом.

Запускается двигатель 29. Ручкой управления шаг-газ 24, лопасти ротора 4 выводятся на нулевой угол атаки, после чего при помощи ременного привода 30 с натяжным роликом производится раскрутка ротора 4 до оборотов в 1,5 раза превышающих полетные, при этом автожир удерживается на тормозах. Система управления общим шагом лопастей ротора 4 обеспечивает три фиксированных положения на ручке шаг- газ по углу установки лопастей ротора: с нулевым углом атаки, установочным (полётным) и посадочным. После достижения ротором 4 оборотов 450-500 об./мин., прекращается раскрутка ротора 4. Ручкой шаг-газ 24, угол атаки лопастей ротора 4, выводится на полётный и прибавляется газ. В результате чего происходит загрузка ротора 4.

Автожир взлетает вертикально и начинает поступательное движение, при этом обороты ротора 4 падают до полётных, а ротор 4 вращается уже от набегающего потока воздуха. В дальнейшем автожир управляется по самолётному. Перед посадкой автожира убирается газ и автожир, зависая над посадочной площадкой, начинает опускаться (парашютировать). За 1-2 метра от земли, в зависимости от массы лопастей ротора 4, ручкой управления шаг- газ 24, угол атаки лопастей ротора увеличивается, т.е. переводится на посадочный угол.

При этом скорость парашютирования автожира значительно уменьшается, и происходит мягкая посадка.

На автожире установлен толкающий винт 5 с регулируемым шагом. При выполнении маршрутного полёта или полёта на повышенных скоростях, при помощи электропривода 42, производится увеличение угла атаки лопастей 40 толкающего винта 5, закреплённых на концах торсионной втулки 38. При этом создается благоприятный режим работы двигателя.

Для удобства хранения автожира и перевозки в трейлере, достаточно снять лопасти ротора 4 и при помощи электрогидропривода 35 опустить пилон в горизонтальное положение без какой либо дополнительной разборки.

Лучший вариант осуществления изобретения

Описанный выше автожир является лучшим вариантом осуществления изобретения и показан на Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3, Фиг. 4.

Автожир в соответствии с этим вариантом осуществления изобретения, включает фюзеляж, с установленным на нем складывающимся пилоном, с головкой ротора, имеющей регулируемую торсионную втулку, и толкающий винт с регулируемым шагом. Для равномерного распределения нагрузки на торсионную втулку 16 ротора 4, при предварительной раскрутке ротора 4, торшон выполнен из плоских композитных пластин без изгиба. Для уменьшения вибрации на ручке управления в полёте, плоскость крепления качающегося шарнира 15 торсионной втулки 16 ротора 4, развернута под углом 30 градусов, относительно продольной оси торсиона (Фиг. 3).

Для уменьшения нагрузки на ручке управления автожиром в полёте, ось 10 рамочного шарнира 9 смещена вперед.

Для удобства хранения и перевозки в трейлере, пилон выполнен складывающимся.

Для выбора благоприятного режима двигателя в полете, толкающий винт 5 (Фиг. 4) выполнен с регулируемым шагом.

Промышленная применимость

Изобретение применяется для изготовления винтокрылых летательных аппаратов, в частности автожиров с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой.

Головка ротора может быть использована в автожирах других конструкций. Толкающий винт с регулируемым шагом может быть использован как в толкающем, так и в тянущем варианте на любых летательных аппаратах.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Автожир с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой, включающий фюзеляж, с установленным на нем пилоном с головкой ротора, закрепленной к пилону через рамочный шарнир и имеющей торсионную втулку, состоящую из качающего шарнира и торсиона, набранного из композитных пластин, силовую установка с толкающим винтом регулируемого шага, размещенную за кабиной пилота, хвостовое вертикальное оперение с рулем направления, трехопорное шасси, характеризующийся тем, что торсион втулки ротора набран из плоских композитных пластин без изгиба, на концах торсиона установлены лопасти ротора, плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора развернута под углом не более 40 градусов относительно продольной оси торсиона или плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора совпадает с продольной осью торсиона, головка ротора закреплена к пилону через рамочный шарнир со смещенной вперёд осью качения по тангажу, для складывания пилона в горизонтальное положение все соединения тяг управления наклоном головки ротора, шарнирное соединение Гука валов раскрутки привода ротора, расположены на оси поворота стойки пилона, толкающий винт с регулируемым шагом имеет регулируемую торсионную втулку, набранную из композитных пластин, установленную на пустотелую ступицу, на концах торсионной втулки закреплены лопасти, обрезанные по контуру кока.

2. Автожир по п.l, характеризующийся тем, что плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора развернута относительно продольной оси торсиона под углом 30 градусов.

3. Головка ротора для автожира, закрепленная к пилону через рамочный шарнир, включающая торсионную втулку, состоящую из качающего шарнира и торсиона, набранного из композитных пластин, характеризующаяся тем, что торсион втулки ротора набран из плоских композитных пластин без изгиба, плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора развернута под углом не более 40 градусов относительно продольной оси торсиона или плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора совпадает с продольной осью торсиона, головка ротора закреплена к пилону через рамочный шарнир со смещенной вперёд осью качения по тангажу.

4. Головка ротора по п.З, характеризующаяся тем, что плоскость крепления качающегося шарнира торсионной втулки ротора развернута относительно продольной оси торсиона под углом 30 градусов.

5. Воздушный винт с регулируемым шагом, характеризующийся тем, что винт имеет регулируемую торсионную втулку, набранную из композитных пластин, установленную на пустотелую ступицу, на концах торсионной втулки закреплены лопасти, обрезанные по контуру кока.