Автожир конструкції ярошок

Реферат: Винахід належить до авіаційної техніки і може бути використай при створенні автожира. Задля підвищення аеродинамічної якості автожира на всіх режимах польоту, а на зльоті та посадці аеродинамічна якість підвищується в два рази, центральна частина його несучого гвинта до 0,75 радіуса заповнена центральною несучою аеродинамічною площиною, яка кріпиться до ферми втулки і лопатей несучого гвинта і лежить в площині обертання несучого гвинта. Ця центральна несуча аеродинамічна площина забезпечена профільованими повітряними щілинами, по яких повітря із зони підвищеного тиску під несучим гвинтом видувається швидкісним струменем паралельно верхній поверхні центральної несучої аеродинамічної площини в напрямку, протилежному обертанню несучого гвинта, чим забезпечує швидке розкручування несучого гвинта від набігаючого потоку на розбігу автожира при зльоті і підтримує режим авторотації протягом усього польоту, а також забезпечує додаткове розрядження над центральною несучою аеродинамічною поверхнею несучого гвинта і створює над нею стоячий вихор, що обертається в протилежну сторону, який теж збільшує розрядження над цією центральною несучою аеродинамічною площиною, підвищуючи загальну підйомну силу і аеродинамічну якість несучого гвинта і автожира в цілому. UA 114729 C2 (12) UA 114729 C2 UA 114729 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до авіаційної техніки і може бути використаний при створенні автожира. Відомий автожир В-7М фірми "Бенсен" (США) [Катишев Г.І. Творець автожиру Хуан Де Ла Сієрва. Москва "Наука" 1986 р. Стор. 125], що має дволопатевий несучий ротор (несучий повітряний гвинт) на карданній підвісці. Обидві лопаті несучого ротора корінними частинами кріпляться до ферми втулки, з'єднаної з втулкою обертання несучого ротора за допомогою загального горизонтального шарніра. Управління автожиром здійснюється нахилом ротора безпосередньо від ручки управління. Поступальний рух вперед автожира забезпечує силова установка зі штовхаючим повітряним гвинтом. Недоліком аналога є низька аеродинамічна якість автожира, яка становить не більше 2-6 одиниць, що вимагає застосування силових установок підвищеної потужності, які обтяжують конструкцію автожира і призводять до великих витрат палива під час польоту. Невисока аеродинамічна якість обумовлена тим, що підйомна сила несучого авторотаційного гвинта створюється тільки кінцевими частинами лопатей, а його центральна частина практично не бере участь у створенні підйомної сили. Кореневі і внутрішні частини лопатей до середини радіуса (1/2 R) несучого гвинта не мають геометричної скрученості і працюють на малих окружних швидкостях, створюючи всього 5-10 % від загальної підйомної сили несучого гвинта автожира. За прототип взято авторське свідоцтво на винахід СРСР (19) SU (11) 1736846 А1 "Несуча система вертольота", у ньому на втулці несучого гвинта розміщений силовий плоский диск, на якому встановлено невелике профільоване кільцеве крило, а по зовнішньому контуру силового диска від 0,3 до 0,35 радіуса кріпляться основні лопаті несучого гвинта вертольота. Над кільцевим крилом на валу, що входить в порожнистий вал несучого гвинта, встановлена відцентрова крильчатка закритого типу, що має напрямок обертання, протилежний напрямку обертання несучого гвинта. Недоліком прототипу є складність конструкції і малі габарити профільованого кільцевого крила. Застосування відцентрової крильчатки над кільцевим профільованим крилом належить до активних способів підвищення підйомної сили несучого гвинта, що вимагає додаткових витрат потужності силової установки, сильно ускладнює конструкцію і технологію виробництва літального апарата, а також призводить до сильного росту ціни літального апарата, що робить неможливим застосування такої конструкції в простих і недорогих за своєю ціною автожирах. Несучий гвинт автожира працює в двох основних режимах: 1 - вертикальний рух (зліт, посадка, гальмування, зависання, зниження на авторотації); 2 - крейсерський політ. При вертикальному русі вертольота центральний диск на прототипі дає позитивний ефект, зменшуючи прикореневий