RU2538737C9 - Rotor "air wheel", gyrostabilised aircraft and wind-driven electric plant using rotor "air wheel", surface/deck devices for their start-up - Google Patents
Rotor "air wheel", gyrostabilised aircraft and wind-driven electric plant using rotor "air wheel", surface/deck devices for their start-up Download PDFInfo
- Publication number
- RU2538737C9 RU2538737C9 RU2013106919/11A RU2013106919A RU2538737C9 RU 2538737 C9 RU2538737 C9 RU 2538737C9 RU 2013106919/11 A RU2013106919/11 A RU 2013106919/11A RU 2013106919 A RU2013106919 A RU 2013106919A RU 2538737 C9 RU2538737 C9 RU 2538737C9
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blades
- rotor
- wing
- air wheel
- aircraft
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к авиации, а именно к винтокрылым летательным аппаратам, возможно применение ротора в ветроэнергетике.The group of inventions relates to aviation, namely to rotary-wing aircraft, it is possible to use a rotor in wind energy.
Летательному аппарату (ЛА), тяжелее воздуха, подъемную силу, как правило, создают крылья или несущие винты. Несущий винт эффективно работает на малых скоростях полета, фиксированное крыло эффективно на больших. Использование только одного способа создания подъемной силы приводит к ограничению диапазона скоростей ЛА. Неудачное использование одновременно обоих приводит к сложению недостатков.Aircraft (LA), heavier than air, lift, as a rule, create wings or rotors. The main rotor works efficiently at low flight speeds; the fixed wing is effective at high speeds. Using only one way to create lift forces limits the range of aircraft speeds. Failure to use both at the same time leads to the addition of disadvantages.
Несущий ротор с плоским кольцеобразным крылом предназначен для скоростных винтокрылых ЛА с вертикальным взлетом и посадкой (ВВП), где он используется, исключительно, для создания подъемной силы. В горизонтальном полете ротор работает на авторотации, внешнее крыло движется в воздушном потоке с положительным углом атаки и создает основную подъемную силу. Для продвижения по курсу используется маршевый винт или реактивный привод.The rotor with a flat ring-shaped wing is designed for high-speed rotorcraft with vertical take-off and landing (GDP), where it is used exclusively to create lift. In horizontal flight, the rotor operates on autorotation, the outer wing moves in the air stream with a positive angle of attack and creates the main lifting force. To move along the course, a marching propeller or a jet drive is used.
Из существующего уровня техники известен аналог (патент США US 006086016A от 11.07.2000, Gyro stabilized triple mode aircraft) «гиростабилизированный трехрежимный летательный аппарат», где вертолетный несущий винт усовершенствован добавлением кольцеобразного плоского крыла и описан ЛА с двумя такими соосными роторами.An analogue is known from the state of the art (US patent US 006086016A dated July 11, 2000, Gyro stabilized triple mode aircraft) “gyrostabilized three-mode aircraft”, where the helicopter rotor is improved by adding an annular plane wing and an aircraft with two such coaxial rotors is described.
На рисунках и в описании этого патента приведено осевое шарнирное крепление жестких вертолетных лопастей и с втулкой, и с кольцеобразным крылом. Управление ЛА производится механизацией фиксированных крыльев и хвостового оперения.In the figures and in the description of this patent, axial articulation of rigid helicopter blades with both a sleeve and an annular wing is shown. The aircraft is controlled by the mechanization of fixed wings and tail.
Недостатки данного технического решения:The disadvantages of this technical solution:
1. Описанный ЛА заявлен, но не является гиростабилизированным. Плоскости вращения кольцеобразных крыльев и положение корпуса ЛА не имеют жесткой связи. Биплан с двумя непараллельными крыльями летать не сможет.1. The described aircraft is claimed, but is not gyro-stabilized. The rotation planes of the ring-shaped wings and the position of the aircraft body do not have a rigid connection. A biplane with two non-parallel wings cannot fly.
2. Винтокрылый ЛА, без управления общим и циклическим шагом лопастей несущего ротора - неуправляем. Использование автомата перекоса не упоминается, ни в формуле, ни на чертежах, ни в описании.2. Rotorcraft, without controlling the common and cyclic pitch of the rotor blades - uncontrollable. The use of the swashplate is not mentioned, neither in the formula, nor in the drawings, nor in the description.
3. Шарнирное крепление лопастей к внешнему кольцеобразному крылу снижает прочность ротора, усложняет конструкцию, не исключает вредные крутильные колебания концов лопастей.3. The hinged fastening of the blades to the outer annular wing reduces the strength of the rotor, complicates the design, does not exclude harmful torsional vibrations of the ends of the blades.
4. Низкий коэффициент полезного действия (КПД) ротора как винта. Ротор работает в трех режимах: вертолетном, самолетном и автожирном. Жесткие лопасти могут иметь лишь одну фиксированную крутку, а значит, на взлете и при авторотации, перегружены вершины лопастей.4. Low efficiency (COP) of the rotor as a screw. The rotor operates in three modes: helicopter, airplane and gyroplane. Rigid blades can have only one fixed twist, which means that on the take-off and during autorotation, the tops of the blades are overloaded.
Известен более поздний аналог (патент США US6845941 B2 от 25.01.2005, Rotary/fixed wing aircraft) «летательный аппарат с вращающимся/фиксированным крылом».Known later analogue (US patent US6845941 B2 from 01.25.2005, Rotary / fixed wing aircraft) "aircraft with a rotating / fixed wing."
В нем заявлен ротор с одной втулкой и радиальными лопастями в кольцеобразном плоском крыле, где каждая лопасть имеет осевые шарниры или отклоняемые симметричные предкрылки и закрылки. ЛА с одним описанным ротором и механизмом его останова и фиксации в горизонтальном полете имеет две разные системы управления лопастями: в вертолетном режиме - с вращающимся ротором, и в самолетном - с фиксированным ротором. Основные недостатки данного технического решения:It claims a rotor with one hub and radial blades in an annular flat wing, where each blade has axial hinges or deflectable symmetrical slats and flaps. An aircraft with one rotor described and its stop and fixation mechanism in horizontal flight has two different blade control systems: in helicopter mode with a rotating rotor, and in airplane mode with a fixed rotor. The main disadvantages of this technical solution:
1. Низкая аэродинамическая упругость и жесткость статического ротора в самолетной конфигурации. Конструкция подвержена флаттеру и дивергенции. Кольцеобразное крыло связано с единственной втулкой длинными лопастями, статичный ротор, не натянутый центробежными силами, теряет жесткость, поэтому, фиксируя втулку, невозможно жестко зафиксировать крыло.1. Low aerodynamic elasticity and stiffness of a static rotor in an airplane configuration. The design is subject to flutter and divergence. An annular wing is connected with a single hub by long blades, a static rotor, not pulled by centrifugal forces, loses rigidity, therefore, fixing the hub, it is impossible to fix the wing rigidly.
