16+
Лайт-версия сайта

Трёхвинтовой вертолёт с качающимися пилонами

Изобретения / Авиация и судоходство / Трёхвинтовой вертолёт с качающимися пилонами
Просмотр работы:
25 февраля ’2021   17:01
Просмотров: 3582

Аналитическим путём доказывается,что оптимальная по распределению тяги винтов вертолётная схема - трёхвинтовая.Но для достижения достаточной компактности аппарата требуется перекрытие всех трёх винтов.При традиционной конструкции это не позволяют соображения безопасности - угроза схлёстывания лопастей при навесном перекрытии винтов,которое в этом случае неизбежно будет применено.
При жёстких лопастях необходимое по высоте расстояние между перекрытыми винтами в принципе обеспечивает безопасное расхождение.Однако при совместном наклоне находящихся друг над другом секторов расстояние между ними сокращается в среднем в два раза,что делает зазор уже не обеспечивающим безопасность.Поэтому расположить задние винты нависающими секторами над передним (или наоборот) не получается.
И вот в решении описанной проблемы нашёлся выход.На него указал тот вариант расположения винтов относительно друг друга,когда они все будут наклоняться в одной плоскости,то есть линия наклона задних будет параллельна линии наклона переднего.Но для этого они должны наклоняться не по своим осям,а как-то иначе.
Названный вариант реализуется,если задние винты образуют единую плоскость наклона,и центр поперечной линии будет совпадать с центром переднего винта.Конструктивно это возможно,только если оси винтов будут наклоняться вместе с пилонами,на которых они находятся.Именно такая конструкция и видится в разрешении означенной проблемы.
Шарнирная конструкция пилонов с мотогондолами вполне возможна.Дополнительная проблема состоит в том,что они должны наклоняться параллельно плоскости переднего винта как в поперечном,так и в продольном направлении.На помощь приходит стреловидное расположение пилонов,повторяющее линию стреловидного крыла,на каком обычно устанавливаются боковые винты трёхвинтового вертолёта.При расположении пилонов под требуемым углом к линии фюзеляжа можно обеспечить их наклон как по поперечной,так и по продольной линии - разумеется,при соответствующем устройстве наклоняющего механизма.

Существенной особенностью такой схемы оказывается то,что она наилучшим образом реализуется при максимальном перекрытии боковых винтов - тогда длина линии наклона будет минимальна (при большой её длине может оказаться недопустимым вынос крайних участков секторов,одного вниз,другого - вверх).Поэтому боковые винты перекрываются внедрением дисков друг в друга на 3/4 радиусов (что предельно допустимо при оптимальных четырёх лопастях),их противоположное вращение синхронизируется.
При глубоком перекрытии боковых винтов приемлемо только их расположение над передним - в противоположном варианте не реализуется их достаточное перекрытие с передним.Неожиданным преимуществом такой компоновки будет то,что высокое расположение задних винтов позволит сделать в хвостовом оперении два крупных киля,немаловажных для стабилизации вертолёта.
Глубокое перекрытие боковых винтов даёт ещё и то преимущество,что позволяет до предела сократить длину установочных балок,что,сократив рычаг действия нагрузки,уменьшит деформирующее воздействие на них.
Диагональные пилоны по форме совмещаются с крылом,но делаются механически не связанными с ним.Наклоняющиеся балки повторяют линию крыла по основной его длине,но наклоняются отдельно от него.Поскольку несущая балка получается довольно тонкой,снизу делается усиливающий раскос,который соединяется с вертикальной наклоняющеяся стойкой и наклоняется вместе с ней.Качающаяся консоль состоит из примкнутой к фюзеляжу дуги,скользящей в поперечном направлении,и вертикальной стойки,наклоняющейся вдоль фюзеляжа.
Консоль наклоняется во всех направлениях благодаря описанной конструкции с помощью гидроцилиндра.
Осложняющей особенностью схемы будет то,что наклоняющий механизм боковых винтов должен быть соединён с механизмом переднего синхронизатором наклона - иначе может возникнуть разность в угле установки дисков,что ведёт к сокращению расстояния между лопастями с известными последствиями.Поэтому качающий механизм боковых винтов связывается с качающим механизмом переднего специальными штангами,движущимися линейно при передаче на них наклоняющего импульса одним элементом и передающими его другому.Оба конца такой штанги выходят на кривошипные механизмы - угловые элементы,преобразующие вертикальное движение в горизонтальное и обратно (при этом по законам геометрии проходимое расстояние остаётся неизменным,на чём и основан принцип действия устройства).Поскольку пройденное угловое расстояние пропорционально "отражается" в горизонтальном,толчок штанги вызывает равный наклон элемента,соединённого с её противоположным концом.

