RU2852580C1 - High-speed rotary-wing aircraft and method for controlling it - Google Patents
High-speed rotary-wing aircraft and method for controlling itInfo
- Publication number
- RU2852580C1 RU2852580C1 RU2025115500A RU2025115500A RU2852580C1 RU 2852580 C1 RU2852580 C1 RU 2852580C1 RU 2025115500 A RU2025115500 A RU 2025115500A RU 2025115500 A RU2025115500 A RU 2025115500A RU 2852580 C1 RU2852580 C1 RU 2852580C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- speed
- aircraft
- wing
- main rotor
- flight
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Изобретение относится к авиастроению и касается разработки высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата (далее - ВВКЛА) и способа его управления. Целью разработки является достижение высоких скоростей воздушного судна, увеличение грузоподъемности и снижение энергетических затрат на управление ВВКЛА. Изобретение может использоваться как в пилотируемых, так и в беспилотных воздушных судах.This invention relates to aircraft engineering and concerns the development of a high-speed rotary-wing aircraft (hereinafter referred to as HSRA) and a method for controlling it. The aim of the development is to achieve high aircraft speeds, increase payload capacity, and reduce the energy costs of controlling the HSRA. The invention can be used in both manned and unmanned aircraft.
Движущий силой современных вертолетов являются турбовальные двигатели, которые вращают его несущий винт. Скорость современных вертолетов обеспечивается пропульсивной силой, создаваемой в полете наклоном колонки несущего винта (далее - НВ) с помощью автомата перекоса. Такой способ позволяет достичь скорости порядка 350 км/ч.Modern helicopters are powered by turboshaft engines that rotate the main rotor. Their speed is achieved by propulsive force generated in flight by tilting the main rotor column (MRC) using a swashplate. This method allows them to reach speeds of approximately 350 km/h.
Уровень техникиState of the art
Известен вертолет, в котором на крейсерской скорости рулевой винт поворачивается на 90 градусов (US 2015053815, В64С 19/00; В64С 27/82, опубликован 26.02.2015). После поворота рулевой винт создает пропульсивную силу и увеличивает скорость вертолета. С уменьшением скорости ЛА рулевой винт возвращается в первоначальное положение. Однако, в такой конструкции вертолета требуется высокая надежность системы поворота рулевого винта, которую трудно достичь в настоящее время. Поэтому отсутствуют сведения о реализации этого технического решения.A helicopter is known in which the tail rotor rotates 90 degrees at cruising speed (US 2015053815, B64C 19/00; B64C 27/82, published February 26, 2015). After rotating, the tail rotor generates propulsive force and increases the helicopter's speed. As the aircraft's speed decreases, the tail rotor returns to its original position. However, this helicopter design requires high reliability of the tail rotor rotation system, which is difficult to achieve at present. Therefore, there is no information on the implementation of this technical solution.
Известна конструкция скоростного вертолета, описанная в патенте «Высокоскоростной вертолет с соосным несущим винтом» (US 2017275014, В64С 27/10; В64С 27/14; B64D 35/06; F16H 37/02, опубликован 28.09.2017). В нем увеличение скорости вертолета с соосным несущим винтом обеспечивается винтом поступательной тяги, вращающимся от двигателей несущего винта. На НВ вертолета установлены обтекатели, в нем применено без шарнирное (жесткое) крепление лопастей, проводится уменьшение частоты вращения НВ при больших скоростях летательного аппарата. Вертолет S-97 фирмы Сикорского, выполненный в соответствии с этим патентом, достиг скорости 444 км/час при массе вертолета 5 тонн [режим доступа https://en.wikipedia.org/wiki/Sikorsky_S97_Raider].A high-speed helicopter design is known, described in the patent "High-speed helicopter with a coaxial main rotor" (US 2017275014, B64C 27/10; B64C 27/14; B64D 35/06; F16H 37/02, published on September 28, 2017). In this patent, the speed of a helicopter with a coaxial main rotor is increased by a translational propeller rotated by the main rotor engines. The main rotor of the helicopter is equipped with fairings, it uses a hingeless (rigid) mount for the blades, and the rotation speed of the main rotor is reduced at high aircraft speeds. The Sikorsky S-97 helicopter, built in accordance with this patent, reached a speed of 444 km/h with a helicopter weight of 5 tons [access mode https://en.wikipedia.org/wiki/Sikorsky_S97_Raider].
На вертолетах линейная воздушная скорость на концах лопастей НВ не должна превышать скорости звука. Она зависит от угловой скорости вращения НВ, от скорости вертолета. При достижении концами лопастей скорости звука на них действуют чрезвычайно большие нагрузки, приводящие к поломкам лопастей НВ. Поэтому в патенте US 2017275014 предлагается линейную воздушную скорость концов лопастей НВ ограничивать на уровне 90% от скорости звука.On helicopters, the linear airspeed at the tips of the main rotor blades must not exceed the speed of sound. This speed depends on the angular velocity of the main rotor blades and the helicopter's speed. When the blade tips reach the speed of sound, they are subjected to extremely high loads, leading to blade failure. Therefore, patent US 2017275014 proposes limiting the linear airspeed at the tips of the main rotor blades to 90% of the speed of sound.
Однако снижение угловой скорости вращения НВ при увеличении скорости вертолета снижает его подъемную силу, что не позволяет провести дальнейшее увеличение массы вертолета. Большая воздушная скорость на краях лопастей НВ не позволяет провести и дальнейшее увеличение скорости вертолета.However, the decrease in the angular velocity of the main rotor blade as the helicopter's speed increases reduces its lift, preventing further increases in weight. The high airspeed at the tips of the main rotor blades also prevents further increases in speed.
Известен «Скоростной комбинированный вертолет» (RU 110715 U1, В64С 27/22, опубликован 27.11.2011). Он содержит фюзеляж с крылом, состоящим из двух консолей, хвостовой балки, несущего и рулевого винтов, силовой установки, системы управления. На каждой консоли установлены автономные двигатели, которые используются при скоростных режимах вертолета. Консоли выполнены с возможностью их демонтажа, поворота на стоянках, а также поворота и аварийного сброса консолей в полете.The "High-Speed Combination Helicopter" (RU 110715 U1, B64C 27/22, published November 27, 2011) is well-known. It comprises a fuselage with a wing consisting of two consoles, a tail boom, main and tail rotors, a power plant, and a control system. Each console is equipped with independent engines, which are used at high speeds. The consoles are designed to be removable, rotated when parked, and rotated and released in flight in an emergency.
При демонтаже консолей, когда не требуется скоростной режим полета, происходит экономия топлива из-за отсутствия лобового сопротивления консолей.When the consoles are removed, when high-speed flight is not required, fuel is saved due to the absence of frontal drag from the consoles.
Благодаря повороту консолей крыла имеется возможность менять направление вектора тяги двигателей от горизонтального до вертикального. В вертикальном положении двигателей, расположенных на консолях крыла, создается дополнительная подъемная сила, что позволяет увеличить взлетную массу вертолета.By rotating the wing panels, it is possible to change the engine thrust vector direction from horizontal to vertical. When the engines are positioned vertically, additional lift is generated, allowing the helicopter to achieve a higher takeoff weight.
Крыло в такой конструкции воздушного судна создает подъемную силу и позволяет на большой скорости снизить до необходимых значений линейную воздушную скорость на концах лопастей НВ.The wing in such an aircraft design creates lift and allows the linear airspeed at the tips of the main rotor blades to be reduced to the required values at high speed.
