×
04.04.2018
218.016.376b

Способ синхронизации и обеспечения симметрии тяги воздушных винтов силовой установки летательного аппарата и электрическая синхронизирующая трансмиссия для его реализации

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к силовым установкам летательных аппаратов. Способ синхронизации и обеспечения симметрии тяги воздушных винтов (1) силовой установки летательных аппаратов заключается в том, что в случае отказа одного из двигателей внутреннего сгорания (2) муфта свободного хода (4) отключает его от кинематической схемы. При этом на блок управления (7) поступает сигнал от датчика отказа (6). На другом двигателе внутреннего сгорания (2) контроллер управления переменным током (8) обеспечивает загрузку мотор-генератора (5), работающего в режиме генератора, и передачу электроэнергии на мотор-генератор (5) винтомоторной группы отказавшего двигателя, который начинает работать в режиме электродвигателя. Изобретение повышает безопасность полетов и уменьшает взлетную дистанцию летательного аппарата. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к силовой установке летательных аппаратов.

Известно, что для современных самолетов, имеющих силовую установку с количеством двигателей больше одного и размещенных на крыле симметрично относительно фюзеляжа, существует проблема обеспечения безопасности полета в случае отказа одного или более двигателей. Наиболее критичен такой отказ на режимах взлета и посадки для самолетов с турбовинтовыми двигателями, а также для конвертируемых летательных аппаратов-конвертопланов, имеющих силовую установку с несколькими поворотными винтами. В случае отказа одного двигателя на самолете с двумя (Бе-30, Л-410, АН-24, ATR-42) или четырьмя (Ил-18, Ан-12, Ан-70) турбовинтовыми двигателями, возникает значительная асимметрия тяги винтов по курсу, которую приходится компенсировать рулем направления, и подъемной силы в поперечной плоскости, из-за уменьшения обдувки крыла за отказавшим двигателем, при этом крен приходится компенсировать с помощью элеронов и интерцепторов. Ситуация с отказом двигателя на самолетах с несколькими ТВД неоднократно приводила к катастрофам.

Известен самолет местных авиалиний Бе-30 (Самолеты и вертолеты СССР. 1966-1991 гг. Редакторы-составители К.Ю. Косминков, Д.А. Соболев. – М.: Русское авиационное общество (РУСАВИА), 2007), для силовой установки которого была разработана механическая синхронизирующая трансмиссия, фиг. 1, содержащая трансмиссионный вал; коробку приводов в левом и правом исполнениях; опоры вала с подшипниками; шлицевую муфту; шарнирные муфты.

Основным преимуществом системы механической синхронизации является возможность мгновенной передачи крутящего момента от одного двигателя к другому, что исключает необходимость парирования моментов по крену и курсу в случае отказа двигателя при взлете.

Однако такая система обладает и существенным недостатком. Большое количество элементов механической передачи ставит вопрос о необходимости расчета надежности данной системы. Ее эффективность может быть доказана только в случае, если вероятность ее безотказной работы будет существенно превышать вероятность отказа одного двигателя.

В случае разрушения любого из элементов кинематической цепочки синхронизация выходит из строя, при этом сохраняется возможность работы обоих двигателей, как при отсутствии синхронизации. Однако, в случае заклинивания одного из элементов, может быть заблокированы оба воздушных винта, что является более серьезным последствием, нежели отказ одного двигателя.

Еще более критичен отказ двигателя на конвертоплане с двумя подъемно-маршевыми винтами. Даже небольшая потеря тяги на одном винте при поперечной схеме их расположения приводит к крену и опрокидыванию аппарата. Вследствие этого, современные конвертопланы с поперечным расположением винтов (V-22 «Osprey», пресс-релиз - http://www.boeing.com/defense/v-22-osprey/, AW 609, пресс-релиз - http://www.finmeccanica.com/en/product-services/elicotteri_helicopters/aw609) имеют механическую синхронизирующую трансмиссию, обеспечивающую в случае отказа одного из двигателей передачу вращающего момента и мощности от другого, не отказавшего двигателя, что позволяет сохранить устойчивость и управляемость, а также возможность совершить аварийную посадку. Такие летательные аппараты должны иметь запас по мощности двигателей в случае отказа при взлете. В патенте США US 7866598 В2, МПК B64C 35/00, 2011 г. отражена конструкция силовой установки двухвинтового конвертоплана поперечной схемы с механической синхронизирующей трансмиссией.

