Патент на изобретение №2333867

(54) ВЕРТОЛЕТ

(57) Реферат:

Изобретение относится к винтокрылым летательным аппаратам. Вертолет содержит фюзеляж, двигатель, несущий винт и рулевой винт. Передняя и задняя кромки лопастей несущего винта и рулевого винта образованы по форме двух парабол, касающихся окружности. Профили нижней и верхней поверхностей лопастей несущего и рулевого винта образованы пересечением двух парабол. Концы лопастей несущего винта и рулевого винта загнуты на угол 60°. Задняя кромка каждой лопасти имеет стабилизирующую плоскость. Вертолет содержит турбореактивные двигатели. Над лопастями несущего винта установлен усеченный параболоид вращения. Изобретение направлено на повышение подъемной силы. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к авиации. Целью изобретения является повышение аэродинамической эффективности вертолета. Цель изобретения достигается применением двух парабол в формировании профиля лопасти вертолета и его корпуса, кроме того, использованием турбореактивного двигателя на конце лопасти.

Известна лопасть воздушного винта [1], образованная двумя параболами, касающимися окружности; профиль лопасти образован пересечением двух парабол. Недостатком конструкции является невозможность использования турбореактивного двигателя для привода лопасти во вращательное движение.

Известен фюзеляж вертолета в форме аэродинамического крыла самолета [2]. Недостаток конструкции заключается в линейности нижней части фюзеляжа, мало участвующей в подъемной силе вертолета.

Известен скоростной воздушный аппарат [3] с соосно расположенной полусферой над винтом. Недостатком является полусфера, не обеспечивающая эффективность.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

Для повышения подъемной силы несущего винта (фюзеляжа вертолета) задняя и передняя кромки лопасти (нижняя и верхняя поверхность фюзеляжа) образуются касанием двух парабол: У₁=К₁Х^1/2; У₂=2R₀+K₂X^1/2, касающиеся окружности с радиусом RR₀ (фиг.1, фиг.4), центр которой находится на расстоянии l2/3L, где L – проекция длины лопасти (фюзеляжа) на координату Х. Изначально задают следующие величины: угол атаки 7^о;

– параметры L и l2/3L;

– радиусы R и R₀.

Коэффициенты К₁ и К₂ рассчитываются по формулам: К₁=У_1А/Х_1А ^1/2; K₂=У_2В-2R₀/X_2B ^1/2, где точки А и В – точки касания параболами У₁ и У₂ окружности радиусом R. Точка А находится пересечением линии угла атаки 7⁰ с перпендикуляром, восстановленным из точки l2/3L. Точка В – конец диаметра, отложенного от точки А, отложенного на восстановленном перпендикуляре. Таким же образом образуется и рассчитывается лопасть рулевого винта. Профиль лопасти несущего и рулевого винта образуется пересечением двух парабол: У₃=К₃X^1/2; У₄=K₄X^1/2+2R₀. Передняя острая кромка окружена радиусом RR₀ для улучшения обтекаемости; задняя кромка имеет стабилизирующую плоскость величиной MR₀ на конце лопасти, уменьшающуюся до нуля на 1/3 длины от начала координат и служащую для уменьшения свободных колебаний. Коэффициенты К₃ и К₄ выбирают из следующих величин: К₃1; К₄=(0,4-0,8)К₃. Конец лопасти загнут на угол 60° (для направления центробежного потока, повышая его подъемную силу (фиг.1, 2).

Для создания возможности установки турбореактивного двигателя ТРД (4) на конце лопасти несущего винта (фиг.2-4) лопасть искусственно разделяют на подвижную – 1, вращающуюся на петлях – 5, и неподвижное обрамление – 3, которое постоянно укреплено к оси вращения – 7, удерживая ТРД и лопасть, имеющую возможность повышать (уменьшать) подъемную силу за счет поворота на петлях. Для передачи усилия вращения несущие лопасти механически замкнуты кольцом – 6. Обрамление и лопасть обклеиваются материалом (стеклотканью) в единое целое, но так, чтобы обеспечить необходимый поворот лопасти на петлях. Через “неподвижное” обрамление на ТРД подается топливо либо водородно-кислородная смесь для реактивного двигателя – РД, которая одновременно приводит в движение и является охлаждающей массой. Для начального пуска требуется предусмотреть пусковое устройство.