індуктивний опір лопатей, а на крейсерських режимах, які є основними за тривалістю під час польоту, центральний диск погіршує роботу несучого гвинта автожира підвищуючи його лобовий опір. При русі вперед на крейсерських режимах польоту автожира площина обертання несучого гвинта, що тягне, нахилена вперед і має негативний кут атаки відносно до набігаючого потоку повітря, який обтікаючи центральне профільоване кільцеве крило створює негативну силу, спрямовану вниз і назад проти руху автожира. Тому, не дивлячись на переваги, які дає центральне кільцеве крило на зльоті та посадці, воно не отримало широкого застосування на сучасних автожирах. На відміну від автожирових несучих повітряних гвинтів авторотаційні гвинти автожирів є однорежимними несучими гвинтами, площини обертання яких працюють тільки під позитивними кутами атаки до набігаючого потоку повітря. В авіаційному світі не існує серйозного системного підходу до поліпшення аеродинаміки і підвищення несучих властивостей авторотаційного гвинта автожира, тому що властивість авторотації несучого гвинта розглядається як один з вертолітних режимів при аварійній посадці, який є не основним і рідко вживаним. Тому розрахунок автожирового несучого гвинта ведеться для отримання максимальних тягнучих якостей при крейсерському польоті, авторотаційні властивості є мінімальним доповненням, яке не повинно погіршувати тягнучих властивостей несучого гвинта, тому на режимі авторотації аеродинамічна якість несучого гвинта вертольота дуже низька. Новим позитивним технічним результатом є підвищення аеродинамічної якості і сили розкрутки авторотаційного несучого гвинта автожира. Зазначений новий позитивний технічний результат досягається тим, що автожир, що містить мотовізок і несучий гвинт складається з ферми втулки обертання несучого гвинта із закріпленими на ній лопатями, згідно з винаходом, несучий гвинт забезпечений центральною несучою аеродинамічною площиною, що заповнює його центральну частину в діапазоні від 0.36 до 0.75 радіуса несучого гвинта, що кріпиться до ферми втулки і лопатей несучого гвинта і 1 UA 114729 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 лежить в площині обертання несучого гвинта, притому центральна несуча аеродинамічна площина забезпечена профільованими повітряними щілинами, що проходять крізь її верхню і нижню обшивки, при цьому кожна профільована повітряна щілина своїми стінками з'єднує нижню і верхню обшивки центральної несучої аеродинамічної площини і йде від середини до периферії центральної несучої аеродинамічної площини. Зазначений новий позитивний технічний результат досягається тому, що авторотаційний повітряний несучий гвинт має велику центральну несучу аеродинамічну площину, що заповнює його від нуля до 0.75 Rнв - радіуса авторотаційного несучого гвинта. При цьому ця центральна несуча аеродинамічна площина забезпечена профільованими повітряними щілинами, по яких повітря із зони підвищеного тиску під авторотаційним несучим гвинтом видувається швидкісним струменем паралельно верхній поверхні центральної несучої аеродинамічної площини в напрямку, протилежному обертанню авторотаційного несучого гвинта, чим забезпечує швидку розкрутку авторотаційного несучого гвинта від набігаючого потоку на розбігу автожира при зльоті та підтримує режим авторотації протягом усього польоту, а також забезпечує додаткове розрядження над центральною несучою аеродинамічною площиною авторотаційного несучого гвинта і створює над нею стоячий вихор, що обертається в протилежну сторону, який теж збільшує розрядження над центральною несучою аеродинамічною площиною, підвищуючи загальну підйомну силу і аеродинамічну якість авторотаційного несучого гвинта і автожира в цілому. У сильно навантажених авторотаційних несучих гвинтах центральна несуча аеродинамічна площина може кріпитися по всій довжині лопаті до зовнішнього її кінця, тим самим займаючи всю облітну площу несучого гвинта запропонованого автожира. На Фіг. 1 показаний автожир при вигляді збоку; на Фіг. 2 зображений вигляд зверху несучого гвинта автожира з центральною несучою аеродинамічною площиною; на Фіг. 3 переріз А-А на Фіг. 2 показує в розрізі повітряну профільовану щілину, що сполучає верхню і нижню поверхні центральної несучої аеродинамічної площини; на Фіг. 4 по (УДК 629. 