RU2539679C1

RU2539679C1 - High-speed rotary-wing aircraft

Info

Publication number: RU2539679C1
Application number: RU2013151276/11A
Authority: RU
Inventors: Станислав Петрович Мидзяновский; Михаил Захарович Короткевич
Original assignee: Открытое Акционерное Общество "Московский Вертолетный Завод Им. М.Л. Миля"
Priority date: 2013-11-19
Filing date: 2013-11-19
Publication date: 2015-01-20

Abstract

FIELD: transport.

SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering, particularly, to rotary-wing aircraft designs. The high-speed rotary-wing aircraft has a hull with a wing and a tail beam, lifting and tail rotors with a power plant and two additional air rotors installed on consoles of the wing and each fitted with its own engine. Each additional air rotor with the electric motor is installed in the ring housing located in a through hole in the wing console and installed with a possibility of turn for the placement of an axle of the air rotor vertically or "for flight", according to the selected flight mode. Meanwhile the consoles of the wing are implemented with the rotary trailer parts installed with a possibility of lowering and lifting into an initial position. The turning drive of each additional air rotor and turn of the trailer part of the wing console includes the electric motor installed in the console cavity, a reducer, an output shaft of which is rigidly connected to the ring housing of the additional air rotor, an intermediate reducer, an input shaft of which is rigidly connected to the ring housing of the additional air rotor, and the output shaft, via an engagement-disengagement coupling, connected with a turn mechanism of the trailer part of the wing console.

EFFECT: simplification of control of a high-speed rotary-wing aircraft at transition from the mode take-off-hanging-landing in the mode of high-speed horizontal flight and back is achieved.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к винтокрылым летательным аппаратам с вертикальным взлетом и посадкой, а именно к скоростным комбинированным вертолетам.The invention relates to rotary-wing aircraft with vertical take-off and landing, and in particular to high-speed combined helicopters.

Известны скоростные комбинированные вертолеты, использующие дополнительные воздушные винты для повышения путевой скорости вертолета (WO 2005/005250, 2005; WO 2008/145868, 2008; Eurocopter X-3, http://www.eurocopter.com/site/en/ref/X3-Demonstrator_1099.html). Комбинированные (гибридные) вертолеты имеют фюзеляж с расположенными на нем крыльями, не менее одного тягового или толкающего воздушного винта (пропеллера), один несущий винт, хвостовое оперение, силовую установку. Силовая установка с хотя бы одним турбовальным двигателем приводит во вращение несущий винт и пропеллеры посредством трансмиссии. Изменение высоты и скорости полета осуществляется как посредством управления общим и циклическим шагом несущего винта, так и управлением общим шагом воздушного винта. Фюзеляж снабжен стабилизирующими поверхностями в хвостовой части. Компенсация крутящего момента несущего винта осуществляется изменением тяги пропеллеров и аэродинамическими рулями хвостового оперения или рулевым винтом.Known high-speed combined helicopters using additional propellers to increase the ground speed of the helicopter (WO 2005/005250, 2005; WO 2008/145868, 2008; Eurocopter X-3, http://www.eurocopter.com/site/en/ref/ X3-Demonstrator_1099.html). Combined (hybrid) helicopters have a fuselage with wings located on it, at least one traction or pushing propeller (propeller), one main rotor, tail unit, power plant. A power plant with at least one turboshaft engine drives the rotor and propellers through transmission. Change in altitude and flight speed is carried out both by controlling the common and cyclic pitch of the rotor, and by controlling the total pitch of the propeller. The fuselage is equipped with stabilizing surfaces in the rear. Compensation of the rotor torque by changing the propeller thrust and aerodynamic rudders tail or tail rotor.

Недостатком устройств является постоянная механическая связь, через трансмиссию, несущего винта и воздушного винта с силовой установкой (невозможность использования вертолета с неработающими пропеллерами, без использования скоростного режима полета), что приводит к повышенному расходу топлива.The disadvantage of the device is the constant mechanical connection, through the transmission, of the main rotor and propeller with the power plant (the inability to use a helicopter with idle propellers, without using a high-speed flight mode), which leads to increased fuel consumption.

