Втулка несущего винта с автоматом перекоса вертолета МИ-8.
Снова вернемся к нашим вертолетам :-), этим красивым и удивительным (несмотря на их кажущуюся сегодня обычность) аппаратам. Поговорим немного подробнее о принципах их управления.
В статье «Как летает вертолет» я этого уже коснулся. Для того чтобы вертолет двигался поступательно, нужен перекос винта, и создает его такой агрегат, как автомат перекоса вертолета. Вот о нем сегодня и поговорим.
Как известно для вертолета полная аэродинамическая сила — это сумма всех сил, действующих на каждую лопасть в отдельности. Силы эти я бы разделил на искусственные и на естественные.
Лопасти несущего винта, описывая полный круг вокруг оси при его вращении, обтекаются встречным потоком воздуха по-разному. Полный круг – это 360º. Тогда примем заднее положение лопасти за 0º и далее через каждые 90º полный оборот. Так вот лопасть в интервале от 0º до 180º — это лопасть наступающая, а от 180º до 360º — отступающая. Принцип такого названия, я думаю, понятен. Наступающая лопасть движется навстречу набегающему потоку воздуха, и суммарная скорость ее движения относительно этого потока возрастает потому что сам поток, в свою очередь, движется ей навстречу. Ведь вертолет летит вперед. Соответственно растет и подъемная сила. (Для примера приведу пояснительный рисунок из «заслуженной» 🙂 книги об управлении вертолетом МИ-1.)
Изменение скоростей набегающего потока при вращении винта для вертолета МИ-1 (средние скорости полета).
У отступающей лопасти картина противоположная. От скорости набегающего потока отнимается скорость, с которой эта лопасть как бы от него «убегает» :-). В итоге имеем подъемную силу меньше. Получается серьезная разница сил на правой и левой стороне винта и отсюда явный переворачивающий момент. При таком положении вещей вертолет при попытке движения вперед будет иметь тенденцию к переворачиванию. Такие вещи имели место при первом опыте создания винтокрылых аппаратов.
Чтобы этого не происходило, конструктора применили одну хитрость. Дело в том, что лопасти несущего винта закреплены во втулке (это такой массивный узел, насаженный на выходной вал), но не жестко. Они с ней соединены с помощью специальных шарниров (или устройств, им подобных). Шарниры бывают трех видов: горизонтальные, вертикальные и осевые.
Силы, действующие на лопасть, подвешенную ко втулке винта на шарнирах.
Теперь посмотрим что же будет происходить с лопастью, которая подвешена к оси вращения на шарнирах. Итак, наша лопасть вращается с постоянной скоростью без каких-либо управляющих воздействий извне.
От 0º до 90º скорость обтекания лопасти растет, значит растет и подъемная сила. Но! Теперь лопасть подвешена на горизонтальном шарнире. В результате избыточной подъемной силы она, поворачиваясь в горизонтальном шарнире, начинает подниматься вверх ( специалисты говорят «делает взмах»). Одновременно из-за увеличения лобового сопротивления (ведь скорость обтекания возросла) лопасть отклоняется назад, отставая от вращения оси винта. Для этого как раз и служит вертикальный шарнир.
Однако при взмахе получается, что воздух относительно лопасти приобретает еще и некоторое движение вниз и, таким образом, угол атаки относительно набегающего потока уменьшается. То есть рост избыточной подъемной силы замедляется. На это замедление оказывает свое дополнительно влияние отсутствие управляющего воздействия. Это значит, что тяга автомата перекоса, присоединенная к лопасти, сохраняет свое положение неизменным, и лопасть, взмахивая, вынуждена поворачиваться в своем осевом шарнире, удерживаемая тягой и, тем самым, уменьшая свой установочный угол или угол атаки по отношению к набегающему потоку. (Картина происходящего на рисунке. Здесь У – это подъемная сила, Х – сила сопротивления, Vy – вертикальное движение воздуха, α – угол атаки.)
Картина изменения скорости и угла атаки набегающего потока при вращении лопасти несущего винта.
До точки 90º избыточная подъемная сила будет продолжать расти, однако из-за вышесказанного со все большим замедлением. После 90º эта сила будет уменьшаться, но из-за ее присутствия лопасть будет продолжать двигаться вверх, правда все медленнее. Максимальную высоту взмаха она достигнет уже несколько перевалив за точку 180º. Это происходит потому, что лопасть имеет определенный вес, и на нее действуют еще и силы инерции.
При дальнейшем вращении лопасть становится отступающей, и на нее действуют все те же процессы, но уже в обратном направлении. Величина подъемной силы падает и центробежная сила вместе с силой веса начинают опускать ее вниз. Однако при этом растут углы атаки для набегающего потока (теперь уже воздух движется вверх по отношению к лопасти), и растет установочный угол лопасти из-за неподвижности тяг автомата перекоса вертолета. Все происходящее поддерживает подъемную силу отступающей лопасти на необходимом уровне. Лопасть продолжает опускаться и минимальной высоты взмаха достигает уже где-то после точки 0º, опять же из-за сил инерции.
Таким образом, лопасти вертолета при вращении несущего винта как бы «машут» или еще говорят «порхают». Однако это порхание вы, так сказать, невооруженным взглядом вряд ли заметите. Подъем лопастей вверх (как и отклонение их назад в вертикальном шарнире) очень незначительны. Дело в том, что на лопасти оказывает очень сильное стабилизирующее воздействие центробежная сила. Подъемная сила, например, больше веса лопасти в 10 раз, а центробежная – в 100 раз. Именно центробежная сила превращает на первый взгляд «мягкую» гнущуюся в неподвижном положении лопасть в жесткий, прочный и отлично работающий элемент несущего винта вертолета.
Однако несмотря на свою незначительность вертикальное отклонение лопастей присутствует, и несущий винт при вращении описывает конус, правда очень пологий. Основание этого конуса и есть плоскость вращения винта.
Силы, действующие на вертолет.
Теперь главная мысль :-). В известной статье я уже говорил, что для придания вертолету поступательного движения нужно эту плоскость наклонить, дабы появилась горизонтальная составляющая полной аэродинамической силы, то есть горизонтальная тяга винта. Иначе говоря, нужно наклонить весь воображаемый конус вращения винта. Если вертолету нужно двигаться вперед, значит конус должен быть наклонен вперед.
Исходя из описания движения лопасти при вращении винта, это означает, что лопасть в положении 180º должна опуститься, а в положении 0º (360º) должна подняться. То есть в точке 180º подъемная сила должна уменьшиться, а в точке 0º(360º) увеличиться. А это в свою очередь можно сделать уменьшив установочный угол лопасти в точке 180º и увеличив его в точке 0º (360º). Аналогичные вещи должны происходить при движении вертолета в других направлениях. Только при этом, естественно, аналогичные изменения положения лопастей будут происходить в других угловых точках.
Понятно, что в промежуточных углах поворота винта между указанными точками установочные углы лопасти должны занимать промежуточные положения, то есть угол установки лопасти меняется при ее движении по кругу постепенно, циклично.Он так и называется циклический угол установки лопасти (циклический шаг винта). Я выделяю это название потому, что существует еще и общий шаг винта (общий угол установки лопастей). Он изменяется одновременно на всех лопастях на одинаковую величину. Обычно это делается для увеличения общей подъемной силы несущего винта.