73.001.63 Горбунов Α.Η. "Проект автожира з реактивним розкручуванням несучого ротора" Комсомольський-на-Амурі державний технічний університет. Alexeygrbnv@rambler.ru стор. 8 малюнок 8) - залежність К аеродинамічної якості автожира від нв - кута атаки площини обертання несучого гвинта автожира: суцільною лінією показана характеристика класичного сучасного автожира; переривчастою лінією зображена аеродинамічна якість запропонованого автожира, несучий гвинт якого забезпечений центральною несучою аеродинамічною площиною. На Фіг. 1 зображено автожир, що має мотовізок із штовхаючим повітряним гвинтом 2, і несучий авторотаційний повітряний гвинт з безпосереднім управлінням. Ручка управління 3 у верхній частині через кардан 4 прикріплена до вертикального пілону 5 мотовізка 1 і жорстко пов'язана з вертикальною віссю 6 обертання несучого гвинта в горизонтальній площині. Несучий гвинт складається з ферми втулки (хабара) 7 і двох лопатей 8 жорстко прикріплених до неї обкорованими частинами, причому ферма втулки 7 з лопатями 8 кріпиться до вертикальної осі обертання гвинта 6 через горизонтальний шарнір 9, що дозволяє здійснювати змахи лопатей при поступальному русі автожиру вперед і здійснювати стійкий політ. Безпосередньо до ферми втулки 7 несучого гвинта і його лопатей 8 кріпляться елементи центральної несучої аеродинамічної площини. На Фіг. 2 зображений несучий повітряний гвинт автожира в плані і центральна аеродинамічна несуча площина, яка має дюралюмінієві або композиційні елементи силового каркаса 10 і 11, що жорстко кріпляться до ферми втулки 7 і лопатей 8, а також нижню 12 і верхню 13 обшивки, які кріпляться на елементи 10 і 11 силового каркаса і фіксуються на лопатях в точках кріплення 14. При виготовленні обшивок 12, 13 з тканин (типу дакрон та ін.) кронштейни 16 виконують роль антипікіруючих елементів, піднімаючи вгору в площині обертання несучого гвинта кромки 17, які для гасіння автоколивань забезпечені жорсткими латами з дюралевих трубок або смужок з композиційних матеріалів. На Фіг. 1, 3 поз. 18 - площина обертання несучого гвинта автожира. Автожир, несучий гвинт якого забезпечений центральною несучою аеродинамічною площиною з профільованими повітряними щілинами працює таким чином. На старті перед розгоном автожир встановлюється проти вітру, а силова установка зі штовхаючим повітряним гвинтом, виводиться на середні обороти. Повітряний потік V від вітру і штовхаючого повітряного гвинта 2, впливаючи на нижню поверхню 12, встановленого під позитивним кутом атаки несучого гвинта автожира, створює зону підвищеного тиску, з якої повітря (на Фіг. 3) по профільованих повітряних щілинах 15 через центральну несучу аеродинамічну площину видувається швидкісним струменем паралельно її верхній поверхні 13 над лопаттю 8 в напрямку, протилежному обертанню несучого гвинта і створює силу P , яка забезпечує швидку 2 UA 114729 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 розкрутку несучого гвинта автожира при розбігу до необхідної злітної частоти обертання і підтримує режим авторотації протягом усього польоту, а також забезпечує додаткове розрядження над центральною несучою аеродинамічною поверхнею несучого гвинта і створює над нею стоячий вихор, що обертається в протилежну сторону, який теж збільшує розрядження над центральною несучою аеродинамічною площиною, підвищуючи загальну підйомну силу і аеродинамічну якість автожира, як показано штриховою лінією на Фіг. 4. В основу винаходу поставлено задачу удосконалення несучого авторотаційного гвинта шляхом заповнення його центральної частини несучою аеродинамічною площиною, забезпеченою повітряними щілинами для створення додаткової підйомної сили та підвищення аеродинамічної якості автожира на всіх режимах польоту, а на зльоті та посадці це підвищує його аеродинамічну якість в два рази. Підбір профілю, кривизни, вхідних і вихідних перерізів повітряних щілин береться з оптимізації співвідношення, при якому ККД системи