В основе всех описанных выше конструкций лежит принцип передачи мощности и крутящего момента от одного вала воздушного винта к другому посредством длинного трансмиссионного вала, проходящего вдоль конструкции крыла, и нескольких редукторов, изменяющих направление передачи. При условии значительных деформаций крыла в полете, а также аэроупругих колебаний конструктивно сложно обеспечить надежную работу механической трансмиссии. Для поддержки вала требуются подшипниковые опоры, для компенсации его деформации - муфты и шарниры. При значительном количестве таких элементов общая надежность системы складывается из их суммарной надежности.

Известен способ полета вертолета в случае отказа двигателей силовой установки (патент RU 2333866 С2, МПК В64С 27/04 от 30.08.2006). Данный способ заключается в использовании вспомогательного пневматического устройства с баллоном высокого давления, в который закачан сжатый воздух. В случае отказа и отключения основного двигателя (двигателей) сопловое устройство, работающее в режиме пневматического двигателя, через специальный вал и трансмиссию приводит во вращение основной воздушный винт вертолета. Работа данного устройства целесообразна для обеспечения безопасности полета вертолета при отказе двигателей на этапе авторотационного планирующего спуска, для уменьшения вертикальной скорости снижения. Данный способ интересен для вертолетов и конвертопланов, но его недостатком является кратковременность работы пневмодвигателя и неэффективность аккумулирования энергии в баллоне высокого давления, что позволяет только снизить вертикальную скорость при посадке в случае аварийного отказа основного двигателя.

На фоне актуальности вопроса синхронизации работы винтомоторных групп силовых установок самолетов и конвертопланов весьма привлекательной выглядит идея реализации синхронизирующей электрической трансмиссии.

Задачей и техническим результатом является разработка способа синхронизации и обеспечения симметрии тяги воздушных винтов силовой установки летательных аппаратов и электрической синхронизирующей трансмиссии, реализующей способ, позволяющих повысить безопасность полета и уменьшить взлетную дистанцию летательного аппарата.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в способе синхронизации и обеспечения симметрии тяги воздушных винтов силовой установки летательных аппаратов, заключающемся в том, что в случае отказа одного из двигателей, являющихся двигателями внутреннего сгорания, отсоединяют неработающий двигатель от воздушного винта и передают мощность и крутящий момент от работающего двигателя к воздушному винту неработающего двигателя в размере 35-65% от максимальной мощности работающего двигателя с помощью электрической энергии переменного или постоянного тока.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в электрической синхронизирующей трансмиссии силовой установки летательного аппарата с четным количеством винтомоторных групп, расположенных на крыле или пилоне в равном количестве по обе стороны от продольной оси фюзеляжа, каждая винтомоторная группа кроме основного двигателя содержит дополнительно мотор-генератор, соединенный с воздушным винтом, а каждый основной двигатель соединен с воздушным винтом через устройство, позволяющее его отключить от привода винта в случае его отказа, также трансмиссия содержит датчик отказа и блок управления, мотор-генераторы обеих винтомоторных групп соединены проводами переменного трехфазного тока через контроллер загрузки. Устройством, позволяющим отключать основной двигатель от привода винта в случае его отказа, является муфта свободного хода.