Известны также летательные аппараты вертикального взлета и посадки - конвертопланы, имеющие один или несколько воздушных винтов, которые в одном режиме полета могут использоваться для создания подъемной силы, а в другом режиме используются для создания тяги в направлении полета (RU 2397919; RU 2446078; US 20130092799; US 20130026305). Конвертопланы содержат фюзеляж, крылья и воздушные винты, которые могут иметь как общий, так и отдельный привод. Изменение высоты и скорости полета достигается координированным управлением тягой и поворотом оси вращения каждого винта.Aircraft of vertical take-off and landing are also known - convertiplanes having one or more propellers, which in one flight mode can be used to create lift, and in another mode they are used to create thrust in the flight direction (RU 2397919; RU 2446078; US 20130092799 ; US 20130026305). Turnplanes contain the fuselage, wings and propellers, which can have both a common and a separate drive. Change in altitude and flight speed is achieved by coordinated control of thrust and rotation of the axis of rotation of each propeller.

Недостатком конвертопланов является повышенная сложность управления летательным аппаратом посредством воздушных винтов при переходе из режима взлет-посадка в горизонтальный полет и обратно. Это связано с отсутствием или малой эффективностью других органов управления (стабилизаторов, элеронов). Другим недостатком является значительная потребная мощность воздушных винтов в режиме взлет-посадка-висение, вызванная малым диаметром винтов.The disadvantage of convertiplanes is the increased complexity of controlling the aircraft through propellers when switching from takeoff and landing to horizontal flight and vice versa. This is due to the absence or low efficiency of other controls (stabilizers, ailerons). Another disadvantage is the significant required propeller power in take-off-landing-hover mode caused by the small diameter of the propellers.

Наиболее близким аналогом заявляемому техническому решению является скоростной комбинированный вертолет по патенту на полезную модель RU 110715. Скоростной комбинированный вертолет представляет собой гибридную комбинацию вертолета и самолета и имеет фюзеляж с крылом и хвостовой балкой, несущий и рулевой винты, силовую установку, топливную систему и систему управления силовой установкой, установленные на консолях крыла левый и правый двигатели, причем каждый двигатель подсоединен к топливной системе и к системе управления силовой установкой, при этом консоли крыла, вместе с двигателями на них установлены относительно фюзеляжа с помощью поворотно-разъемных узлов с возможностью демонтажа консолей или их поворота на стоянке, а также с возможностью поворота и аварийного сброса в полете.The closest analogue to the claimed technical solution is a high-speed combined helicopter according to the patent for utility model RU 110715. A high-speed combined helicopter is a hybrid combination of a helicopter and an airplane and has a fuselage with a wing and a tail boom, a carrier and tail rotors, a power plant, a fuel system and a control system power plant, left and right engines installed on the wing consoles, each engine being connected to the fuel system and to the power control system In this case, the wing consoles, together with the engines, are mounted on them relative to the fuselage with the help of rotary-detachable units with the possibility of dismantling the consoles or turning them in the parking lot, as well as with the possibility of rotation and emergency reset in flight.

Недостатком прототипа является повышенная сложность управления летательным аппаратом посредством левого и правого двигателей при переходе из режима взлет-посадка в горизонтальный полет и обратно, вызванная необходимостью поворота консолей крыла вместе с двигателями вокруг своей оси для изменения направления тяги двигателей и уменьшения аэродинамического сопротивления самих консолей.The disadvantage of the prototype is the increased complexity of controlling the aircraft through the left and right engines when switching from takeoff and landing to horizontal flight and vice versa, caused by the need to rotate the wing consoles along with the engines around its axis to change the direction of thrust of the engines and reduce the aerodynamic drag of the consoles themselves.

Задачей заявляемого изобретения является упрощение управления скоростным винтокрылом при переходе из режима взлет-висение-посадка в режим скоростного горизонтального полета и обратно, а также снижение расхода топлива за счет применения воздушных винтов и реконфигурации консоли крыла.The task of the invention is to simplify the control of a high-speed rotorcraft during the transition from take-off-hover-landing mode to high-speed horizontal flight and vice versa, as well as reducing fuel consumption through the use of propellers and reconfiguration of the wing console.

