16+
Лайт-версия сайта

Трёхвинтовой конвертоплан

Изобретения / Авиация и судоходство / Трёхвинтовой конвертоплан
Просмотр работы:
15 декабря ’2020   17:44
Просмотров: 3922

Концепция преобразуемого летательного аппарата - с движителями,меняющими режим вертикальной тяги на режим горизонтальной - с переменным успехом внедряется в авиацио нную практику.
В обиход вошел "классический" конвертоплан с поворотными винтами.Особенностью такого аппарата является то,что его движитель должен обеспечивать подьемную силу,обладая достаточным для этого уровнем тяги.Другое важное требование - это соответствующее созданию стабильной "опоры" распределение подьемной силы по площади,проецирующей вес аппарата.Сразу нужно заметить,что два сравнительно небольших (по сравнению с вертолетными) поперечно расположенных винта этому требованию удовлетворяют плохо: несущая площадь получается короче килевой линии,что делает проблемной продольную остойчивость аппарата.
Преобразование подьемной силы в горизонтальную тягу тоже ставит под вопрос приемлемость системы.Сам по себе "статический" момент силы для преодоления веса аппарата требуется в разы больший,чем для поддержания его нормальной полетной скорости,тяга огромных (по сравнению с самолетными) винтов оказывается избыточной.При этом развиваемая конвертопланом скорость не получается особенно большой,как можно было бы ожидать,исходя из уровня тяги: пропульсивность системы низка,низка скорость прходящего через винты потока;сам винт при этом создает большое лобовое сопротивление.
Одним из способов избежать перевода в горизонтальную плоскость "лишней" мощности может быть разворот не всей тяговой установки,а только ее части.Оставшаяся часть продолжит работать вертикально,не используя мощности двигателей - винты переводятся в авторотацию.Такой вариант конвертоплана и представлен здесь.

Неообходимое число точек для оюразования плоскости,а также надежной опоры на таковой - три.Поэтому при недостаточно большом диаметре винтов безопасный взлет аппарата может быть обеспечен тремя винтами,расположенными треугольником - по его углам; схема может быть "прямого клина" и "обратного" - два спереди и оин сзади.При пректировании трехвинтовых вертолетов конструкторы обычно предпочитают первую как более гармоничную и удобную по распределению нагркзки.При создании конвертопланов есть прецедент использования второй (третий винт при этом для горизонтальной тяги не разворачивался...).
Мы нашли целесообразным взять за основу для пректирования конвертоплана схему трехвинтового вертолета "прямого клина".Она дает эффективное распределение мощности двигателей и хорошую аэродинамику.Винты во всех реализованных моделях трехвинтовых аппаратов располагаются без перекрытия,что делает конструкцию удобной для преобразования в конвертоплан.Достаточно лишь "раздвинуть" задние винты на ширину фюзеляжа,а передний останется без изменения - поворачиваться на 90 градусов,в отличие от задних,он не будет,в этом нет необходимости,как уже было нами показано.Небольшой диамеетр позволит переднему винту наклоняться до 30 градусов,хотя он может быть и полностью освобожден от функции создания горизонтальной тяги; наоборот,в горизонтальном полете он будет немного отклонен назад для лучшей работы в авторотации.Именно режим свободной авторотации (без принудительного обдува) мы решили использовать как наиболее целесообразный для остающегося в горизонтальном положении винта.Ввиду небольшого диаметра он не будет создавать значительного сопротивления движению; его использование будет удобным в случае общего перехода в авторотацию.Переднее положение горизонтального винта позволит ему выполнять роль эффективного аэродинамического тормоза в случае такой надобности.
Боковые(задние) винты собственно и обеспечивают преобразование подьемной силы в горизонтальную тягу.Выбран вариант их поворота независимо от крыла на специальных колонках.Обеспечивается их наклон(поворот) из горизонтального положения вперед до 90 градусов и назад(для реверса) до 30 градусов,то есть в целом до 120 градусов.Кроме того,они могут наклоняться на "вертолетной" колонке вбок до 20 градусов для управления бортовым деферентом.
Поворотные колонки с винтами устанавливаются на узких концевых частях крыла.Крыло - стреловидное,с центром коренной части по центру фюзеляжа,точки установки винтов находятся на уровне 2/3 фюзеляжа от носа к корме,что соответствует приблизительно равномерному распределению нагрузки.
Особенностью работы схемы будет поворот винтов с небольшим отклонением вбок по линии стреловидности крыла,так как описанная особенность конструкции иного варианта не оставляет.Вызываемые этим потери мощности невелики и компенсируются эффективностью забора воздуха несколько обращенными вбок винтами: дело в том,что перед ними находится еще небольшое переднее крыло,которое могло бы вызвать их "затенение".Небольшим отклонением отбрасываемых винтами потоков к центру обеспечивается путевая стабилизация и эффективный обдув центрального киля.
Стреловидное крыло немного продолжается за точки установки винтовых колонок; за ними к концам его сужение прекращается,концевые части принимают прямой вид.Такое крыло,опробованное на трехвинтовом вертолете,имеет данную форму в следствие необходимости установки винтов ближе к задней части фюзеляжа.Его стреловидность не имеет отношения к аэродинамическим задачам,но и не препятствует решению таковых.
Ввиду смещения несущего комплекса из крыла и боковых винтов назад аппарат снабжается дополнительным небольшим передним крылом обратной стреловидности (обратная стреловидность - чтобы при расположении коренной части как можно ближе к центру несущая площадь была выдвинута вперед).