Решение задачи и технический результат также достигаются тем, что в электрической синхронизирующей трансмиссии силовой установки летательного аппарата с четным количеством винтомоторных групп, расположенных на крыле или пилоне в равном количестве по обе стороны от продольной оси фюзеляжа, каждая винтомоторная группа кроме основного двигателя содержит дополнительно мотор-генератор, соединенный с воздушным винтом, а каждый основной двигатель соединен с воздушным винтом через устройство, позволяющее его отключить от привода винта в случае его отказа, также трансмиссия содержит датчик отказа, блок управления, контроллеры-преобразователи, блок распределения энергии, дополнительный источник постоянного тока.

Устройством, позволяющим отключать основной двигатель от привода винта в случае его отказа, является муфта свободного хода.

Фиг. 1 - синхронизирующая трансмиссия самолета Бе-30.

Фиг. 2 - вариант синхронизирующей электрической трансмиссии с прямой передачей переменного тока.

Фиг. 3 - вариант синхронизирующей электрической трансмиссии с расположением мотор-генератора на соединяющем валу.

Фиг. 4 - синхронизирующая электрическая трансмиссия с преобразованием электроэнергии в постоянный ток с дополнительным источником энергии.

Основной смысл изобретения заключается в передаче механической энергии от двигателя внутреннего сгорания (ДВС) к движителю (колесо, воздушный винт) посредством преобразования ее в электрическую энергию и затем снова в механическую с помощью электродвигателя. Такая схема реализуется с целью избежать сложной механической передачи с большим передаточным соотношением на большое расстояние. Также весьма привлекательна возможность управления работой движителя (винта, колеса) посредством управления электродвигателя, что проще и эффективней, чем управление ДВС.

На фиг. 2 - схема первого варианта синхронизирующей электрической трансмиссии с прямой передачей переменного тока. Приведены две винтомоторные группы (ВМГ). Каждая винтомоторная группа содержит воздушный винт (ВВ) 1, основной двигатель (двигатель внутреннего сгорания) 2, редуктор 3, муфту свободного хода 4, мотор-генератор 5, установленный на соединяющий вал между муфтой свободного хода и редуктором, датчик отказа 6 и блок управления 7. Мотор-генераторы 5 обеих винтомоторных групп соединены проводами переменного трехфазного тока через контроллер загрузки 8. Контроллер загрузки должен обеспечить в момент отказа переход моторов-генераторов из нейтрального режима в режим передачи энергии.

Способ работы следующий. Двигатель внутреннего сгорания 2 через муфту свободного хода 4 приводит во вращение мотор-генератор, затем редуктор 3 и воздушный винт 1. Оба мотора-генератора на взлете работают в режиме холостого хода, т.е. не дают нагрузки на вал основного двигателя 2.

В случае отказа одного из двигателей внутреннего сгорания, муфта свободного хода отключает его от кинематической схемы. При этом на блок управления 7 поступает сигнал от датчика отказа 6. На другом двигателе внутреннего сгорания (ДВС) 2 контроллер управления переменным током 8 обеспечивает загрузку мотор-генератора 5, работающего в режиме генератора, и передачу электроэнергии (переменный ток) на мотор-генератор 5 ВМГ отказавшего двигателя, который начинает работать в режиме электродвигателя (ЭД). Кинематически мотор-генератор 5 может быть размещен непосредственно на валу между МСХ 4 и редуктором воздушного винта 3, как показано на фиг. 3, в случае если рабочий диапазон его оборотов соответствует основному двигателю 2.

Редуктор 3 (фиг. 3) между мотором-генератором и воздушным винтом 1 также может быть упразднен в случае совпадения расчетных оборотов ВВ и основного двигателя, который может иметь собственный встроенный редуктор, установленный перед МСХ.

Мотор-генератор должен обладать расчетной мощностью чуть более 50% от мощности ДВС. В таком случае, мы сможем загрузить на 50% мощность работающего двигателя и передать его на ВМГ с отказавшим ДВС. Перспективно использовать только переменный ток для сокращения потерь. В первом варианте синхронизирующей электрической трансмиссии при расчете КПД передачи энергии учитывается суммарный КПД генератора и электродвигателя 90-94% по данным для серийных изделий (сайт компании производителя www.evo-electric.com).