Однако консоли крыла с расположенными на них двигателями препятствует движению воздуха от НВ и уменьшают подъемную силу, создаваемую несущим винтом ЛА. В результате для полета требуется большая мощность турбовальных двигателей и большое количество топлива для ее создания. Отсутствие расчетов не позволяет оценить максимальную скорость и массу этой модели вертолета.However, the wing panels with the engines mounted on them impede the airflow from the main rotor and reduce the lift generated by the aircraft's rotor. As a result, flight requires high turboshaft engine power and a large amount of fuel to generate it. The lack of calculations makes it impossible to estimate the maximum speed and weight of this helicopter model.
Наиболее близким к данному изобретению является «Скоростной комбинированный вертолет» (RU 168554 U1, В64С27/22, опубликован 08.02.2017), который имеет соосный НВ, планер с горизонтальным и вертикальным оперением, силовую установку, состоящую из трансмиссии и двигателя, крыло, расположенное позади оси вала соосного НВ, оборудованное закрылками, элеронами и отклоняемыми консолями. Двигатель обеспечивает создание пропульсивной тяги посредством хвостового сопла и вращение соосного НВ, при этом горизонтальное управляемое оперение расположено впереди вала НВ, а вертикальное оперение установлено на крыле.The closest invention to this invention is the "High-Speed Combination Helicopter" (RU 168554 U1, B64C27/22, published 08.02.2017), which has a coaxial main rotor, a glider with horizontal and vertical tail surfaces, a powerplant consisting of a transmission and an engine, and a wing located behind the coaxial main rotor shaft, equipped with flaps, ailerons, and deflectable consoles. The engine generates propulsive thrust via a tail nozzle and rotates the coaxial main rotor, with the horizontal controllable tail surface located ahead of the main rotor shaft, and the vertical tail surface mounted on the wing.
Крыло в такой конструкции воздушного судна создает подъемную силу и позволяет при большой массе ЛА и большой скорости снизить до необходимых значений линейную воздушную скорость на концах лопастей НВ.The wing in such an aircraft design creates lift and allows, with a large aircraft mass and high speed, to reduce the linear airspeed at the tips of the main rotor blades to the required values.
Однако, крыло, установленное на вертолете, препятствует потоку воздуха, создаваемого несущим винтом, и уменьшает подъемную силу, возникающую от вращения несущего винта летательного аппарата. В результате для полета требуется большая мощность двигателя и большое количество топлива для ее создания. Отсутствие расчетов не позволяет оценить максимальную скорость и массу этой модели вертолета.However, the wing mounted on a helicopter impedes the airflow generated by the rotor and reduces the lift generated by the aircraft's rotor rotation. As a result, flight requires greater engine power and a large amount of fuel to generate it. The lack of calculations makes it impossible to estimate the maximum speed and weight of this helicopter model.
Известен способ обеспечения высокой скорости вертолета «Система привода несущих винтов и управления ими для высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата» (RU 2377161 С2, В64С 27/00, В64С 27/82, опубликован 10.07.2009). В нем увеличение скорости вертолета с соосным несущим винтом обеспечивается винтом поступательной тяги, вращающимся от двигателей несущего винта. Согласно предлагаемому способу при взлете и полете на малой скорости летательного аппарата основная мощность двигателей подается на НВ, а при полете на большой скорости - основная мощность двигателей подается на винт поступательной тяги.A known method for ensuring high helicopter speed is "Rotor Drive and Control System for a High-Speed Rotorcraft" (RU 2377161 C2, B64C 27/00, B64C 27/82, published 10.07.2009). In this method, the speed of a helicopter with a coaxial main rotor is increased by a translational propeller rotated by the main rotor engines. According to the proposed method, during takeoff and low-speed flight, the engine power is supplied to the main rotor, and during high-speed flight, the engine power is supplied to the translational propeller.
Однако такой способ увеличение скорости вертолета ограничен линейной воздушной скоростью концов лопастей НВ, которая должна быть меньше скорости звука. Увеличение скорости вертолета одновременно увеличивает и линейную воздушную скорость концов лопастей НВ, что ограничивает максимальную скорость вертолета.However, this method of increasing helicopter speed is limited by the linear airspeed of the main rotor blade tips, which must be less than the speed of sound. Increasing helicopter speed simultaneously increases the linear airspeed of the main rotor blade tips, which limits the helicopter's maximum speed.
Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the essence of the invention
Целью разработки является достижение высоких скоростей воздушного судна, увеличение грузоподъемности и снижение энергетических затрат на управление ВВКЛА.The goal of the development is to achieve high aircraft speeds, increase cargo capacity and reduce energy costs for controlling the aircraft.
Технической проблемой, решаемой заявляемым изобретением является создание ВВКЛА и разработка способа управления ВВКЛА, которые обеспечивают достижение высоких скоростей воздушного судна, увеличение грузоподъемности и снижение энергетических затрат на управление ВВКЛА.The technical problem solved by the claimed invention is the creation of a high-altitude aircraft and the development of a method for controlling a high-altitude aircraft that ensures the achievement of high aircraft speeds, an increase in load-carrying capacity and a reduction in energy costs for controlling a high-altitude aircraft.
Технический результат использования изобретения заключается в увеличении скорости полета, повышении грузоподъемности ВВКЛА, уменьшении энергетических затрат, необходимых для повышения скорости полета ВВКЛА (снижении количества топлива).The technical result of using the invention consists in increasing the flight speed, increasing the payload capacity of the aircraft, and reducing the energy costs required to increase the flight speed of the aircraft (reducing the amount of fuel).
Для достижения технического результата предлагается высокоскоростной винтокрылый летательный аппарат, содержащий фюзеляж 1, на котором расположены турбовальные двигатели, несущий винт 2, турбореактивный двигатель 4, вертикальное хвостовое оперение 5 и горизонтальное хвостовое оперение 6, с двух разных сторон справа и слева на фюзеляже 1 установлены две плоскости крыла 3, снабженные элеронами, на высокоскоростном винтокрылом летательном аппарате установлена комплексная система управления, содержащая электродистанционную систему управления с резервированным компьютером, систему автоматического управления, пульт управления режимами работы, систему резервной навигации, датчики, измеряющие параметры летательного аппарата и окружающей среды, механизм поворота плоскостей крыла 7, обеспечивающий установку плоскостей крыла 3 вдоль фюзеляжа 1 и перпендикулярно продольной оси фюзеляжа 1.In order to achieve the technical result, a high-speed rotary-wing aircraft is proposed, comprising a fuselage 1, on which turboshaft engines, a main rotor 2, a turbojet engine 4, a vertical tail unit 5 and a horizontal tail unit 6 are located, two wing planes 3 equipped with ailerons are installed on two different sides on the right and left of the fuselage 1, an integrated control system is installed on the high-speed rotary-wing aircraft, containing a fly-by-wire control system with a redundant computer, an automatic control system, a control panel for operating modes, a backup navigation system, sensors measuring the parameters of the aircraft and the environment, a mechanism for turning the wing planes 7, ensuring the installation of the wing planes 3 along the fuselage 1 and perpendicular to the longitudinal axis of the fuselage 1.
Для достижения технического результата также предлагается способ управления высокоскоростным винтокрылым летательным аппаратом, характеризующийся тем, чтоTo achieve the technical result, a method for controlling a high-speed rotary-wing aircraft is also proposed, characterized in that
вначале включают турбовальные двигатели, которые вращают несущий винт 2 для взлета и полета высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата на скоростях до 200 км/ч,First, the turboshaft engines are turned on, which rotate the main rotor 2 for takeoff and flight of a high-speed rotary-wing aircraft at speeds of up to 200 km/h,
затем включают турбореактивный двигатель 4, а турбовальные двигатели переводят в режим «Малого газа», при котором они не передают вращающий момент на несущий винт 2, обеспечивая полет высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата в режиме автожира в диапазоне скоростей от 200 км/ч до 350 км/ч,then the turbojet engine 4 is turned on, and the turboshaft engines are switched to the “Idle” mode, in which they do not transmit torque to the main rotor 2, ensuring the flight of the high-speed rotary-wing aircraft in the autogyro mode in the speed range from 200 km/h to 350 km/h,
после этого для увеличения скорости от 350 км/ч до 500 км/ч переводят турбовальные двигатели в режим вращения несущего винта 2 с угловыми скоростями, при которых линейная воздушная скорость на концах лопастей не превышает 90% от скорости звука.After this, to increase the speed from 350 km/h to 500 km/h, the turboshaft engines are switched to the rotation mode of the main rotor 2 with angular speeds at which the linear air speed at the tips of the blades does not exceed 90% of the speed of sound.