Размещение двух двигателей на пилонах с винтами сделало бы предельно простым привод,но всё же от такой конструкции следует отказаться в силу необходимости предельно разгрузить пилоны.Кроме того,требует привода и передний винт,а расположение двигателя над пилотской кабиной нежелательно,- поэтому всё равно получается оптимальной установка двигателей по центру или даже ближе к кормовой части фюзеляжа.В случае с наиболее целесообразными тремя двигателями все они располагаются под капотом на фюзеляже,для удобства привода боковых винтов находящегося на уровне 2\3 фюзеляжа в сторону кормы.Главный редуктор,объединяющий крутящий момент всех трёх валов,располагается непосредственно у "среза" приводных валов нагруженных турбин.Раздаточный вал идёт от редуктора вперёд,под двигателями.В районе установки корневых частей пилонов он соединяется с синхронизирующим узлом,связывающим приводные валы всех трёх винтов.
Дополнительной сложностью привода в данной схеме будет обеспечение подвижности приводных валов,которые должны будут "качаться" вместе с пилонами.Для этого соединение в синхронизирующем узле делается гибким,с функцией наклона "вверх - вниз".Серьёзной проблемой это не выглядит,гибкая передача распространена в современной механике; тем более,что предельный угол наклона в обе стороны от нейтрального положения не превышает 25%.При этом синхронизирующий механизм,конструктивно совмещённый с приводом,имеет центр в виде короткого поперечного вала с тремя дышлами.
В отличие от традиционной схемы,здесь нет надобности в самостоятельном наклоне осей боковых винтов.Их всесторонний наклон (в том числе и "вперёд - назад") происходит вместе с наклоном пилонов.

Лопасти винтов - полужёсткие.Их шарнирное крепление в такой схеме исключено.При этом на своих продольных осях,как во всех традиционных вертолётных схемах,они поворачиваются,обеспечивая возможность работы автомата перекоса.Таковым снабжаются все три винта.
Другим "отступлением от принципа жёсткости" будет наличие демпферного устройства втулки винта,обеспечивающего небольшой её ход по вертикальной оси (высотный зазор при этом сохраняется в пределах безопасный значений).Применяется гидропневматический демпфер,позволяющий гасить жёсткие вибрации,возникающие из-за неравномерности нагрузок на лопасти,и "тряску",вызванную нестабильностью движения в аэродинамически активной среде.

Основная подъёмная и движущая сила аппарата обеспечивается тремя лопастными роторами уже описанной системы.Винты могут синхронизированно наклоняться на своих осях до 25 градусов вперёд и до 20 градусов во всех остальных напрувлениях.Больший максимальный угол наклона вперёд обусловлен принципом создания положительной горизонтальной тяги,составляющей до 20% общей реакции винтов.

Создаваемая роторами подъёмная сила распределяется по принципу равностороннего треугольника (это выражено в равенстве расстояний между осями роторов).При равном распределении веса по длине фюзеляжа боковые винты находятся на уровне 2/3 отрезка от носа к корме,а передний - вблизи носового торца.В реальности центр тяжести вертолёта несколько смещён назад.Требуемое перераспределение подъёмной силы осуществляется некоторым смещением точки установки переднего винта от носового торца назад,что соответствует конфигурации носовой части.

Мощность двигателей передаётся на редукторы трёх винтов в равной пропорции.Однако система позволяет перераспределять подаваемую на винты мощность без изменения скорости вращения осей.
Тяга винтов без изменения их оборотов регулируется изменением шага лопастей,что может делаться дифференцированно для создания управляющих моментов.