Такие действия как раз и выполняет автомат перекоса вертолета. Он изменяет угол установки лопастей несущего винта (шаг винта), вращая их в осевых шарнирах посредством присоединенных к ним тяг. Обычно всегда присутствуют два канала управления: по тангажу и по крену, а также канал изменения общего шага несущего винта.
Тангаж означает угловое положение летательного аппарата относительно его поперечной оси (нос вверх-вниз :-)), а крен, соответственно, относительно его продольной оси (наклон влево-вправо :-)).
Конструктивно автомат перекоса вертолета выполнен достаточно сложно, но пояснить его устройство вполне можно на примере аналогичного узла модели вертолета. Модельный автомат, конечно, устроен попроще своего старшего собрата, но принцип абсолютно тот же :-).
Автомат перекоса модели вертолета.
Это двухлопастной вертолет. Управление угловым положением каждой лопасти осуществляется через тяги 6. Эти тяги соединены с так называемой внутренней тарелкой 2 (из белого металла). Она вращается вместе с винтом и в установившемся режиме параллельна плоскости вращения винта. Но она может менять свое угловое положение (наклон), так как закреплена на оси винта через шаровую опору 3. При изменении своего наклона (углового положения) она воздействует на тяги 6, которые, в свою очередь, воздействуют на лопасти, поворачивая их в осевых шарнирах и меняя, тем самым, циклический шаг винта.
Внутренняя тарелка одновременно является внутренней обоймой подшипника, внешняя обойма которого – это внешняя тарелка винта 1. Она не вращается, но может менять свой наклон (угловое положение) под воздействием управления по каналу тангажа 4 и по каналу крена 5. Меняя свой наклон под воздействием управления внешняя тарелка меняет наклон внутренней тарелки и в итоге наклон плоскости вращения несущего винта. В итоге вертолет летит в нужном направлении :-).
Общий шаг винта меняется перемещением по оси винта внутренней тарелки 2 при помощи механизма 7. В этом случае угол установки меняется сразу на обеих лопастях.
Для более лучшего понимания помещаю еще несколько иллюстраций втулки винта с автоматом перекоса. Комментировать их нет смысла :-)…
Втулка винта с автоматом перекоса (схема).
Поворот лопасти в вертикальном шарнире втулки несущего винта.
Изменение общего шага винта, лопасти поворачиваются в осевых шарнирах.
Вот пожалуй и все. Как видите, принципиально все достаточно просто. Конечно в практическом плане автомат перекоса вертолета — агрегат сложный, включающий в себя различные специальные узлы и устройства.
Втулка несущего винта с автоматом перекоса вертолета МИ-2.
В одной из следующих статей мы этого коснемся, а также рассмотрим как же непосредственно управляется вертолет из кабины пилота с использованием автомата перекоса и специальных органов управления.
В заключение я предлагаю вам посмотреть два ролика, которые достаточно наглядно иллюстрируют работу автомата перекоса несущего винта. Полезного просмотра и до новых встреч :-)…
Фотографии кликабельны.
Related posts:
avia-simply.ru
Для того чтобы вертолет обладал высокими летно-техническими характеристиками и был эффективным транспортным средством, удобным в эксплуатации, он должен отвечать ряду требований. Эти требования можно разделить на общие для всех летательных аппаратов (ЛА) и специальные, зависящие от целевого назначения и особенностей боевого применения.
Посмотреть все вертолеты
К общим требованиям относятся:
Многие из этих требований противоречивы. В ходе проектирования вертолетов происходит преодоление этих противоречий путем принятия компромиссных решений или разработки принципиально новых конструкций.
В связи с усложнением авиационной техники и повышением требований к уровню безопасности полетов существенно возросла важность эргономических требований к JTA. Эргономические требования сводятся к приспособленности ЛА, его кабины, командных рычагов управления, приборного и другого оборудования к физиологическим и психологическим возможностям человека для наиболее эффективного использования возможностей как ЛА, так и летчика. В этом отношении весьма важно правильное распределение функций между автоматикой JIA и летчиком.
Эргономические требования включают гигиенические, антропометрические, физиологические и психофизиологические требования к Л А. Гигиенические требования сводятся к соблюдению норм микроклимата и ограничению воздействия вредных факторов внешней среды на человека (шума, вибраций, температуры и т. д.). Антропометрические требования определяют размеры кабины, командных рычагов управления, их расположение в соответствии с ростом человека, длиной его конечностей и т. д. Физиологические требования задают величины управляющих усилий в соответствии с возможностями человеческого организма. Психофизиологические требования характеризуют приспособленность ЛА, приборного оборудования к особенностям органов чувств человека.
Кроме перечисленных выше общих требований к вертолетам предъявляются специальные требования, отражающие специфику их конструкции, режимов полета, способов создания подъемной силы, управления и так далее.
К специальным требованиям относятся:
При разработке военного вертолета к нему предъявляются специальные требования, определяемые его назначением и условиями боевого применения, так называемые тактико-технические требования (ТТТ). Они задают летно-технические характеристики, необходимые для эффективного выполнения поставленных боевых задач: максимальную скорость, дальность полета, потолок, полезную нагрузку, состав экипажа, необходимое оборудование и вооружение. ТТТ разрабатываются с учетом современного уровня развития науки- и- техники и ближайших перспектив их развития.
Вертолетом называют ЛА, у которого подъемная сила и тяга для поступательного полета создаются лопастями одного или нескольких вращающихся НВ. В отличие от крыла самолета лопа- ети НВ обтекаются набегающим потоком не только при поступательном полете, но и при работе на месте. Это обеспечивает вертолету возможность висеть неподвижно, взлетать и садиться вертикально.
В ходе зарождения и развития вертолетов было опробовано большое число различных схем, от простейших до сложных комбинированных ЛА. В результате были отброшены неудачные и выявились жизнеспособные схемы вертолетов, используемые в настоящее время.
Основным критерием различия этих схем принято считать количество и расположение несущих винтов. По числу НВ вертолеты могут быть одновинтовыми, двухвинтовыми и многовинтовыми. Современные вертолеты строятся только по одновинтовой и двухвинтовой схемам.
Одновинтовая схема отличается сравнительно малой массой, наибольшей простотой конструкции и системы управления. Однако для уравновешивания реактивного момента НВ такого вертолета необходим рулевой винт, потребляющий до 10% мощности силовой установки. Он устанавливается на длинной балке, увеличивающей габариты и массу вертолета, создает опасность для обслуживающего персонала.
Недостатком одновинтового вертолета является также узкий диапазон допустимых центровок, поскольку его балансировка возможна при условии, что центр масс расположен вблизи оси вала НВ.
НВ двухвинтовых вертолетов вращаются в противоположных направлениях, поэтому их реактивные моменты уравновешивают друг друга без дополнительных затрат мощности.
Вертолеты продольной схемы наиболее распространены среди двухвинтовых вертолетов благодаря ряду преимуществ:
Продольная схема, однако, имеет ряд серьезных недостатков:
Двухвинтовые вертолеты поперечной схемы имеют ряд положительных качеств:
Серьезным недостатком поперечной схемы является необходимость специальной конструкции для размещения винтов, которая имеет большие лобовое сопротивление и массу. Для снижения лобового сопротивления эта конструкция может быть выполнена в виде крыла.