На фиг. 4 приведена синхронизирующая электрическая трансмиссия с преобразованием электроэнергии в постоянный ток с дополнительным источником энергии 11. Данный вариант является последовательным развитием первого и использует преобразование переменного тока в постоянный посредством контроллеров-преобразователей 9. Управление подачей электроэнергии осуществляют посредством блока распределения энергии 10. Такое решение позволит применить дополнительный источник постоянного тока - аккумуляторную батарею, суперконденсатор или батарею топливных элементов, но, следовательно, увеличит вес системы.

Очевидно, что количество ВМГ - n применительно к данной схеме силовой установки, включая первый и второй варианты, - не ограничено, n может иметь любое четное значение. При этом расположение ВМГ должно быть симметрично относительно продольной оси фюзеляжа самолета. Кинематическая схема установки мотора-генератора применима и ко второму варианту.

Необходимо отметить, что в случае увеличения количества ВМГ n>2 в случае отказа одного из ДВС, компенсация потерянной мощности может осуществляться путем более равномерной загрузки генераторов ВМГ, расположенных на другой консоли крыла.

Очевидно, что второй вариант синхронизирующей трансмиссии будет иметь больший вес и меньший КПД при передаче энергии от одной ВМГ к другой. В случае двойного преобразования электроэнергии, что соответствует последовательной гибридной схеме, КПД схемы составит 82-87% при использовании современных бесколлекторных электродвигателей и генераторов. При наличии дополнительного источника энергии можно использовать мощность мотор-генератора на взлете и соответственно получить либо дополнительную тягу, либо уменьшить потребную мощность основного двигателя.

Предварительная весовая оценка показывает, что установка системы синхронизирующей электротрансмиссии увеличивает суммарную массу силовой установки с ТВД на 30-40%. Средняя удельная масса современных бесколлекторных электродвигателей с контроллером и системой охлаждения (характеристики ЭД и генераторов: www.evo-electric.com, www.rotexelectric.eu) близка к значению данного показателя для ТВД. Установка дополнительного источника энергии (аккумулятора) на 3-5 минут полета может увеличить массу СУ еще на 15-20%. Тем не менее, преимущества применения электрической синхронизирующей трансмиссии, такие как уменьшение взлетной дистанции, повышение безопасности полетов компенсируют весовые издержки. Прогресс в создании новых ЭД авиационного применения, а также перспективы создания сверхпроводниковых электродвигателей позволяет рассчитывать на значительное снижение удельной массы ЭД и генераторов (до 15-20 кВт/кг), что в сумме приведет к незначительным весовым издержкам в случае установки синхронизирующей электротрансмиссии на СУ самолета или конвертоплана.

Способ синхронизации и обеспечения симметрии тяги воздушных винтов силовой установки летательных аппаратов и электрическая синхронизирующая трансмиссия позволят повысить безопасность полета и уменьшить взлетную дистанцию летательного аппарата.


Способ синхронизации и обеспечения симметрии тяги воздушных винтов силовой установки летательного аппарата и электрическая синхронизирующая трансмиссия для его реализации
Способ синхронизации и обеспечения симметрии тяги воздушных винтов силовой установки летательного аппарата и электрическая синхронизирующая трансмиссия для его реализации
Способ синхронизации и обеспечения симметрии тяги воздушных винтов силовой установки летательного аппарата и электрическая синхронизирующая трансмиссия для его реализации
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 81-90 из 504.
27.12.2013
№216.012.904e

Механизированное крыло летательного аппарата

Изобретение относится к авиационной технике. Механизированное крыло летательного аппарата состоит из кессонной части крыла, внутренней и внешней секций однощелевых закрылков, внутренней и внешних секций однощелевых предкрылков, элерона, интерцепторов, воздушных тормозов, мотогондолы с пилоном,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502635
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.9052