Три равных винта неизбежно предполагают асимметрию по реактивным моментам.Для большей аэродинамической симметрии два боковых винта вращаются в противоположные стороны,взаимно подавляя свои реактивные моменты.Для лучшего преодоления встречного потока выбран вариант их вращения "вовнутрь",- правый - влево,левый - вправо."Непарный" передний винт вращается вправо,давая влево неподавленную вращательную реакцию.Мы отказались от её подавления наклоном одного из винтов,что вносит нежелательный дисбаланс в систему.Для компенсации реактивного момента в нашей схеме применён реактивный компенсатор вращения,использующий выхлопные газы двигателей.Этот элемент представляет собой установленное на поворотном секторе сопло,питаемое по сборному выхлопному каналу продуктами сгорания топлива всех трёх двигателей.Сопло может поворачиваться в секторе 90 градусов,где полный угол относительно киля соответствует полной компенсации реактивного момента,а нулевой - отсутствию компенсации.Благодаря этому такое устройство выполняет функцию активного руля,подобно хвостовому винту у вертолёта классической схемы.Это позволяет осуществлять путевое управление без изменения несуще-тянущей функции винтов.Такой принцип управления делает его более удобным,доступным для пилота средней квалификации (в отличие от двухвинтовых вертолётов,управление которыми оказалось сложным).При горизонтальном отклонении штурвала импульс управления подаётся на гидропривод поворотного механизма сопла и,в зависимости от продолжительности,поворачивает его на требуемый угол.

Несуще-тянущая система вертолёта состоит из трёх четырёхлопастных винтов с полужёсткими лопастями.Число лопастей ограничено четырьмя в силу необходимости их перекрытия внедрением дисков друг в друга у боковых винтов; устанавливающийся предел перекрытия - 3/4 радиуса.Кроме того,четырёхлопастной винт наиболее эффективен: даёт перпендикулярное расхождение создаваемых лопастями потоков.Несколько импульсный характер тяги преодолевается множественностью винтов и сосредоточением лопастей в "узле" перекрытия.
Лопасти делаются смешанной формы - прямоугольной от корня до центра и трапециевидной от центра до конца.Это позволит распределить несущую нагрузку ближе к центру,предохраняя лопасть от поломки; кроме того,с концевых частей снимается значительная аэродинамическая нагрузка ввиду их скорости,превышающей эффективную.

Фюзеляж - круглого сечения,без хвостовой балки.Хвостовая часть плавно сужается,образуя сферический скос снизу.В конце хвостовой части устанавливается оперение,состоящее из крыла малого удлинения трапециевидной формы и установленных по его концам двух килей шестиугольной формы; форма эта связана с тем,что нижняя их часть находится ниже уровня крыла.Хвостовое крыло выполняет роль высотного стабилизатора,кили - путевого.Кили находятся в потоке боковых винтов,что делает их эффективность мало зависящей от скорости полёта.

В самое последнее время появился другой вариант представления этой схемы.
Установочные балки целесообразно сделать прямыми.Дело в том,что для достижения параллельного наклона с передним винтом требуется только поднять центры перекрытых с ним винтов.Поэтому надобности в диагональной балке (она в 1,5 раза длиннее прямой и мешает установке нормального крыла) нет.
Такой вариант требует длинной третьей штанги синхронизатора наклона,связывающей пилоны боковых винтов с осью переднего.Но это уже внутренний элемент,не влияющий на общую конструкцию.
В этом случае несколько меняется расположение двигателей (так как приводные валы боковых винтов смещаются назад на уровень 2/3 длины фюзеляжа).Тогда их лучше расположить в шахматном порядке,вынеся центральный вперед за линию установки боковых винтов,а два боковых двигателя - назад от этой линии (собственно,они останутся в корме,как в прежнем варианте).Принципиальное отличие по конструкции привода будет в том,что боковые дышла пойдут напрямую от синхронизирующего узла,без цельного поперечного вала.А главный редуктор будет располагаться отдельно между боковыми двигателями,принимая соединяющие элементы всех трех валов.

Фюзеляж - полумонокок.Дополнительный шпангоут ставится в районе крепления установочных консолей,что уже в новом варианте соответствует уровню 2/3 фюзеляжа.Внизу кормовой части делаются два дополнительных стрингера: там находится грузовой отсек с лебедкой,которая может использоваться как для завозки груза,так и для внешней тяги.Сферический скос кормы включает створки грузового люка.










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:


Оставлен: 11 марта ’2021   18:41
smart!


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