16+
Лайт-версия сайта

Четырёхвинтовой вертолёт диагональной схемы

Изобретения / Авиация и судоходство / Четырёхвинтовой вертолёт диагональной схемы
Просмотр работы:
09 октября ’2018   17:20
Просмотров: 1724

При выборе приемлемой схемы многовинтового вертолёта инженерная мысль вроде бы как остановилась на продольной двухвинтовой,отвергнув поперечную и трёхвинтовую.Действительно,при продольном расположении с перекрытием двух винтов конструкция получается достаточно компактной - не в пример поперечной,делающей дикими поперечные размеры аппарата.Большого перекрытия при этом конструкторы стремятся избегать,так как оно приводит к расположению значительной части длины лопастей над фюзеляжем,что лишает поперечную схему своего главного преимущества - свободного протока отбрасываемого винтами воздуха.Трёхвинтовая схема отвергнута из-за чрезвычайной трудности её реализации: во-первых,требуется сложная трансмиссия,во-вторых,проблема совместного наклона винтов делает невозможным их перекрытие,для компактности конструкции очень желательное.

Предлагаем схему,ещё не имевшую прецедентов реализации,но представляющуюся перспективной.В ней используются четыре винта,но расположенные с сохранением традиционных очертаний летательного аппарата.Речь идёт о расположении винтов на стреловидном крыле - двух с одной стороны и двух - с другой.Для реализации "диагонального" принципа - чтобы дальний по крылу винт находился несколько сзади от ближнего - угол стреловидности должен составлять 45 градусов.Для уменьшения габаритов все винты располагаются с перекрытием,причём схема требует использования двух его типов - два ближних винта перекрываются внедрением друг в друга находящихся на одном уровне дисков /разумеется,при синхронизации вращения/,а с дальними они перекрываются расположением последних выше /для страховки от схлёстывания они также синхронизируются с ближними/.

Описанная схема даёт ряд безусловных преимуществ перед всеми известными.Во-первых,дальние винты будут работать с предельно свободным оттоком воздуха,будучи полностью вынесены за фюзеляж.Во-вторых,диагональный принцип расположения винтов позволит распределить подъёмную силу частично вдоль фюзеляжа,что минимизирует влияние на тангаж нарушения центровки /будет возможно управление тангажом изменением тяги в парах ближних - дальних винтов/.В-третьих,размещение винтов на стреловидном крыле даст оптимальное взаимодействие винтов и крыла.Крыло при этом будет иметь наибольшую площадь при минимальных поперечных размерах аппарата,не потребуется увеличивать размеры крыла в ущерб эффективности работы винтов.В-четвёртых,расположение винтов "клином" даст наилучшую аэродинамику,обеспечивая лёгкое прохождение воздуха по конструкции и её обтекание.Благодаря сравнительно небольшому требуемому диаметру винтов будет минимизировано сопротивление движению,создаваемое наступающей лопастью,а также создаваемый винтом реактивный момент,легко компенсируемый в четырёхвинтовой схеме и дающий минимальный уровень вибраций и разрушающих нагрузок.В принципе описанные свойства позволили бы на таком вертолёте обойтись без автоматов перекоса,но всё же для безопасности их придётся сделать.Сравнительно небольшой диаметр винтов позволит сделать лопасти жёсткими,что обеспечит безопасность при перекрытии /схлёстывание будет практически невозможно/.

Два ближних винта устанавливаются на крыле с минимальным удалением от фюзеляжа.С целью достижения предельной компактности конструкции они перекрываются предельно - на свой радиус.Перекрытие создаётся внедрением находящихся на одном уровне радиальных секторов друг в друга.Для возможности требуемой его глубины число лопастей винтов ограничивается четырьмя.При этом для безопасного расхождения лопастей в центрах винтов винты располагаются с небольшим боковым наклоном /подобно тому,как это делается у синхрокоптера/; здесь благодаря стреловидному крылу наклон винтов получается по аксиальной линии - не только вбок,но и вперёд,что делает потери мощности в результате него минимальными /притом боковой наклон полезен для повышения эффективности взаимодействия винта с окружающим воздухом и стабилизации аппарата/.Два дальних винта устанавливаются на расстоянии радиуса по крылу от осей ближних выше их с требуемым для безопасного расхождения зазором.Для параллельности расположения относительно ближних они повторяют их наклон.Безопасное расхождение лопастей двух ближних винтов обеспечивается их синхронным вращением в противоположные стороны.Для этого их оси соединяются синхронизирующим валом.Безопасное расхождение дальних винтов с ближними обеспечивается расположением первых над вторыми с необходимым зазором; дополнительным моментом безопасности выступает синхронизация вращения всех винтов в схеме.

