WO2014088443A1 - Coaxial high-speed helicopter - Google Patents

Coaxial high-speed helicopter Download PDF

Info

Publication number
WO2014088443A1
WO2014088443A1 PCT/RU2012/001015 RU2012001015W WO2014088443A1 WO 2014088443 A1 WO2014088443 A1 WO 2014088443A1 RU 2012001015 W RU2012001015 W RU 2012001015W WO 2014088443 A1 WO2014088443 A1 WO 2014088443A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
speed
helicopter
column
coaxial
coaxial high
Prior art date
Application number
PCT/RU2012/001015
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Михаил Андреевич МАМЫКИН
Original Assignee
КОЛЕСНИК, Яков Александрович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by КОЛЕСНИК, Яков Александрович filed Critical КОЛЕСНИК, Яков Александрович
Priority to PCT/RU2012/001015 priority Critical patent/WO2014088443A1/en
Publication of WO2014088443A1 publication Critical patent/WO2014088443A1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/22Compound rotorcraft, i.e. aircraft using in flight the features of both aeroplane and rotorcraft
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/04Helicopters
    • B64C27/08Helicopters with two or more rotors
    • B64C27/10Helicopters with two or more rotors arranged coaxially
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/52Tilting of rotor bodily relative to fuselage
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/82Rotorcraft; Rotors peculiar thereto characterised by the provision of an auxiliary rotor or fluid-jet device for counter-balancing lifting rotor torque or changing direction of rotorcraft
    • B64C2027/8236Rotorcraft; Rotors peculiar thereto characterised by the provision of an auxiliary rotor or fluid-jet device for counter-balancing lifting rotor torque or changing direction of rotorcraft including pusher propellers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/82Rotorcraft; Rotors peculiar thereto characterised by the provision of an auxiliary rotor or fluid-jet device for counter-balancing lifting rotor torque or changing direction of rotorcraft
    • B64C2027/8263Rotorcraft; Rotors peculiar thereto characterised by the provision of an auxiliary rotor or fluid-jet device for counter-balancing lifting rotor torque or changing direction of rotorcraft comprising in addition rudders, tails, fins, or the like
    • B64C2027/8272Rotorcraft; Rotors peculiar thereto characterised by the provision of an auxiliary rotor or fluid-jet device for counter-balancing lifting rotor torque or changing direction of rotorcraft comprising in addition rudders, tails, fins, or the like comprising fins, or movable rudders
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64CAEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C27/00Rotorcraft; Rotors peculiar thereto
    • B64C27/82Rotorcraft; Rotors peculiar thereto characterised by the provision of an auxiliary rotor or fluid-jet device for counter-balancing lifting rotor torque or changing direction of rotorcraft
    • B64C2027/8263Rotorcraft; Rotors peculiar thereto characterised by the provision of an auxiliary rotor or fluid-jet device for counter-balancing lifting rotor torque or changing direction of rotorcraft comprising in addition rudders, tails, fins, or the like
    • B64C2027/8281Rotorcraft; Rotors peculiar thereto characterised by the provision of an auxiliary rotor or fluid-jet device for counter-balancing lifting rotor torque or changing direction of rotorcraft comprising in addition rudders, tails, fins, or the like comprising horizontal tail planes