Поставленная задача решена за счет того, что скоростной винтокрыл, содержащий фюзеляж с крылом и хвостовой балкой, несущий и рулевой винты с силовой установкой и два дополнительных воздушных винта, установленные на консолях крыла и снабженные каждый своим двигателем, в соответствии с изобретением отличается тем, что каждый дополнительный воздушный винт со своим электрическим двигателем установлен в кольцевом корпусе, расположен в сквозном отверстии, выполненном в консоли крыла, и установлен с возможностью поворота для установки оси воздушного винта вертикально или «по полету», в соответствии с выбранным режимом полета, при этом консоли крыла выполнены с поворотными концевыми частями, установленными с возможностью опускания и подъема в исходное положение.The problem is solved due to the fact that a high-speed rotorcraft containing a fuselage with a wing and a tail boom, a carrier and tail rotors with a power unit and two additional propellers mounted on the wing consoles and each equipped with its own engine, in accordance with the invention, is characterized in that each additional propeller with its electric motor is installed in an annular body, located in a through hole made in the wing console, and is mounted with the possibility of rotation to set the axis in zdushnogo screw vertical or "on the fly" in accordance with the selected mode of flight, the wing panel formed with rotating the end parts mounted with the possibility of lowering and lifting in the starting position.

Скоростной винтокрыл дополнительно имеет привод поворота каждого дополнительного воздушного винта и поворота соответствующей концевой части консоли крыла, который включает установленные в полости консоли электрический двигатель, редуктор, выходной вал которого жестко связан с кольцевым корпусом дополнительного воздушного винта, промежуточный редуктор, входной вал которого жестко связан с кольцевым корпусом дополнительного воздушного винта, а выходной вал, через муфту сцепления-расцепления, связан с механизмом поворота концевой части консоли крыла.The high-speed rotorcraft additionally has a drive for turning each additional propeller and rotating the corresponding end part of the wing console, which includes an electric motor installed in the cavity of the console, a gearbox, the output shaft of which is rigidly connected to the annular housing of the additional propeller, and an intermediate gearbox, the input shaft of which is rigidly connected to the annular housing of the additional propeller, and the output shaft, through the clutch-disengagement clutch, is connected with the end mechanism STI wing console.

Установка дополнительных воздушных винтов в сквозных отверстиях консолей крыла позволит упростить управление скоростным винтокрылом при переходе из режима взлет-посадка-висение в режим скоростного горизонтального полета и обратно за счет раздельного управления несущим винтом и двигателями дополнительных воздушных винтов, которые могут быть выключенными во время поворота. Опускание концевых частей консолей крыла сокращает площадь, обдуваемую воздушным потоком от несущего винта, что приводит к уменьшению потребной мощности несущего винта и к экономии топлива.The installation of additional propellers in the through holes of the wing consoles will simplify the control of the high-speed rotorcraft during the transition from the take-off-landing-hover mode to the high-speed horizontal flight mode and vice versa due to the separate control of the main rotor and the engines of additional propellers, which can be turned off during rotation. Lowering the end parts of the wing consoles reduces the area blown by the air flow from the rotor, which leads to a decrease in the required power of the rotor and to fuel economy.

Конструкция скоростного винтокрыла поясняется чертежами, где изображено:The design of the high-speed rotorcraft is illustrated by the drawings, which show:

на фиг.1 - скоростной винтокрыл в режиме взлет-висение-посадка, аксонометрическая проекция;figure 1 - high-speed rotorcraft in take-off-hanging-landing mode, axonometric projection;

на фиг.2 - то же в режиме скоростного полета;figure 2 is the same in high-speed flight mode;

на фиг.3 - консоль крыла скоростного винтокрыла с электроприводом и воздушными винтами, аксонометрическая проекция;figure 3 - wing console of a high-speed rotorcraft with electric drive and propellers, axonometric projection;

на фиг.4 - консоли крыла скоростного винтокрыла с электроприводом и воздушными винтами, вид сверху.figure 4 - console wing of a high-speed rotorcraft with electric and propellers, top view.

