Вертолёт продольной схемы (патент RU2407675) и проект вертолёта Ка-102 (Россия)
Изобретение относится к области авиастроения, а именно к винтокрылым летательным аппаратам вертикального взлета и посадки. Вертолет содержит фюзеляж, несущие винты, к втулкам которых прикреплены лопасти, систему управления лопастями несущих винтов, состоящую из командных рычагов управления в кабине пилота и проводки управления, соединенной с лопастями, автопилот и двигатели для привода несущих винтов. Вертолет дополнительно снабжен не менее чем двумя воздушными винтами с приводом от двигателей, установленными симметрично относительно продольной оси фюзеляжа с возможностью изменения общего шага как совместно, так и дифференциально. Система управления вертолетом снабжена устройством, изменяющим частоту вращения несущих винтов. Лопасти закреплены на втулках несущих винтов жестко. Автопилот выполнен с функцией стабилизации горизонтального положения фюзеляжа. Достигается повышение аэродинамического качества вертолета и увеличение максимальной скорости полета
![1 Ка-102](/files/users/1131426_original%5B1%5D.jpg)
Известен вертолет продольной схемы (Изаксон A.M. «Советское вертолетостроение», издательство «Машиностроение», Москва, 1964 г.), который состоит из фюзеляжа, несущих винтов с шарнирным креплением лопастей, системы управления лопастями несущих винтов, выполненной в виде командных рычагов управления в кабине пилота, соединенных посредством проводки управления с автоматами перекоса и лопастями, двигателей для привода несущих винтов.
На известном вертолете лопасти несущих винтов прикреплены к втулкам посредством горизонтальных и вертикальных шарниров. Система управления лопастями несущих винтов выполнена в виде командных рычагов управления в кабине пилота, соединенных посредством проводки управления с автоматами перекоса и лопастями. Для движения вертолета в горизонтальном направлении несущие винты с помощью автоматов перекоса наклоняются вперед и создают не только подъемную силу, но и пропульсивную, направленную вперед для преодоления вредного сопротивления вертолета. Возникающие по мере роста скорости полета и увеличения угла наклона несущих винтов вперед явления срыва потока на лопастях приводят к снижению несущей способности несущих винтов и аэродинамического качества вертолета, к чрезмерному росту нагрузок и напряжений в системе управления, что не допускает дальнейшего увеличения скорости полета. Кроме того, увеличивается наклон вперед фюзеляжа вертолета, приводящий к дополнительному росту вредного сопротивления, что также существенно ограничивает возможности увеличения максимальной скорости полета.
Технической задачей заявляемого технического решения является повышение аэродинамического качества вертолета и увеличение максимальной скорости полета.
![2 Ка-102](/files/users/1131528_original%5B1%5D.jpg)
Изобретение поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображен вертолет продольной схемы, вид сбоку, на Фиг.2 изображен вертолет продольной схемы, вид сверху, на Фиг.3 изображена схема управления вертолетом.
![4 4](/files/users/1131811_original%5B1%5D.jpg)
При вертикальном взлете практически вся потребная для взлета мощность передается от двигателей 3 на несущие винты 2, которые вращаются со взлетной частотой. Углы общего шага воздушных винтов 6 устанавливаются пилотом с помощью рычагов управления 8 таким образом, чтобы эти винты не создавали силы тяги. Разгон вертолета продольной схемы вперед с режима висения может выполняться одним из способов: «по-вертолетному» или «по-самолетному». Например, для разгона «по-вертолетному» пилот отклонением рычагов управления 8 создает на несущих винтах 2 продольные моменты на пикирование, вследствие чего фюзеляж 1 вертолета продольной схемы наклоняется вперед вместе с несущими винтами 2, которые при этом и создают горизонтальную составляющую силы. По мере увеличения скорости полета в создание горизонтальной силы вступают воздушные винты 6, углы общего шага которых по команде пилота посредством рычагов управления 8 и устройства для изменения шага лопастей воздушных винтов 11 увеличиваются, и при достижении определенной скорости (≈200 км/ч) всю силу для продвижения вперед создают только воздушные винты 6, а несущие винты 2 обеспечивают только потребную подъемную силу («самолетный» режим полета). В этом случае практически вся мощность двигателей 3 передается уже на воздушные винты 6. При этом частота вращения несущих винтов 2 с целью повышения аэродинамического качества вертолета продольной схемы уменьшается на 20-30% с помощью устройства для изменения частоты вращения несущих винтов 7. Высокое аэродинамическое качество несущих винтов 2 (в два с лишним раза превышающее соответствующую величину обычного, «шарнирного» винта) возможно благодаря жесткому креплению лопастей 5 несущих винтов 2 к втулкам 4. Уменьшение частоты вращения несущих винтов 2 происходит автоматически с участием автопилота 9. В случае необходимости разворота по курсу по команде пилота через отклонение рычагов управления 8 величины общего шага воздушных винтов 6 изменяются с помощью устройства для изменения шага лопастей воздушных винтов 6 дифференциально, то есть с увеличением шага на одном из винтов и с соответствующим уменьшением шага на другом. Создаваемый таким образом путевой момент разворачивает вертолет продольной схемы в нужную сторону. На каждом режиме полета «по-самолетному», характеризующемся барометрической высотой и скоростью полета, автопилот 9 через устройство дифференциального управления общим шагом несущих винтов 12 обеспечивает горизонтальное положение фюзеляжа 1, чем достигается минимальное сопротивление вертолета продольной схемы, что также положительно сказывается на аэродинамическом качестве несущих винтов 2 и вертолета продольной схемы в целом.