Кроме того, перед полетом высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата в режиме автожира плоскости крыла 3, расположенные вдоль фюзеляжа 1, устанавливают перпендикулярно продольной оси фюзеляжа 1.In addition, before the flight of a high-speed rotary-wing aircraft in the autogyro mode, the wing planes 3, located along the fuselage 1, are set perpendicular to the longitudinal axis of the fuselage 1.
При этом при посадке высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата на скоростях полета от 200 км/ч до 350 км/ч турбовальные двигатели переводят в рабочий режим, при котором они вращают несущий винт 2, выключают турбореактивный двигатель 4 и устанавливают плоскости крыла 3 вдоль фюзеляжа 1 при скорости летательного аппарата 200 км/ч.In this case, when landing a high-speed rotary-wing aircraft at flight speeds from 200 km/h to 350 km/h, the turboshaft engines are switched to the operating mode, in which they rotate the main rotor 2, turn off the turbojet engine 4 and set the wing planes 3 along the fuselage 1 at an aircraft speed of 200 km/h.
Кроме того, турбовальные двигатели обеспечивают только вращение несущего винта 2, а турбореактивный двигатель 4 обеспечивает только пропульсивную реактивную тягу высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата.In addition, turboshaft engines only provide rotation of the main rotor 2, and the turbojet engine 4 only provides propulsive jet thrust of the high-speed rotary-wing aircraft.
Следует учесть, что режим авиационного двигателя «Малый газ» - это минимально устойчивый режим работы авиационного двигателя, холостой ход.It should be taken into account that the aircraft engine mode “Idle throttle” is the minimum stable operating mode of the aircraft engine, idle speed.
Рабочий режим - это режим, при котором турбовальные двигатели вращают несущий винт 2.The operating mode is the mode in which the turboshaft engines rotate the main rotor 2.
Таким образом, в результате совместного применения конструкции предлагаемого ВВКЛА и способа его управления, достигается совместный технический результат, который заключается в увеличении скорости полета, повышении грузоподъемности ВВКЛА, уменьшении энергетических затрат, необходимых для повышения скорости полета ВВКЛА (снижение количества топлива).Thus, as a result of the combined application of the design of the proposed aircraft and its control method, a joint technical result is achieved, which consists in increasing the flight speed, increasing the carrying capacity of the aircraft, and reducing the energy costs required to increase the flight speed of the aircraft (reducing the amount of fuel).
Увеличение скорости полета ВВКЛА достигается за счет того, что плоскости крыла 3 на скоростях 200-500 км/ч создают дополнительную подъемную силу, которая позволяет уменьшить скорость вращения несущего винта 2 и исключить поломку его лопастей.The increase in the flight speed of the VVKLA is achieved due to the fact that the wing planes 3 at speeds of 200-500 km/h create additional lifting force, which allows for a decrease in the rotation speed of the main rotor 2 and the prevention of breakage of its blades.
Увеличение грузоподъемности ВВКЛА достигается за счет того, что плоскости крыла 3 на скоростях от 200 км/ч до 500 км/ч создают дополнительную подъемную силу.The increase in the payload capacity of the VVKLA is achieved due to the fact that the wing planes 3 create additional lift at speeds from 200 km/h to 500 km/h.
Уменьшение энергетических затрат, необходимых для повышения скорости полета ВВКЛА (снижение количества топлива), достигается за счет установки плоскостей крыла 3 вдоль фюзеляжа 1 на взлете, посадке и на скоростях полета до 200 км/ч. В этом положении плоскости крыла 3 не тормозят поток воздуха несущего винта 2, что позволяет увеличить подъемную силу ВВКЛА и уменьшить потребление топлива турбовальными двигателями. Кроме того, уменьшение энергетических затрат, согласно предлагаемому способу управления ВВКЛА, достигается за счет перевода турбовальных двигателей в режим «Малого газа» на скоростях 200 км/ч - 350 км/ч, при которых турбовальные двигатели потребляют меньше топлива, чем в рабочем режиме.Reducing the energy consumption required to increase the aircraft's flight speed (reducing fuel consumption) is achieved by positioning wing surfaces 3 alongside fuselage 1 during takeoff, landing, and at flight speeds up to 200 km/h. In this position, wing surfaces 3 do not impede the airflow of the main rotor 2, thereby increasing the aircraft's lift and reducing fuel consumption by the turboshaft engines. Furthermore, according to the proposed aircraft control method, energy consumption is reduced by switching the turboshaft engines to "idle" mode at speeds of 200 km/h - 350 km/h, at which the turboshaft engines consume less fuel than in operating mode.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
Сущность изобретения поясняется чертежами:The essence of the invention is explained by the drawings:
Фиг. 1 - Общий вид ВВКЛА с плоскостями крыла 3, установленными вдоль фюзеляжа 1;Fig. 1 - General view of the VVKLA with wing planes 3 installed along the fuselage 1;
Фиг. 2 - Общий вид ВВКЛА с плоскостями крыла 3, установленными перпендикулярно продольной оси фюзеляжа 1.Fig. 2 - General view of the VVKLA with wing planes 3 installed perpendicular to the longitudinal axis of the fuselage 1.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
Высокоскоростной винтокрылый летательный аппарат содержит фюзеляж 1, с расположенными на нем турбовальными двигателями (не показаны) для вращения несущего винта 2 и турбореактивным двигателем 4 для создания пропульсивной реактивной тяги.The high-speed rotary-wing aircraft comprises a fuselage 1 with turboshaft engines (not shown) located on it for rotating a main rotor 2 and a turbojet engine 4 for creating propulsive jet thrust.
С двух разных сторон фюзеляжа 1 (справа и слева) установлены две плоскости крыла 3. Плоскости крыла 3 установлены с помощью механизма поворота плоскостей крыла 7 с возможностью их установки в полете или вдоль фюзеляжа 1, или перпендикулярно продольной оси фюзеляжа 1. На концах плоскостей крыла 3 расположены элероны (не показаны). Конструкция элеронов и механизма поворота плоскостей крыла 7 может быть различной, к примеру, представлять собой приводы электродвигателей.Two wing surfaces 3 are mounted on two different sides of the fuselage 1 (right and left). The wing surfaces 3 are mounted using a wing-surface rotation mechanism 7, allowing them to be positioned in flight either along the fuselage 1 or perpendicular to the longitudinal axis of the fuselage 1. Ailerons (not shown) are located at the ends of the wing surfaces 3. The design of the ailerons and the wing-surface rotation mechanism 7 may vary, for example, they may be driven by electric motors.
На фюзеляже 1 установлен соосный несущий винт 2, к втулкам которого прикреплены лопасти (фиг. 1, 2). Турбореактивный двигатель 4, горизонтальное хвостовое оперение 6 и вертикальное хвостовое оперение 5 установлены в хвостовой части фюзеляжа 1.A coaxial rotor 2 is mounted on the fuselage 1, to the hubs of which the blades are attached (Fig. 1, 2). A turbojet engine 4, a horizontal tail unit 6 and a vertical tail unit 5 are mounted in the tail section of the fuselage 1.
