соосные несущие винты

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области вертолетостроения, а конкретно к несущим винтам, размещенным коаксиально. Это изобретение предназначено для вертолетов, применяемых для поисково-спасательных работ в горах на больших высотах.

Известен вертолет Ми-8, построенный по одновинтовой схеме. Недостатком такой схемы, кроме рулевого винта, парирующего реактивный момент несущего винта, является еще и различная индуктивная скорость отбрасывания воздуха по радиусу вращения несущего винта.

Наиболее близким прототипом к заявляемому типу вертолета по максимальному количеству сходных признаков, относятся вертолеты (см. RU, патент 2364550, МПК В64С 27/04) и КА-25. Это применение соосных несущих винтов, фюзеляжа с хвостовым оперением и шасси. Недостатком такой схемы также является различная индуктивная скорость отбрасывания воздуха. Это объясняется различной окружной скоростью по радиусу при вращении лопасти. В результате ближе к оси вращения винта индуктивная скорость отбрасывания воздуха будет уменьшаться и имеет меньшую величину, чем во внешней части поверхности, ометаемой несущим винтом при вращении (см. автор A.M.Загордан «Элементарная теория вертолета», глава 2, вопрос 5. Индуктивная скорость потока. (Интернет)). Поджатие воздуха к оси вращения винта будет уменьшаться на режиме висения вертолета у земли, соответственно эффект влияния «воздушной подушки» будет уменьшаться, тем более после прохождения плоскости вращения винта воздух отбрасывается вниз и закручивается в сторону вращения винта. Т.о., воздух, отбрасываемый винтом, образует конус, что не позволяет достичь большей плотности воздуха, а значит, и большей эффективности «воздушной подушки».

В основу изобретения заложен принцип разности отношений диаметров верхнего и нижнего несущих винтов, а также их угловой скорости вращения. Например, диаметр нижнего несущего винта будет меньше примерно в 2 раза, чем диаметр верхнего винта, а обороты нижнего винта будут примерно в 2 раза больше верхнего винта. Для более точного уравновешивания реактивных моментов между винтами это соотношение можно принять как 2,2…1,8:1 по диаметрам, и по оборотам 1:1,8…2,2. Т.к. обороты нижнего винта возрастут, то и возрастет индуктивная скорость отбрасывания воздуха, что увеличит поджатие воздуха ближе к оси вращения винта на режиме висения вертолета у земли, эффект влияния «воздушной подушки» возрастет. Это позволит использовать вертолет для проведения поисково-спасательных работ на бóльших высотах в горах, чем обычные вертолеты.

На чертеже показан общий вид вертолета: 1 - фюзеляж; 2 - верхний несущий винт; 3 - нижний несущий винт; 4 - двигатели с пылезащитными устройствами (ПЗУ); 5 - хвостовое оперение; 6 - шасси.

Изобретение осуществляется следующим образом. Диаметр одного из несущих винтов примерно в два раза меньше, чем диаметр другого винта. На чертеже в качестве примера показан нижний несущий винт с меньшим диаметром. Лопасти верхнего винта от комля и до середины лонжерона не имеют отсеков, т.е. лонжерон «голый». Это объясняется тем, что индуктивная скорость отбрасывания воздуха на этом участке будет сравнительно небольшой, поэтому нет необходимости на это затрачивать мощность двигателей. Диаметр нижнего винта примерно в два раза меньше, чем диаметр верхнего, но зато обороты будут больше примерно в два раза. При работе двигателей нижний несущий винт будет иметь обороты в 1,8…2,2 раза больше, чем верхний винт. Индуктивная скорость отбрасывания воздуха ближе к оси вращения винтов увеличится, поджатие воздуха на режиме висения вертолета у земли увеличивается, эффективность «воздушной подушки» возрастает, что уменьшает потребную мощность на этом режиме, что позволит выполнять этот режим в горах на больших высотах. Т.к. индуктивная скорость отбрасывания воздуха ближе к оси вращения винтов будет большая, есть целесообразность использовать поджатие воздуха перед ПЗУ, что повысит мощность двигателей на больших высотах за счет повышения плотности воздуха на входе в двигатели. Для этого необходимо изменить конструкцию ПЗУ. При таком соотношении диаметров и оборотов несущих винтов есть возможность увеличить крейсерскую скорость полета вертолета в два раза, т.к. зона обратного обтекания лопастей воздухом на этих скоростях будет отсутствовать. Уравновешивание реактивных моментов между винтами осуществляется несколькими способами:

- соотношение по диаметрам винтов как 2,2…1,8:1 и по оборотам 1:1,8…2,2 (применительно к данному чертежу);

- изменение площади лопастей;

- изменение количества лопастей в несущем винте.

При большой индуктивной скорости отбрасывания воздуха у сопел двигателей повысит эффективность работы «ушей» (на чертеже не показаны). Это специальные устройства, предназначенные для уменьшения температуры выхлопных газов двигателей, что затрудняет их захват тепловыми ловушками.

Соосные несущие винты вертолета включают в себя верхний и нижний винты, отличаются тем, что диаметр одного из несущих винтов в 1,8…2,2 раза меньше другого, обороты винта малого диаметра при работе больше другого в 1,8…2,2 раза, лопасти большего винта от комля до середины лонжерона не имеют отсеков.