Описываемая схема требует нетрадиционной конфигурации винтомоторного комплекса.Расположение двигателей в фюзеляже оказывается неприемлемым из-за большой требуемой длины приводных валов и числа звеньев.Оптимальным представляется расположение двигателей на осях ближних винтов /то есть на крыльях/: в этом случае для их синхронизирующего соединения потребуется вал небольшой длины,и небольшой длины потребуются валы для привода дальних винтов.Проблему представляет главный редуктор,который для управления сложной системой желателен единый.Решение видится следующее: два элемента синхронизирующего вала,идущие от валов двигателей,замыкаются на расположенный в центре главный редуктор,а идущие от него два элемента вала возвращаются к приводным валам на осях винтов /расположенных вокруг собственных валов двигателей/.От приводных валов ближних винтов,получающих крутящий момент через редуктор,вращение через коническую передачу передаётся горизонтальным приводным валам дальних винтов,также принимающим его через коническую передачу на свои оси.Такая центрированная схема обеспечит эффективное управление с автоматической синхронизацией вращения всех винтов.Валы дальних винтов снабжаются своими неглубокими редукторами,позволяющими равномерно распределить крутящий момент и управлять оборотами независимо от ближней группы моторного комплекса.

Нетрадиционная конфигурация винтомоторного комплекса влечёт за собой и новые требования к конструкции двигателей.Здесь целесообразен возврат к рассматривавшемуся в своё время КБ Миля варианту турбины с горизонтальным расположением ротора.Это,во-первых,обеспечивает более удобный привод,во-вторых,позволяет получить большой крутящий момент при низких оборотах,чего не дают традиционные ГТД.Оптимальным вариантом видится двухступенчатая система,в принципе традиционная для турбовальных установок: в верхней части установки располагается ненагруженная активная турбина с компрессором,служащая генератором газов,а в нижней - нагруженная реактивная турбина,в которую поступают готовые продукты горения и проходят в ней полный расширительный цикл.Конструктивной особенностью такой установки для данного применения должно быть наличие в центре широкого канала,через который пропускается идущий к винту приводной вал.Для этого валы обеих турбин делаются полыми.Вышеописаная схема привода - с её "возвратным" принципом передачи - предполагает непосредственное соединение вала нагруженной турбины через угловой зубчатый механизм с валом,идущим на главный редуктор /это позволяет низкооборотность нагруженной турбины выбранного типа/.При этом вал винта конструктивно вписывается в контур двигателя,хотя связывается с двигателем лишь через разветвлённую выносную передаточную сеть.

При достаточной мощности двигателей их для привода винтового комплекса достаточно двух - один на правом крыле,другой на левом /под ближними винтами/.В случае отказа одного из двигателей крутящий момент второго через синхронизирующий механизм передаётся всем винтам,что должно позволить вертолёту держаться в воздухе /с учётом двойного запаса мощности всей работающей установки/.В случае отказа обоих двигателей винты переводятся в авторотацию отсоединением валов нагруженных турбин от валов связи с редуктором; при этом связь в звеньях синхронизирующего механизма и его работоспособность сохраняются /принцип данной схемы не допускает её нарушения/.Для полного высвобождения винтов производится размыкание передачи в трёх точках: на валах правого и левого двигателей и стыке идущего от редуктора промежуточного вала с синхронизирующим валом - происходит "вырезание" редуктора из цепи "двигатели - синхронизирующий механизм".Это выполняется путём сдвига соединительных муфт между названными звеньями механизма через электрическое устройство соленоидного типа,включаемое напрямую с пульта управления кнопкой экстренного отключения привода.                                                                                          
      При размещении четырёх винтов на крыле /по два с каждой стороны/ требуется особая его форма,вызванная особенностями отвода нагнетаемого винтами воздуха.Отбрасываемый воздух имеет наибольшую скорость на концах лопастей - периферии окружности винта.При одном винте в центре вертолёта отток воздуха облегчает сужение крыла от коренной части к концевой.При двух винтах на крыльях аэродинамическая фигура выглядит противоположным образом: центры винтов удалены от коренных частей крыла,на них,наоборот,приходится периферия с наибольшей интенсивностью воздушных потоков.В своё время при создании В-12 был найден выход из такого положения: крыло сделать обратного сужения,чтобы на периферию винтов приходились узкие его участки.                                                                                   Однако при четырёх винтах проблема оттока воздуха не будет решена ни при первом,ни при втором из вышеописанных вариантов конфигурации.Ближние винты /причём расположенные с большим перекрытием,что по характеру оттока воздуха близко к одному винту/ требуют прямого сужения крыла,а дальние - аналогично двухвинтовой схеме - обратного.Единственно приемлемым решением видится крыло сложной формы - до центров,приходящихся на линию перекрытия винтов,имеющим прямое сужение,а от центров до концов - обратное /то есть выглядящее как расширение/.Образующееся в результате обоих сужений "седло" даст наиболее эффективный проток воздуха и от ближних,и от дальних винтов.                         
      Особенностью вертолёта "диагональной" четырёхвинтовой схемы будет фюзеляж самолётного типа,отличающийся большим отношением длины к сечению /порядка 8:1/.Сечение из соображений ограничения массы конструкции делается круглым.Оптимальным вариантом конструкции будет традиционный для современных вертолётов полумонокок.Набор усилен сближенными шпангоутами в районе крепления крыла.При этом их конфигурация изменена расширением вверх - к линии крепления крыла.                                                        Особенность крыльевой конфигурации,описанная выше,не способствует достаточной прочности.Поэтому делаются раскосы,связывающие концевые части крыла с нижней частью фюзеляжа.Их расположение соответствует углу стреловидности крыла,что должно положительно сказаться на аэродинамике вертолёта.                                                                                Двигатели /турбовальные с горизонтальным расположением роторов/ устанавливаются по осям ближних винтов - на расстоянии от фюзеляжа,несколько меньшем их радиусов,на верхней стороне крыла; на нижней располагаются только выхлопные выходы в виде колец с наклоненными наружу краями /для придания обтекаемости/.Верхние части мотогондол имеют вид усечённых конусов с примкнутыми с передней стороны короткими цилиндрами воздухозаборников.  