Горизонтальное хвостовое оперение 6 состоит из двух частей, установленных с правой и левой сторон турбореактивного двигателя 4. Эти части могут иметь разную форму, к примеру, отличаться по ширине. Вертикальное оперение 5 также состоит из двух частей, расположенных с правой и левой сторон турбореактивного двигателя 4.The horizontal tail assembly 6 consists of two parts, mounted on the right and left sides of the turbojet engine 4. These parts can have different shapes, for example, different widths. The vertical tail assembly 5 also consists of two parts, located on the right and left sides of the turbojet engine 4.
Для управления ВВКЛА используется комплексная система управления (далее - КСУ) на основе электродистанционной системы управления вертолетом (далее - ЭДСУ).To control the VVKLA, an integrated control system (hereinafter referred to as the ICS) is used based on a helicopter fly-by-wire system (hereinafter referred to as the HFCS).
КСУ предназначена для безопасного ручного, автоматизированного и автоматического управления ВВКЛА на всех этапах полета.The KSU is designed for safe manual, automated and automatic control of the aircraft at all stages of flight.
КСУ ВВКЛА, содержит (в общем случае) следующие элементы:The KSU VVKLA contains (in general) the following elements:
- командные органы управления (электрические ручки и педали в кабине пилотов);- command controls (electric handles and pedals in the cockpit);
- пульт управления (ПУ) режимами;- control panel (CP) for modes;
- резервированный компьютер, осуществляющий реализацию алгоритмов ЭДСУ;- a redundant computer implementing the EDSU algorithms;
- систему автоматического управления (далее - САУ);- automatic control system (hereinafter referred to as ACS);
- систему ограничения предельных режимов (далее - ОПР);- the system of limiting maximum modes (hereinafter referred to as the OMR);
- блоки управления приводами;- drive control units;
- рулевые приводы дистанционные;- remote steering drives;
- систему резервной навигации.- backup navigation system.
- датчики, измеряющие параметры летательного аппарата и окружающей среды.- sensors measuring the parameters of the aircraft and the environment.
Связь между элементами КСУ осуществляется следующим образом.The connection between the elements of the control system is carried out as follows.
С ручек, педалей и ПУ подаются электрические сигналы в резервированный компьютер, на него же подаются сигналы с датчиков, определяющие параметры движения ВВКЛА, а также параметры траекторного управления от навигационного комплекса вертолета. Сигналы от системы резервной навигации также используются в резервированном компьютере (в случае отказа навигационного комплекса или потери связи с ним).Electrical signals from the handles, pedals, and control sticks are fed to a backup computer. It also receives signals from sensors determining the aircraft's motion parameters, as well as trajectory control parameters from the helicopter's navigation system. Signals from the backup navigation system are also used by the backup computer (in the event of a failure or loss of communication with the navigation system).
Резервированный компьютер, по записанным в нем алгоритмам, реализующим систему устойчивости и управляемости, формирует сигналы для блоков управления приводами.The backup computer, using algorithms stored in it that implement the stability and control system, generates signals for the drive control units.
Резервированный компьютер включает в себя компьютерную память, интерфейс ввода/вывода, схему обработки данных. Схема обработки может включать различную комбинацию компьютерных процессоров. Компьютерная память включает энергозависимую и энергонезависимую память, такую как оперативное запоминающее устройство, постоянное запоминающее устройство. Интерфейс ввода/вывода может включать в себя множество входных интерфейсов для получения данных от разных источников и множество выходных интерфейсов для связи с различными исполнительными сервоприводами.A redundant computer includes computer memory, an input/output interface, and a data processing circuit. The processing circuit may include various combinations of computer processors. Computer memory includes volatile and nonvolatile memory, such as random-access memory (RAM) and read-only memory (ROM). The input/output interface may include multiple input interfaces for receiving data from various sources and multiple output interfaces for communicating with various actuators.
Блоки управления приводами в свою очередь выдают сигналы на рулевые приводы дистанционные и исполнительные механизмы.The drive control units, in turn, send signals to the remote steering drives and actuators.
Рулевые приводы дистанционные и исполнительные механизмы отклоняют органы управления ВВКЛА.Remote steering drives and actuators deflect the controls of the aircraft.
С помощью КСУ решается задача по управлению ВВКЛА с требуемыми характеристиками устойчивости и управляемости, с ограничением предельных режимов при ручном, автоматизированном и автоматическом управлении, в том числе траекторном. При этом повышается комфортность управления, безопасность полета, снижается нагрузка на экипаж, расширяются функциональные возможности вертолета.The KSU solves the problem of controlling a high-altitude aircraft with the required stability and controllability characteristics, limiting the maximum operating modes during manual, automated, and automatic control, including trajectory control. This improves control comfort and flight safety, reduces crew workload, and expands the helicopter's functionality.
Таким образом, резервированный компьютер управляет автоматом перекоса несущего винта 2, хвостовым горизонтальным 6 и вертикальным 5 оперением, частотой вращения несущего винта 2. Резервированный компьютер также управляет работой турбовальных и турбореактивного 4 двигателей, изменяя режимы их работы. При управлении ВВКЛА резервированный компьютер учитывает эксплуатационные ограничения на воздушное судно.Thus, the redundant computer controls the main rotor swashplate 2, the horizontal tail 6 and vertical tail 5, and the main rotor 2 speed. The redundant computer also controls the turboshaft and turbojet engines 4, changing their operating modes. When controlling the aircraft, the redundant computer takes into account the aircraft's operational limitations.
Сигналы от ручек и педалей могут передаваться на блоки управления приводами минуя резервированный компьютер в аварийном режиме для прямого управления без использования алгоритмов резервированного компьютера.Signals from the handles and pedals can be transmitted to the drive control units bypassing the redundant computer in emergency mode for direct control without using the redundant computer algorithms.
Способ управления предлагаемым высокоскоростным винтокрылым летательным аппаратом заключается в том, чтоThe method of controlling the proposed high-speed rotary-wing aircraft is that
вначале включают турбовальные двигатели, которые вращают несущий винт 2 для взлета и полета высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата на скоростях до 200 км/ч,First, the turboshaft engines are turned on, which rotate the main rotor 2 for takeoff and flight of a high-speed rotary-wing aircraft at speeds of up to 200 km/h,
затем включают турбореактивный двигатель 4, а турбовальные двигатели переводят в режим «Малого газа», при котором они не передают вращающий момент на несущий винт 2, обеспечивая полет высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата в режиме автожира на скоростях от 200 км/ч до 350 км/ч,then the turbojet engine 4 is turned on, and the turboshaft engines are switched to the “Idle” mode, in which they do not transmit torque to the main rotor 2, ensuring the flight of the high-speed rotary-wing aircraft in the autogyro mode at speeds from 200 km/h to 350 km/h,
после этого для увеличения скорости от 350 км/ч до 500 км/ч переводят турбовальные двигатели в режим вращения несущего винта 2 с угловыми скоростями, при которых линейная воздушная скорость на концах лопастей не превышает 90% от скорости звука.After this, to increase the speed from 350 km/h to 500 km/h, the turboshaft engines are switched to the rotation mode of the main rotor 2 with angular speeds at which the linear air speed at the tips of the blades does not exceed 90% of the speed of sound.
Причем, перед полетом высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата в режиме автожира плоскости крыла 3, расположенные вдоль фюзеляжа 1, устанавливают перпендикулярно продольной оси фюзеляжа 1.Moreover, before the flight of a high-speed rotary-wing aircraft in the autogyro mode, the wing planes 3, located along the fuselage 1, are set perpendicular to the longitudinal axis of the fuselage 1.
