Головка ротора автожиру
Власники патенту UA 2263047:
Винахід відноситься до гвинтокрилих літальних апаратів, зокрема автожирів. Пропонована головка містить вузол втулки ротора, пов'язаний з шарніром гойдання втулки, аеродинамічна поверхня, пов'язану з віссю втулки. Дана поверхня розміщена так, що розрахункова точка застосування результуючої аеродинамічної сили, що виникає на ній, зміщена в бік хвостової частини автожиру від осі поздовжнього гойдання втулки. Причому вказана аеродинамічна поверхня встановлена на елементі, жорстко пов'язаному з віссю втулки. Аеродинамічна поверхня може бути забезпечена засобом зміни кута її установки, розташовуватися по обидва боки поздовжньої площини симетрії автожиру і бути симетричною щодо цієї площини симетрії. Технічний результат винаходу полягає у підвищенні аеродинамічної стійкості ротора автожиру в польоті та зниженні рівня вібрацій головки ротора. 3 з.п. ф-ли, 3 іл.
Винахід відноситься до авіації, а конкретніше до конструкцій автожирів.
Недоліком відомої конструкції є недостатня аеродинамічна стійкість ротора автожиру в польоті, що призводить до нестійкості літального апарату під час польоту.
Недоліком відомої конструкції є недостатня аеродинамічна стійкість ротора автожиру в польоті, що призводить до нестійкості всього літального апарату в польоті. Крім того, для відомої конструкції характерний порівняно високий рівень вібрацій головки ротора, обумовлений наявністю механічного та аеродинамічного дисбалансів ротора.
Винахід дозволяє підвищити аеродинамічний стійкість ротора автожиру в польоті, а також знизити рівень вібрацій головки ротора.
Вказанийтехнічний результат досягається за рахунок того, що головка ротора автожиру, що містить вузол втулки ротора, пов'язаний з шарніром гойдання втулки, забезпечена аеродинамічною поверхнею, пов'язаною з нерухомим щодо осі втулки елементом головки ротора і розміщеною таким чином, що розрахункова точка докладання результуючої аеродинам. на цій поверхні, зміщена у бік хвостової частини автожиру від осі поздовжнього хитання втулки.
Зазначений технічний результат досягається за рахунок того, що аеродинамічна поверхня забезпечена засобом зміни кута її установки.
При цьому додатково забезпечується можливість налаштування положення аеродинамічної поверхні на заданий діапазон швидкостей польоту, яку виконують на землі або безпосередньо в польоті.
Зазначений технічний результат досягається за рахунок того, що аеродинамічна поверхня розташована по обидва боки від поздовжньої площини симетрії автожиру.
Таке розташування аеродинамічної поверхні (порівняно з її одностороннім розташуванням) полегшує аеродинамічний балансування системи ротора та його підвіски.
Зазначений результат досягається також у тому випадку, коли аеродинамічна поверхня виконана симетричною відносно поздовжньої площини симетрії автожиру.
На малюнку 1 показана конструкція головки ротора автожиру згідно з цим винаходу; елементи втулки ротора автожиру показані в положенні, що відповідає розташуванню лопатей несучого гвинта автожиру вздовж поздовжньої осі останнього. На фігурі 2 показаний автожир (вигляд зверху) згідно з цим винаходу з асиметрично розташованої відносно поздовжньої площини симетрії автожиру аеродинамічної поверхнею. На малюнку 3 показанийавтожир (вигляд зверху) згідно з цим винаходу з симетрично розташованої відносно поздовжньої площини симетрії автожиру аеродинамічної поверхнею.