     Центр тяжести у вертолёта с винтами на стреловидном крыле должен быть несколько смещён назад.Это соответствует задачам транспортного воздушного судна,у которого основная нагрузка приходится на грузовой отсек в хвостовой части.При этом схема,как уже отмечалось,позволяет распределять подъёмную силу в соответствии с вариантами центровки - дифференциацией тяги винтов в параллельных парах "ближний - дальний",что осуществляется изменением общего шага лопастей.                                                                         
     Особенность расположения винтов определяет значительное удлиннение крыла,что делает его по площади сравнимым с самолётным.Естественно,это позволяет создавать за счёт него значительную часть подъёмной силы - при полёте с максимальной скоростью это может быть 50% и более.В результате несущие винты разгружаются,высвобождая значительную часть своей мощности для горизонтальной тяги.С этим связан необычно большой для вертолётов предельный угол наклона винтов вперёд - до 25 градусов; при этом опасность срыва потоков снимается наличием крыла,работающего в одной аэродинамической группе с ними.Благодаря развитому крылу вертолёт сможет взлетать с разбегом и продолжать полёт при использовании половины своей мощности,то есть на одном работающем двигателе.                                                
      Хвостовое оперение наиболее целесообразным представляется традиционное крестообразное с дополнительными боковыми килями на законцовках горизонтального стабилизатора.При этом центральное перо будет работать как "чисто" аэродинамический путевой стабилизатор,а дополнительные боковые перья - активно использовать отбрасываемые винтами потоки,что делает стабилизацию эффективной независимо от скорости полёта.                                                                   
    Наличие четырёх винтов в парах противоположного вращения даёт широкий спектр их взаимодействия при управлении.Наиболее эффективным вариантом для путевого разворота аппарата будет изменение тяги в диагональной паре правый/левый/ ближний - левый/правый/ дальний через уменьшение тяги винта со стороны поворота.Для быстрого разворота на месте может использоваться и "раздрай" между обоими правыми и обоими левыми.Для поворота в полёте с сохранением стабильного движения может использоваться изменение тяги только в парах дальних винтов.




Голосование:

Суммарный балл: 0
Проголосовало пользователей: 0

Балл суточного голосования: 0
Проголосовало пользователей: 0

Голосовать могут только зарегистрированные пользователи

Отзывы:


Оставлен: 25 января ’2019   10:48
Уменьшая длину лопасти теряем в инертной составляющей. Приведет к большим скачкам от непредсказуемых воздушных потоков. Баланс векторных сил указывает на разность лопастей внутренних и внешних. Одинаковые они не будут как по радиусу так и по сечению. Поскольку на концах крыльев сил полезных меньше чем ближе к фюзеляжу. В связи с чем распределение мощности будет проблематично для данной схемы.

Оставлен: 25 января ’2019   16:15
Согласен. У меня уже появились сомнения насчет этой схемы. Пожалуй,три больших винта будут эффективнее...
Спасибо за внимание и подсказку.



Оставлять отзывы могут только зарегистрированные пользователи
Логин
Пароль

Регистрация
Забыли пароль?


Трибуна сайта

СУМЕРКИ... Приглашаю послушать.

Присоединяйтесь 




Наш рупор

 
Оставьте своё объявление, воспользовавшись услугой "Наш рупор"

Присоединяйтесь 











© 2009 - 2019 www.neizvestniy-geniy.ru         Карта сайта

Яндекс.Метрика
Реклама на нашем сайте

Мы в соц. сетях —  FaceBook ВКонтакте Twitter Одноклассники Инстаграм Livejournal

Разработка web-сайта — Веб-студия BondSoft