Скоростной винтокрыл содержит фюзеляж 1, на котором установлено крыло, состоящее из левой 2 и правой 3 консоли (фиг.1). Над фюзеляжем 1 установлен несущий винт 4, а в задней части фюзеляжа 1 расположена хвостовая балка 5, на которой установлен рулевой винт 6. Несущий винт 4 и рулевой винт 6 при помощи трансмиссии (не показана) связаны силовой установкой 7. В левой 2 и правой 3 консоли крыла имеются сквозные отверстия 8 (фиг.4), в которых установлены дополнительные воздушные винты 9 в кольцевом корпусе 10 (фиг.3), каждый со своим двигателем 11, а сами левая 2 и правая 3 консоли крыла имеют поворотные концевые части 12 соответственно. Левая 2 и правая 3 консоли крыла содержат в своих полостях каждая свой привод поворота воздушных винтов 9, вместе с кольцевыми корпусами 10, и поворота концевой части 12 консоли соответственно. Каждый привод поворота дополнительного воздушного винта 9 и поворота концевой части 12 консоли крыла включает установленные в полости консоли электрический двигатель 13 (фиг.3), редуктор 14, выходной вал которого жестко связан с кольцевым корпусом 10 дополнительного воздушного винта 9, промежуточный редуктор 15, входной вал которого жестко связан с кольцевым корпусом 10 дополнительного воздушного винта 9, а выходной вал, через муфту сцепления-расцепления 16, связан с механизмом поворота 17 концевой части 12 консоли крыла. Механизм поворота 17 может быть исполнен, например, в виде червячной передачи.The high-speed rotorcraft contains a fuselage 1, on which a wing is installed, consisting of a left 2 and a right 3 console (Fig. 1). Above the fuselage 1, a rotor 4 is installed, and in the rear of the fuselage 1 there is a tail boom 5, on which the steering rotor 6 is mounted. The rotor 4 and the rotor 6 are connected by a power unit 7 via a transmission (not shown) 7. In the left 2 and right 3 wing consoles have through holes 8 (Fig. 4), in which additional propellers 9 are installed in the annular body 10 (Fig. 3), each with its own engine 11, and the left 2 and right 3 wing consoles themselves have rotary end parts 12 respectively. The left 2 and right 3 wing consoles each contain in their cavities each drive for turning the propellers 9, together with the ring bodies 10, and for turning the end part 12 of the console, respectively. Each drive turning the additional propeller 9 and turning the end part 12 of the wing console includes an electric motor 13 (FIG. 3) installed in the cavity of the console, a gearbox 14, the output shaft of which is rigidly connected to the annular body 10 of the additional propeller 9, an intermediate gearbox 15, input the shaft of which is rigidly connected to the annular body 10 of the additional propeller 9, and the output shaft, through the clutch-disengagement 16, is connected to the rotation mechanism 17 of the end part 12 of the wing console. The rotation mechanism 17 may be performed, for example, in the form of a worm gear.

Скоростной винтокрыл работает следующим образом. В режиме взлет-посадка-висение (фиг.1) и горизонтального полета с малой скоростью ось вращения воздушных винтов 9 направлена вертикально, а поворотные концевые части 12 левой 2 и правой 3 консолей крыла опущены вниз. Вертикальный взлет, посадка и висение осуществляются за счет несущего винта 4, работающего от силовой установки 7, а с помощью рулевого винта 6, также работающего от силовой установки 7, осуществляются компенсация крутящего момента от несущего винта 4 и управление по курсу. Нижнее положение поворотных концевых частей 12 и положение воздушных винтов 9 в кольцевых отверстиях 8 существенно сокращает сметаемую площадь консолей крыла 2 (3), что повышает эффективность несущего винта 4. Воздушные винты 9 в этом режиме могут не работать в целях экономии энергии. При необходимости создать дополнительную вертикальную тягу, например в тяжелых условиях работы (высокая температура окружающей среды, разреженная атмосфера, большой взлетный вес), экипаж включает двигатели 11 воздушных винтов 9. Указанные меры позволяют сократить расход топлива.High-speed rotorcraft works as follows. In take-off-landing-hovering mode (Fig. 1) and horizontal flight at low speed, the axis of rotation of the propellers 9 is directed vertically, and the rotary end parts 12 of the left 2 and right 3 wing consoles are lowered down. Vertical take-off, landing and hovering are carried out due to the rotor 4, operating from the power plant 7, and with the help of the tail rotor 6, also working from the power plant 7, torque compensation from the rotor 4 and directional control are carried out. The lower position of the rotary end parts 12 and the position of the propellers 9 in the annular holes 8 significantly reduces the swept area of the wing consoles 2 (3), which increases the efficiency of the rotor 4. The propellers 9 in this mode may not work in order to save energy. If necessary, create additional vertical thrust, for example, in difficult operating conditions (high ambient temperature, rarefied atmosphere, high take-off weight), the crew includes engines of 11 propellers 9. These measures can reduce fuel consumption.