К недостаткам поперечной схемы следует также отнести узкий диапазон центровок и необходимость длинной трансмиссии для синхронизации НВ, трудности обеспечения устойчивости и управляемости.
Двухвинтовые вертолеты соосной схемы обладают наименьшими габаритами. НВ вертолета соосной схемы расположены один над другим и не требуют синхронизации вращения, что значительно упрощает и облегчает трансмиссию. Аэродинамическая симметрия схемы упрощает пилотирование и прицеливание.
Однако соосной схеме присущи определенные недостатки:
Советским конструкторам удалось справиться с трудностями доводки опытных вертолетов такой схемы, и они выпускаются серийно.
У двухвинтового вертолета с перекрещивающимися винтами оси НВ расположены по бокам фюзеляжа и наклонены наружу. Ввиду потерь мощности, связанных с наклоном НВ, и очень сложной системой управления такая схема не получила широкого распространения.
Скорость полета вертолетов любых схем ограничена условиями обтекания НВ. При увеличении скорости полета концевые участки лопастей испытывают влияние сжимаемости воздуха и попадают в режим срыва потока, что приводит к сильным вибрациям и резкому увеличению потребляемой мощности. Поэтому максимальная скорость горизонтального полета обычных вертолетов не превышает 320—340 км/ч.
Для дальнейшего увеличения скорости полета необходимо разгрузить НВ. С этой целью на вертолет устанавливается крыло.
Дополнительная тяга в направлении полета вертолета может создаваться воздушным винтом (тянущим или толкающим) или турбореактивным двигателем. Скорость таких комбинированных ЛА может достигать 500 км/ч и выше. Несмотря на сложность конструкции, вертолеты комбинированной схемы являются перспективными.
В настоящее время наибольшее распространение у нас в стране и во всем мире получили вертолеты, выполненные по одновинтовой схеме с рулевым винтом.
В процессе развития вертолетостроения сложился вполне определенный облик современного вертолета.
Основной частью вертолета является фюзеляж, предназначенный для размещения грузов, экипажа, оборудования, топлива и т. п. Кроме того, он является силовой базой, к которой крепятся все остальные части вертолета и передаются нагрузки от них. Фюзеляж представляет собой тонкостенную подкрепленную конструкцию. Центральная часть фюзеляжа обычно является грузовой кабиной, носовая — кабиной экипажа.
Хвостовая 8 и концевая 6 балки являются продолжением фюзеляжа и предназначены для размещения рулевого винта и оперения вертолета.
На потолочной панели центральной части фюзеляжа устанавливаются двигатели 1 (обычно два газотурбинных двигателя), выходные валы которых соединяются с главным редуктором.
Главный редуктор распределяет мощность, поступающую от двигателей, между агрегатами вертолета. Основным потребителем мощности двигателей является НВ, установленный на валу главного редуктора. Он предназначен для создания силы тяги, необходимой для полета вертолета, а также для продольного и поперечного управления.
Основными частями НВ являются: втулка 2 и прикрепленные к ней лопасти 3, непосредственно создающие подъемную силу.
При вращении НВ на вертолет действует реактивный момент, стремящийся развернуть его в противоположном направлении. Для уравновешивания этого момента служит рулевой винт 5. Его привод осуществляется от главного редуктора через систему валов и редукторов. Кроме того, рулевой винт используется для путевого управления вертолетом.
Шасси обеспечивает обирание вертолета при стоянке и передвижении по поверхности земли, а также снижение нагрузок при посадке.
Наибольшее распространение получила трех-опорная схема шасси с носовым колесом: основные опоры 9 располагаются позади центра масс вертолета, передняя 12—под носовой частью фюзеляжа. На скоростных вертолетах шасси может убираться в полете.
Оперение предназначено для повышения устойчивости вертолета. Оно состоит из стабилизатора 7 и киля, роль которого играет обычно специально спрофилированная концевая балка.
Компоновка двухвинтового вертолета соосной схемы отличается компактностью ввиду меньшего диаметра винтов и отсутствия рулевого винта с хвостовой и концевой балками. Однако соосное расположение НВ увеличивает высоту вертолета, а недостаточная путевая устойчивость требует установки достаточно мощного вертикального оперения.
avia.pro
Для того чтобы самолет или планер летал, нужна подъемная сила, а эта сила создается крылом. Поэтому главным в самолете является крыло, ибо в конечном счете Весь самолет может быть сведен в летающее крыло, без фюзеляжа, без оперения.
У вертолета роль крыла играет несущий винт. Даже если в летательном аппарате ничего больше нет, кроме несущего винта, мы можем принципиально назвать его «вертолетом».
Наверное, многие в детстве делали себе такой «вертолет», состоящий только ив одного винта, вырезанного из куска жести. Стартовым устройством для него служила обыкновенная катушка от ниток, вращающаяся на стержне.
Однако роль несущего винта вертолета гораздо более многогранна, чем роль крыла самолета.
Созданием подъемной силы еще не ограничивается назначение несущего винта.
Когда вы посмотрите на вертолет в горизонтальном полете, вы неизбежно обратите внимание на то, что фюзеляж носом наклонен к горизонту. При этом наклоненным вперед оказывается и несущий винт.
Полная аэродинамическая сила R, развиваемая несущим винтом и направленная перпендикулярно к плоскости вращения концов лопастей, в этом случае может быть разложена на две составляющие: направленную вертикально подъемную силу, которая поддерживает вертолет на заданной высоте, и силу, направленную по касательной к траектории полета, Р, которая на вертолете является силой тяги. За счет этой силы вертолет летит вперед. Таким образом, несущий винт в поступательном полете одновременно является и тянущим винтом.
Однако и этим не ограничивается роль несущего винта. У вертолета в отличие от самолета нет рулевых поверхностей, таких, как элероны, триммеры, рули направления и высоты. Да они и не имели бы смысла, так как во время полета не обдувались бы потоком воздуха и в силу этого не могли бы служить целям управления.
Ведь мы знаем, что для изменения положения тела, к нему нужно приложить внешнюю силу. В полете вертолет окружен воздухом, поэтому внешняя сила может быть только результатом взаимодействия каких-либо частей вертолета с воздушной средой. Для того чтобы возникла сила сопротивления воздуха, тело должно перемещаться с большей скоростью. Когда вертолет висит в воздухе, то этому условию не отвечает ни одна его часть, кроме винта. Поэтому роль органа управления вертолетом также возложена на несущий винт. Действуя ручкой управления, летчик с помощью особых устройств, о которых будет рассказано в следующих главах, добивается такого положения, которое равносильно изменению плоскости вращения несущего винта. При этом изменяет свое направление и полная аэродинамическая сила воздушного винта и обе ее составляющие. И если подъемная сила всегда направлена вертикально вверх, то вторая составляющая — по касательной к траектории полета.
В зависимости от угла наклона полной аэродинамической силы меняется не только направление, но и величины ее составляющих. Следовательно, управляя несущим винтом, летчик может изменять не только направление полета, но и скорость полета.
Для подъема или спуска вертолета летчик также воздействует на лопасти несущего винта, уменьшая или увеличивая одновременно и на одинаковую величину угол установки всех лопастей.
Если на вертолете отказывает двигатель, то, уменьшая углы атаки лопастей, летчик ставит несущий винт в положение самовращения (авторотации). Поддерживаемый подъемной силой, создаваемой винтом на этом режиме работы, вертолет совершает безопасный планирующий спуск.