Кроме того, при посадке на скоростях полета от 200 км/ч до 350 км/ч турбовальные двигатели переводят в рабочий режим, при котором они вращают несущий винт, выключают турбореактивный двигатель 4 и устанавливают плоскости крыла 3 вдоль фюзеляжа 1 при скорости летательного аппарата 200 км/ч.In addition, when landing at flight speeds from 200 km/h to 350 km/h, the turboshaft engines are switched to the operating mode, in which they rotate the main rotor, turn off the turbojet engine 4 and set the wing planes 3 along the fuselage 1 at an aircraft speed of 200 km/h.
При этом турбовальные двигатели обеспечивают только вращение несущего винта 2, а турбореактивный двигатель 4 обеспечивает только пропульсивную реактивную тягу высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата.In this case, turboshaft engines provide only rotation of the main rotor 2, and turbojet engine 4 provides only propulsive jet thrust of the high-speed rotary-wing aircraft.
Таким образом, на взлете, посадке и на скоростях полета до 200 км/ч движущий силой ВВКЛА являются турбовальные двигатели, которые вращают его несущий винт.Несущий винт создает необходимую подъемную силу. Скорость ВВКЛА обеспечивается пропульсивной силой, создаваемой в полете наклоном колонки несущего винта с помощью автомата перекоса.Thus, during takeoff, landing, and at flight speeds up to 200 km/h, the aircraft's propulsion is provided by turboshaft engines that rotate its main rotor. The main rotor generates the necessary lift. The aircraft's speed is provided by propulsive force generated in flight by tilting the main rotor column using a swashplate.
Плоскости крыла 3 в этих режимах полета расположены вдоль фюзеляжа 1 (фиг. 1) и не препятствуют потоку воздуха, создаваемому несущим винтом при взлете, посадке и на скоростях полета до 200 км/ч. При достижении скорости ВВКЛА, при которой подъемная сила несущего винта 2 в режиме автожира создает подъемную силу равную весу летательного аппарата, плоскости крыла 3 устанавливаются перпендикулярно продольной оси фюзеляжа 1 (фиг. 2). Затем включается турбореактивный двигатель 4, а турбовальные двигатели переводятся в режим «Малого газа», при котором они не передают вращающий момент на несущий винт 2.In these flight modes, wing planes 3 are located along fuselage 1 (Fig. 1) and do not impede the air flow created by the main rotor during takeoff, landing, and at flight speeds of up to 200 km/h. When the aircraft reaches a speed at which the lift of main rotor 2 in autogyro mode creates a lift force equal to the weight of the aircraft, wing planes 3 are set perpendicular to the longitudinal axis of fuselage 1 (Fig. 2). Turbojet engine 4 is then activated, and the turboshaft engines are switched to the "Idle" mode, in which they do not transmit torque to main rotor 2.
Следует учесть, что режим авиационного двигателя «Малый газ» - это минимально устойчивый режим работы авиационного двигателя, холостой ход.It should be taken into account that the aircraft engine mode “Idle throttle” is the minimum stable operating mode of the aircraft engine, idle speed.
Рабочий режим - это режим, при котором турбовальные двигатели вращают несущий винт.The operating mode is the mode in which the turboshaft engines rotate the main rotor.
Таким образом полет ВВКЛА на скоростях 200 км/ч - 350 км/ч переходит в режим автожира. Автожир представляет собой самолет со свободно вращающимся несущим винтом. Необходимая тяга для создания автожиру поступательного движения на ВВКЛА создается турбореактивным двигателем 4, а подъемная сила создается свободно вращающимся несущим винтом 2.Thus, the VVKLA's flight at speeds of 200 km/h - 350 km/h transitions to autogyro mode. An autogyro is an aircraft with a free-rotating rotor. The thrust required to propel the autogyro is generated by the turbojet engine 4, and the lift is generated by the free-rotating rotor 2.
Дальнейшее увеличение скорости ВВКЛА осуществляется переводом турбовальных двигателей на скорости 350 км/ч в режим вращения несущего винта 2 с угловыми скоростями, при которых линейная воздушная скорость на концах лопастей не превышает 90% от скорости звука. Контроль величины линейной воздушной скорости на концах лопастей несущего винта 2 осуществляет КСУ в автоматическом режиме.A further increase in the aircraft's speed is achieved by switching the turboshaft engines at 350 km/h to rotation of main rotor 2 at angular velocities at which the linear airspeed at the blade tips does not exceed 90% of the speed of sound. The KSU automatically controls the linear airspeed at the blade tips of main rotor 2.
Для ускоренного снижения и посадки при скоростях полета от 200 км/ч до 350 км/ч турбовальные двигатели переводятся в рабочий режим, при котором они вращают несущий винт 2, выключается турбореактивный двигатель 4 и ВВКЛА осуществляет посадку с помощью несущего винта 2. Устойчивость ВВКЛА при этом обеспечивается КСУ с помощью органов управления и изменения частоты вращения несущего винта 2. При достижении скорости порядка 200 км/час, плоскости крыла 3 устанавливаются вдоль фюзеляжа 1. Конструкция ВВКЛА позволяет проводить посадку как в вертолетном режиме, так и в самолетном режиме.For accelerated descent and landing at flight speeds from 200 km/h to 350 km/h, the turboshaft engines are switched to the operating mode, in which they rotate the main rotor 2, the turbojet engine 4 is turned off and the VVKLA lands using the main rotor 2. The stability of the VVKLA is ensured by the control system with the help of controls and changes in the rotation speed of the main rotor 2. Upon reaching a speed of approximately 200 km/h, the wing planes 3 are positioned along the fuselage 1. The design of the VVKLA allows landing in both helicopter mode and airplane mode.
Предлагаемое изобретение работает следующим образом.The proposed invention operates as follows.
Для достижения технического результата применяется высокоскоростной винтокрылый летательный аппарат, содержащий фюзеляж 1, на котором расположены турбовальные двигатели, несущий винт 2, турбореактивный двигатель 4, вертикальное хвостовое оперение 5 и горизонтальное хвостовое оперение 6, с двух разных сторон справа и слева на фюзеляже 1 установлены две плоскости крыла 3, снабженные элеронами, на высокоскоростном винтокрылом летательном аппарате установлена комплексная система управления, содержащая электродистанционную систему управления с резервированным компьютером, систему автоматического управления, пульт управления режимами работы, систему резервной навигации, датчики, измеряющие параметры летательного аппарата и окружающей среды, причем, на высокоскоростном летательном аппарате установлен механизм поворота плоскостей крыла 7, обеспечивающий установку плоскостей крыла 3 в полете вдоль фюзеляжа 1 и перпендикулярно продольной оси фюзеляжа 1.In order to achieve the technical result, a high-speed rotary-wing aircraft is used, comprising a fuselage 1, on which turboshaft engines, a main rotor 2, a turbojet engine 4, a vertical tail unit 5 and a horizontal tail unit 6 are located, two wing planes 3 equipped with ailerons are mounted on two different sides on the right and left of the fuselage 1, an integrated control system is installed on the high-speed rotary-wing aircraft, containing a fly-by-wire control system with a redundant computer, an automatic control system, a control panel for operating modes, a backup navigation system, sensors that measure the parameters of the aircraft and the environment, wherein, on the high-speed aircraft, a mechanism for turning the wing planes 7 is installed, ensuring the installation of the wing planes 3 in flight along the fuselage 1 and perpendicular to the longitudinal axis of the fuselage 1.