Способ ослабления волнового отрыва при взаимодействии скачка уплотнения с пограничным слоем

Изобретение относится к летательным аппаратам околозвуковых скоростей. Способ ослабления волнового отрыва при взаимодействии скачка уплотнения с пограничным слоем на обтекаемой поверхности включает отсос части потока через перфорацию в поверхности в полость под ней на участке обтекаемой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502639
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.9099

Сырьевая смесь для получения негорючего нетоксичного теплозвукоизоляционного материала на основе тонкодисперсной минеральной пены

Изобретение относится к строительным материалам и может быть использовано в строительстве, судостроении, вагоностроении, аэрокосмической промышленности в качестве сверхлегкого негорючего теплозвукоизоляционного материала для тепловой изоляции корпусных конструкций различного назначения, а также...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502710
Дата охранного документа: 27.12.2013
10.01.2014
№216.012.946d

Состав для нанесения фторполимерного покрытия на полиимидную пленку и устройство для нанесения состава на полиимидную пленку

Изобретение относится к области получения полиимидно-фторопластовых пленок с односторонним и/или двухсторонним фторопластовым покрытием. Состав для форсуночного напыления фторсодержащего полимера на полиимидную пленку представляет собой водную дисперсию фторсодержащего полимера, в которую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503691
Дата охранного документа: 10.01.2014
10.01.2014
№216.012.949d

Способ нанесения покрытий с использованием дуги пульсирующей мощности

Изобретение относится к технологии нанесения металлических композиционных материалов плазменным напылением с использованием выносной электрической дугой пульсирующей мощности и может найти использование для изготовления или восстановления изношенных деталей, работающих в условиях повышенного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503739
Дата охранного документа: 10.01.2014
10.01.2014
№216.012.949e

Способ получения композиционных покрытий методом коаксиальной лазерной оплавки

Изобретение относится к области получения на деталях наплавкой износостойких покрытий из порошковых материалов и может найти применение для изделий судостроения, авиационной промышленности, теплоэнергетического машиностроения, нефтегазодобывающей, металлургической и химической промышленности....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503740
Дата охранного документа: 10.01.2014
20.01.2014
№216.012.976c

Способ фрикционно-лучевой сварки

Изобретение может быть использовано при сварке деталей, в частности, из титановых или медных сплавов, сталей. Инструмент в виде вращающегося с высокой скоростью рабочего сердечника из высокопрочного материала погружают в свариваемые детали и перемещают его по всей длине соединения. Осуществляют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504463
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.01.2014
№216.012.9793

Способ борьбы с обледенением крыльев летательных аппаратов

Способ предотвращения обледенения крыльев летательных аппаратов, в котором поверхности, подверженные обледенению, нагревают до температуры таяния льда. Образовавшуюся после таяния льда воду для предотвращения ее замерзания в виде барьерного льда собирают в емкости, установленные в полости...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504502
Дата охранного документа: 20.01.2014
20.01.2014
№216.012.988f

Устройство для измерения оптических характеристик светорассеяния в двухфазных газодинамических потоках

Изобретение относится к области исследования двухфазных газодинамических потоков, в частности к технике определения параметров твердой или жидкой фазы потока оптическими средствами, и может быть использовано для измерения распределения частиц по размерам бесконтактным методом, а также таких...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504754
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.01.2014
№216.012.9ba4

Способ получения поливинилацеталей

Настоящее изобретение относится к процессу получения поливинилацеталей. Описан способ получения поливинилацеталей, включающий взаимодействие поливинилового спирта с альдегидом или смесью альдегидов в водной среде в присутствии минеральной кислоты с последующей фильтрацией полученной дисперсии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002505550
Дата охранного документа: 27.01.2014
Показаны записи 81-90 из 328.
20.11.2013
№216.012.82ed