Definitions

  • the invention relates to aeronautical engineering, in particular to the device of coaxial helicopters.
  • the speed characteristics of such a helicopter are achieved by distributing the lifting force between the main rotor and the aerodynamic surface (wing), and the higher the speed, the larger the share under the main rotor is the wing, thereby reducing the harmful effect of the asymmetry of the flow around the rotor.
  • the rotor speed decreases in proportion to the increase in speed and singing.
  • a drawback of the described construction is that in the high-speed flight mode, the main rotor 1 will create a part of the lifting force and, when ⁇ , will not create thrust, i.e. in fact, it acts as the main rotor of a gyroplane, creating harmful resistance greater than an ordinary wing of the same area.
  • flow asymmetry still requires compensation and steering surfaces (at least), which complicates the control system and requires special pilot training or mandatory autopilot.
  • the closest analogue to the proposed technical solution is a high-speed pine helicopter using the rotor aerodynamics according to the ABC (Advancing Blade Concept) Sikorsky Demonstrator X2
  • particle / 3274 comprising a fuselage, an engine, a coaxial synchronized rotor with a common pitch control and a cyclic pitch of the blades, a pushing screw with a common pitch control, surfaces for stabilization and maneuvering.
  • the problem of asymmetry of enveloping is almost completely solved by the use of a coaxial synchronized screw with a rigid fastening of the blades to the hub.
  • the design of such a helicopter is simpler than that of a hybrid helicopter, and the speed characteristics are higher - Sikorsky Demonstrator X2 is the officially registered record holder for speed and flight among helicopters.
  • the disadvantage of the design of the Sikorsky helicopter is 1 paoo ia of the main rotor at high speed in the emergency mode, i.e. the main rotor will create lifting force, and the horizontal thrust will be created by the pushing screw located in the tail of the top of the center.
  • General efficiency ver goal ⁇ a remains not high, for a flight with the same speed, a plane with classical aerodynamics will require much less energy.
  • the problem is to create izobrs 1eiiya For the construction soospogo fast) Nogo Ver toleta capable of vertical takeoff and vissshpo, skorosshom ⁇ y horizontal flight and thus with low energy tightened on rat s flight.
  • an coaxial high-speed helicopter containing the fuselage, an engine, a system of coaxial synchronized rotors with the ability to control the common and cyclic pitch, pushing the propeller with an axis located horizontally and with the ability to control the pitch of the screw a, and aerodynamic surfaces for stabilization and control are characterized in that they have a tilt mechanism for the rotor system and a helicopter stabilization system.
  • the tilt mechanism of the rotor system consists of a column with a gearbox and is controlled by the tilt drive of the column.
  • the column of the rotor system is hinged to the fuselage.
  • the tilt range of the rotor system column is 90 ° -70 ° relative to the horizontal axis of the verte.
  • the column tilt drive is electromechanical or pneumatic or hydraulic.
  • the helicopter stabilization system contains mechanical and electronic (autopilot) parts.
  • the control mechanism for the installation angle of the horizontal tail (GO) is made electromechanical or pneumatic or hydraulic.
  • the engine can be a piston or turbojet (turboshaft) internal combustion engine, or electric.
  • Figure 1 shows a helicopter indicating the main nodes; figure 2 system of rotors with a column tilt mechanism; figure 3 vector diagrams of the speeds and forces that occur when flowing around the profile of the rotor blade.
  • Coaxial high-speed helicopter contains (Fig. 1) the fuselage 1, on which the rotor system 2 is hinged, consisting of a column 3 (Fig. 2), synchronized coaxial rotors 4 with rigid fastening of the blades and with the ability to control the common and cyclic pitch of the blades, however, column 3 contains a gearbox 5 and coaxial shafts 6.
  • column 3 contains a gearbox 5 and coaxial shafts 6.
  • a horizontal tail 7 and a vertical tail 8 movably connected to the fuselage 1 and equipped with rudders of height 9 and direction 10, as well as a mechanism for controlling the angle of installation of GO 1 1.
  • the device operates as follows.
  • the engine 12 which is fixedly mounted in the fuselage 1, transmits power through an intermediate gearbox 13 and a transmission 14 pa to the rotor system 2, and through a transmission 15 to the tail propeller 16.
  • the intermediate gearbox 13 is configured to proportionally redistribute the power of the engine 12 between the rotor system 2 and tail propeller 16.
  • the rotation of the rotors 4 is synchronized in the gearbox 5 and is carried out using coaxial shafts 6.
  • the transmission to the main gearbox 14 contains a joint Nirni shafts connected with the possibility neredachi powerful in any angular position under the column 3.
  • the column tilt actuator 17 serves to change the angle of inclination of the column 3 and the mechanical linkage 19 connected to the horizontal tail 7.
  • the control mechanism for the installation angle GO 11 is connected with the horizontal tail 7, on the one hand, and the tilt drive of the column 17, on the other hand, and serves for additional balancing correction (trimming).
  • the column 3 of the rotors In take-off and viscepia mode, the column 3 of the rotors is located vertically or has a minimum forward inclination angle of ⁇ 86-90 °.
  • the rotor system 2 works like a regular system of co-operating helicopters, to ensure stability and controllability, the common and cyclic pitch of the rotor is used, the steering surfaces of 7.8 are ineffective in this mode.
  • the energy of the engine spent on unwinding the screws can be conditionally divided into two flows: the creation of lifting force (useful use) and the swirling of the air flow below the screw (energy loss), while the OJ effective efficiency will be in the region of 0.5-0.7 units.
  • the engine power required for the flight is reduced compared to the power required for the Wissner, and excess power is used to rotate the pushing screw 16 located at the rear of the fuselage to increase flight speed.
  • Pa figure 3 shows a vector diagram of the velocities and forces arising from the flow around the profile of the rotor blade when moving along the azimuth ⁇ circle described in the intervals 0-180 ° and 180-360 °.
  • V (i is the vector of translational speed and helicopter
  • ⁇ V is the vector of the true velocity of the oncoming flow
  • is the vector of the induced velocity
  • R is the total aerodynamic force of the profile of the blade
  • Y is the lifting force of the profile in the speed coordinate system of the blade; Yi- profile lifting force in a high-speed coordinate system 1 of the helicopter; X - profile drag force in the speed coordinate system and blades;
  • P is the thrust vector in the speed coordinate system of the helicopter
  • a is the angle of attack of the profile
  • is the angle of the blade relative to the plane of rotation.
  • the axis of rotation of the coaxial screw must be inclined at a certain angle with respect to the horizontal velocity vector of the helicopter. This angle is also about 90 ° (the axis of rotation of the screw is almost vertical), the vector of the resulting aerodynamic force in the azimuthal section 0-180 ° will receive an up-and-down direction, which is typical for the operation of the screw in normal mode and the maximum relative 1D will be around 0, 5-0.7 units.
  • the range of inclination of the axis of rotation of the propeller is optimal in the range of 78-70 ° ( ⁇ ⁇ " 78-70 °) for the speed range of 250-400 km / h.
  • the efficiency reaches a maximum of 0.92-0.95 at flight speeds 220-350 km / h and gradually decreases to values of 0.75-0.8 with an immediate speed of 350-400 km / h.
  • the proposed coaxial * high-speed verulet due to the possibility of adjusting the angle of inclination of the rotor system, allows one to obtain high speed characteristics combined with low energy consumption in flight due to the improved aerodynamics of the carrier system.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Toys (AREA)

Abstract

The invention relates to aviation technology, in particular to a device for helicopters of coaxial configuration. A coaxial high-speed helicopter is proposed, comprising a fuselage, an engine, a system of coaxial synchronized rotors with the possibility of controlling the general and cyclic pitch, a thrust propeller with a shaft arranged horizontally and with the possibility of controlling the propeller pitch, and aerodynamic surfaces for stabilization and control, and a mechanism for inclining the rotor system, and a helicopter stabilization system.