Головка ротора автожиру містить (див. фіг.1) втулку 1 ротора, закріплену на осі 2, встановленої на важелі 3, пов'язаному з шарніром 4 гойдання втулки тангажу, тобто. навколо осі 5 поздовжнього хитання. Шарнір 4 гойдання втулки по тангажу, у свою чергу, пов'язаний з шарніром 6 гойдання втулки по крену, який жорстко закріплений на рамі 7, що несе, автожиру. Шарнір 4 гойдання втулки по тангажу і шарнір 6 гойдання втулки по крену, що утворюють карданний підвіс втулки 1, можуть бути виконані у вигляді єдиного шарніра, наприклад у вигляді шарніра кульового типу або у вигляді шарніра на гнучких зв'язках, зі збереженням функцій, властивих сукупності окремих шарнів . З втулкою 1 жорстко пов'язані щоки 8 (на фігурі 1 видно тільки одна, розташована ближче до спостерігача), між якими на осі 9 закріплено коромисло 10, якого безпосередньо кріпляться лопаті несучого гвинта автожиру (на фігурі 1 не показані). До важеля 3 прикріплені шарнірно тяги 11 (на фігурі 2 видно тільки одна з них, розташована ближче до спостерігача) системи управління ротором автожиру (не показана).
Головка ротора забезпечена аеродинамічної поверхнею 12, пов'язаної з нерухомим щодо осі втулки елементом головки ротора, наприклад з важелем 3 (як це показано на фіг.1) або з нерухомим щодо осі 2 втулки елементом шарніра. Як аеродинамічної поверхні 12 може використовуватися елемент типу «крило», тобто. елемент, здатний при обтіканні повітряним потоком створювати підйомну силу. При цьому підбирають геометричні характеристики аеродинамічної поверхні 12, що забезпечують досягнення в умовах збуреного потокузаявленого технічного результату заданому діапазоні швидкостей польоту.
Аеродинамічна поверхня 12 розміщена таким чином, що розрахункова точка 13 докладання результуючої аеродинамічної сили, що виникає на цій поверхні, зміщена у бік хвостової частини автожиру від осі 5 поздовжнього хитання втулки на відстань «L».
Аеродинамічна поверхня 12 може бути оснащена засобом 14 зміни кута її установки. Зазначений засіб може бути виконаний, зокрема, у вигляді стійки зі змінною довжиною, шарнірно пов'язаною з аеродинамічною поверхнею 12 і нерухомим щодо осі втулки елементом головки ротора (наприклад, з важелем 3). Довжина стійки може змінюватися вручну (на землі) або за допомогою електричного, гідравлічного, а також іншого приводу (переважно дистанційно в польоті). При такому виконанні засобу 14 зміни кута установки аеродинамічної поверхні остання встановлюється з можливістю зміни її кутового положення, наприклад, як показано на фіг.1, за допомогою шарніра 15. Можливе використання інших відомих засобів, що забезпечують можливість зміни кутового положення аеродинамічної поверхні 12 і наступне надійне утримання (фіксацію) їх у заданому положенні.
Аеродинамічна поверхня 12 може бути розташована як по одну сторону від поздовжньої площини 16 симетрії автожиру, так і по обидва боки від останньої, але бути асиметричною щодо поздовжньої площини 16 симетрії автожиру (останній варіант розташування аеродинамічної поверхні дано на фігурі 2 несучий гвинт з лопа показаний у довільному положенні). В окремому випадку, аеродинамічна поверхня 12, розташована по обидва боки від поздовжньої площини симетрії автожиру, може бути виконанасиметричної відносно поздовжньої площини 16 симетрії автожиру (такий варіант розташування аеродинамічної поверхні показаний на фігурі 3, гвинт, що несе, з лопатями 17 показаний в довільному положенні). Кут установки аеродинамічної поверхні 12 може бути визначений, зокрема, як кут між хордою 18 її профілю і площиною 19, перпендикулярної осі 2 втулки ротора. Лінії 18' і 18" на фіг. 1 показують можливі відхилення кутового положення лінії хорди 18 при зміні кута установки аеродинамічної поверхні 12.
Головка ротора автожиру працює в такий спосіб. У польоті ротор автожиру, закріплений на втулці 1, обертається разом з нею навколо осі 2. Управління положенням ротора автожиру в польоті пілот здійснює за допомогою зміни положення ручки керування (не показана), пов'язаної через систему керування з тягами 11. Тяги 11 передають керуючий вплив на шарнірно закріплений важіль 3 жорстко пов'язаний з віссю 2 втулки 1 ротора. Зміни положення в просторі осі 2 втулки 1 призводить до змін положення ротора, що обертається автожиру, яким відповідають певні вертикальна і горизонтальна складові швидкості польоту.