Для достижения технического результата также применяется способ управления высокоскоростным винтокрылым летательным аппаратом, который характеризуется тем, чтоTo achieve the technical result, a method of controlling a high-speed rotary-wing aircraft is also used, which is characterized by the fact that
вначале включают турбовальные двигатели, которые вращают несущий винт 2 для взлета и полета высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата на скоростях до 200 км/ч,First, the turboshaft engines are turned on, which rotate the main rotor 2 for takeoff and flight of a high-speed rotary-wing aircraft at speeds of up to 200 km/h,
затем включают турбореактивный двигатель 4, а турбовальные двигатели переводят в режим «Малого газа», при котором они не передают вращающий момент на несущий винт 2, обеспечивая полет высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата в режиме автожира в диапазоне скоростей от 200 км/ч до 350 км/ч,then the turbojet engine 4 is turned on, and the turboshaft engines are switched to the “Idle” mode, in which they do not transmit torque to the main rotor 2, ensuring the flight of the high-speed rotary-wing aircraft in the autogyro mode in the speed range from 200 km/h to 350 km/h,
после этого для увеличения скорости от 350 км/ч до 500 км/ч переводят турбовальные двигатели в режим вращения несущего винта 2 с угловыми скоростями, при которых линейная воздушная скорость на концах лопастей не превышает 90% от скорости звука.After this, to increase the speed from 350 km/h to 500 km/h, the turboshaft engines are switched to the rotation mode of the main rotor 2 with angular speeds at which the linear air speed at the tips of the blades does not exceed 90% of the speed of sound.
Кроме того, перед полетом высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата в режиме автожира плоскости крыла 3, расположенные вдоль фюзеляжа 1, устанавливают перпендикулярно продольной оси фюзеляжа 1.In addition, before the flight of a high-speed rotary-wing aircraft in the autogyro mode, the wing planes 3, located along the fuselage 1, are set perpendicular to the longitudinal axis of the fuselage 1.
При этом при посадке высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата на скоростях полета от 200 км/ч до 350 км/ч турбовальные двигатели переводят в рабочий режим, при котором они вращают несущий винт 2, выключают турбореактивный двигатель 4 и устанавливают плоскости крыла 3 вдоль фюзеляжа 1 при скорости летательного аппарата 200 км/ч.In this case, when landing a high-speed rotary-wing aircraft at flight speeds from 200 km/h to 350 km/h, the turboshaft engines are switched to the operating mode, in which they rotate the main rotor 2, turn off the turbojet engine 4 and set the wing planes 3 along the fuselage 1 at an aircraft speed of 200 km/h.
Кроме того, турбовальные двигатели обеспечивают только вращение несущего винта 2, а турбореактивный двигатель 4 обеспечивает только пропульсивную реактивную тягу высокоскоростного винтокрылого летательного аппарата.In addition, turboshaft engines only provide rotation of the main rotor 2, and the turbojet engine 4 only provides propulsive jet thrust of the high-speed rotary-wing aircraft.
Таким образом, взлет ВВКЛА осуществляется по вертолетному способу вертикально, с использованием несущего винта 2. После вертикального взлета и при необходимости фиксации режима висения, осуществляются либо необходимые эволюции на малых скоростях полета (в соответствии с заданием на полет), либо переход на большие скорости полета.Thus, the takeoff of the VVKLA is carried out vertically using the helicopter method, using the main rotor 2. After vertical takeoff and, if necessary, fixing the hover mode, either the necessary evolutions at low flight speeds (in accordance with the flight mission) are carried out, or a transition to higher flight speeds is carried out.
Для осуществления необходимых эволюций пилот формирует сигналы управления на входе резервированного компьютера. Резервированный компьютер преобразует их в управляющие сигналы устройствами сервоприводов. Продольное и поперечное управление осуществляется путем изменения циклического шага. Управление ВВКЛА по курсу осуществляется путем изменения дифференциального общего шага несущего винта 2 и отклонения рулей направления.To perform the necessary maneuvers, the pilot generates control signals at the input of a redundant computer. The redundant computer converts these signals into control signals for the servo drives. Longitudinal and lateral control is accomplished by varying the cyclic pitch. The aircraft's directional control is accomplished by varying the differential collective pitch of main rotor 2 and rudder deflection.
Для увеличения скорости ВВКЛА разгоняют до скорости, при которой подъемная сила несущего винта 2 в режиме автожира становится равной весу ВВКЛА. Затем плоскости крыла 3, расположенные вдоль фюзеляжа 1, устанавливают перпендикулярно продольной оси фюзеляжа 1, включают турбореактивный двигатель 4, а турбовальные двигатели несущего винта 2 переводят в режим «Малого газа», при котором они не передают вращающий момент на несущий винт 2. При этом полет ВВКЛА переходит в режим автожира.To increase the aircraft's speed, it is accelerated to a speed at which the lift of the main rotor 2 in autogyro mode becomes equal to the aircraft's weight. Then, the wing surfaces 3, located along the fuselage 1, are adjusted perpendicular to the longitudinal axis of the fuselage 1, turbojet engine 4 is started, and the turboshaft engines of main rotor 2 are set to "idle" mode, in which they do not transmit torque to main rotor 2. At this point, the aircraft's flight transitions to autogyro mode.
Разгон ВВКЛА осуществляют с положительным углом тангажа, вследствие чего с ростом скорости будет расти подъемная сила крыла. С целью достижения скорости ВВКЛА порядка 500 км/ч турбовальные двигатели на скорости 350 км/ч переводят в режим вращения несущего винта 2 с угловыми скоростями, при которых линейная воздушная скорость на концах лопастей НВ 2 не превышает 90% от скорости звука. Создание необходимых оборотов несущего винта 2 обеспечивает КСУ путем перенастройки частоты вращения выходного вала несущего винта 2 в зависимости от скорости полета ВВКЛА.The aircraft accelerates at a positive pitch angle, resulting in increased wing lift as the aircraft's speed increases. To achieve a speed of approximately 500 km/h, the turboshaft engines are switched to main rotor 2 rotation at 350 km/h, at which the linear airspeed at the main rotor 2 blade tips does not exceed 90% of the speed of sound. The required main rotor speed is generated by the control system (CS) by adjusting the output shaft speed of main rotor 2 depending on the aircraft's flight speed.
В дальнейшем полет происходит в самолетном режиме, в котором основная подъемная сила обеспечивается поворотными плоскостями крыла 3. КСУ в этом режиме осуществляет управление ВВКЛА с помощью органов управления, расположенных на поворотных плоскостях крыла 3 и хвостовом оперении.Subsequently, the flight occurs in airplane mode, in which the main lifting force is provided by the rotating surfaces of the wing 3. In this mode, the control system controls the aircraft using controls located on the rotating surfaces of the wing 3 and the tail unit.
Для ускоренного снижения и посадки при скоростях полета от 200 км/ч до 350 км/ч турбовальные двигатели переключают в рабочий режим, при котором они вращают несущий винт 2, выключают турбореактивный двигатель 4, при этом ВВКЛА осуществляет посадку с помощью несущего винта 2. Устойчивость ВВКЛА обеспечивается КСУ с помощью органов управления и изменения частоты вращения несущего винта 2. При достижении скорости порядка 200 км/час плоскости крыла 3 устанавливают вдоль фюзеляжа 1. Конструкция ВВКЛА позволяет проводить посадку как в вертолетном режиме, так и в самолетном режиме путем обеспечения режимов посадки с помощью несущего винта 2.For accelerated descent and landing at flight speeds from 200 km/h to 350 km/h, the turboshaft engines are switched to the operating mode, in which they rotate the main rotor 2, the turbojet engine 4 is turned off, and the airborne aircraft lands using the main rotor 2. The airborne aircraft stability is ensured by the control system using controls and changing the rotation speed of the main rotor 2. Upon reaching a speed of approximately 200 km/h, the wing planes 3 are positioned along the fuselage 1. The airborne aircraft design allows for landing in both helicopter mode and airplane mode by providing landing modes using the main rotor 2.