Путевая стабилизация и путевое управление в горизонтальном полете обеспечиваются развитым хвостовым оперением.Оно состоит из большого центрального киля с форшкилем и малых боковых килей,установленных на концах высотного стабилизатора.Большой центральный киль имеет форму неправильной трапеции со спрямленной задней стороной и полностью вписывается по длине в хвостовую часть фюзеляжа.Малые боковые кили имеют форму неправильных шестиугольников с удлинненным скосом верхней задней части.Центральный киль - с поворотным задним сегментом.
Тангажное управление в горизонтальном полете обеспечивается рулем высоты,представляющим собой задние сегменты горизонтального хвостового оперения - небольшого хвостового крыла.
В вертолетном режиме (горизонтального положения винтов и малых скоростей) и путевое,и высотное управление обеспечивается дифференцированным изменением тяги винтов и углов их наклона.
Важный момент путевого управления,так сказать,обратно связан с функцией переднего винта.Как у традиционной схемы трехвинтового вертолета,при взаимоподавлении реактивных моментов двух боковых винтов,вращающихся в противоположные стороны,третий остается "непарным" и создает реактивный момент.Для его подавления в нашей системе предусмотрено реактивное устройство,использующее выхлопные газы двигателей с забором воздуха в небольшой дополнительный компрессор.Выходная часть устройства - поворотное реактивное сопло,установленное с краю хвостовой части.Поворачиваясь в секторе 120 градусов (только со "своей" стороны,в которую направлен реактивный момент),оно работает как активный руль,позволяющий эффективно управлять аппаратом независимо от скорости полета.

Энергосиловая установка - три турбовальных двигателя,расположенных параллельно вверху задней части фюзеляжа (такое расположение отвечает как соображениям эргономики,так и преобладающему распределению нагрузки).Необходимость в трех двигателях вызвана повышенной чувствительностью небольших винтов к падению мощности (имеется в виду вертолетный режим) и большим риском использования авторотации на таком аппарате; при отказе одного двигателя суммарная мощность установки уменьшится лишь на 1/3,что позволяет сохранить требуемые для устойчивого полета параметры.
Применяется нетрадиционный для авиации гидравлический привод винтов.Приводные валы турбовальных двигателей непосредственно соединяются с валами гидравлических насосов,вращающими роторы,прогоняющими приводную жидкость через обьединяющий канал,откуда она направлчется по трем линиям - к переднему винту,к правому боковому и левому боковому.В колонках винтов находятся приводные гидродвигатели,принимающие напор подводимой из канала струи.С противоположной стороны камеры гидродвигателя имеется выход для возврата приводной жидкости по возвратной линии в обьединительную камеру.Далее цикл движения приводной жидкости повторяется.
В колонках винтов имеются их собственные гидроредукторы,позволяющие через функцию лопастного устройства изменять скорость вращения их валов при неизменной подаваемой мощности.
Предпочтение гидравлическому приводу отдано в связи с разветвленной сетью приводимых элементов и большой их подвижностью (поворот более 90 градусов),что сделало бы механический привод очень сложным и громоздким.Кроме того,высокая скорость вращения валов приводила бы к сильному износу трущихся элементов.
Обьединяющий гидроканал обеспечивает сохранение работоспособности моторного комплекса при отказе одного из двигателей.Предусматривается отключение привода непосредственным отсоединением втулок винтов от валов гидродвигателей,что обеспечивает переход в авторотацию.

Проект предполагает достаточно компактный летательный аппарат взлетным весои порядка 30 тонн.По характеристикам он близок к легким транспортным самолетам типа Ан-26.
Для создания требуемой подьемной силы тремя 12-метровыми винтами требуется суммарная мощность двигателей около 10000 л.с.(желателен запас мощности).В горизонтальном полете двигатели переводятся в экономичный режим - задействуется не более 50 процентов их максимальной мощности,что предотвращает нерентабельность конвертоплана.Винты при этом развивают тягу,равную четверти взлетной (подьемной силы,обеспечивающей вертикальный взлет).Этого достаточно для поддержания скорости полета около 500 км/ч.(затраты тяги и мощности несколько больше,чем у самолета соответствщих параметров,что вызвано неизбежно худшей аэродинамикой конвертоплана).
Вертикальный взлет осуществляется включением двигателей при горизонтально расположенных винтах на полную мощность.После набора приемлемой для полета высоты боковые винты плавно наклоняются для перехода на горищонтальную тягу,а у переднего уменьшается угол установки лопастей.Начинается горизонтальное движение.После достижения аэродинамически эффективной скорости (при которой начинают работать крылья) боковые винты разворачиваются в полностью вертикальное положение,а у переднего отключается привод.Передний винт начинает работать в авторотации (как винт автожира,он снабжен автоматом перекоса).
Аэродинамически эффективная скорость данного аппарата - 150 км/ч,что не особенно низкий порог для "вставания на крыло",но это компенсируется быстрым разгоном до нее благодаря большой тяге винтов.
Авторотирующему переднему винту в скоростном полете задается небольшой угол установки лопастей для минимизации сопротивления движению; они даже могут быть развернуты во флюгерное положение,так как подьемная сила для передней части аппарата создается носовым "подкрылком".