2. Ротор имеет низкий КПД, как винт, и невысокое аэродинамическое качество, как фиксированное крыло. Жесткие лопасти имеют значительную толщину и неэффективный симметричный профиль.2. The rotor has low efficiency, like a screw, and low aerodynamic quality, like a fixed wing. Rigid blades have a significant thickness and inefficient symmetrical profile.
3. Лопасти с отклоняемыми симметричными предкрылками-закрылками, а также система управления ротором в двух разных режимах избыточно сложны и ненадежны.3. The blades with deflectable symmetric flaps, as well as the rotor control system in two different modes are excessively complex and unreliable.
Аналоги используют несущий ротор, содержащий: одно плоское кольцеобразное крыло и одну втулку, соединенные, через осевые шарниры, радиальными жесткими лопастями с изменяемым шагом.Analogs use a bearing rotor, comprising: one flat annular wing and one hub, connected, through axial joints, by radial rigid blades with a variable pitch.
Замкнутое крыло ротора может отличаться от кольцеобразного, в патенте US 4560358 24.12.1985 «Gliding ring» приведены разные варианты его формы плана и сечения.The closed wing of the rotor may differ from the ring-shaped, in the patent US 4560358 12/24/1985 "Gliding ring" shows different options for its shape plan and section.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является построение оптимального несущего ротора, с высокими аэродинамическими и эксплуатационными характеристиками, а также создание экономичного гиростабилизированного ЛА.The problem to which the invention is directed, is the construction of an optimal rotor with high aerodynamic and operational characteristics, as well as the creation of an economical gyrostabilized aircraft.
Данная задача решается за счет того, что новый несущий ротор имеет ряд новых конструктивных элементов и связей:This problem is solved due to the fact that the new bearing rotor has a number of new structural elements and connections:
1. Внешнее замкнутое крыло - одно, число лопастей и втулок - произвольное.1. An external closed wing is one, the number of blades and bushings is arbitrary.
2. Внешнее замкнутое крыло - произвольной трехмерной формы, преимущественно осесимметричной, и произвольной конусности, от плоского до цилиндрического. Во всем диапазоне относительной ширины крыла, от узкого обода на концах длинных лопастей, до широкого крыла с небольшим внутренним импеллером.2. An external closed wing - an arbitrary three-dimensional shape, mainly axisymmetric, and arbitrary taper, from flat to cylindrical. In the entire range of the relative width of the wing, from a narrow rim at the ends of long blades to a wide wing with a small internal impeller.
3. Ротор может иметь одну, две и более втулок - узлов соединения лопастей.3. The rotor may have one, two or more bushings - nodes connecting the blades.
4. Втулки могут иметь произвольную форму и размер. Плоскость крепления лопастей, может быть не одна, может не совпадать с плоскостью крыла.4. The bushings may be of any shape and size. The plane of attachment of the blades, may be more than one, may not coincide with the plane of the wing.
5. Ротор имеет устройство управления общим и циклическим шагом лопастей. Единая система управления ротором универсальна для всех режимов полета.5. The rotor has a control device for the common and cyclic pitch of the blades. A single rotor control system is universal for all flight modes.
6. Управление шагом лопастей возможно относительным положением втулок и крыла.6. The control of the pitch of the blades is possible by the relative position of the bushings and the wing.
7. Лопасти, не строго радиальные, могут иметь разную стреловидность, сложную трехмерную форму, изгибы, расширения, расщепления, сужения, сопряжения, подкосы, отклоняемые предкрылки и закрылки.7. The blades, not strictly radial, can have different sweeps, complex three-dimensional shapes, bends, expansion, splitting, narrowing, mating, struts, deflected slats and flaps.
8. Сечение лопасти имеет аэродинамический профиль, в широком диапазоне относительной толщины: от толстых, до экстремально тонких.8. The cross section of the blade has an aerodynamic profile, in a wide range of relative thicknesses: from thick to extremely thin.
9. Возможен эффективный ротор с изменяемым шагом, где гибкие на кручение, торсионные лопасти имеют изменяемую геометрическую крутку.9. An effective rotor with a variable pitch is possible, where torsion-proof flexible torsion blades have a variable geometric twist.
10. Жесткость лопастей на кручение может быть переменная, например: плавно растет от комля к вершине и уменьшается в сочленении с крылом.10. The torsional stiffness of the blades can be variable, for example: it grows smoothly from the butt to the top and decreases in articulation with the wing.
11. Тонкие гибкие лопасти могут изменять кривизну профиля, возможны лопасти с жестким фиксированным носком и отклоняемым закрылком.11. Thin flexible blades can change the curvature of the profile, blades with a rigid fixed toe and deflectable flap are possible.
12. Оптимальным является только бесшарнирное, то есть жесткое, упругое или упруговязкое крепление лопасти к крылу. В сочленении крыла и лопастей не используются осевые шарниры.12. Only hinged, that is, rigid, elastic or visco-elastic fastening of the blade to the wing is optimal. No axial joints are used in the articulation of the wing and the blades.
13. Возможно крепление одной лопасти к разным втулкам. Крепление лопастей к втулкам может быть: жесткое, упругое, упруговязкое, шарнирное. Конструктивно исполнено: непосредственно, через торсион, через осевые или смещенные осевые шарниры.13. It is possible to mount one blade to different bushings. The fastening of the blades to the bushings can be: rigid, elastic, viscoelastic, articulated. Structurally executed: directly, through a torsion bar, through axial or offset axial joints.
14. В складных и гибких вариантах ротора, возможно подвижное скользящие сочленения элементов, а также применение вертикальных и горизонтальных шарниров.14. In folding and flexible rotor versions, movable sliding articulations of the elements, as well as the use of vertical and horizontal joints, are possible.
15. Замкнутое крыло может служить ротором двигателя электрического привода, генератора, магнитного тормоза.15. A closed wing can serve as the rotor of an electric drive engine, generator, magnetic brake.