Description

COOCI 1ЫЙ СКОРОСТНОЙ ВЕРТОЛЕТ  COOCI 1st SPEED HELICOPTER
Изобретение относится к авиационной технике, в частности к устройству вертолетов соосной схемы.  The invention relates to aeronautical engineering, in particular to the device of coaxial helicopters.
Известны вертолеты одновинтовой схемы с рулевым винтом (http://\v\vw.aviastar.org/helicopters_rus/mi-8-r.htmI), содержащие фюзеляж- вертолета каркасной конструкции, состоящий из носовой и центральной частей, хвостовой и концевой балок, шасси, несущий винт, рулевой винт, закрепленный в хвостовой части, силовую установку и топливную сист ему. Недостатком такого т ипа верт олетов является о ι носител ьно невысокая скорость полета, обусловленная особенностями аэродинамики несущею винта, в частности, несимметрией обтекания лопастей двигающихся навстречу скоростному потоку и отстающих лопастей. Пссиммет рия об текания вызывает срыв потока па отстающих лопас тях и разницу в подъемной силе, требующую компенсационных мер, к примеру, шарнирное крепление лопастей, что в целом снижает несущие характеристики винта.  Known single-rotor helicopters with tail rotor (http: // \ v \ vw.aviastar.org/helicopters_rus/mi-8-r.htmI), containing a fuselage-helicopter frame structure, consisting of the bow and center parts, tail and end beams , chassis, rotor, tail rotor mounted in the tail, power plant and fuel system. The disadvantage of this type of helicopters is their relatively low flight speed due to the specific features of aerodynamics of the rotor, in particular, the asymmetry of the flow around the blades moving towards the high-speed flow and lagging blades. The flow symmetry causes a stall of the flow at the lagging louvres and a difference in the lifting force, which requires compensation measures, for example, hinged mounting of the blades, which generally reduces the bearing characteristics of the screw.
Известен скорост ной гибридный вертолет с большим радиусом дейст вия и оптимизированным подъемным несущим винтом (патент U, МПК
Figure imgf000003_0001
опубл. 20.03.2012), содержащий фюзеляж, двига тель, несущий винт с управлением общим шагом и циклическим шагом лопастей, поверхность, генерирующую аэродинамическую подъемную силу, закрепленную па фюзеляже, поверхност и для стабилизации и маневрирования, и один или несколько тянущих пнш оп. По конструктивному исполнению такой вертолет сложнее, чем описанный ранее вариант, из-за применения множества трансмиссий для привода всех винтов. Скоростные характеристики такого вертолета достигаются распределением подъемной силы между несущим вин гом и аэродинамической поверхностью (крылом), при этом, чем больше скорость, т ем большую долю под емпой силы берет па себя крыло, тем самым снижая вредное влияние несимме грии обтекания несущего винта. Для предотвращения появления вредною W
Known high-speed hybrid helicopter with a large radius of action and an optimized lifting rotor (patent U, IPC
Figure imgf000003_0001
publ. 03/20/2012) containing a fuselage, an engine, a rotor with a common pitch control and a cyclic pitch of the blades, a surface generating aerodynamic lifting force, fixed on the fuselage, a surface for both stabilization and maneuvering, and one or more pulling pnp op. By design, such a helicopter is more complicated than the previously described option, due to the use of multiple transmissions to drive all the screws. The speed characteristics of such a helicopter are achieved by distributing the lifting force between the main rotor and the aerodynamic surface (wing), and the higher the speed, the larger the share under the main rotor is the wing, thereby reducing the harmful effect of the asymmetry of the flow around the rotor. To prevent the occurrence of harmful W
сопротивления возникающего на концах набегающих лопас гей при определённых числах Маха (дивергенции сопротивления), скорость вращения несущего винта снижает ся пропорционально увеличению скорост и поюка. the resistance arising at the ends of the oncoming lopsided gay for certain Mach numbers (resistance divergence), the rotor speed decreases in proportion to the increase in speed and singing.
Недостатком описанной конструкции является то, чт о в режиме скоростного полета несущий винт1 создаст часть подъемной силы и при ΉΌΜ не создаст тяги, т.е. по факту работает как несущий винт автожира, создавая вредное сопротивление большее, чем обычное крыло той же площади. К тому же несимметрия обтекания всё равно прису тс твуе т и т ребуе т компенсации рулевыми поверхностями (как минимум), чт о усложняе т систему управления и требует специальной подготовки пилота либо обязательное наличие автопилота. A drawback of the described construction is that in the high-speed flight mode, the main rotor 1 will create a part of the lifting force and, when ΉΌΜ, will not create thrust, i.e. in fact, it acts as the main rotor of a gyroplane, creating harmful resistance greater than an ordinary wing of the same area. In addition, flow asymmetry still requires compensation and steering surfaces (at least), which complicates the control system and requires special pilot training or mandatory autopilot.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому техническому решению является скоростной вертолет сосной схемы использующий аэродинамику несущего винта по «концепции опережающей лопасти» ABC (Advancing Blade Concept) Sikorsky Demonstrator X2
Figure imgf000004_0001
The closest analogue to the proposed technical solution is a high-speed pine helicopter using the rotor aerodynamics according to the ABC (Advancing Blade Concept) Sikorsky Demonstrator X2
Figure imgf000004_0001
particle/3274), содержащий фюзеляж, двигат ель, соосный синхронизированный несущий винт с управлением общим шагом и циклическим шагом лопастей, толкающий винт с управлением общим шагом, поверхности для стабилизации и маневрирования. Проблема несимме грии об гекания практ ически полностью решается за счет применения соосиого синхронизированного винта с жестким крепление лопастей к втулке. Конструктивное исполнение такого вертолет а проще, чем у гибридного вертолета, а скоростные характеристики выше - Sikorsky Demonstrator Х2 являе тся официально зарегистрированным рекордсменом по скорост и полета среди вертолет ов. particle / 3274), comprising a fuselage, an engine, a coaxial synchronized rotor with a common pitch control and a cyclic pitch of the blades, a pushing screw with a common pitch control, surfaces for stabilization and maneuvering. The problem of asymmetry of enveloping is almost completely solved by the use of a coaxial synchronized screw with a rigid fastening of the blades to the hub. The design of such a helicopter is simpler than that of a hybrid helicopter, and the speed characteristics are higher - Sikorsky Demonstrator X2 is the officially registered record holder for speed and flight among helicopters.