Управление элементами конвертоплана связано с большой аэродинамической нагрузкой на них.Применяется электроинициируемый гидравлический привод с тремя активирующими блоками.
Соединение - разьединение валов гидромоторов с втулками винтов осуществляется непосредственно электрическим устройством.

Особенности использования конвертоплана связаны с посадками с небольшой высоты и притом неожиданными.Поэтому выбран вариант неубирающегося шасси,которому придана аэродинамичная форма - так называемого "летающего шасси".В целом по схеме - оно традиционное,трехопорное,с дифференцированным диаметром колес - большие сзади,меньшие спереди.
Шасси снабжается гидропневматическими рессорами,позволяющими эффективно гасить импульс от вертикальной скорости и делающими предельно высоким безопасный уровень таковой.

Основа несущей системы - 12-метровые четырехлопастные винты с трапециевидными лопастями.Необходимый уровень тяги этих винтов обеспечивается при радиальной скорости 250 м/с,чем определен выбор трапециевидной формы лопастей: нагруженность лопасти ослабляется к высокоскоростному концу благодаря ее сужению.
Выбранное число лопастей - четыре - связано с геометрической динамикой винтового диска: 90 градусов - предельно малый угол,при котором отбрасываемые винтами потоки расходятся перпендикулярно друг другу,не свиваясь в единый вихрь,- свивание в единый вихрь снижает эффективность работы каждой отдельной лопасти.Меньшее число лопастей сделало бы недостаточным покрытие,а,значит,и эффективность работы винта.
Лопасти крепятся к втулке винта жестко,без шарниров,позволяющих им наклоняться относительно ее,- этого требует функция горизонтальной тяги.
Механизм,поворачивающий колонки винтов из вертикального положения в горизонтальное,совмещен с наклоняющии механизмом,позволяющим наклнять винты до 20 градусов вбок.Наклоняющий механизм используется в вертолетном режиме для управления бортовым деферентом.При повороте винтов в вертикальное положение он блокируется для безопасности.
Автоматами перекоса боковые винты не снабжаются,так как создаваемый ими момент асимметрии подавляется противоположным вращением,а в горизонтальном полете с их вертикальным положением наличие этой функции неприемлемо.Лишь передний винт,всегда остающийся в горизонтальном положении,для стабильного полета снабжается автоматом перекоса.
Для путевого управления служит поворотный сегмент центрального киля с вмонтированным в него реактивным соплом компенсатора,выполняющим функцию активного руля.
Подьемная сила в горизонтальном полете создается центральным и передним крыльями,а также частично передним винтом,работающим в режиме авторотации.
Для управления по тангажу используется поворотный сегмент горизонтального хвостового оперения и передний винт,выполняющий все функции ротора автожира.

Фюзеляж - полумонокок,традиционный для аппаратов такого типа.В районе крепления центрального крыла набор фюзеляжа усиливается дополнительными шпангоутом и стрингером.Хвостовая балка отсутствует,хвостовое оперение располагается непосредственно на хвостовой части фюзеляжа,имеющей пологое заострение вверх.
И центральное,и носовое крыло расположены по типу высокоплана.

Предлагаемый конвертоплан - воздушное судно широкого назначения - грузовые и пассажирские перевозки,грузоподьемные и буксировочные работы,пожаротушение(в специальном варианте этого аппарата).При достаточно дальнем и скоростном полете он способен обеспечить связь между пунктами,не имеющими аэродромов со взлетно-посадочными полосами.






















Голосование:

Суммарный балл: 0
Проголосовало пользователей: 0

Балл суточного голосования: 0
Проголосовало пользователей: 0

Голосовать могут только зарегистрированные пользователи

Вас также могут заинтересовать работы:



Отзывы:



Нет отзывов

Оставлять отзывы могут только зарегистрированные пользователи
Логин
Пароль

Регистрация
Забыли пароль?


Трибуна сайта





Наш рупор







© 2009 - 2022 www.neizvestniy-geniy.ru         Карта сайта

Яндекс.Метрика
Реклама на нашем сайте

Мы в соц. сетях —  ВКонтакте Одноклассники Livejournal

Разработка web-сайта — Веб-студия BondSoft