Для повышения подъемной силы над несущими лопастями соосно устанавливают усеченный параболоид вращения, выполненный по формуле: -Х=У²/R². Известно [5], что параболоид вращения и каноническая формула параболы определяются формулами: X=У²/R²; У²=2PX соответственно; учитывая, что Х=Р, найдем P=У²/2R² и R₀=P/2 (фиг.3). Математический фокус параболоида вращения, усеченного по фокус, обеспечивает наиболее эффективную подъемную силу при взаимодействии с воздушными потоками, уменьшая при этом лобовое сопротивление и оборудование.

На фиг.1 изображена лопасть несущего винта, рулевого винта, имеющая загиб конца лопасти на угол 60°-2, стабилизирующую плоскость – 1а.

На фиг.2 изображена система из двух лопастей – 1, свободно укрепленных петлями 5 к обрамлению – 3, на котором установлен ТРД 4; обрамление в свою очередь жестко связано с валом – 7; обрамления механически связаны между собой кольцом – 6, служащим для плавной передачи момента вращения на лопасти и вал – 7.

На фиг.3 изображен параболоид вращения – 8 и усеченная его часть – 8а.

На фиг.4 изображен фюзеляж вертолета – 10, несущие лопасти – 1, усеченный параболоид вращения – 8а, удерживаемый крепежными балками – 9, рулевой винт – 11.

РАБОТА ВЕРТОЛЕТА.

Пусковое устройство, разгоняясь, вращает лопасти до скорости 80 м/сек. На конце лопасти; в это время включается в работу ТРД, который получает топливо по трубопроводу обрамления из бака, расположенного на оси вращения (не показан); давление топлива на входе ТРД может достигать более 4 атм за счет центробежных сил. В результате включается в работу ТРД, который под управлением пилота может регулировать мощность и скорость вращения несущих лопастей. Вертолет взлетает, набирает высоту и движется по маршруту. Фюзеляж при горизонтальном полете обеспечивает увеличение подъемной силы до 10%. Параболоид вращения, усеченный по фокус, обеспечивает увеличение подъемной силы боле 10% за счет фокусирования прибывающего потока воздуха при откачивании лопастями воздуха из-под купола усеченного параболоида вращения. ТРД, вращая несущие лопасти, момент вращения передают через кольцо, механически связывающее обрамления, а в случае его отсутствия через подвижные петли на конце лопасти (не показано). ТРД обеспечивают повышение эффективности более 15% за счет установки их на конце несущей лопасти. Проведенные сравнительные испытания на изготовленных макетах фюзеляжей показали повышение подъемной силы боле 10% по сравнению с [2].

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Патент №2278058 от 20 июня 2006 года.

2. Патент №20818456 1997 года.

3. Патент №2101214 от 23 марта 1997 года.

4. Патент №2109974 от 10 сентября 1998 года.

5. Справочник по математике ГОС. Изд. тех. лит. 1957, г.МОСКВА.

Формула изобретения

1. Вертолет, содержащий фюзеляж, двигатель, несущий винт и рулевой винт, отличающийся тем, что для повышения подъемной силы и эффективности передняя и задняя кромки лопастей несущего винта и рулевого винта образованы по форме двух парабол У₁=K₁X^1/2; У₂=2R₀+K₂X^l/2, касающихся окружности с радиусом RR₀, центр которой находится на расстоянии l2/3 L, где L – проекция длины лопасти соответствующего несущего винта и рулевого винта на координату X;

коэффициенты K₁ и K₂ рассчитаны по формулам

K₁=У_1А/Х_1А ^1/2; K₂=У_{2 В}-2R₀/X_2B ^1/2,

где точки А и В – точки касания парабол У₁ и У₂ окружности с радиусом R;

профили нижней и верхней поверхностей лопастей несущего и рулевого винтов образованы пересечением двух парабол

У₃=K₃Х^1/2; У₄=2R₀+K₄X^1/2,

где K₃1; K₄=/0,4÷0,8/K₃;

концы лопастей несущего винта и рулевого винта загнуты на угол 60° для повышения подъемной силы и тяги соответственно; задняя кромка каждой лопасти имеет стабилизирующую плоскость величиной MR₀ для уменьшения свободных колебаний.

2. Вертолет по п.1, отличающийся тем, что для повышения эффективности задняя кромка лопасти несущего винта имеет обрамление, которое жестко связано с центральным валом, на конце обрамления установлен турбореактивный двигатель для привода лопасти во вращательное движение, при этом лопасть несущего винта подвижно закреплена петлями (плоской пружиной) к обрамлению и в целом составляет несущую лопасть, а топливо к турбореактивному двигателю подводится трубопроводами, размещенными в обрамлении.

РИСУНКИ