Недост атком конс трукции вертолета фирмы Sikorsky я вляе 1 ся paoo i a несущего винта на большой скорости в ав южирном режиме, т.е. несущий винт создаст подъемную силу, а горизонтальная т яга создается толкающим винтом, расположенным в хвостовой части вер юле га. Общий КПД вер голе ι а остается не высокий, для полета с той же скоростью самолету с классической аэродинамикой потребуется гораздо меньше затрат энергии. The disadvantage of the design of the Sikorsky helicopter is 1 paoo ia of the main rotor at high speed in the emergency mode, i.e. the main rotor will create lifting force, and the horizontal thrust will be created by the pushing screw located in the tail of the top of the center. General efficiency ver goal ι a remains not high, for a flight with the same speed, a plane with classical aerodynamics will require much less energy.
Задача изобрс 1еиия является создать конст рукцию сооспого скорое ) ного вер толета способную к вертикальному взлету и виссшпо, скоросшом\ горизонтальному полет у и при этом с низкими энергетическими зат рат ами на полет. The problem is to create izobrs 1eiiya For the construction soospogo fast) Nogo Ver toleta capable of vertical takeoff and vissshpo, skorosshom \ y horizontal flight and thus with low energy tightened on rat s flight.
Требуемый технический результат достигается тем, ч го соосный скорос тной верт олет, содержащий фюзеляж, двига тель, систему соосных синхронизированных несущих винтов с возможностью управления общим и циклическим шагом, толкающий воздушный винт с осью, расположенной горизонтально и с возможностью управления шагом винт а, и аэродинамические поверхности для с табилизации и управления, характеризуе тся тем, что имее т механизм наклона системы несущих винт ов и систему стабилизации вертолета.  The required technical result is achieved by the fact that an coaxial high-speed helicopter containing the fuselage, an engine, a system of coaxial synchronized rotors with the ability to control the common and cyclic pitch, pushing the propeller with an axis located horizontally and with the ability to control the pitch of the screw a, and aerodynamic surfaces for stabilization and control are characterized in that they have a tilt mechanism for the rotor system and a helicopter stabilization system.
Механизм наклона системы несущих вин тов сос тоит из колонки с редукт ором и управляется приводом наклона колонки.  The tilt mechanism of the rotor system consists of a column with a gearbox and is controlled by the tilt drive of the column.
Колонка системы несущих вин тов имеет шарнирное крепление к фюзеляжу.  The column of the rotor system is hinged to the fuselage.
Диапазон наклона колонки системы несущих винтов сост авляет 90°-70° относи тельно горизонтальной оси вер толета.  The tilt range of the rotor system column is 90 ° -70 ° relative to the horizontal axis of the verte.
Привод наклона колонки выполнен электромеханическим или пневма тическим, пли гидравлическим.  The column tilt drive is electromechanical or pneumatic or hydraulic.
Сист ема стабилизации вертолета содержит механическую и электронную (автопилот) части.  The helicopter stabilization system contains mechanical and electronic (autopilot) parts.
Механизм управления углом установки горизонтального оперения ( ГО) выполнен электромеханическим или пневмат ическим, или гидравлическим.  The control mechanism for the installation angle of the horizontal tail (GO) is made electromechanical or pneumatic or hydraulic.
Двигатель может быть внутреннего сгорания поршневой или турбореак тивный (турбовальный), или элект рический.  The engine can be a piston or turbojet (turboshaft) internal combustion engine, or electric.
Сущность изобре тения поясняет ся чертежами. з На фиг.1 изображен вертолет с указанием основных узлов; фиг.2 система несущих винтов с механизмом наклона колонки; фиг.3 векторные диаграммы скоростей и сил, возникающих при обтекании профиля лопасти несущего винта. The essence of the invention is illustrated by the drawings. s Figure 1 shows a helicopter indicating the main nodes; figure 2 system of rotors with a column tilt mechanism; figure 3 vector diagrams of the speeds and forces that occur when flowing around the profile of the rotor blade.
Соосный скоростной вертолет, содержит (фиг.1) фюзеляж 1, на коюром шарнирно закреплена система несущих винтов 2, состоящая из колонки 3 (фиг.2), соосных синхронизированных винтов 4 с жестким креплением лопастей и с возможностью управления общим и циклическим шагом лопастей, при этом колонка 3 содержит редуктор 5 и соосные валы 6. В хвостовой части фюзеляжа 1 выполнено горизонтальное оперение 7 и вертикальное оперение 8, подвижно соединенные с фюзеляжем 1 и снабженные рулями высоты 9 и направления 10, а также механизмом управления углом установки ГО 11. Внутри фюзеляжа установлены двигатель 12; промежуточный редуктор 13; трансмиссия на главный редуктор 14; трансмиссия па хвостовой винт 15; хвостовой толкающий винт 16 с возможностью управления шагом винта; привод наклона колонки 17; электронная система стабилизации (автопилот) 18; механическую связь системы стабилизации 19.  Coaxial high-speed helicopter, contains (Fig. 1) the fuselage 1, on which the rotor system 2 is hinged, consisting of a column 3 (Fig. 2), synchronized coaxial rotors 4 with rigid fastening of the blades and with the ability to control the common and cyclic pitch of the blades, however, column 3 contains a gearbox 5 and coaxial shafts 6. In the rear of the fuselage 1 there is a horizontal tail 7 and a vertical tail 8, movably connected to the fuselage 1 and equipped with rudders of height 9 and direction 10, as well as a mechanism for controlling the angle of installation of GO 1 1. Inside the fuselage mounted engine 12; intermediate gear 13; transmission to the main gearbox 14; transmission na tail rotor 15; tail pusher screw 16 with the ability to control the pitch of the screw; column tilt drive 17; electronic stabilization system (autopilot) 18; mechanical connection of the stabilization system 19.
Устройство работает следующим образом.  The device operates as follows.