Сверхзвуковой плазмохимический стабилизатор горения

Изобретение относится к области авиационной техники. Сверхзвуковой плазмохимический стабилизатор горения для прямоточной камеры сгорания состоит из установленных в проточной части камеры сгорания двух последовательно расположенных по потоку электродов, выполненных в виде обтекаемых пилонов с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002499193
Дата охранного документа: 20.11.2013
10.12.2013
№216.012.8808

Способ изготовления аэродинамических поверхностей лопаток роторов газотурбинных двигателей на станках с чпу

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке профиля пера рабочих лопаток газотурбинных двигателей. Способ основан на выборе безопасной частоты вращения шпинделя, обеспечивающей исключение резонанса между частотами колебаний фрезы, воздействующих на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500506
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.12.2013
№216.012.8812

Способ снижения вибраций нежесткой заготовки, обрабатываемой фрезерованием

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при обработке нежестких заготовок при фрезеровании. Способ включает прикрепление к вибрирующей нежесткой заготовке динамического виброгасителя, который состоит из набора механических резонаторов с различными значениями собственной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500516
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.12.2013
№216.012.88d0

Способ диспергирования наночастиц в эпоксидной смоле

Изобретение относится к области нанотехнологии и может применяться в отраслях машиностроения, транспорта, строительства, энергетики для повышения прочности и ресурса конструкций из металлических, композиционных полимерных и металлополимерных материалов. Способ диспергирования заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500706
Дата охранного документа: 10.12.2013
10.12.2013
№216.012.89f1

Разборная упругоподобная аэродинамическая модель и способ ее изготовления

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики, в частности к исследованию проблем аэроупругости летательных аппаратов в области авиационной техники, а именно к разработке моделей для аэродинамических труб. Модель содержит силовой сердечник и крышку, представляющие в сборе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002500995
Дата охранного документа: 10.12.2013
20.12.2013
№216.012.8c86

Двухслойная, стойкая к динамическому воздействию, листовая сталь высокой прочности и способ ее производства

Изобретение относится к области производства материалов для броневых изделий и конструкций, подвергающихся воздействию динамических нагрузок. Способ производства листовой стали включает сварку взрывом тыльного и лицевого слоев стали. Затем осуществляют отпуск двухслойного листа при температуре...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002501657
Дата охранного документа: 20.12.2013
20.12.2013
№216.012.8e1b

Способ испытания железобетонных шпал и стенд для его реализации

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, в частности, при аттестации, сертификации и исследовании продукции заводов, выпускающих шпалы. Сущность: максимальную нормированную нагрузку на шпалу задают отдельно в ее наиболее нагруженных сечениях. Проводят испытания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502062
Дата охранного документа: 20.12.2013
27.12.2013
№216.012.9030

Многослойный материал для спасательных средств

Изобретение относится к многослойным материалам, предназначенным для изготовления элементов спасательных средств в авиации, в частности для изготовления дорожек скольжения спасательных трапов и касается многослойного материала для спасательных средств, который включает текстильную основу из...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502605
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.904e

Механизированное крыло летательного аппарата

Изобретение относится к авиационной технике. Механизированное крыло летательного аппарата состоит из кессонной части крыла, внутренней и внешней секций однощелевых закрылков, внутренней и внешних секций однощелевых предкрылков, элерона, интерцепторов, воздушных тормозов, мотогондолы с пилоном,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502635
Дата охранного документа: 27.12.2013
27.12.2013
№216.012.9052

Способ ослабления волнового отрыва при взаимодействии скачка уплотнения с пограничным слоем

Изобретение относится к летательным аппаратам околозвуковых скоростей. Способ ослабления волнового отрыва при взаимодействии скачка уплотнения с пограничным слоем на обтекаемой поверхности включает отсос части потока через перфорацию в поверхности в полость под ней на участке обтекаемой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002502639
Дата охранного документа: 27.12.2013
+ добавить свой РИД