Из сказанного выше ясно, что для понимания устройства и полета вертолета надо разобраться прежде всего в работе несущего винта; для того чтобы вертолет успешно мог летать, конструктор должен обеспечить надежность прежде всего несущего винта.
Летчики, инженеры, техники и механики, летающие на вертолетах и обслуживающие их, прежде всего должны следить за безукоризненным состоянием несущего винта.
Итак, несущий винт — вот что главное в вертолете
Режимов работы несущего винта вертолета чрезвычайно много. Каждому режиму полета вертолета соответствует свой режим работы несущего винта. Основными для вертолета являются: пропеллерный режим, режим косой обдувки, режим самовращения (авгоротация) и режим вихревого -сольца.
Пропеллерный режим возникает при вертикальном подъеме или висении вертолета.
Режим косой обдувки возникает при поступательном полете вертолета.
Режим самовращения возникает при отключении двигателя вертолета от несущего винта в полете, при этом винт вращается под действием потока воздуха.
Режим вихревого кольца возникает при снижении вертолета. При таком режиме поток воздуха, проходя сквозь ометаемую винтом поверхность сверху вниз, вновь подходит к винту сверху.
Однако в некоторых частных случаях, например, в пропеллерном режиме, его работа схожа с работой самолетного винта. Когда самолет находится на земле или летит горизонтально, его винт обдувается со стороны плоскости вращения (по оси). Когда вертолет находится на земле, висит в воздухе или поднимается вертикально вверх, его несущий винт также обдувается со стороны плоскости вращения (по оси). Различие при этом состоит только В ТОМ, что у самолета струи воздуха проходят через плоскость вращения винта в горизонтальном направлении, спереди назад, тогда как у вертолета — в вертикальном направлении, сверху вниз. При этом несущий винт захватывает воздух из зоны А сверху и отбрасывает его, закручивая, вниз, в зону. На место частиц воздуха, забранных из зоны А, поступают частицы воздуха из окружающей среды и частично из зоны Б, но уже вне плоскости вращения винта.
До того, как несущий винт был приведен во вращение, воздух над винтом н под ним находился в состоянии покоя С началом вращения винта приборы, внесенные с область действия винта, но находящуюся вдали от него, покажут наблюдателю, что в сечении 0—0 воздух по-прежнему находится в состоянии относительного покоя. Его давление равно атмосферному, а скорость. Расстояние от сечения 0—0, где еще не наблюдается влияния винта, до плоскости вращения винта есть величина переменная, которая зависит от вязкости среды и точности применяемых нами приборов. Чем точнее прибор, тем он дальше от винта зарегистрирует наличие скорости воздуха, частички которого будут устремлены к винту.
Если бы воздух был лишен сил вязкости, то действие винта сказалось бы бесконечно далеко.
Фактически ввиду того, что воздух представляет собой вязкую среду, влияние винта перестает ощущаться уже на расстоянии десятков метров.
Перенося наши приборы из сечения 0—0 все ближе к сечению, мы заметим постепенный прирост скорости воздуха, подсасываемого винтом. Та скорость, которую воздух имеет, подходя к сечению, называется индуктивной скоростью подсасывания. На основании закона сохранения энергии кинетическая энергия (энергия скорости движения) не может увеличиться без того, чтобы не уменьшался другой какой-либо вид энергии. И действительно, наряду с ростом скорости воздуха до ш, мы замечаем, что давление воздуха р0 при этом падает. Это значит, что увеличение скорости воздуха произошло за счет уменьшения давления. За винтом сечение потока сжимается и происходит еще большее увеличение скорости воздуха. Казалось бы, должно было последовать дальнейшее падение давления. Однако сразу за винтом давление растет до р-2. Не противоречит ли это закону сохранения энергии? Да, противоречит, если мы не примем во внимание того обстоятельства, что воздух извне (от винта) получил добавочную энергию (механическую). Механическая энергия винта, преобразуюсь в кинетическую и потенциальную энергию потока, увеличивает и скорость и давление воздуха одновременно.
В сечении сразу за винтом прибор нам показывает, что воздух по сравнению с сечением имеет скорость и», называемую скоростью отбрасывания. Причем скорость отбрасывания оказывается вдвое больше скорости подсасывания.
Далеко за винтом, в сечении (теоретически на бесконечном удалении), скорость и давление воздуха восстанавливаются до первоначальных значений. Энергия потока при этом из-за наличия сил вязкости рассеивается в пространстве.
Таково действие винта на воздух, которое является следствием приложения к винту энергии вращения. Этому действию соответствует ответное действие воздуха на винт, которое проявляется в виде силы тяги, являющейся проекцией полной аэродинамической силы R на ось, проходящую через втулку винта перпендикулярно плоскости его вращения. Если динамометр, соединенный с винтом, при остановленном винте показывал нулевое значение тяги, то по мере роста оборотов тяга будет все больше и больше возрастать. На режиме висения и вертикального подъема на всех других режимах полета
Величину тяги, создаваемой винтом, можно не только замерить, но и подсчитать.
avia.pro
Система управления вертолетом подразделяется на системы управления несущим винтом, рулевым винтом и двигателем. Управление несущим винтом осуществляется при помощи автомата перекоса ручкой управления, расположенной перед сидением пилота, и рычагом «шаг-газ», который находится слева от его сидения. При помощи ручки управления изменяют наклон тяги несущего винта, а при помощи рычага общего шага – значение тяги.
Управление рулевым винтом (путевое управление) производится при помощи педалей ножного управления, которые позволяют изменять угол установки лопастей рулевого винта, что приводит к изменению значения его тяги. В прямолинейном полете момент тяги рулевого винта относительно центра тяжести вертолета равен реактивному моменту несущего винта. Для того чтобы развернуть в полете, например, вправо, необходимо отклонить правую педаль вперед, при этом нарушается равенство моментов и вертолет развернется вправо. При отклонении вперед левой педали вертолет разворачивается соответственно влево.
У вертолетов сосной схемы путевое управление достигается дифференциальным изменением углов установки лопастей верхнего и нижнего винтов. Возникающая при этом на несущих винтах разность крутящих моментов вызывает поворот вертолета в требуемую сторону. Часто для улучшения путевого управления вертолет сосной схемы снабжают рулями направления, действие которых подобно действию аналогичных рулей на самолете.
У вертолетов двухвинтовой продольной схемы продольно- поперечное управление осуществляется с помощью наклона колец автоматов перекосов и дополняется дифференциальным изменением общего шага несущих винтов. Путевое управление производится путем дифференциального отклонения автоматов перекосов в разные стороны. В системах управления вертолетов широкое распространение нашли гидроусилители, так как только они практически позволяют получить приемлемые усилия на ручках управления.
Авиационная силовая установка предназначена для создания необходимой в полете тяги. У вертолетов силовая установка, помимо горизонтальной тяги, создает еще и подъемную силу.
Силовая установка самолета и вертолета включает в себя: авиационный двигатель – источник энергии, воздушные винты, системы крепления двигателя, капотирования двигателя, всасывания и выпуска, топливную, масляную, пусковую, охлаждения двигателя и его агрегатов, противообледенительную, противопожарную.
По способу создания тяги авиационные двигатели подразделяются на три группы: винтовые, реактивные и с комбинированной тягой.