Двигатель 12, неподвижно установленный в фюзеляже 1, передает мощность посредством промежуточного редуктора 13 и трансмиссии 14 па систему несущих винтов 2, и посредством трансмиссии 15 на хвостовой толкающий винт 16. Промежуточный редуктор 13 выполнен с возможностью пропорционально перераспределять мощность двигателя 12 между системой несущих винтов 2 и хвостовым толкающим винтом 16. Вращение несущих винтов 4 синхронизировано в редукторе 5 и осуществляется при помощи соосных валов 6. Трансмиссия на главный редуктор 14 содержит в своем составе шарнирно соединенные валы с возможностью нередачи мощное in при любом угловом положении колонки 3. Привод наклона колонки 17 служит для изменения угла наклона колонки 3 и механической связью 19 соединен с горизонтальным оперением 7. Механизм управления углом установки ГО 11 связан с горизонтальным оперением 7, с одной стороны, и приводом наклона колонки 17, с другой стороны, и служит для дополнительной коррекции балансировки (трнммирования). The engine 12, which is fixedly mounted in the fuselage 1, transmits power through an intermediate gearbox 13 and a transmission 14 pa to the rotor system 2, and through a transmission 15 to the tail propeller 16. The intermediate gearbox 13 is configured to proportionally redistribute the power of the engine 12 between the rotor system 2 and tail propeller 16. The rotation of the rotors 4 is synchronized in the gearbox 5 and is carried out using coaxial shafts 6. The transmission to the main gearbox 14 contains a joint Nirni shafts connected with the possibility neredachi powerful in any angular position under the column 3. The column tilt actuator 17 serves to change the angle of inclination of the column 3 and the mechanical linkage 19 connected to the horizontal tail 7. The control mechanism for the installation angle GO 11 is connected with the horizontal tail 7, on the one hand, and the tilt drive of the column 17, on the other hand, and serves for additional balancing correction (trimming).
На режиме взлета и висепия колонка 3 несущих винтов расположена вертикально или имеет минимальный угол наклона вперед γ 86-90°. Система несущих винтов 2 работает как обычная система сооспых випюв вертолета, для обеспечения устойчивости и управляемости используется управление общим и циклическим шагом винта, рулевые поверхности 7,8 на данном режиме малоэффективны. При этом энергию двигателя, потраченную на раскрутку винтов, можно условно разделить на два потока: создание подъемной силы (полезное использование) и закрутка потока воздуха ниже винта (потери энергии), при этом OJ посительный КПД будет в районе 0,5-0,7 единиц.  In take-off and viscepia mode, the column 3 of the rotors is located vertically or has a minimum forward inclination angle of γ 86-90 °. The rotor system 2 works like a regular system of co-operating helicopters, to ensure stability and controllability, the common and cyclic pitch of the rotor is used, the steering surfaces of 7.8 are ineffective in this mode. At the same time, the energy of the engine spent on unwinding the screws can be conditionally divided into two flows: the creation of lifting force (useful use) and the swirling of the air flow below the screw (energy loss), while the OJ effective efficiency will be in the region of 0.5-0.7 units.
В режиме горизонтального полета колонка 3 наклоняется вперед на угол до 70° (γ--70°), чем выше скорость горизонтального полета, тем больше угол наклона колонки 3. Аэродинамика винта изменяется. Лопасти набегающие (азимутальный участок 0-180°) и лопасти отстающие In the horizontal flight mode, column 3 leans forward by an angle of up to 70 ° (γ - 70 °), the higher the horizontal flight speed, the greater the angle of inclination of column 3. The aerodynamics of the propeller changes. Oncoming blades (azimuthal section 0-180 °) and lagging lobes
(азимутальный участок 0-180°) используют подведенную энергию по максимуму. Песиммстрия обтекания набегающих и отстающих лопастей попарно компенсируется соосным и синхронизированным вращением верхнего и нижнего винтов 4. При наклоне колонки 3 происходи! изменение балансировки вертолета т.к. центр масс смещается назад относительно точки приложения подъемной силы. Для выравнивания положения фюзеляжа вертолета 1 относительно горизонта используется горизонтальное оперение 7. Угол установки оперения 7 οι носи гельпо фюзеляжа 1 устанавливается таким, чтобы подъемная сила, возникающая на оперении, создавала момент относительно центра масс вертолета достаточный для компенсации перебалансировки. Дополнительные возмущения от неравномерности набегающего потока компенсируются рулями высоты 9 и рулями направления 10 под контролем пилота или автопилота 18. (azimuthal region 0-180 °) use the supplied energy to the maximum. The pessimstry of the flow around the oncoming and lagging blades is compensated in pairs by the coaxial and synchronized rotation of the upper and lower screws 4. When tilting column 3, happen! helicopter balancing change the center of mass is shifted back relative to the point of application of the lifting force. To align the position of the fuselage of the helicopter 1 relative to the horizon, horizontal plumage is used 7. The angle of the plumage 7 οι of the nose of the gel fuselage 1 is set so that the lifting force arising on the plumage creates a moment relative to the center of mass of the helicopter sufficient to compensate for rebalancing. Additional disturbances from free flow unevenness are compensated elevators 9 and rudders 10 under the control of a pilot or autopilot 18.
Во время полета вперед мощность двигателя, потребная для полета, снижается по сравнению с мощностью потребной для виссния, и избыток мощности задействуется для вращения толкающего винта 16, расположенного в задней части фюзеляжа, для увеличения скорости полета.  During forward flight, the engine power required for the flight is reduced compared to the power required for the Wissner, and excess power is used to rotate the pushing screw 16 located at the rear of the fuselage to increase flight speed.
Высокие скоростные показатели при низких энергетических затратах достигаются за счет оптимизированной аэродинамики несущего винта.  High speed performance at low energy costs are achieved through optimized rotor aerodynamics.
Па фиг.3 показаны векторные диаграммы скоростей и сил возникающих при обтекании профиля лопасти несущего винта при движении по азимут \ описанной окружности в интервалах 0-180° и 180-360°.  Pa figure 3 shows a vector diagram of the velocities and forces arising from the flow around the profile of the rotor blade when moving along the azimuth \ circle described in the intervals 0-180 ° and 180-360 °.
Где:  Where:
и()- вектор окружной скорости винта; and () is the screw peripheral velocity vector;