Вертолет продольной схемы, содержащий фюзеляж, несущие винты, к втулкам которых прикреплены лопасти, систему управления лопастями несущих винтов, состоящую из командных рычагов управления в кабине пилота и проводки управления, соединенной с лопастями, автопилот и двигатели для привода несущих винтов, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен не менее чем двумя воздушными винтами с приводом от двигателей, установленными симметрично относительно продольной оси фюзеляжа с возможностью изменения общего шага как совместно, так и дифференциально, система управления вертолетом снабжена устройством, изменяющим частоту вращения несущих винтов, лопасти закреплены на втулках несущих винтов жестко, а автопилот выполнен с функцией стабилизации горизонтального положения фюзеляжа.
Авторы патента: Михеев Сергей Викторович (RU) , Носов Сергей Викторович (RU) , Аникин Виктор Андреевич (RU) , Квоков Вадим Николаевич (RU)
Владелец патента: Открытое акционерное общество "Камов" (RU)
Источник — http://www.findpatent.ru/
А теперь смотрим сюда (кажись это из одного сундучка) :
Мы нашли ряд новых приложений технологии скоростных вертолетов. Это демонстрирует идея скоростного вертолета продольной схемы Ка-102, которую мы впервые демонстрируем на МАКС-2009. Предлагаемый нами новый проект Ка-102 предусматривает применение бесшарнирных жестких несущих винтов и отдельных движителей для обеспечения горизонтальной скорости.
![3 Ка-102](/files/users/1132244_original%5B3%5D.jpg)
Силовая установка Ка-102 — это два газотурбинных двигателя, которые посредством трансмиссии приводят во вращения оба несущих винта, а так же два тянущих воздушных винта (нечто подобное нами уже было реализовано полвека назад на знаменитом винтокрыле Ка-22, который, правда, выполнялся по поперечной схеме и мог летать со скоростью 350 км/ч). Таким образом, философия такова :жесткий бесшарнирный несущий винт и отдельные винтовые движители для обеспечения поступательного полета.
Я уже говорил, что нами, например, рассматривается вопрос управления оборотами несущего винта: на этапах вертикального взлета они должны быть максимальными, обеспечивая наибольшую подъемную силу, а при полете с высокой скоростью, для предотвращения попадания наступающей лопасти в режим околозвукового обтекания, их нужно уменьшать. Кроме того, в перспективе предстоит перейти к более сложным законам управления лопастями несущего винта – привычное циклическое изменение шага, изобретенное еще в начале прошлого века нашим великим соотечественником профессором Б.Н.Юрьевым и нашедшее практическое применение в виде автомата перекоса на всех ныне летающих вертолетах, может быть дополнено более сложными алгоритмами, вычисляемыми в каждый момент времени бортовыми компьютерами. Подобное управление несущим винтом позволит лопастям в каждой точке диска занимать наиболее выгодное положение по углу атаки, обеспечивая наилучшие аэродинамические характеристики. В качестве летающей лаборатории для отработки таких решений вполне подойдет, например, самый скоростной из наших сегодняшних вертолетов – Ка-50 (максимальная скорость при полете со снижением – до 350 км/ч), который посредством установки дополнительных движителей (например, турбореактивных двигателей в районе крыла) можно будет разогнать еще на 100-150 км/ч.Если же заглянуть еще дальше, то, думаю, не все резервы исчерпаны. Вертолет в будущем сможет летать и быстрее 500 км/ч. Однако если при 350-500 км/ч оптимальным средством обеспечения горизонтальной составляющей скорости вертолета является воздушный винт, то, скажем, при полете с 600-700 км/ч целесообразней будет иметь уже для этого двухконтурные турбореактивные двигатели. Чтобы летать еще быстрее, нужно будет уже убирать несущий винт. Проработки таких вертолетов мы делали уже довольно давно. Однако, вышесказанное – это пока еще весьма далекая перспектива. Пока же мы ведем речь о создании вертолета, способного летать со скоростью 450-500 км/ч. ОАО «Вертолеты России» определило эту задачу одной из важнейших тем перспективных НИОКР холдинга.
Из интервью главного редактора журнала "Взлёт" Андрея Фомина с генеральным конструктором ОАО «Камов» Сергеем Михеевым накануне выставки МАКС-2009