К винтовым двигателям относятся поршневые двигатели, работающие совместно с воздушным винтом. В поршневом двигателе химическая энергия топлива, сгорающего внутри рабочего цилиндра, преобразуется сначала в тепловую, затем в механическую. Механическая энергия в виде крутящего момента передается валу двигателя и через редуктор на воздушный винт, называемый движителем.
Тяга реактивных двигателей получается за счет прямой реакции струи выхлопных газов. Для пропуска воздуха и продуктов сгорания реактивные двигатели имеют каналы и устройства, называемые в совокупности воздушно-газовым трактом. Благодаря разности сил давления, действующие на внутренние и наружные поверхности воздушно-газового тракта, двигатель отталкивается от газов, отбрасывая их назад в виде струй. В данном случае воздушно-газовый тракт является движителем.
Реактивные двигатели делятся на воздушно-реактивные и ракетные. Воздушно-реактивные двигатели работают на топливе, для сжигания которого используется кислород атмосферного воздуха. На больших высотах, где кислорода недостаточно, они работать не могут. Для полетов на больших высотах используются ракетные двигатели, которые в атмосферном воздухе не нуждаются. Оба компонента – топливо и окислитель – берутся на борт летательного аппарата. Эти двигатели могут работать и в безвоздушном пространстве. На самолеты гражданской авиации они не устанавливаются.
Воздушно-реактивные двигатели разделяются на компрессорные, в которых воздух, поступающий в камеру сгорания, сжимается компрессором, и на бескомпрессорные, в которых воздух сжимается только вследствие скоростного напора воздушного потока.
Как и ракетные, бескомпрессорные воздушно-реактивные двигатели в гражданской авиации не применяются.
Двигатели с комбинированной тягой подразделяются на турбовинтовые и двухконтурные. Тяга турбовинтовых двигателей складывается из тяги, создаваемой воздушным винтом, и за счет реакции струи выхлопных газов.
Сила тяги двухконтурных двигателей из тяги реакции струи выхлопных газов, вытекающих из внутреннего контура, и тяги реакции воздушной струи, выбрасываемой из наружного контура.
В настоящее время на самолетах гражданской авиации устанавливаются турбовинтовые, двухконтурные и компрессорные воздушно-реактивные двигатели, объединенные общим названием – газотурбинные авиационные двигатели.
Далее рассмотрим принципы работы газотурбинных авиационных двигателей и сравним их характеристики.
studfiles.net
Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям топливных систем вертолетов. Топливная система вертолета с реактивными двигателями на лопастях несущего винта содержит топливный бак (1) с насосом подкачки (2), топливопровод (3), участки которого расположены внутри вала несущего винта и внутри лопастей. В топливопроводе каждой лопасти установлен регулятор частоты вращения несущего винта. На участке топливопровода от насоса подкачки установлен электроприводной насос-регулятор запуска и малого газа (5) с выходами по числу двигателей (8), а также насос-регулятор рабочих режимов (7) двигателей (8) с приводом от вала (11) несущего винта через шестеренчатую передачу (12) коробки приводов (10). На входе в идущие по лопастям (14) топливопроводы (9) смонтирован топливный коллектор (15) для передачи топлива из неподвижных участков топливопроводов (9) к их подвижным участкам (9′) в каждой лопасти (14). Топливный коллектор (15) выполнен в виде двух отсеков (16) и (17). Неподвижный отсек (16) закреплен на неподвижной трубе (13) внутри вала (11) несущего винта. Подвижный отсек (17) закреплен на валу (11) несущего винта и выполнен с кольцевыми полостями (18) и (19) для передачи топлива. Достигается возможность устранить инерционность подачи топлива и регулирования давление топлива в поле центробежных сил. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к авиастроению, а именно к устройствам, связанным с подачей топлива к силовой установке, а более конкретно к топливным системам вертолета, в котором реактивные двигатели размещены на лопастях несущего винта, например на концах лопастей, и топливная система функционирует в поле действия центробежных сил.
Известна схема питания топливом, в которой топливопровод размещен внутри вала несущего винта и далее проходит по лопасти к топливному коллектору реактивного двигателя, расположенного на конце лопасти вертолета. На входе в идущий в лопасти топливопровод установлено дросселирующее устройство [Масленников М.М. и др. «Газотурбинные двигатели на вертолетах». - М.: Машиностроение. - 1969, с. 307, рис. 9.12].
Недостатком данной системы является ее инерционность на переходных режимах работы двигателя, когда требуется дополнительное время на заполнение или опорожнение топливопровода в лопасти при регулировании расхода топлива [там же, с. 308].
Известно также устройство подачи топлива в двигатели, расположенные на концах лопастей винтокрылых летательных аппаратов (патент GB 666797, F02C 07/22, B64C 27/00, B64C 27/18, публикация 20.02.1952 г.), состоящее из двух насосов, а также из системы двух и более топливопроводов в каждой лопасти и клапана-регулятора, выполненного с возможностью управления подачей топлива к двигателю. Клапан-регулятор состоит из подвижного игольчатого клапанного элемента с непроницаемой для жидкости диафрагмой, которая с помощью пружины перемещается вдоль оси при изменении давления топлива. Клапан-регулятор помещен в корпус, состоящий из двух отсеков, каждый из которых соединен с топливопроводом. Питающий топливопровод подводит топливо ниже диафрагмы с помощью центробежного насоса. Другой топливопровод выше диафрагмы предназначен для изменения в клапане давления путем сбрасывания излишнего топлива. Дополнительный насос управления поддерживает постоянную регулируемую величину приращения давления суммарно с давлением от центробежного насоса. Устройство позволяет регулировать давление в двигателях с помощью отведения топлива в разветвленную систему дополнительных топливопроводов.
Недостатком этого устройства является его инерционность и сложность конструкции, обусловленная многодетальностью.
Целями технического решения являются упрощение топливной системы вертолета, устранение инерционности подачи топлива и регулирование давления топлива в двигателе в поле действия центробежных сил.
Поставленные цели достигаются благодаря тому, что топливная система вертолета с реактивными двигателями на лопастях несущего винта содержит топливный бак с насосом подкачки, топливопровод, участки которого расположены внутри вала несущего винта и внутри лопастей, причем в топливопроводе каждой лопасти установлен регулятор частоты вращения несущего винта, в соответствии с изобретением на участке топливопровода от насоса подкачки установлен электроприводной насос-регулятор запуска и малого газа с выходами по числу двигателей и насос-регулятор рабочих режимов двигателей с приводом от вала несущего винта через шестеренчатую передачу коробки приводов, при этом на валу несущего винта на входе в идущие по лопастям топливопроводы смонтирован топливный коллектор, выполненный с возможностью передачи топлива из неподвижных участков топливопроводов к их подвижным участкам в каждой лопасти. Причем топливный коллектор для обеспечения топливом двигателей на лопастях содержит два отсека: неподвижный отсек, закрепленный на неподвижной трубе, которая расположена внутри вала несущего винта, и подвижный отсек, который закреплен на валу несущего винта и выполнен с кольцевыми полостями для подачи топлива. Причем регулятор частоты вращения несущего винта установлен вблизи двигателя и выполнен в виде иглы с упором, опирающимся на пружину, с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения иглы и изменения проходного отверстия топливопровода.
Использование электроприводного насоса-регулятора запуска и малого газа, а также насоса-регулятора рабочих режимов двигателей с приводом от вала несущего винта устраняет инерционность подачи топлива.