V(i - вектор поступательной скорост и вертолета;  V (i is the vector of translational speed and helicopter;
\V<) - результирующий вектор набегающею потока;  \ V <) is the resulting free stream vector;
\V| - вектор истинной скорости набегающего потока;  \ V | is the vector of the true velocity of the oncoming flow;
ωι вектор наведенной скорости;  ωι is the vector of the induced velocity;
R - полная аэродинамическая сила профиля лопасти;  R is the total aerodynamic force of the profile of the blade;
Y - подъемная сила профиля в скоростной системе координат лопасти; Yi- подъемная сила профиля в скоростной системе координа1 вертолета; X - сила сопротивления профиля в скоростной системе коордш и лопасти;  Y is the lifting force of the profile in the speed coordinate system of the blade; Yi- profile lifting force in a high-speed coordinate system 1 of the helicopter; X - profile drag force in the speed coordinate system and blades;
Р - вектор тяги в скоростной системе координат вертолета;  P is the thrust vector in the speed coordinate system of the helicopter;
а - угол атаки профиля;  a is the angle of attack of the profile;
β угол наклона оси вращения впита относительно горизонтальной оси верт олста;  β the angle of inclination of the axis of rotation is absorbed relative to the horizontal axis of the vert vert;
φ- угол установки лопасти относительно плоскости вращения.  φ is the angle of the blade relative to the plane of rotation.
Из диаграмм наглядно видно, что при определенном cooi ношении скорости полета V0 и скорости вращения винта U(, на обоих участках азимутального положения результирующая аэродинамическая сила б профиля лопасти имеет положение вверх-внеред в направлении полета вертолета. Т.е. в скоростной системе элемента лопасти имеется в наличии подъемная сила Y и сопротивление элемента лопасти X, а в скоростной системе вертолета эти же силы преобразуются только подъемную силу Y, и тягу Р. При этом практически вся энергия, подводимая к винту, используется для создания подъемной силы и тяги, и достигается максимальный КПД несущей системы - 0,92-0,95. It can be clearly seen from the diagrams that for a certain cooling ratio of the flight speed V 0 and the rotational speed of the propeller U ( , in both sections of the azimuthal position, the resulting aerodynamic force b the profile of the blade has an up-out position in the direction of flight of the helicopter. Those. in the speed system of the blade element there is a lifting force Y and the resistance of the element of the blade X, and in the speed system of a helicopter the same forces are converted only by the lifting force Y and the thrust P. Moreover, almost all the energy supplied to the screw is used to create the lifting force and traction, and the maximum efficiency of the supporting system is achieved - 0.92-0.95.
Из рассмотрения диаграмм также очевидно, что ось вращения соосного винта должна быть наклонена на определенный угол по отношению к вектору скорости горизонтального полета вертолета. Нел и этот угол около 90° (ось вращения винта почти вертикальна), то вектор результирующей аэродинамической силы на азимутальном участке 0-180° получит направление вверх-назад, что характерно для работы винта в обычном режиме и максимальный относительный 1Д будет в районе 0,5-0,7 единиц. Нел и угол наклона оси винта γ < 70°, то на больших скоростях полета комлевая часть отстающей лопасти, попадающая в зону обратного обтекания, начинает создавать избыточное сопротивление ввиду значительного угла установки лопасти φ, что также снижает КПД несущей системы.  From the consideration of the diagrams, it is also obvious that the axis of rotation of the coaxial screw must be inclined at a certain angle with respect to the horizontal velocity vector of the helicopter. This angle is also about 90 ° (the axis of rotation of the screw is almost vertical), the vector of the resulting aerodynamic force in the azimuthal section 0-180 ° will receive an up-and-down direction, which is typical for the operation of the screw in normal mode and the maximum relative 1D will be around 0, 5-0.7 units. There is no angle of inclination of the screw axis γ <70 °, then at high flight speeds the butt part of the lagging blade falling into the backflow zone begins to create excess resistance due to the significant blade angle φ, which also reduces the efficiency of the bearing system.
Экспериментально установлено, что диапазон наклона оси вращения винта оптимален в диапазоне 78-70°(γ~"78-70°) для диапазона скоростей 250-400 км/ч. При этом КПД достигает максимума 0,92-0,95 при скоростях полета 220-350 км/ч и постепенно снижается до значений 0,75-0,8 при скорое 1ях 350-400 км/ч. It was experimentally established that the range of inclination of the axis of rotation of the propeller is optimal in the range of 78-70 ° (γ ~ " 78-70 °) for the speed range of 250-400 km / h. In this case, the efficiency reaches a maximum of 0.92-0.95 at flight speeds 220-350 km / h and gradually decreases to values of 0.75-0.8 with an immediate speed of 350-400 km / h.
При достижении концами набегающих лопастей скорости 0,7-0,8 Маха обороты несущего винта и подводимая к ним мощность снижаются, а мощность, подводимая к хвостовому толкающему винту 16, увеличивается, таким образом, чюбы скорость концов лоиа ей несущих винтов нико1да не превышала скорости 0,8 Маха - числа Маха дивергенции сопротивления, при котором сопротивление несущих винтов значительно увеличивается, отрицательно влияя на аэродинамическое качество вертолета и, следовательно, на его летно-тсхнические характеристики. When the ends of the oncoming blades reach Mach 0.7-0.8, the rotor speed and the power supplied to them decrease, and the power supplied to the tail pusher 16 increases, so that the speed of the ends of the main rotors does not exceed the speed Mach 0.8 - Mach number of the divergence of resistance, at which the resistance of the rotors increases significantly, negatively affecting the aerodynamic quality of the helicopter and, consequently, its flight performance.
Таким образом, предлагаемый соосный* скоростной верюлет, за счет возможности регулирования угла наклона системы несущих винтов, позволяет получить высокие скоростные характеристики в совокупное ι и с низкими энергетическими затратами в полете благодаря улучшенной аэродинамике несущей системы.  Thus, the proposed coaxial * high-speed verulet, due to the possibility of adjusting the angle of inclination of the rotor system, allows one to obtain high speed characteristics combined with low energy consumption in flight due to the improved aerodynamics of the carrier system.