Пример осуществления изобретенияExample of implementation of the invention
Описание примера осуществления изобретения проведено на вертолете соосной схемы, с взлетной массой 7000 кг, на который установлены турбовальные двигатели и несущие винты серийного вертолета Ка-32. В качестве турбореактивного двигателя при расчетах используются параметры серийного двигателя АЛ-55.An embodiment of the invention is described using a coaxial helicopter with a takeoff weight of 7,000 kg, equipped with turboshaft engines and rotors from a production Ka-32 helicopter. The parameters of the production AL-55 engine are used for the turbojet engine calculations.
Основные характеристики вертолета Ка-32 приведены в Таблице 2. Основные параметры турбореактивного двигателя АЛ-55 приведены в Таблице 3. Основные параметры крыла приведены в Таблице 4. Основные параметры оперения приведены в Таблице 5.The main characteristics of the Ka-32 helicopter are given in Table 2. The main parameters of the AL-55 turbojet engine are given in Table 3. The main parameters of the wing are given in Table 4. The main parameters of the empennage are given in Table 5.
Известно, что вертолет фирмы Сикорского S-97 достигает без крыла скорости 440 км/ч при массе вертолета S-97 равной 5000 кг, следовательно, при массе вертолета 7000 кг с помощью плоскостей крыла 3 достаточно скомпенсировать 2000 кг, для того, чтобы достичь скорости порядка 500 км/ч без опасности поломки лопастей несущего винта 2.It is known that the Sikorsky S-97 helicopter reaches a speed of 440 km/h without a wing, with the S-97 helicopter weighing 5000 kg; therefore, with a helicopter weighing 7000 kg, it is sufficient to compensate 2000 kg with the help of wing planes 3 in order to reach a speed of about 500 km/h without the risk of breaking the blades of the main rotor 2.
Подъемная сила крыла (Y) рассчитывается по формуле (1):The lift force of the wing (Y) is calculated using formula (1):
гдеWhere
Су - коэффициент подъемной силы крыла;С y - wing lift coefficient;
ρ - плотность воздуха, кг/м3;ρ - air density, kg/m 3 ;
V - истинная воздушная скорость летательного аппарата (далее - ЛА), м/с;V - true airspeed of an aircraft (hereinafter referred to as AC), m/s;
Sкрыла - площадь поворотных плоскостей крыла, м2.S wing - area of the wing's turning surfaces, m 2 .
Произведение коэффициента подъемной силы крыла на плотность воздуха приблизительно равно 1 кг/м3, поэтому при истинной воздушной скорости вертолета равной 100 м/с и площади плоскостей крыла Sкрыла равной 4 м2 подъемная сила крыла Y приблизительно равна 20000 н или 2000 кгс.The product of the lift coefficient of the wing and the air density is approximately equal to 1 kg/ m3 , therefore, with the true airspeed of the helicopter equal to 100 m/s and the wing plane area S equal to 4 m2 , the wing lift Y is approximately equal to 20,000 N or 2000 kgf.
Таким образом, на рассматриваемом вертолете достаточно установить крыло с плоскостями 3 двухметровой длины и общей площадью 4 м2, чтобы исключить поломку лопастей несущего винта 2 при скорости полета порядка 500 км/ч. Плоскости крыла 3 создадут необходимую подъемную силу и позволят снизить обороты несущего винта 2 до необходимых значений при больших скоростях вертолета. При взлетах, посадках и на малых скоростях вертолета для увеличения подъемной силы плоскости крыла 3 устанавливаются вдоль фюзеляжа 1.Thus, on the helicopter in question, it is sufficient to install a wing with 3 planes, two meters long and with a total area of 4 m2 , to prevent breakage of the main rotor blades 2 at flight speeds of approximately 500 km/h. The wing planes 3 will generate the necessary lift and allow the main rotor speed 2 to be reduced to the required values at higher helicopter speeds. During takeoffs, landings, and at low helicopter speeds, the wing planes 3 are installed alongside the fuselage 1 to increase lift.
Характеристики вертолета Ка-32 показывают, что его несущие винты обеспечивают вертолету с массой 7000 кг взлет и полет со скоростью порядка 250 км/ч. Согласно работе «Братухин И.П. Автожиры. Теория и расчет.М., ОНТИ НКТП - СССР: Госмашметиздат, 1934, 111 с.» вертолет с выбранными параметрами при приборной скорости 200 км/ч в режиме автожира имеет подъемную силу порядка 8000 кгс. Таким образом при скорости около 200 км/ч в рассматриваемом вертолете возможен переход на режим автожира. Для выхода на этот режим плоскости крыла 3, расположенные вдоль фюзеляжа 1, устанавливают перпендикулярно продольной оси фюзеляжа 1, затем включают турбореактивный двигатель 4, а турбовальные двигатели несущего винта 2 переводят в режим «Малого газа», при котором они не передают вращающий момент на несущий винт 2. Этим обеспечивается полет ВВКЛА на скоростях от 200 км/ч до 350 км/ч в режиме автожира. Дальнейшее увеличение скорости ВВКЛА осуществляют путем перевода турбовальных двигателей в режим вращения несущего винта 2 с угловыми скоростями, при которых линейная воздушная скорость на концах лопастей не превышает 90% от скорости звука. Ограничение линейной воздушной скорости на концах лопастей обеспечивает КСУ в автоматическом режиме.The Ka-32 helicopter's performance characteristics indicate that its rotors enable the 7,000 kg helicopter to take off and fly at speeds of approximately 250 km/h. According to the work "Bratukhin, I.P. Autogyros. Theory and Calculation. Moscow, ONTI NKTP - USSR: Gosmashmetizdat, 1934, 111 p.," a helicopter with the selected parameters at an indicated airspeed of 200 km/h in autogyro mode has a lift force of approximately 8,000 kgf. Thus, at a speed of approximately 200 km/h, the helicopter in question can transition to autogyro mode. To achieve this mode, wing planes 3, located along fuselage 1, are set perpendicular to the longitudinal axis of fuselage 1. Turbojet engine 4 is then started, and the turboshaft engines of main rotor 2 are switched to the "Idle" mode, in which they do not transmit torque to main rotor 2. This ensures flight of the airborne vehicle at speeds from 200 km/h to 350 km/h in autogyro mode. A further increase in the airborne vehicle speed is achieved by switching the turboshaft engines to the mode of rotation of main rotor 2 at angular speeds at which the linear airspeed at the blade tips does not exceed 90% of the speed of sound. The linear airspeed at the blade tips is limited automatically by the KSU.
Силу лобового сопротивления ЛА (Fсопр) при истинной воздушной скорости V равной 139 м/с (500,4 км/ч) и площади лобового сопротивления ВВКЛА S равной 2 м2 можно подсчитать по формуле (2):The drag force of an aircraft (F drag ) at a true airspeed V equal to 139 m/s (500.4 km/h) and a drag area of the aircraft S equal to 2 m2 can be calculated using formula (2):
гдеWhere
ρ - плотность воздуха, кг/м3;ρ - air density, kg/m 3 ;
V - истинная воздушная скорость ЛА, м/с;V - true airspeed of the aircraft, m/s;
S - площадь лобового сопротивления ЛА, м2.S is the frontal drag area of the aircraft, m2 .
При этом максимальная тяга турбореактивного двигателя АЛ-55 составляет 1760 кгс, а пропульсивная тяга турбовальных двигателей вертолета Ка-32 около 1000 кгс. Их суммарное действие превышает сопротивление воздуха, что позволяет достичь скорости 500 км/ч.The AL-55 turbojet engine's maximum thrust is 1,760 kgf, while the Ka-32 helicopter's turboshaft engines produce approximately 1,000 kgf of propulsive thrust. Their combined force exceeds air resistance, allowing the aircraft to reach speeds of 500 km/h.