В режиме горизонтального полета с большой скоростью (фиг.2) по команде экипажа включаются электродвигатели 13, которые через редукторы 14 поворачивают кольцевые корпуса 10 и связанные с ними дополнительные воздушные винты 9 в направлении полета, причем электродвигатель 13, находящийся в полости левой консоли крыла 2, вращает кольцевой корпус 10 по часовой стрелке, а электродвигатель 13, находящийся в полости правой консоли крыла 3, вращает кольцевой корпус 10 против часовой стрелки. Когда оси вращения дополнительных воздушных винтов 9 повернутся в горизонтальное положение по полету, электродвигатели 13 автоматически отключаются с помощью концевых выключателей (не показаны). В этом положении дополнительные воздушные винты 9, при работающих двигателях 11, наряду с несущим винтом 4, будут создавать пропульсивную силу.In the horizontal flight mode at high speed (Fig. 2), at the command of the crew, electric motors 13 are turned on, which rotate the annular bodies 10 and the additional propellers 9 associated with them through the gears 14 in the flight direction, with the electric motor 13 located in the cavity of the left wing console 2 rotates the ring body 10 clockwise, and the motor 13 located in the cavity of the right wing console 3 rotates the ring body 10 counterclockwise. When the axis of rotation of the additional propellers 9 is rotated to a horizontal position in flight, the motors 13 are automatically turned off using limit switches (not shown). In this position, additional propellers 9, with the engines 11 running, along with the rotor 4, will create propulsive force.

Одновременно с поворотом кольцевых корпусов 10, через муфты сцепления-расцепления 16, находящиеся в сцепленном состоянии при включении электродвигателей 11, вращения передаются на промежуточные редукторы 15, которые связаны с механизмами поворота 17 концевых частей 12 консолей крыла. Механизмы поворота 17 осуществляют подъем концевых частей 12 консолей крыла до горизонтального положения, которое достигается при выключении двигателя 13. При отключенной по команде экипажа муфте сцепления-расцепления 16 существует возможность управления положением воздушных винтов 9 независимо от положения концевых частей 12 консолей крыла.Simultaneously with the rotation of the annular bodies 10, through the clutch-disengage clutch 16, which are in the engaged state when the electric motors 11 are turned on, rotations are transmitted to the intermediate gears 15, which are connected with the rotation mechanisms 17 of the end parts 12 of the wing consoles. The rotation mechanisms 17 lift the end parts 12 of the wing consoles to a horizontal position, which is achieved when the engine 13 is turned off. When the clutch-disengage clutch 16 is disconnected by the crew, it is possible to control the position of the propellers 9 regardless of the position of the end parts 12 of the wing consoles.

В аварийной ситуации, при отказе силовой установки 7 или несущего винта 4, возможно использовать положение дополнительных воздушных винтов 9 и концевых частей 12 консолей крыла, такое же, как и в скоростном горизонтальном полете. Несущий винт 4 будет находиться в режиме авторотации и обеспечивать подъемную силу вместе с левой 2 и правой 3 консолями крыла.In an emergency, in case of failure of the power plant 7 or the rotor 4, it is possible to use the position of the additional propellers 9 and the end parts 12 of the wing consoles, the same as in high-speed horizontal flight. The main rotor 4 will be in autorotation mode and provide lifting force along with the left 2 and right 3 wing consoles.

Claims

1. A high-speed rotorcraft containing a fuselage with a wing and a tail boom, a carrier and tail rotors with a power unit and two additional propellers mounted on the wing consoles and each equipped with its own engine, characterized in that each additional propeller with its own electric motor is installed in an annular body, located in a through hole made in the wing console, and mounted to rotate to set the axis of the propeller vertically or "in flight", in accordance with the selected Modes of flight, wherein wing console configured to pivot end parts mounted with the possibility of lowering and lifting in the starting position.

2. The high-speed rotorcraft according to claim 1, characterized in that the drive for turning each additional propeller and rotating the corresponding end part of the wing console includes an electric motor installed in the cavity of the console, a gearbox, the output shaft of which is rigidly connected to the annular housing of the additional propeller, an intermediate gearbox , the input shaft of which is rigidly connected with the annular housing of the additional propeller, and the output shaft, through the clutch-disengagement clutch, is connected with the end mechanism STI wing console.