Claims

Формула изобретения Claim
1 . Соосный скоростной вертолет, содержащий фюзеляж, двигатель, систему соосных синхронизированных несущих винтов с возможностью управления общим и циклическим шагом, толкающий воздушный винт с осью, расположённой горизонтально и с возможностью управления шагом винта, и аэродинамические поверхности для стабилизаци и и упра лен ия, отличающийся тем, что имеет механизм наклона системы несущих винтов и систему стабилизации вертолета. 1 . A coaxial high-speed helicopter containing a fuselage, an engine, a system of coaxial synchronized rotors with the ability to control overall and cyclic pitch, a pusher propeller with an axis located horizontally and with the ability to control the pitch of the propeller, and aerodynamic surfaces for stabilization and control, characterized in that , which has a tilt mechanism for the rotor system and a helicopter stabilization system.
2. Соосный скоростной вертолет по п.1 . отличающийся тем, что механизм наклона системы несущих винтов состоит из колонки с редуктором и управляется приводом наклона колонки. 2. Coaxial high-speed helicopter according to claim 1. characterized in that the tilt mechanism of the rotor system consists of a column with a gearbox and is controlled by a column tilt drive.
3. Соосный скоростной вертолет по п. 1 . отличающийся тем, что колонка системы несущих винтов имеет шарнирное крепление к фюзеляжу. 3. Coaxial high-speed helicopter according to paragraph 1. characterized in that the column of the main rotor system is hinged to the fuselage.
4. Соосн ый скоростной вертолет по п.1. отличающийся тем, что диапазон наклона колон ки системы несущих винтов составляет 90°-70° относительно горизонтальной оси вертолета. 4. Coaxial high-speed helicopter according to claim 1. characterized in that the tilt range of the rotor system column is 90°-70° relative to the horizontal axis of the helicopter.
5. Соосный скоростной вертолет по п. I . от и чающийся тем, что при вод наклона колонки выполнен электромеханическим ил и пневматическим, или гидравлически . 5. Coaxial high-speed helicopter according to clause I. due to the fact that when the column is tilted, it is made electromechanically or pneumatically or hydraulically.
6. Соосны й скоростной вертолет по п. 1 . отличающи йся тем, что система стабилизации вертоле та содержит механическую и электронную (автопилот) части. 6. Coaxial high-speed helicopter according to paragraph 1. characterized in that the helicopter stabilization system contains mechanical and electronic (autopilot) parts.
7. Соосный скоростной вертолет по п. ] . отл ичающи йся тем, ч о механизм управления углом установки горизонтального оперен и выполнен электромехан ическим ил и пневматическим, ил и гидравлическим. 7. Coaxial high-speed helicopter according to item ] . characterized by the fact that the mechanism for controlling the angle of installation of the horizontal feathers is made of electromechanical or pneumatic, or hydraulic.
8. Соосный скоростной вертолет по п.1 . отличающийся тем, что установлен двигатель внутреннего сгорания поршневой или турбовальн й, или электрический. 8. Coaxial high-speed helicopter according to claim 1. characterized in that a piston or turboshaft or electric internal combustion engine is installed.
9 9
ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
PCT/RU2012/001015 2012-12-04 2012-12-04 Coaxial high-speed helicopter WO2014088443A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2012/001015 WO2014088443A1 (en) 2012-12-04 2012-12-04 Coaxial high-speed helicopter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2012/001015 WO2014088443A1 (en) 2012-12-04 2012-12-04 Coaxial high-speed helicopter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014088443A1 true WO2014088443A1 (en) 2014-06-12