Размещение топливного коллектора на валу несущего винта на входе в идущие по лопастям топливопроводы позволяет отказаться от сложной многокомпонентной системы топливопроводов, вследствие чего упрощается конструкция системы.
Размещение регулятора частоты вращения несущего винта вблизи двигателя в топливопроводе каждой лопасти приводит к устранению инерционности подачи топлива и регулированию давления топлива перед форсунками двигателя в поле действия центробежных сил.
Устройство топливной системы вертолета поясняется чертежами, где изображены:
На фиг. 1 - схема топливной системы вертолета с реактивными двигателями на лопастях.
На фиг. 2 - схема регулятора частоты вращения несущего винта.
В нижней части топливного бака 1 (фиг. 1) размещен насос подкачки 2.
Выход насоса подкачки 2 соединен топливопроводом 3 через фильтр 4 со входом электроприводного насоса-регулятора запуска и малого газа 5 (например, КТА 717), который связан с электродвигателем 6.
Выходы насоса-регулятора запуска и малого газа 5 соединены со входами насоса-регулятора рабочих режимов 7 двигателей 8 (например, КТА 718) отдельными топливопроводами 9. Количество выходов насоса-регулятора запуска и малого газа 5 соответствует количеству двигателей 8.
Насос-регулятор рабочих режимов 7 (КТА 718) включает в себя (не показаны): топливный насос, стоп-краны двигателей, системы ограничения максимального расхода топлива, беспомпажного разгона и останова двигателей, систему ограничения максимальных частот вращения и температуры двигателей.
Насос-регулятор рабочих режимов 7 размещен на коробке приводов 10 с приводом от вала 11 несущего винта (не показан) через шестеренчатую передачу 12.
Неподвижные участки топливопровода 9 расположены в неподвижной трубе 13, установленной внутри вала 11. На входе в идущие по лопастям 14 подвижные участки 9′ топливопроводов 9 смонтирован топливный коллектор 15, который предназначен для передачи топлива из неподвижных участков топливопроводов 9 к их подвижным участкам 9′. Топливный коллектор 15 содержит два отсека: неподвижный отсек 16, закрепленный на неподвижной трубе 13, и подвижный отсек 17, который закреплен на валу 11 несущего винта. Подвижный отсек 17 выполнен с кольцевыми полостями 18 и 19, количество которых равно количеству двигателей 8.
Пожарный кран 20, центробежный регулятор частоты вращения 21 несущего винта с функцией дросселирующего устройства и фильтр 22 последовательно установлены перед форсунками 23 на подвижных участках 9′ каждого топливопровода 9 вблизи двигателей 8.
Регулятор частоты вращения 21 несущего винта (фиг. 2) выполнен в виде иглы 24 с упором 25, опирающимся на пружину 26. Игла 24 установлена с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения и изменения проходного отверстия подвижного участка 9′ топливопровода 9 вблизи двигателя 8.
Топливная система вертолета с реактивными двигателями на лопастях несущего винта работает следующим образом: из топливного бака 1 (фиг. 1) с помощью насоса подкачки 2 топливо подается по топливопроводу 3 через фильтр 4 к насосу-регулятору запуска и малого газа 5.
При запуске двигателей 8 и на оборотах малого газа давление топлива перед форсунками 23 создается электроприводным насосом-регулятором запуска и малого газа 5. Тяга двигателей 8 увеличивается и, соответственно, увеличивается частота вращения несущего винта. При достижении рабочей частоты вращения несущего винта вращающийся вал 11 с помощью шестеренчатой передачи 12 приводит в действие насос-регулятор рабочих режимов 7, который поддерживает необходимое давление топлива в топливопроводах 9.
Из насоса-регулятора рабочих режимов 7 по топливопроводам 9 топливо поступает в неподвижный отсек 16 топливного коллектора 15, а затем в кольцевые полости 18 и 19 подвижного отсека 17. Таким образом осуществляется передача топлива из неподвижных участков топливопроводов 9 к их подвижным участкам 9′ в каждой лопасти 14. Далее топливо попадает на форсунки 23.
Центробежный регулятор частоты вращения 21 (фиг. 2) несущего винта установлен в подвижном участке 9′ топливопровода 9 вблизи двигателя 8. С увеличением частоты вращения несущего винта в топливопроводе 9 лопасти 14 увеличивается центробежная сила, действующая на иглу 24. Упор 25 иглы 24 сжимает пружину 26, игла 24 перемещается, что приводит к уменьшению проходного отверстия в топливопроводе 9 лопасти 14. Сопутствующее этому уменьшение расхода топлива приводит к снижению тяги двигателя 8 и частоты вращения несущего винта.
С уменьшением частоты вращения несущего винта уменьшается центробежная сила, действующая на регулятор частоты вращения 21 несущего винта, при этом игла 24 под действием пружины 26 перемещается в обратном направлении, и увеличивается проходное отверстие в подвижном участке 9′ топливопровода 9 лопасти 14, а расход топлива возрастает. Это приводит к увеличению тяги двигателя 8 и частоты вращения несущего винта.
При установившейся рабочей частоте вращения несущего винта давление топлива перед форсунками 23 создается центробежной силой вращающейся лопасти 14. При этом столб топлива в подвижном участке 9′ топливопровода 9 разрывается после прохождения топливного коллектора 15 и давление топлива зависит от величины столба топлива. Регулирование давления перед форсунками 23 осуществляется насосом-регулятором рабочих режимов 7.
Столб топлива достигает определенной величины, которая соответствует такому давлению перед форсунками 23, при котором расход топлива через них соответствует количеству поступающего топлива. При уменьшении расхода топлива величина столба топлива уменьшается. Давление снижается, соответственно уменьшается расход топлива через форсунки 23, что приводит к уменьшению тяги двигателя 8.
Топливная система по заявленному изобретению может быть реализована в конструкции вертолета с двумя и более реактивными двигателями, установленными на лопастях несущего винта.
1. Топливная система вертолета с реактивными двигателями на лопастях несущего винта, содержащая топливный бак с насосом подкачки, топливопровод, участки которого расположены внутри вала несущего винта и внутри лопастей, причем в топливопроводе каждой лопасти установлен регулятор частоты вращения несущего винта, отличающаяся тем, что на участке топливопровода от насоса подкачки установлен электроприводной насос-регулятор запуска и малого газа с выходами по числу двигателей, а также насос-регулятор рабочих режимов двигателей с приводом от вала несущего винта через шестеренчатую передачу коробки приводов, при этом на валу несущего винта на входе в идущие по лопастям топливопроводы смонтирован топливный коллектор, выполненный с возможностью передачи топлива из неподвижных участков топливопроводов к их подвижным участкам в каждой лопасти.
2. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что топливный коллектор для обеспечения топливом двигателей на лопастях содержит два отсека: неподвижный отсек, закрепленный на неподвижной трубе, которая расположена внутри вала несущего винта, и подвижный отсек, который закреплен на валу несущего винта и выполнен с кольцевыми полостями для подачи топлива.
3. Топливная система по п. 1, отличающаяся тем, что регулятор частоты вращения несущего винта установлен вблизи двигателя и выполнен в виде иглы с упором, опирающимся на пружину, с возможностью возвратно-поступательного осевого перемещения иглы и изменения проходного отверстия топливопровода.
www.findpatent.ru
Основной задачей системы управления ТВГТД является стабилизация частоты вращения несущего винта вертолета (свободной турбины) при изменении загрузки трансмиссии, обусловленной изменением общего шага несущего винта, шага хвостового винта и маневрами вертолета.