16. Допустимо размещение во вращающемся роторе: топлива, аккумуляторов, топливных элементов, двигателей, реактивных сопел, панелей солнечных батарей, датчиков, антенн, балансиров, сигнальных огней, противообледенительных систем, сигнальных кабелей, силовой проводки и других элементов аппаратуры и конструкции.16. It is permissible to place: fuel, batteries, fuel cells, engines, jet nozzles, solar panels, sensors, antennas, balancers, signal lights, anti-icing systems, signal cables, power wiring, and other equipment and design elements in a rotating rotor.
Приведенная совокупность и комбинации признаков обеспечивает получение следующих технических результатов:The given combination and combination of features provides the following technical results:
- Снижается акустический шум несущего ротора.- The acoustic noise of the carrier rotor is reduced.
- Возрастает жесткость ротора, исчезает дисбаланс и вибрация.- The stiffness of the rotor increases, the imbalance and vibration disappear.
- Полностью исключаются: земной резонанс, ряд опасных режимов в полете.- Completely excluded: earth resonance, a number of dangerous modes in flight.
- Снимаются ограничения по размерам ротора. Выше масштабируемость.- Removed the restrictions on the size of the rotor. Higher scalability.
- Снимаются конструктивные ограничения максимальной скорости, расширяется диапазон безопасных скоростей полета.- The design limits of maximum speed are removed, the range of safe flight speeds expands.
- Лопасти с изменяемой круткой имеют предельно высокий КПД, и на авторотации, и в вертолетном режиме.- Variable twist blades have an extremely high efficiency, both on autorotation and in helicopter mode.
- Тонкие лопасти с нулевой круткой имеют минимальное профильное сопротивление ротора в скоростном горизонтальном полете.- Thin blades with zero twist have a minimum profile resistance of the rotor in high-speed horizontal flight.
- Растет аэродинамическое качество ЛА, максимальная скорость, дальность полета и время дежурства. Снижается расход топлива, стоимость летного часа.- The aerodynamic quality of aircraft, maximum speed, flight range and standby time is growing. Reduces fuel consumption, the cost of flight hours.
- Сбалансированный ротор используется как маховик - кинетический аккумулятор энергии, высокой мощности и емкости.- The balanced rotor is used as a flywheel - a kinetic accumulator of energy, high power and capacity.
- Увеличивается грузоподъемность ЛА, весовое и энергетическое совершенство.- Increases aircraft payload, weight and energy excellence.
- Жесткий ротор с двумя втулками способен придать силовую гироскопическую стабилизацию ЛА. Снижаются потери аэродинамического качества на продольную и поперечную балансировку.- A rigid rotor with two bushings is able to give power gyroscopic stabilization of the aircraft. The loss of aerodynamic quality for longitudinal and transverse balancing is reduced.
- Снижается чувствительность к атмосферной турбуленции в полете.- Reduces sensitivity to atmospheric turbulence in flight.
- Обеспечивается всепогодность. Надежный вертикальный взлет и вертикальная посадка возможны в сложных условиях.- Weatherproof. Reliable vertical take-off and vertical landing are possible in difficult conditions.
- Ниже требования к мощности и надежности силовой установки.- Below are the requirements for the power and reliability of the power plant.
- Упрощается пилотирование. Проще система управления и стабилизации. Появляется возможность полной автоматизации полета.- Simplified piloting. A simpler control and stabilization system. There is a possibility of complete flight automation.
- Легкие гибкие лопасти снижают нагрузки в шарнирах и системе управления. Выше ресурс ротора и надежность системы управления.- Lightweight flexible blades reduce loads in the hinges and control system. Higher rotor life and control system reliability.
- Новые простые варианты реализации автоматов шага/перекоса упрощают систему управления, единую и универсальную для всех режимов полета.- New simple options for the implementation of step / skew machines simplify the control system, a single and universal for all flight modes.
- Упрощается конструкция и ротора, и ЛА в целом. Улучшается технологичность. Снижается себестоимость.- The design of both the rotor and the aircraft as a whole is simplified. Manufacturability is improving. Cost is reduced.
Ротор с двумя втулками способен жестко фиксировать плоскость вращения замкнутого крыла, что делает ЛА гиростабилизированным. Конструкция ротора аналогична велосипедному колесу, где лопасти, как спицы, фиксируют плоскость обода - крыла. Далее патентуемый ротор, ввиду внешнего сходства, будем называть - воздушное колесо.A rotor with two bushings is able to rigidly fix the plane of rotation of the closed wing, which makes the aircraft gyro-stabilized. The rotor design is similar to a bicycle wheel, where the blades, like spokes, fix the plane of the rim - the wing. Further patented rotor, due to external similarities, we will call - air wheel.
Вибрация - родовое проклятие винтокрылых летательных аппаратов. Это не только дискомфорт пассажиров и экипажа, но и увеличенный вес корпуса и трансмиссии ЛА, а самое главное - это ограниченный летный ресурс ротора и системы управления. Основная причина вибрации - неустранимый дисбаланс традиционных несущих винтов. Только жесткий в плане ротор может быть сбалансирован. Внешний плоский контур замыкает нагрузки и делает воздушное колесо жестким в плане. Вибрация исчезает. Многократно увеличивается ресурс ротора, его конструктивная предельная скорость, ограниченные у винтокрылов прочностью несущего винта и системы управления.Vibration is the birth curse of rotorcraft. This is not only the discomfort of passengers and crew, but also the increased weight of the aircraft hull and transmission, and most importantly - this is the limited flight resource of the rotor and control system. The main cause of vibration is the unrecoverable imbalance of traditional rotors. Only a rigid rotor can be balanced. An external flat circuit closes the load and makes the air wheel rigid in plan. Vibration disappears. The rotor resource, its design maximum speed, is significantly increased, and rotor rotors are limited by the strength of the rotor and control system.
ЛА ВВП не привязаны к аэродромам, но не могут получить свободу, в том числе из-за высокой шумности. Любой вращающийся воздушный винт, в потоке, при неосевом обтекании, испытывает переменные нагрузки. Толстые прямые радиальные лопасти открытого несущего винта порождают в полете характерные хлопки, на концах лопастей образуются вихри. Множество тонких серповидных лопастей внутри замкнутого контура, с разной стреловидностью и угловым смещением значительно снижают амплитуду таких колебаний. Простое кольцо не способно их полностью сгладить. Бесшумность воздушного колеса в полете обеспечивает комплекс мер, в том числе и замкнутое крыло сложной осесимметричной формы.LA GDP is not tied to airfields, but cannot get freedom, including due to high noise. Any rotating propeller in the stream, with non-axial flow around it, experiences variable loads. Thick straight radial blades of the open rotor give rise to characteristic pops in flight, whirls form at the ends of the blades. Many thin crescent-shaped blades inside a closed circuit, with different sweeps and angular displacements, significantly reduce the amplitude of such oscillations. A simple ring is not able to completely smooth them out. The noiselessness of the air wheel in flight provides a set of measures, including a closed wing of complex axisymmetric shape.