Аеродинамічна поверхня 12 за допомогою засобу 14 зміни кута її установки фіксується в деякому положенні, заданому для положення ротора автожиру на вибраній швидкості польоту.
На ротор автожиру в польоті можуть діяти різні фактори, що обурюють, що призводять до дестабілізації польоту. Одним з таких факторів, що дестабілізують, є раптовий порив вітру, який може призвести до різкої зміни положення площини обертання лопатей 17 несучого гвинта автожиру і, як наслідок, до втрати автожиром стійкості в польоті. У запропонованій конструкції головки ротораавтожиру разом зі зміною кутового положення осі 2 втулки ротора (зокрема, його головки) під дією раптового обурення відбувається і зміна кутового положення аеродинамічної поверхні 12. В результаті зростає кут атаки аеродинамічної поверхні 12 до потоку, що набігає, що призводить до зміни прикладеної до цієї поверхні у точці 13 аеродинамічної сили, що прагне повернути аеродинамічну поверхню 12 у вихідне, по відношенню до потоку, що набігає, положення. Вказана сила через важіль із плечем «L» прикладається до втулки ротора, прагнучи (без зусиль з боку пілота) компенсувати зовнішнє обурення. Тим самим підвищується аеродинамічна стійкість ротора автожиру в польоті. Одночасно досягається ефект тримування системи керування ротором автожиру.
Підбором плеча «L», площі аеродинамічної поверхні 12, у поєднанні з вибором кута α домагаються необхідної аеродинамічної стійкості ротора (і заданого тримування) по тангажу, а вибором положення аеродинамічної поверхні 12 щодо поздовжньої площини 16 симетрії автожиру, а також її форми, стійкості за креном. Крім того, при заданій асиметрії положення аеродинамічної поверхні 12 щодо поздовжньої площини 16 симетрії автожиру (як це показано на фіг.2) і підібраних вугіллі α і геометрії цієї поверхні досягається компенсація (щонайменше, часткова) відомої несиметричності розподілу підйомних сил між «лівою » і «правою» сторонами ротора, що обертається.
На деяких режимах польоту через наявність у ротора механічного та аеродинамічного дисбалансів на головці ротора, зокрема на важелі 3, присутні вібрації, які через тяги 11 і далі через систему управління ротором передаютьсяна ручку керування. У відомих конструкціях автожирів вібрації ручки керування можуть досягати таких рівнів, при яких ефективне керування автожиром стає скрутним. Складові вібропереміщень головки ротора, що проявляються як поперечні переміщення аеродинамічної поверхні 12, пригнічуються нею за рахунок виникнення сил аеродинамічного демпфування. А це також сприяє підвищенню стійкості ротора автожиру в польоті і полегшує роботу пілота.
1. Головка ротора автожиру, що містить вузол втулки ротора, пов'язаний з шарніром гойдання втулки, аеродинамічну поверхню, пов'язану з віссю втулки і розміщену так, що розрахункова точка застосування результуючої аеродинамічної сили, що виникає на цій поверхні, зміщена у бік хвостової частини автожиру гойдання втулки, що відрізняється тим, що вказана аеродинамічна поверхня встановлена на елементі, жорстко пов'язаному із зазначеною віссю втулки.
2. Головка ротора автожиру за п.1, що відрізняється тим, що аеродинамічна поверхня забезпечена засобом зміни кута її установки.
3. Головка ротора автожиру за п. 1 або 2, що відрізняється тим, що аеродинамічна поверхня розташована по обидва боки поздовжньої площини симетрії автожиру.
4. Головка ротора автожиру за п.3, що відрізняється тим, що аеродинамічна поверхня виконана симетричною відносно поздовжньої площини симетрії автожиру.