Наличие сложной трансмиссии и муфт свободного хода существенно увеличивает вероятность потери связи между турбиной и винтом и раскрутки свободной турбины с ее последующим разрушением. Вследствие этого чрезвычайно важной задачей САУ является надежная защита силовой турбины от раскрутки.
Существенное влияние на требования к САУ ТВГТД оказывают условия эксплуатации вертолета. На режимах висения или при полетах вблизи земли возможно попадание в двигатель воды или снега и заглохание двигателя. Обязательной для ТВГТД является система восстановления режима работы двигателя.
Полет и висение вертолета вблизи земли в песчаной местности приводит к пылевой эрозии лопаток компрессора, при полетах над морем — к засолению проточной части компрессора. Это вызывает существенное снижение запасов ГДУ двигателя и увеличение вероятности помпажа компрессора. Одним из основных требований к САУ ТВГТД является обеспечение защиты двигателя от помпажа и его ликвидация.
Введение в конструкцию двигателя упругого торсиона для электронного измерителя вращающего (крутящего) момента существенно снижает частоту крутильных колебаний системы «силовая турбина несущий винт». Частота крутильных колебаний близка к собственной частоте системы стабилизации частоты вращения несущего винта. Необходимо исключить возможность влияния крутильных колебаний на работу системы стабилизации частоты пнв.
Одним из важных требований к САУ ТВГТД является синхронизация режимов работы двигателей в двухдвигательном вертолете с целью повышения ресурса главного редуктора и одновременной выработки ресурса двигателей.
Изменение частоты вращения несущего винта для получения требуемой тяги в зависимости от режима полета дает существенную экономию топлива. Системы автоматического управления ТВГТД должны обеспечивать необходимую коррекцию частоты вращения несущего винта (свободной турбины).
Читать всё о газотурбинном двигателе
Avia.pro
avia.pro
Шумоглушительное устройство вертолетного газотурбинного двигателя содержит стенки, образующие воздухозаборник и, по меньшей мере, частично образованные шумоглушителями, рассчитанными на глушение звуковых частот, создаваемых вращением компрессора. Газотурбинной двигатель включает компрессор и канал подачи воздуха в компрессор, открытый с переднего по потоку конца через кольцевое наружное отверстие, ограниченное металлическим корпусом двигателя. Стенки, образующие воздухозаборник, служат для подачи воздуха в компрессор через канал подачи воздуха, и выполнены в виде кольцевых частей с внутренними и наружными концами. Внутренние концы кольцевых частей присоединены к металлическому корпусу вдоль наружного отверстия канала. Другое изобретение группы относится к вертолетному газотурбинному двигателю, оснащенному указанным выше шумоглушительным устройством. Изобретение позволяют обеспечить глушение шума компрессора вертолетного газотурбинного двигателя без существенного увеличения габаритов и массы, а также усложнения его конструкции. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Данное изобретение касается снижения уровня шума вертолетов, оснащенных газотурбинными двигателями.
В результате мер, предпринятых для снижения уровня шума, создаваемого лопастями несущего винта вертолета, шум, создаваемый приводным двигателем винта, составляет теперь значительную долю общего уровня шума вертолета с газотурбинным двигателем.
В патенте США 4421455 раскрыт газотурбинный двигатель, предназначенный, в частности, для ВСУ (вспомогательной силовой установки), в котором в определенных местах на стенках металлического корпуса, образующего канал подачи воздуха для компрессора двигателя, нанесено покрытие, образующее шумоглушители. Толщина покрытия занимает значительный объем, что влияет на размер двигателя. Кроме того, конструкция двигателя, в частности металлического корпуса, изначально должна быть приспособлена для размещения шумоглушителей.
Цель и сущность изобретения
Технической задачей настоящего изобретения является создание шумоглушительного устройства для вертолета без вышеупомянутых недостатков.
Данная задача выполняется путем шумоглушительного устройства для глушения шума в вертолетном газотурбинном двигателе, содержащем компрессор и канал подачи воздуха в компрессор, открытый с переднего по потоку конца через кольцевое наружное отверстие, ограниченное металлическим корпусом двигателя, причем шумоглушительное устройство содержит стенки, образующие воздухозаборник для подачи воздуха в компрессор через канал подачи воздуха, причем стенки воздухозаборника выполнены в виде соответствующих кольцевых частей с внутренними и наружными концами, по меньшей мере, частично образованных шумоглушителями, рассчитанными на глушение звуковых частот, создаваемых вращением компрессора, причем внутренние концы кольцевых частей присоединены к металлическому корпусу вдоль наружного отверстия канала.
Предложенное шумоглушительное устройство имеет ряд преимуществ. Его расположение недалеко от компрессора главного источника шума двигателя обеспечивает эффективность. Кроме того, благодаря тому, что стенки воздухозаборника находятся снаружи двигателя, будучи смонтированы на металлическом корпусе, применение шумоглушителя не создает проблем с габаритами двигателя и не требует изменения конструкции двигателя; шумоглушительное оборудование легко применимо к существующим двигателям. Помимо этого, стенки воздухозаборника вместе с шумоглушителем могут быть изготовлены из легкого материала, такого как композит смолисто-волокнистого типа, поэтому введение в конструкцию шумоглушителя мало сказывается на массе. Более того, применение данного устройства не мешает закрывать воздухозаборник противообледенительной защитой.
Также следует отметить, что при эффективном глушении шума, создаваемого вращением лопастей, при разработке конструкций последних можно ставить цель оптимизации аэродинамических характеристик, не задумываясь об уровне шума.
Согласно одному из конкретных вариантов осуществления шумоглушительное устройство также содержит шумоглушитель, образующий стенку канала подачи воздуха в компрессор на участке длины канала, начиная от его наружного отверстия.
Шумоглушитель может быть, например, покрытием стенки типа резонатора Гельмгольца, а может принадлежать к любому другому известному типу.
Краткое описание чертежей
Для лучшего понимания изобретения следует прочесть описание, приведенное ниже в качестве руководства, но не налагающее ограничений, со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
Фиг.1 - очень схематичный вид вертолетного газотурбинного двигателя,
Фиг.2 - увеличенный местный вид, частично в разрезе, на котором показано, как шумоглушитель встроен в стенки радиального воздухозаборника компрессора двигателя, показанного на Фиг.1, и
Фиг.3 - увеличенный местный вид, частично в разрезе, на котором показано, как шумоглушитель встроен в стенки радиального воздухозаборника и в корпус канала подачи воздуха в компрессор, показанного на Фиг.1.
Подробное описание вариантов осуществления
На Фиг.1 схематично показан вертолетный газотурбинный двигатель, содержащий компрессорную ступень 10 (например, компрессор центробежного типа), в которую поступает наружный воздух через кольцевой канал 12 подачи воздуха. С переднего по потоку конца канал 12 открывается через кольцевое наружное отверстие 12а, ограниченное металлическим корпусом 14 двигателя. Корпус 14 также образует стенки канала 12. Кольцевая камера 16 сгорания, например противоточная, снабжена инжекторами (не показанными на чертеже), в которые подается топливо и первичный воздушный поток (поток внутреннего контура) из компрессора 10. Газообразные продукты сгорания из камеры 16 приводят в действие турбину 18, которая, в свою очередь, приводит в действие компрессор 10, присоединенный к последней валом 20, и силовую турбину 22 (например, одноступенчатую), присоединенную валом 23 к зубчатому механизму, который подает механическую энергию на выходной вал 24, причем валы 20 и 23 соосны.