буде максимальним. З цією ж метою повітряні щілини частково перекриваються на нижній і верхній обшивці центральної аеродинамічної площині, закріпленої на несучому гвинті автожира. Центральна несуча аеродинамічна площина на вигляді в плані зверху може мати різні форми, особливо у випадках, коли її відносні розміри до загальної захоплюваної площі несучого гвинта невеликі, можливі не тільки форми круга, еліпса, ромба, квадрата, прямокутника, багатогранника, зубчастого колеса, рівнокінцевої зірки, різнокінцевої зірки, паралелограма, але й інші, навіть несиметричні форми. Це не відіграє істотної ролі на аеродинамічній якості несучого гвинта. Виготовляється несуча аеродинамічна площина, що заповнює середню частину несучого гвинта, з легких, в тому числі і з алюмінієвих сплавів або композиційних матеріалів, а також може обтягуватись міцними тканинами типу Дакрон на попередньо встановлений жорсткий каркас. Заявлена центральна несуча аеродинамічна площина так само пропонується як обтічник елементів центральної частини несучого ротора автожира і прикореневих частин його лопатей. При цьому центральна несуча аеродинамічна площина рекомендується до використання як з повітряними щілинами, так і без них. Автожир, несучий повітряний гвинт якого забезпечений центральною несучою аеродинамічною площиною з повітряними щілинами, має кращі несучі властивості і менший лобовий опір, ніж існуючі автожири і дозволяє: 1) полегшити вагу лопатей за рахунок виконання їх кореневих частин, що знаходяться під обшивкою центральної аеродинамічної площини, з композиційних матеріалів або металевих труб з великими будівельними висотами. Застосовувати для лопатей несучого гвинта не тільки авторотаційний аеродинамічний профіль, але й усі існуючі аеродинамічні профілі, це ламіновані, симетричні і багато інших; 2) зменшити необхідний для конкретної злітної ваги літального апарата діаметр несучого повітряного гвинта зі збереженням його несучих властивостей; 3) зменшити злітний кут атаки площини обертання несучого гвинта для досягнення максимальної підйомної сили, що дуже важливо для ранцевого автожира, оскільки старт здійснюється з ніг і можливо дотик землі лопатями несучого гвинта позаду пілота; 4) збільшити швидкість розкрутки лопатей несучого гвинта від набігаючого потоку повітря при старті з землі, чим скорочується довжина розбігу автожира; 5) зменшити злітно-посадочні швидкості і збільшити крейсерську і максимальну швидкості при одній і тій же потужності силової установки літального апарата. Компонувальна схема автожира з маршовим тягнучим повітряним гвинтом, повітряний струмінь від якого потрапляє на всю нижню площину обертання несучого гвинта автожира і його центральну несучу аеродинамічну площину безпосередньо або за допомогою видхилюваних дефлекторів, є найбільш ефективною компонувальною схемою підвищувальної злітнопосадочної характеристики автожира. Всі ці позитивні якості підвищення несучих здатностей і крейсерських швидкостей авторотаційного несучого гвинта забезпеченого центральною несучою аеродинамічною площиною в сукупності з його неперевершеними злітно-посадковими характеристиками дозволять автожиру зайняти провідні позиції в малій авіації. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 55 60 Автожир, що містить мотовізок і несучий гвинт, що складається з ферми втулки обертання несучого гвинта із закріпленими на ній лопатями, який відрізняється тим, що несучий гвинт забезпечений центральною несучою аеродинамічною площиною, що заповнює його центральну частину в діапазоні від 0,36 до 0,75 радіуса несучого гвинта, що кріпиться до ферми втулки і лопатей несучого гвинта і лежить в площині обертання несучого гвинта, причому центральна 3 UA 114729 C2 несуча аеродинамічна площина забезпечена профільованими повітряними щілинами, що проходять крізь її верхню і нижню обшивки, при цьому кожна профільована повітряна щілина своїми стінками з'єднує верхню і нижню обшивки центральної несучої аеродинамічної площини і йде від середини до периферії центральної несучої аеродинамічної площини. 4 UA 114729 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5