Высокоскоростной массивный маховик способен аккумулировать и быстро выдавать большие объемы энергии непосредственно лопастям без двигателя, без сложной трансмиссии, без реактивного момента и без лишнего шума. Маховик обеспечивает высокую тяговооруженность и живучесть, в случае отказа двигателя, редуктора и других систем ЛА.The high-speed massive flywheel is capable of accumulating and quickly delivering large amounts of energy directly to the blades without an engine, without a complicated transmission, without a reactive moment and without too much noise. The flywheel provides high thrust-to-weight ratio and survivability in the event of a failure of the engine, gearbox and other aircraft systems.
Сокращаются габариты несущего ротора, возрастает вес полезной нагрузки. Диаметр несущего винта у вертолета жестко связан с мощностью силовой установки и взлетным весом. Маховик снимает такую зависимость. Надежный скоростной вертикальный взлет возможен с ротором меньшего диаметра, и даже с туннельным вентилятором, независимо от мощности силовой установки или взлетного веса.The dimensions of the bearing rotor are reduced, the payload weight is increased. The diameter of the rotor of a helicopter is strictly related to the power of the power plant and take-off weight. The flywheel removes this dependence. Reliable high-speed vertical take-off is possible with a rotor of a smaller diameter, and even with a tunnel fan, regardless of the power plant or take-off weight.
Массивное воздушное колесо пассивно, как силовой гироскоп, обеспечивает силовую продольную и поперечную стабилизацию. ЛА становится гиростабилизированным и устойчивым, исчезает чувствительность к атмосферной турбуленции. Возможна активная стабилизация по высоте управляемыми лопастями ротора с большой кинетической энергией маховика. Всепогодный летательный аппарат - реален.A massive air wheel passively, like a power gyroscope, provides power longitudinal and transverse stabilization. The aircraft becomes gyrostabilized and stable; sensitivity to atmospheric turbulence disappears. Active stabilization in height by controlled rotor blades with high kinetic energy of the flywheel is possible. An all-weather aircraft is real.
Сущность изобретения поясняется иллюстрациями, где представлено:The invention is illustrated by illustrations, which show:
Фиг.1. Четырехлопастное воздушное колесо в аксонометрической проекции.Figure 1. Four-bladed air wheel in axonometric projection.
Фиг.2. Воздушное колесо - подъемный вентилятор в аксонометрической проекции.Figure 2. The air wheel is a lifting fan in a perspective view.
Фиг.3. Примеры вариантов воздушного колеса с одной втулкой.Figure 3. Examples of single-hub air wheel options.
а) Трехлопастное воздушное колесо с кольцеобразным крылом.a) Three-bladed air wheel with an annular wing.
б) Четырехлопастное воздушное колесо с ломаным замкнутым крылом.b) Four-bladed air wheel with a broken closed wing.
в) Воздушное колесо с цилиндрическим крылом - импеллер.c) Air wheel with a cylindrical wing - an impeller.
г) Шестилопастное воздушное колесо с плоским замкнутым крылом.d) Six-bladed air wheel with a flat closed wing.
д) Трехлопастное воздушное колесо с осесимметричным крылом.d) Three-bladed air wheel with an axisymmetric wing.
Фиг.4. Примеры вариантов воздушного колеса с двумя втулками в аксонометрической проекции.Figure 4. Examples of options for an air wheel with two bushings in axonometric projection.
а) Жесткое шестилопастное воздушное колесо с двумя втулками.a) Rigid six-blade air wheel with two bushings.
б) Жесткое восьмилопастное воздушное колесо с двумя втулками.b) Rigid eight-blade air wheel with two bushings.
в) Нежесткое трехлопастное воздушное колесо с двумя втулками со скользящим продольным сочленением лопастей двух разнесенных втулок.c) Rigid three-blade air wheel with two bushings with a sliding longitudinal joint of the blades of two spaced bushings.
г) Нежесткое шестилопастное воздушное колесо с двумя втулками с подвижным упругим креплением вершины лопастей к внешнему крылу.d) Non-rigid six-bladed air wheel with two bushings with movable elastic fastening of the top of the blades to the outer wing.
д) Воздушное колесо с двумя втулками в цилиндрическом внешнем крыле.e) An air wheel with two bushings in a cylindrical outer wing.
Фиг.5. Гибкая торсионная лопасть воздушного колеса с изменяемой круткой.Figure 5. Flexible torsion blade of the air wheel with variable twist.
а) Вид сверху.a) Top view.
б) Вид сбоку.b) Side view.
в) Изменение угла установки сечения гибкой лопасти в зависимости от радиуса сечения.c) Change in the angle of installation of the cross section of the flexible blade depending on the radius of the section.
Фиг.6. Диаграмма сравнения изменения угла установки идеальной, гибкой и жесткой лопасти в зависимости от относительного радиуса сечения.6. A diagram comparing the change in the angle of installation of an ideal, flexible and rigid blade depending on the relative radius of the section.
Фиг.7. Таблица сравнения режимов работы гибкой лопасти воздушного колеса и жесткой лопасти винта, где 0 - сечение комля, 1 - сечение конца.7. A comparison table of the operating modes of a flexible blade of an air wheel and a rigid blade of a propeller, where 0 is the section of the butt, 1 is the section of the end.
Фиг.8. Диаграмма сравнения совершенства воздушного колеса и винта,Fig. 8. A chart comparing perfection of an air wheel and a propeller,
изменение относительного КПД в зависимости от шага роторов. change in relative efficiency depending on the pitch of the rotors.
Фиг.9. Складное воздушное колесо с четырьмя втулками.Fig.9. Foldable four-hub air wheel.
Вид сверху в сложенном и развернутом положении.Top view in the folded and unfolded position.
Фиг.10. Гибкое полое воздушное колесо с одной втулкой.Figure 10. Flexible hollow air wheel with one hub.
а) Общий вид в аксонометрической проекции.a) General view in axonometric projection.
б) Сечение гибкого воздушного колеса в полетном состоянии.b) The cross section of the flexible air wheel in flight condition.
в) Сечение гибкого воздушного колеса в сложенном состоянии.c) The cross section of the flexible air wheel when folded.