Две стенки 30, 32 (не показанные на Фиг.1) образуют воздухозаборник 34 для канала 12 (Фиг.2). Стенки воздухозаборника состоят из двух соответствующих кольцевых частей, внутренние концы которых соединяются с передним по потоку концом канала 12 с каждой стороны отверстия 12а, а другие, т.е. наружные, концы снабжены ободками 30а, 32а, подковообразно выгнутыми наружу. На внутренних концах стенок 30, 32 воздухозаборника могут иметься кольца или лапки 30b, 32b, посредством которых те прикрепляются к корпусу 14.
Конец 34а воздухозаборника 34, образованный ободками 30а, 32а, закрыт элементом 36 противообледенительной защиты с загнутыми краями, концы которых зацепляются с углублениями ободков 30а, 32а и прикреплены к последним. Защитный элемент 36 предназначен для предотвращения образования инея в воздухозаборнике 34 и канале 12 подачи воздуха, обледенение может произойти лишь на наружной поверхности защитного элемента 36. Кольцевой обводной канал 38 обеспечен для подачи достаточного количества воздуха в канал 12, даже в случае обледенения защитного элемента 36. Канал 38 образован с одной стороны изогнутой кольцевой направляющей стенкой 39, или нагнетательным элементом, снабженным ребрами 39а жесткости и закрепленным на корпусе 14. Стенка 39 обращена к стенке воздухозаборника, например стенке 32, образующей вторую сторону канала 38 и имеющей отверстия 32 с для прохождения воздуха, выходящего из канала 38. Вышеописанная конструкция воздухозаборника, по сути, является общеизвестной.
Стенки 30, 32 образуют шумоглушители 40, 42, по меньшей мере, на протяжении части радиального размера стенок, образующих воздухозаборник 34, начиная от соединения с каналом 12 подачи воздуха, а предпочтительно на протяжении всего радиального размера воздухозаборника 34, для глушения шума, создаваемого ближайшим источником звука в двигателе, т.е. компрессором. Каждый шумоглушитель может быть изготовлен из нескольких примыкающих друг к другу частей, если это требуется по соображениям удобства изготовления.
Как подробно показано на Фиг.2, каждый шумоглушитель, например шумоглушитель 40, может быть образован набором смежных полостей, или ячеек, 40а, разделенных стенками 40b и образующих, например, сотовую структуру, при этом стенки 40b перпендикулярны поверхности стенки воздухозаборника и идут от задней стороны 40с, образованной герметичной (не пропускающей звуковые волны) жесткой пластиной или листом, до передней стороны 40d, образованной пластиной или листовым материалом, пропускающим звуковые волны. Передняя пластина или лист 40d может, например, содержать перфорацию. Также можно использовать пористую пластину или лист, проницаемые для звуковых волн, подлежащих глушению.
Глубину полостей 40а (расстояние между задней и передней сторонами) выбирают в зависимости от длины звуковых волн, подлежащих глушению. Последние порождаются в основном компрессором 10 и для современных вертолетных газотурбинных двигателей имеют частоту порядка 5-14 кГц, что требует глубины полости (составляющей четверть длины волны) приблизительно от 0,6 до 1,6 см. Размещение шумоглушителя не создает проблем с габаритами стенок воздухозаборника. Предпочтительно, чтобы стенки 30, 32, образующих воздухозаборник 34, были образованы шумоглушителем.
Так как воздухозаборник 34 расположен в «холодном» участке двигателя и не является конструктивным элементом двигателя, материал стенок 30, 32, снабженных шумоглушителями 40, 42 или образующих их, можно выбирать из широкого диапазона. В частности, губы 30, 32 и глушители 40, 42 можно выполнить из композита с волокнистой арматурой, состоящей, например, из стекловолокна или углеволокна, и смоляной матрицей. Эти материалы легкие, поэтому присутствие шумоглушителей мало сказывается на массе вертолета.
Стенка, образующая нагнетательный элемент 39, может быть изготовлена из того же материала, что и стенки 30, 32, а также может быть снабжена шумоглушителем, аналогичным шумоглушителям 30, 32, или образовывать собой шумоглушитель.
Таким образом, эффективное снижение уровня шума, издаваемого компрессором, может быть достигнуто простым способом, без проблем с габаритами и без модификации двигателя, включая канал подачи воздуха, так что изобретение можно легко применить к существующим двигателям.
Также можно (Фиг.3) снабдить шумоглушителями 26, 28 стенки канала 12 подачи воздуха на протяжении части его длины, начиная от соединения с воздухозаборником 34. Шумоглушители 26, 28 могут иметь конструкцию, аналогичную шумоглушителям 40, 42, и могут быть сделаны из того же металлического материала, что и корпус 14, или из другого материала, например, в металлический корпус может быть встроен керамический шумоглушитель.
Согласно вышеизложенному было рассмотрено изготовление шумоглушителей в виде глушителей Гельмгольца. Однако можно использовать другие конструкции шумоглушителей, например, из пенистых, керамических или пористых металлических материалов.
Согласно приведенному выше подробному описанию стенки 30, 32 воздухозаборника продолжаются вдоль кольцевого наружного отверстия 12а канала 12 подачи воздуха, вокруг всей периферийной поверхности двигателя. Изобретение также применимо в случае, когда наружное отверстие канала подачи воздуха занимает лишь участок периферии двигателя, при этом стенки воздухозаборника с шумоглушителями будут располагаться вдоль наружного отверстия и смыкаться на концах.
1. Шумоглушительное устройство для глушения шума в вертолетном газотурбинном двигателе, содержащем компрессор (10) и канал (12) подачи воздуха в компрессор, открытый с переднего по потоку конца через кольцевое наружное отверстие (12а), ограниченное металлическим корпусом (14) двигателя, причем шумоглушительное устройство содержит стенки (30, 32), образующие воздухозаборник (34) для подачи воздуха в компрессор через канал подачи воздуха, причем стенки (30, 32) воздухозаборника выполнены в виде соответствующих кольцевых частей с внутренними и наружными концами, по меньшей мере, частично образованных шумоглушителями (40, 42), рассчитанными на глушение звуковых частот, создаваемых вращением компрессора, причем внутренние концы (30b, 32b) кольцевых частей присоединены к металлическому корпусу вдоль наружного отверстия (12а) канала.
2. Шумоглушительное устройство по п.1, в котором стенки (30, 32) изготовлены из композита с волокнистой арматурой, уплотненной посредством смолы.
3. Шумоглушительное устройство по п.1, в котором радиальный воздухозаборник (34) снабжен элементом (36) противообледенительной защиты, установленным на наружных концах стенок (30, 32).
4. Шумоглушительное устройство по п.1, также содержащее шумоглушители (26, 28), образующие стенки канала (12) подачи воздуха в компрессор на участке длины канала, начиная от его наружного отверстия (12а).
5. Вертолетный газотурбинный двигатель, оснащенный шумоглушительным устройством согласно любому из пп.1-4.
www.findpatent.ru
