Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОГО МОМЕНТА НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА

Изобретение относится к области авиации, а именно к устройствам компенсации реактивного момента несущего винта вертолета.

Известен хвостовой винт с повышенной тягой для винтокрылого летательного аппарата (см. Франция, В 64 С 27/82 N2534222 от 6.10.1982 г.).

Согласно изобретению устройство имеет туннель, ось которого перпендикулярна оси летательного аппарата, в туннеле соосно расположен воздушный винт с несколькими лопастями, а за ним установлено несколько подвижных лопаток.

Туннель имеет закругленный входной канал (конфузор), цилиндрический участок и диффузор на выходе. Воздушный винт расположен со стороны входного канала так, что концы лопастей находятся напротив цилиндрического участка туннеля, а закрепленная втулка размещена со стороны диффузора.

Устройство снабжено приводом и системой управления винтом.

Описанное устройство имеет высокую чувствительность к величине зазора между концами лопастей и внутренней поверхностью туннеля. С увеличением зазора резко падает коэффициент полезного действия устройства.

Данное устройство имеет более высокий уровень шума по сравнению с классическим рулевым винтом. Одна из причин этого заключается во взаимодействии лопастей винта с внутренней поверхностью туннеля устройства. Это взаимодействие приводит к возникновению переменного давления на стенках туннеля. Эта же причина приводит к появлению дополнительных по сравнению с классическим рулевым винтом вибраций на фюзеляже.

Технической задачей предлагаемого изобретения является увеличение коэффициента полезного действия, снижение уровня шума, уменьшение вибраций и увеличение ресурса устройства.

Технический результат изобретения достигается тем, что известное устройство, содержащее винт с несколькими лопастями, установленный в туннеле киля, привод и систему управления винта, снабжено установленным на концы лопастей кольцом, соединенным с ними с возможностью радиального перемещения кольца относительно лопастей и изменения угла установки лопастей.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна".

При изучении других известных технических решений, признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, были выявлены, поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия".

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид вертолета с устройством компенсации реактивного момента, на фиг.2 - устройство для компенсации крутящего момента с вращающимся кольцом на концах лопастей винта, встроенного в киль на конце хвостовой балки. На фиг.3 показаны возможные варианты взаимного расположения внутренней поверхности туннеля и поверхности вращающегося кольца.

Устройство компенсации реактивного момента расположено на конце хвостовой балки 1 в пределах киля 2. Устройство состоит из винта с втулкой 3 и лопастями 4, установленного на концы лопастей кольца 5 с отверстиями в нем 6 в соответствии с количеством лопастей, осей 7, обеспечивающих одновременно радиальное перемещение кольца относительно лопастей и изменение угла установки лопастей. Оси 7 крепятся в лонжеронах лопастей винта (в другом варианте оси 8 жестко крепятся в кольце 5 и имеют возможность свободно перемещаться внутри отверстий 9 в лонжеронах лопастей).

Возможны два варианта взаимного расположения внутренней поверхности туннеля 10 с поверхностью вращающегося кольца 5 путем соответствующего профилирования поперечного сечения кольца 5 (фиг.3) или путем установки съемных секций 11 на внутренней поверхности туннеля.

Поперечное сечение кольца 5 представляет собою жесткую оболочку (коробчатый контур), например, из композиционного материала с внутренним легким заполнителем.

Устройство компенсации реактивного момента работает следующим образом. При вращении винта с втулкой 3 вместе с ним вращается и кольцо 5. При предлагаемом креплении кольцо 5 под воздействием центробежных сил имеет возможность свободной упругой деформации только в радиальном направлении, то есть на лопасти 4 винта со стороны кольца 5 центробежные нагрузки не передаются и не изгибают кольцо 5.

Перетекание воздуха на конце лопасти 4 с ее нижней поверхности на верхнюю, то есть навстречу протекающему через винт потоку, уменьшает коэффициент полезного действия винта. Степень же перетекания зависит от перепада давления между нижней и верхней поверхностью профиля лопасти 4 на ее конце. При установке достаточно широкого кольца 5 перепад давления следует определять по краям кольца 5, то есть точкам, удаленным от поверхностей профиля в направлении оси вращения винта на половину ширины кольца 5. Этот перепад значительно меньше, так как по мере удаления от плоскости вращения винта вниз и вверх по потоку разница статических давлений между ними быстро уменьшается. По этой причине при установке кольца 5 потери, связанные с зазором, будут существенно меньше. Они обусловлены только зазором между вращающимся кольцом 5 и неподвижной стенкой внешнего канала устройства.

Для обеспечения плавности течения в туннеле контур кольца 5 необходимо либо профилировать соответствующим образом (слева на фиг.3), либо заглубить кольцо 5 за теоретический контур неподвижной части туннеля (справа на фиг.3), обеспечив сборку устройства за счет съемной секции 11 в передней (конфузорной) части туннеля.

Следует отметить, что деформация кольца 5 и лопастей 4 в радиальном направлении под воздействием центробежных сил, вообще говоря, различна. Между кольцом 5 и концами лопастей 4 может появиться зазор. По расчетам радиальное перемещение кольца 5 может достигать 0.25% от радиуса лопасти 4. С учетом одновременного упругого удлинения лопасти реальный зазор будет существенно меньшим. Им можно пренебречь. Установка кольца 5 эквивалентна установке вертикальных шайб на концах лопастей 4 изолированного винта. Известно, в том числе из экспериментальных данных, что установка шайб приводит к увеличению коэффициента полезного действия.

Основным с точки зрения коэффициента полезного действия и шума является режим висения. С увеличением скорости горизонтального полета потребная тяга устройства уменьшается из-за разгрузки килем и на больших скоростях она близка нулю. Поэтому, для конкретности, ниже будем рассматривать режимы висения.

При установке вращающегося кольца 5 в каждой его точке нет переменной части внешних сил (центробежных и аэродинамических от лопастей) в силу постоянства нагрузок во вращающейся системе координат, связанной с вращающейся лопастью 4. Тогда деформация вращающегося кольца 5 будет постоянной и на внутренней поверхности туннеля 10 устройства также не будут возникать переменные нагрузки, во всяком случае, в области перекрытия туннеля вращающимся кольцом 5 - наиболее активной с точки зрения создания шума. В силу вышеизложенного, дополнительного шума, обусловленного переменными деформациями вращающегося кольца 5, не возникнет, а шум от неподвижной поверхности туннеля 10 будет уменьшен. В итоге, следует ожидать уменьшения шума устройства в целом.

Отсутствие переменных деформаций (нагрузок) на наиболее активном участке неподвижной части туннеля 10 и отсутствие переменных деформаций на вращающемся кольце 5 также приведет к снижению вибраций на фюзеляже вертолета. Наличие дополнительной связи между лопастями 4 через кольцо 5 приведет к уменьшению деформаций лопастей 4 по гармоникам выше 1-й и, следовательно, к увеличению ресурса лопастей 4 и втулки 3 винта. Деформации лопастей 4 по 1-й гармонике приводят лишь к перекосу кольца 5 относительно туннеля, обеспечиваемому соответствующими зазорами, но не к его изгибу.

Предлагаемое устройство компенсации реактивного момента за счет установки на концы лопастей кольца, соединенного с ними с возможностью радиального перемещения кольца относительно лопастей и изменения угла установки лопастей, обеспечивает увеличение его коэффициента полезного действия, уменьшение шума, вибраций и увеличение ресурса лопастей винта.