Фиг.11. Автомат перекоса №1 жесткого воздушного колеса с двумя втулками:11. Swashplate No. 1 of a rigid air wheel with two bushings:
а) Общий вид в аксонометрии.a) General view in a perspective view.
б) Исходное положение - нулевой шаг.b) Starting position - zero step.
в) Управление общим шагом.c) Management of the general step.
г) Управление циклическим шагом.d) Cyclic step control.
Варианты нежесткого воздушного колеса с двумя втулками вид сверху.Top view of non-rigid air wheel with two bushings.
Фиг.12. Нежесткое воздушное колесо с двумя втулками с подвижным продольным осевым смещением лопастей относительно втулки.Fig. 12. Non-rigid air wheel with two bushings with movable longitudinal axial displacement of the blades relative to the sleeve.
Фиг.13. Нежесткое воздушное колесо с двумя втулками со скользящим продольным креплением вершины лопастей к внешнему крылу.Fig.13. Non-rigid air wheel with two bushes with sliding longitudinal fastening of the top of the blades to the outer wing.
Фиг.14. Нежесткое воздушное колесо с двумя втулками с подвижным упругим креплением вершины лопастей к внешнему крылу.Fig.14. Non-rigid air wheel with two bushings with movable elastic fastening of the top of the blades to the outer wing.
Фиг.15. Автомат перекоса №2 нежесткого воздушного колеса с двумя втулками.Fig.15. Swashplate No. 2 of a non-rigid air wheel with two bushings.
а) Общий вид в аксонометрии. б) Исходное положение - нулевой шаг.a) General view in a perspective view. b) Starting position - zero step.
в) Управление общим шагом. г) Управление циклическим шагом.c) Management of the general step. d) Cyclic step control.
Фиг.16. Автомат перекоса №3 нежесткого воздушного колеса со скользящим продольным сочленением лопастей двух разнесенных втулок.Fig.16. Swashplate No. 3 of a non-rigid air wheel with a sliding longitudinal joint of the blades of two spaced bushings.
а) Общий вид в аксонометрии. б) Исходное положение - нулевой шаг.a) General view in a perspective view. b) Starting position - zero step.
в) Управление общим шагом. г) Управление циклическим шагом.c) Management of the general step. d) Cyclic step control.
Варианты применения воздушного колеса.Options for using the air wheel.
Фиг.17. Высотная ветроэнергетическая установка с воздушными колесами.Fig.17. High-altitude wind power plant with air wheels.
Фиг.18. Привязная высотная гиростабилизированная камера наблюдения.Fig. 18. A tethered gyro-stabilized surveillance camera.
Фиг.19. Роторная система мягкой вертикальной посадки - «квадрокоптер».Fig.19. The rotor system of soft vertical landing - “quadrocopter”.
Фиг.20. Роторная система мягкой вертикальной посадки - «гексокоптер».Fig.20. The rotor system of soft vertical landing - “hexocopter”.
Гиролеты с несущим воздушным колесом.Carrier air wheel
Фиг.21. Беспилотный гиролет с толкающим маршевым винтом.Fig.21. Unmanned gyro with push propeller.
Фиг.22. Гиролет с поворотным толкающим маршевым винтом.Fig.22. Gyrolet with a rotary pushing propeller.
а) в горизонтальном полете; б) в вертолетном режиме.a) in horizontal flight; b) in helicopter mode.
Фиг.23. Гиролет с двумя разнесенными маршевыми винтами.Fig.23. Girolet with two spaced marching propellers.
Фиг.24. Гиролет с подъемным туннельным вентилятором:Fig.24. Girolet with a lifting tunnel fan:
а) вид сбоку; б) вид сверху.a) side view; b) top view.
Фиг.25. Тяжелый гиролет с двумя воздушными колесами продольной схемы.Fig.25. A heavy gyro with two air wheels of a longitudinal pattern.
Воздушное колесо.Air wheel.
Воздушное колесо (фиг.1, 2, 3) состоит из замкнутого крыла 1, лопастей 2 и втулок 3. Замкнутое крыло имеет произвольную трехмерную форму, преимущественно осесимметричную (фиг.3), и произвольную конусность, от плоского (фиг.3а) до цилиндрического (фиг.3в). Гладкое кольцеобразное крыло имеет минимальное сопротивление формы. Возможны варианты с одной втулкой, с двумя (фиг.4) втулками 3, 4, до нескольких втулок на каждую лопасть. Воздушное колесо может иметь один или несколько коаксиальных валов.The air wheel (FIGS. 1, 2, 3) consists of a
Несущий ротор имеет профилированное крыло 1, с небольшой конусностью, которое соединяет концы лопастей 2 ротора и выполняет несколько функций:The bearing rotor has a profiled
1. Конструктивный элемент прочности несущего винта.1. The structural element of the strength of the rotor.
2. Массивный маховик, запасающий и выдающий энергию.2. Massive flywheel, storing and issuing energy.
3. Крыло, создающее основную подъемную силу в скоростном полете.3. The wing that creates the main lifting force in high-speed flight.
4. Гироскоп, стабилизирующий ЛА.4. A gyroscope stabilizing aircraft.
Замкнутое крыло несущего воздушного колеса создает основную подъемную силу на высокой скорости полета, поэтому может иметь меньшую площадь и большее удлинение, чем крыло самолета. Моноблочное или монолитное крыло не имеет лонжерона и механизации, сильно натягивается центробежными силами, а потому: значительно тоньше фиксированного крыла, имеет меньшее профильное сопротивление и высокое аэродинамическое качество на больших скоростях. Тонкое вращающееся крыло обладает высокой жесткостью, динамической аэроупругостью, не подвержено флаттеру. Крыло и лопасти воздушного колеса могут быть исполнены из различных материалов, в том числе из тяжелой стали. Конусность и сложная осесимметричная форма крыла задается с учетом деформации от высоких центробежных нагрузок, для разгрузки крепления лопасти.The closed wing of the carrier air wheel generates the main lifting force at a high flight speed, therefore, it can have a smaller area and greater elongation than the wing of the aircraft. A monoblock or monolithic wing does not have a spar and mechanization, it is strongly stretched by centrifugal forces, and therefore: it is much thinner than a fixed wing, has a lower profile drag and high aerodynamic quality at high speeds. The thin rotating wing has high rigidity, dynamic aeroelasticity, and is not subject to flutter. The wing and blades of the air wheel can be made of various materials, including heavy steel. The taper and complex axisymmetric shape of the wing is set taking into account deformation from high centrifugal loads, for unloading the blade attachment.