Рассмотренный пример подтверждает возможность увеличения скорости ВВКЛА до 500 км/ч, увеличение грузоподъемности до 7000 кг при меньших энергетических затратах. Таким образом, пример подтверждает возможность достижения технического результата, который заключается в увеличении скорости полета, повышении грузоподъемности ВВКЛА, уменьшении энергетических затрат, необходимых для повышения скорости полета ВВКЛА (снижение количества топлива).The example discussed confirms the feasibility of increasing the aircraft's speed to 500 km/h and its payload capacity to 7,000 kg with lower energy consumption. Thus, the example confirms the feasibility of achieving the technical result of increasing the aircraft's flight speed, increasing its payload capacity, and reducing the energy consumption required to increase the aircraft's flight speed (reducing the amount of fuel).
Таким образом, в результате совместного применения предлагаемого ВВКЛА и способа его управления, достигается совместный технический результат, который заключается в увеличении скорости полета, повышении грузоподъемности ВВКЛА, уменьшении энергетических затрат, необходимых для повышения скорости полета ВВКЛА (снижении количества топлива).Thus, as a result of the combined use of the proposed VVKV and its control method, a joint technical result is achieved, which consists in increasing the flight speed, increasing the payload capacity of the VVKV, and reducing the energy costs required to increase the flight speed of the VVKV (reducing the amount of fuel).
Увеличение скорости полета ВВКЛА достигается за счет того, что плоскости крыла 3 на скоростях от 200 км/ч до 500 км/ч создают дополнительную подъемную силу, которая позволяет уменьшить скорость вращения несущего винта 2 и исключить поломку его лопастей.The increase in the flight speed of the VVKLA is achieved due to the fact that the wing planes 3 at speeds from 200 km/h to 500 km/h create additional lifting force, which allows for a decrease in the rotation speed of the main rotor 2 and prevents breakage of its blades.
Увеличение грузоподъемности ВВКЛА достигается за счет того, что плоскости крыла 3 на скоростях от 200 км/ч до 500 км/ч создают дополнительную подъемную силу.The increase in the payload capacity of the VVKLA is achieved due to the fact that the wing planes 3 create additional lift at speeds from 200 km/h to 500 km/h.
Уменьшение энергетических затрат, необходимых для повышения скорости полета ВВКЛА (снижении количества топлива) достигается за счет установки плоскостей крыла 3 вдоль фюзеляжа 1 на взлете, посадке и на скоростях полета до 200 км/ч. В этом положении плоскости крыла 3 не тормозят поток воздуха несущего винта 2, что позволяет увеличить подъемную силу ВВКЛА и уменьшить потребление топлива турбовальными двигателями. Кроме того, уменьшение энергетических затрат, согласно предлагаемому способу управления ВВКЛА достигается за счет перевода турбовальных двигателей на скоростях от 200 до 350 км/ч в режим «Малого газа», при котором турбовальные двигатели потребляют меньше топлива, чем в рабочем режиме.Reducing the energy consumption required to increase the aircraft's flight speed (reducing fuel consumption) is achieved by positioning wing surfaces 3 alongside fuselage 1 during takeoff, landing, and at flight speeds up to 200 km/h. In this position, wing surfaces 3 do not impede the airflow of the main rotor 2, which increases the aircraft's lift and reduces fuel consumption by the turboshaft engines. Furthermore, energy consumption, according to the proposed aircraft control method, is reduced by switching the turboshaft engines to "idle" mode at speeds between 200 and 350 km/h, which reduces fuel consumption by the turboshaft engines compared to their normal operating mode.
Claims (12)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2852580C1 true RU2852580C1 (en) | 2025-12-10 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2679364A (en) * | 1950-12-29 | 1954-05-25 | Jet Helicopter Corp | Convertible aircraft |
| RU2473454C2 (en) * | 2007-05-22 | 2013-01-27 | Еврокоптер | High-speed hybrid large-range helicopter |
| RU2539679C1 (en) * | 2013-11-19 | 2015-01-20 | Открытое Акционерное Общество "Московский Вертолетный Завод Им. М.Л. Миля" | High-speed rotary-wing aircraft |
| RU168554U1 (en) * | 2016-10-04 | 2017-02-08 | Сергей Викторович Михеев | High-speed combined helicopter (rotorcraft) |
| US20170275014A1 (en) * | 2014-10-01 | 2017-09-28 | Sikorsky Aircraft Corporation | Rotorcraft rotor and propeller speed |
| RU2674731C1 (en) * | 2017-06-13 | 2018-12-12 | Николай Алексеевич Цуриков | High speed helicopter |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2679364A (en) * | 1950-12-29 | 1954-05-25 | Jet Helicopter Corp | Convertible aircraft |
| RU2473454C2 (en) * | 2007-05-22 | 2013-01-27 | Еврокоптер | High-speed hybrid large-range helicopter |
| RU2539679C1 (en) * | 2013-11-19 | 2015-01-20 | Открытое Акционерное Общество "Московский Вертолетный Завод Им. М.Л. Миля" | High-speed rotary-wing aircraft |
| US20170275014A1 (en) * | 2014-10-01 | 2017-09-28 | Sikorsky Aircraft Corporation | Rotorcraft rotor and propeller speed |
| RU168554U1 (en) * | 2016-10-04 | 2017-02-08 | Сергей Викторович Михеев | High-speed combined helicopter (rotorcraft) |
| RU2674731C1 (en) * | 2017-06-13 | 2018-12-12 | Николай Алексеевич Цуриков | High speed helicopter |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11505314B2 (en) | Vertical takeoff and landing aircraft with tiltable rotors | |
| EP3529149B1 (en) | Multicopter with angled rotors | |
| EP3483065B1 (en) | Multirotor aircraft with collective for autorotation | |
| EP3466812B1 (en) | Tiltrotor aircraft having a downwardly tiltable aft rotor | |
| US8256704B2 (en) | Vertical/short take-off and landing aircraft | |
| US8113460B2 (en) | Fast hybrid helicopter with long range and an optimized lift rotor | |
| US8052094B2 (en) | Fast hybrid helicopter with long range with longitudinal trim control | |
| EP3201085B1 (en) | Dual rotor, rotary wing aircraft | |
| US8181901B2 (en) | Fast hybrid helicopter with long range and proportional drive to the rotor and the propeller | |
| CA2947974C (en) | Vtol aircraft | |
| EP3000722B1 (en) | Aircraft | |
| RU168554U1 (en) | High-speed combined helicopter (rotorcraft) | |
| EP1704089B1 (en) | Tilt-rotor aircraft | |
| WO2020105045A1 (en) | Air vehicle and method of operation of air vehicle | |
| EP2738091A1 (en) | Vertical take-off and landing (VTOL) aerial vehicle and method of operating such a VTOL aerial vehicle | |
| US12269581B2 (en) | Systems and methods for efficient cruise and hover in VTOL | |
| US20100065677A1 (en) | Hybrid helicopter that is fast and has long range | |
| EP3532375A1 (en) | Vertical take-off and landing aircraft and control method | |
| WO2018064209A1 (en) | Tilt-wing aircraft | |
| US10737776B2 (en) | Apparatus and method for roll moment equalization at high advance ratios for rotary wing aircraft | |
| US11926443B2 (en) | Rotorcraft | |
| US12202600B1 (en) | High-speed tiltrotor aircraft having a variable-sweep wing | |
| EP3838751B1 (en) | Convertiplane | |
| RU2852580C1 (en) | High-speed rotary-wing aircraft and method for controlling it | |
| Romeu | Flight control through vectored propulsion |