Family

ID=50883756

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2012/001015 WO2014088443A1 (en) 2012-12-04 2012-12-04 Coaxial high-speed helicopter

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2014088443A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190329878A1 (en) * 2018-04-30 2019-10-31 Bell Helicopter Textron Inc. Transmission mount
CN112373686A (en) * 2020-11-26 2021-02-19 尚良仲毅(沈阳)高新科技有限公司 Unmanned aerial vehicle and vector angle control method thereof
CN112441216A (en) * 2020-11-26 2021-03-05 广东国士健科技发展有限公司 Flat flapping wing aircraft driven by human-electricity hybrid
CN112572812A (en) * 2020-11-26 2021-03-30 广东国士健科技发展有限公司 Double-deck rotor syntropy is with fast pivoted aircraft
US11834164B2 (en) 2020-05-18 2023-12-05 Iqinetics Technologies Inc. Pulse-induced cyclic control lift propeller

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040075017A1 (en) * 2002-06-12 2004-04-22 Thomas Sash Control of an aircraft as a thrust-vectored pendulum in vertical, horizontal and all flight transitional modes thereof
RU2324626C1 (en) * 2006-07-24 2008-05-20 Леонид Петрович Шингель Safe aeroplane of vertical take-off and landing
RU2370414C1 (en) * 2008-02-11 2009-10-20 Дмитрий Сергеевич Дуров Multipurpose helicopter airplane with remote control

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040075017A1 (en) * 2002-06-12 2004-04-22 Thomas Sash Control of an aircraft as a thrust-vectored pendulum in vertical, horizontal and all flight transitional modes thereof
RU2324626C1 (en) * 2006-07-24 2008-05-20 Леонид Петрович Шингель Safe aeroplane of vertical take-off and landing
RU2370414C1 (en) * 2008-02-11 2009-10-20 Дмитрий Сергеевич Дуров Multipurpose helicopter airplane with remote control

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
S. APRESOV.: "V pogone za skorostiu: vertolet s tolkaiushchim vintom.", August 2008 (2008-08-01), Retrieved from the Internet <URL:http://www.popmech.ru/articte/3624-v-pogone-za-skorostyu/>> *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190329878A1 (en) * 2018-04-30 2019-10-31 Bell Helicopter Textron Inc. Transmission mount
US10940944B2 (en) * 2018-04-30 2021-03-09 Textron Innovations Inc. Transmission mount
US11834164B2 (en) 2020-05-18 2023-12-05 Iqinetics Technologies Inc. Pulse-induced cyclic control lift propeller
CN112373686A (en) * 2020-11-26 2021-02-19 尚良仲毅(沈阳)高新科技有限公司 Unmanned aerial vehicle and vector angle control method thereof
CN112441216A (en) * 2020-11-26 2021-03-05 广东国士健科技发展有限公司 Flat flapping wing aircraft driven by human-electricity hybrid
CN112572812A (en) * 2020-11-26 2021-03-30 广东国士健科技发展有限公司 Double-deck rotor syntropy is with fast pivoted aircraft
CN112373686B (en) * 2020-11-26 2022-07-08 尚良仲毅(沈阳)高新科技有限公司 Unmanned aerial vehicle and vector angle control method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3296202B1 (en) Wing extension winglets for tiltrotor aircraft
RU129485U1 (en) COXY SPEED HELICOPTER
US11174016B2 (en) Compound rotorcraft with propeller
CN106927030B (en) Oil-electricity hybrid power multi-rotor aircraft and flight control method thereof
EP3000722B1 (en) Aircraft
US11685522B2 (en) Lift rotor and vertical or short take-off and/or landing hybrid aerodyne comprising same
US8256704B2 (en) Vertical/short take-off and landing aircraft
CN202728576U (en) Transformable composite aircraft formed by fixed wing and electric multi-propeller
CN110316370B (en) Layout and control method of distributed power tilting wing aircraft
WO2015101346A1 (en) Aircraft and method for converting aircraft structure form during flight
EP2394914A1 (en) A rotorcraft with a coaxial rotor system
EP2253536A1 (en) Method of flying within an extended speed range with controlled force vector propellers
WO2007048245A3 (en) Aircraft having helicopter rotor and front mounted propeller
CA2621825A1 (en) Vtol/stovl tilt-prop flying wing
CN205022862U (en) Power device and fixed wing aircraft with mechanism of verting
WO2014088443A1 (en) Coaxial high-speed helicopter
CN105000174A (en) Tiltrotor mixed multi-state aircraft with operational control surfaces
WO2014177591A1 (en) Aircraft for vertical take-off and landing with an engine and a propeller unit
CN102417034A (en) Transverse rigid rotor blade helicopter
EP3247630A1 (en) Rotary-wing aircraft with ducted anti-torque device
US20220363376A1 (en) Free Wing Multirotor Transitional S/VTOL Aircraft
CN103754360A (en) Similar flying saucer type rotaplane
US9738392B2 (en) Suspension structure with variable geometry of a turboprop engine on a structural element of an aircraft
CN111348183A (en) Aircraft with a flight control device
RU127364U1 (en) SPEED COMBINED HELICOPTER

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12889615

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12889615

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1