Втулка воздушного колеса избавлена от вертикальных и горизонтальных шарниров, может иметь значительный диаметр, для увеличения жесткости ротора. С этой целью воздушное колесо может иметь две разнесенные втулки (фиг.4а, б, в, г, д), при этом лопасти 2 комлем крепятся к разным втулкам 3, 4, а внешним концом на одно общее замкнутое крыло 1, как спицы велосипедного колеса. Конструкция получается легкая и жесткая.The air wheel hub is spared from vertical and horizontal joints, can have a significant diameter, to increase the stiffness of the rotor. For this purpose, the air wheel may have two spaced bushings (Fig. 4a, b, c, d, d), while the
Для снижения акустических шумов лопасти верхней и нижней втулки могут быть смещены по фазе, иметь разную стреловидность и изгибы. Возможен вариант с лопастями, имеющими подкосы или «расщепленную» комлевую часть с упругим или осевым шарнирным креплением к разным втулкам.To reduce acoustic noise, the blades of the upper and lower bushings can be phase shifted, have different sweeps and bends. A variant with blades having struts or a “split” butt part with elastic or axial articulation to different bushings is possible.
Жесткое в плане воздушное колесо всегда сбалансировано. В отличие от несущего винта с шарнирным креплением лопастей, при вращении не создает опасные вибрации, невозможен земной резонанс. Снимаются жесткие требования на изгибную и крутильную прочность лопастей, ниже нагрузки на трансмиссию, элементы управления, выше ресурс и надежность. Тонкие гибкие лопасти 2 воздушного колеса (фиг.5) натянуты как спицы, имеют бесшарнирное, упругое крепление 6 к крылу 1. Лишь в соединении втулки 3 и лопасти 2, при больших изменениях шага, возможен торсион, осевой или смещенный осевой шарнир 5. Лопасти с изменяемым шагом - торсионные, гибкие, с переменной круткой (фиг.6) и, возможно, с изменяемой кривизной профиля.A rigid air wheel is always balanced. Unlike the rotor with articulated mounting of the blades, during rotation it does not create dangerous vibrations, earth resonance is impossible. Strict requirements for the bending and torsional strength of the blades are removed, lower load on the transmission, controls, higher resource and reliability. Thin
Винты не совершенны, являются компромиссным решением большого числа противоречивых требований. Несущие винты вертолета и автожира внешне схожи, но они принципиально отличаются направлением потока и соответственно геометрической круткой лопастей. Поэтому, вертолет плохо планирует, автожир трудно взлетает, оба имеют низкое аэродинамическое качество и проблемы с устойчивостью в скоростном полете. Жесткая, а потому толстая, лопасть любого винта может быть оптимизирована к одному конкретному шагу Н, и только в этом режиме имеет свой максимальный КПД (0.7-0.8 относительно идеального пропеллера). Малейшие изменения шага Н в одну или другую сторону увеличивают потери (Фиг.7) и еще более снижают невысокий КПД (Фиг.8).The screws are not perfect, they are a compromise solution to a large number of conflicting requirements. The rotors of the helicopter and gyroplane are similar in appearance, but they fundamentally differ in the direction of flow and, accordingly, the geometric twist of the blades. Therefore, the helicopter does not plan well, the gyroplane is difficult to take off, both have low aerodynamic quality and stability problems in high-speed flight. A rigid, and therefore thick, blade of any screw can be optimized for one specific step H, and only in this mode has its maximum efficiency (0.7-0.8 relative to the ideal propeller). The slightest changes in step H in one or the other direction increase the loss (Fig. 7) and further reduce the low efficiency (Fig. 8).
Высокий КПД воздушного колеса, достигается комплексом мер.High efficiency of the air wheel is achieved by a set of measures.
Прежде всего, снижением профильного сопротивления, за счет уменьшения толщины профиля, применения несимметричных, совершенных профилей, а также высокой чистотой поверхности крыла и лопастей.First of all, by reducing the profile resistance, due to the reduction of the profile thickness, the use of asymmetric, perfect profiles, as well as high purity of the wing surface and blades.
Бесшарнирное соединение 6 упругих лопастей 2 с внешним крылом 1 обеспечивает торсионным лопастям переменную крутку Δφ (Фиг.5). Если коэффициент жесткости лопастей на кручение постоянен вдоль радиуса, то крутка будет линейной. Возможно очень близкое приближение к идеальной гиперболической крутке лопастей на любых режимах, в очень широком диапазоне, и положительного, и отрицательного шага Н. Это обеспечивает переменную жесткость на кручение вдоль лопастей, когда она растет от комля к вершине, и резко уменьшается в сочленении с крылом (Фиг.6). Так как форма идеальной лопасти противоречит распределению жесткости вдоль радиуса, лопасть может быть выполнена из гибкого, пластичного материала с внутренним силовым лонжероном - профилированным торсионом или набором с переменным сечением и жесткостью (Фиг.5, 6).The hinge-
Важное отличие воздушного колеса от винтов - возможность изменения шага лопастей в очень широком диапазоне отрицательных и положительных углов установки. Внешнее замкнутое крыло не только снижает концевые потери, но добавляя опору концам, позволяет торсионным лопастям иметь близкую к идеальной геометрическую крутку (Фиг.7), а значит, равномерное распределение нагрузки по длине лопасти. Удается получить предельно высокий КПД ротора на всех режимах (Фиг.8): и в пропеллерном, и на авторотации, и в режиме ветротурбины, при минимальном профильном сопротивлении в скоростном полете.An important difference between the air wheel and the screws is the ability to change the pitch of the blades in a very wide range of negative and positive installation angles. An external closed wing not only reduces end losses, but adding support to the ends, allows the torsion blades to have a geometric twist close to ideal (Fig. 7), which means that the load is evenly distributed along the length of the blade. It is possible to obtain an extremely high rotor efficiency in all modes (Fig. 8): in the propeller, and autorotation, and in the wind turbine modes, with a minimum profile resistance in high-speed flight.
На доступных больших углах атаки, прямые тонкие профили не эффективны. У натянутых лопастей легко реализуются жесткие фиксированные носки и отклоняемые закрылки. Тонкая лопасть из гибкого пластичного материала с несколькими упругими лонжеронами заданной жесткости может сгибаться, меняя кривизну аэродинамического профиля (Фиг.7). Отсутствие горизонтальных и вертикальных шарниров упрощает возможность крепления одной лопасти к двум или нескольким разным подвижным втулкам.At affordable large angles of attack, straight thin profiles are not effective. Stretched blades easily realize rigid fixed socks and deflectable flaps. A thin blade of flexible plastic material with several elastic spars of a given stiffness can bend, changing the curvature of the aerodynamic profile (Fig.7). The absence of horizontal and vertical hinges simplifies the possibility of mounting one blade to two or more different movable bushings.
Возрастает аэродинамическое качество ротора и в скоростном горизонтальном полете. Тонкое замкнутое крыло создает основную подъемную силу, уменьшает аэродинамическое сопротивление тонких лопастей, разгружает лопасти, позволяет снижать скорость вращения ротора, исключает условия образования волнового кризиса на наступающих и срыв потока на отступающих лопастях. Обтекаемое упруго-вязкое соединение лопастей с внешним крылом исключает крутильные колебания и флаттер концов, уменьшает акустический шум и потери от краевых эффектов.The aerodynamic quality of the rotor also increases in high-speed horizontal flight. A thin closed wing creates the main lifting force, reduces the aerodynamic drag of thin blades, unloads the blades, allows you to reduce the speed of rotation of the rotor, eliminates the conditions for the formation of a wave crisis on advancing and stall flow on the retreating blades. The streamlined elastic-viscous connection of the blades with the external wing eliminates torsional vibrations and flutter ends, reduces acoustic noise and loss from edge effects.
Частный случай воздушного колеса - туннельный подъемный вентилятор (фиг.2). Сечение крыла приближено к равнопрочному диску имеет почти треугольный профиль: острый или закругленный тонкий внешний край и более широкий внутренний. Короткие лопасти могут быть жесткими, с переменным или фиксированным шагом. Плоскостей крепления лопастей и к втулке, и к внешнему крылу может быть несколько. Жесткая лопасть переменного шага имеет управляемый закрылок, или целиком вращается на оси (спице-торсионе), соединяющей втулку с крылом. Тяга ротора с фиксированными жесткими лопастями может регулироваться управляемым направляющим и спрямляющим аппаратом. Направление тяги может изменяться аэродинамическими щитками.A special case of an air wheel is a tunnel lifting fan (figure 2). The wing section close to an equal-strength disk has an almost triangular profile: a sharp or rounded thin outer edge and a wider inner one. Short blades can be stiff, with variable or fixed pitch. The plane of attachment of the blades to the sleeve and to the external wing may be several. The rigid blade of variable pitch has a controlled flap, or rotates entirely on the axis (spoke-torsion) connecting the bushing with the wing. The rotor thrust with fixed rigid blades can be regulated by a guided guide and a straightening device. The direction of traction can be changed by aerodynamic shields.
Воздушное колесо допускает размещение во вращающемся роторе: топлива, аккумуляторов, топливных элементов, двигателей, реактивных сопел, панелей солнечных батарей, датчиков, антенн, балансиров, сигнальных огней, противообледенительных систем и других элементов аппаратуры и конструкции.The air wheel allows placement in a rotating rotor: fuel, batteries, fuel cells, engines, jet nozzles, solar panels, sensors, antennas, balancers, signal lights, anti-icing systems and other elements of equipment and design.
Пожалуй, главный недостаток воздушного колеса - большие фиксированные габариты. Возможны разборные и складные варианты (фиг.9). Проблему решает плоское гибкое воздушное колесо (фиг.10а), которое позволяет сгибать ротор на земле. Ротор приобретает необходимую жесткость динамически, при вращении. Увеличивается жесткость воздушного колеса и при заполнении внутреннего объема полого крыла газом или жидкостью под высоким давлением (фиг.10б). При вращении ротора жидкость из бака по каналу вала, или из емкости 3 на втулке, через клапаны 4, по каналам 2 в лопастях поступает в крыло 1 под высоким центробежным давлением. Клапаны 4 сохраняют высокую жесткость воздушного колеса при любых оборотах в полете. На земле управляемый перепускной клапан 4 возвращает ротору гибкость (фиг.10в). В варианте колеса с двумя втулками, жесткость увеличивается при разнесении втулок.Perhaps the main drawback of the air wheel is its large fixed dimensions. Collapsible and folding options are possible (Fig.9). The problem is solved by a flat flexible air wheel (figa), which allows you to bend the rotor on the ground. The rotor acquires the necessary rigidity dynamically during rotation. The stiffness of the air wheel increases when filling the internal volume of a hollow wing with gas or liquid under high pressure (Fig.10b). When the rotor rotates, the fluid from the tank through the shaft channel, or from the
Лопасти винта могут иметь саблевидную форму (фиг.3а) или смещенные осевые шарниры в плоскости вращения, но под углом к оси лопасти, что позволяет автоматически выравнивать плоскость вращения ротора относительно положения вала. Опущенный конец лопасти увеличивает угол атаки, а поднятый соответственно уменьшает. В итоге, снижается нагрузка на втулку и вал ротора.The rotor blades can be saber-shaped (figa) or offset axial joints in the plane of rotation, but at an angle to the axis of the blade, which allows you to automatically align the plane of rotation of the rotor relative to the position of the shaft. The lowered end of the blade increases the angle of attack, while the raised end decreases accordingly. As a result, the load on the sleeve and rotor shaft is reduced.
Автоматы перекосаSwash Machines
Общий и циклический шаг несущих винтов задается автоматом перекоса (АП). Известны различные конструкции автоматов перекоса: кольцевого (тарельчатого) типа, типа «паук», кривошипного типа и др. Для воздушного колеса возможно использование практически всех известных типов АП. Для воздушных колес с двумя втулками (фиг.4), кроме известных, возможны и новые конструкции АП. Новые варианты основаны на управлении общим и циклическим углом атаки лопасти, без внешних тяг, исключительно положением двух разнесенных втулок (фиг.11, 15, 16), например:The total and cyclic pitch of the rotors is set by the swashplate (AP). There are various designs of swash plates: ring (plate) type, spider type, crank type, etc. For the air wheel, you can use almost all known types of AP. For air wheels with two bushings (figure 4), in addition to the well-known, new designs are possible AP. New options are based on controlling the general and cyclic angle of attack of the blade, without external links, exclusively by the position of two spaced bushings (11, 15, 16), for example:
Вариант АП №1. Управление шагом жесткого воздушного колеса (фиг.11).Option AP No. 1. Controlling the pitch of a hard air wheel (Fig. 11).
В воздушном колесе с двумя втулками каждая лопасть 2 имеет осевой шарнир или упругое соединение с втулкой (на фигурах не показано) и тяги 5, 6, но не на внешнее управление, а на соседнюю втулку 3 или 4. Так, например (фиг.11б), если шарнирные тяги 7 соединяют переднюю часть лопасти верхней втулки с нижней втулкой 4, а тяга 8 - хвостовую часть лопасти нижней втулки с верхней втулкой 3, то положение втулок определяет угол атаки лопастей 2 и, соответственно, общий (фиг.11в) и циклический (фиг.11г) шаг ротора. Рычаги поворота лопастей близки к плоскости лопастей. Этот вариант похож и работает как традиционный тарельчатый автомат перекоса Юрьева.In an air wheel with two bushes, each
Относительное угловое положение подвижных втулок может использоваться для изменения общего шага, или может быть фиксировано шлицевым соединением, промежуточной муфтой или другой связью. Возможно применение пружин гидравлического или электрического привода для развода втулок в механизме управления шагом лопастей.The relative angular position of the movable sleeves can be used to change the overall pitch, or can be fixed by a splined joint, an intermediate sleeve, or other connection. It is possible to use hydraulic or electric drive springs for bushing separation in the blade pitch control mechanism.
Возможно изменение шага как упругой торсионной лопасти целиком, так и ее части, например, гибкого или сочлененного закрылка при фиксированном положении носка лопасти. Таким образом, реализуется изменение кривизны тонкого гибкого профиля лопасти. Отклонение закрылка позволяет задавать большее смещение для упреждающего управления циклическим шагом лопасти.It is possible to change the pitch of both the entire elastic torsion blade and its part, for example, a flexible or articulated flap with a fixed position of the nose of the blade. Thus, a change in the curvature of the thin flexible profile of the blade is realized. Flap deflection allows you to set a larger offset for proactive control of the cyclic pitch of the blade.
Воздушное колесо с двумя втулками может быть и «нежестким». Например:An air wheel with two bushings can also be "non-rigid". For example:
- Крепление комля лопасти к втулке с подвижным продольным осевым смещением (фиг.12).- Fastening the butt of the blade to the sleeve with a movable longitudinal axial displacement (Fig).
- Воздушное колесо со скользящим продольным креплением вершины лопастей к внешнему крылу (фиг.13).- An air wheel with a sliding longitudinal fastening of the top of the blades to the outer wing (Fig.13).
- Воздушное колесо с подвижным упругим креплением вершины лопастей к внешнему крылу (фиг.14). Вариант наименее чувствительный к деформации крыла от центробежных нагрузок.- An air wheel with a movable elastic fastening of the top of the blades to the outer wing (Fig). The least sensitive variant to wing deformation from centrifugal loads.
- Телескопические лопасти и т.д.- Telescopic blades, etc.
Подвижное соединение лопастей уменьшает жесткость воздушного колеса, что позволяет наклоном вала относительно перпендикуляра к плоскости крыла задавать циклический шаг лопастям с упреждением.The movable connection of the blades reduces the stiffness of the air wheel, which allows the inclination of the shaft relative to the perpendicular to the plane of the wing to set the cyclic pitch of the blades with a lead.
Вариант АП №2. Управление шагом нежесткого воздушного колеса с двумя втулками (фиг.15).Option AP No. 2. Controlling the pitch of a non-rigid air wheel with two bushings (Fig. 15).
Похожий на первый вариант, но (фиг.15б) рычаги поворота лопастей 9 и 10 почти перпендикулярны плоскостям лопастей 2. Тяги 9 и 10 могут иметь две степени свободы в креплении с втулкой, и только одну в креплении с лопастью:Similar to the first option, but (figb) the levers of rotation of the
свободный наклон - вдоль лопасти, поворот - вместе с лопастью в осевом шарнире. Тяги могут быть телескопическими и наклонными. Смещение втулок 3, 4, поперечное осям лопастей, вызывает изменение угла атаки. Продольное смещение принимают различные варианты скользящего соединения. Общий шаг задается поворотом, относительным угловым положением втулок вокруг оси вращения (фиг.15в), а циклический шаг - горизонтальным смещением втулок (фиг.15г), разносом осей вращения втулок.free inclination - along the blade, rotation - together with the blade in the axial joint. Traction can be telescopic and inclined. The displacement of the
Вариант АП №3. Для нежесткого воздушного колеса (фиг.16а) со скользящим продольным сочленением 5 двух лопастей 2 от двух разнесенных втулок 3 и 4, количество тяг можно уменьшать вдвое, при соединении лопастей рычагами 11 напрямую (фиг.16б, в, г).Option AP No. 3. For a non-rigid air wheel (Fig.16a) with a sliding
Циклический шаг винта, с упреждением, задает наклон вала и/или относительное горизонтальное смещение втулок (фиг.11г, 15г, 16г).The cyclic pitch of the screw, with a lead, sets the tilt of the shaft and / or the relative horizontal displacement of the bushings (Fig.11g, 15g, 16g).
Управление общим шагом винта задается угловым положением втулок. Относительный поворот, отставание фазы верхней втулки относительно нижней увеличивает угол атаки всех лопастей и шаг ротора (фиг.11в, 15в, 16в). И наоборот, опережение фазы верхней втулки относительно фазы нижней уменьшает шаг.The control of the general pitch of the screw is determined by the angular position of the bushings. The relative rotation, the phase lag of the upper sleeve relative to the lower increases the angle of attack of all the blades and the pitch of the rotor (figv, 15v, 16v). Conversely, an advance of the phase of the upper sleeve relative to the phase of the lower reduces the pitch.
Угловое положение разных втулок воздушного колеса связано через длинные гибкие лопасти и обладает значительной эластичностью, даже у жестких колес. Возможно применение разгрузочных пружин и гибких муфт, допускающих наклон втулок.The angular position of the different hubs of the air wheel is connected through long flexible blades and has considerable elasticity, even for hard wheels. Perhaps the use of unloading springs and flexible couplings, allowing the inclination of the bushings.
Очень просто управление общим шагом несущих и маршевых роторов, воздушное колесо задается угловым положением втулок через приводы коаксиальных валов. В этом случае подача большего крутящего момента на нижнюю втулку увеличивает общий шаг (фиг.15г, 16г), переводит несущий ротор из авторотации в вертолетный режим. И наоборот, торможение нижней втулки, или больший привод на верхнюю переводит ротор в режим ветротурбины. Подача крутящего момента одновременно на обе втулки раскручивает воздушное колесо с нулевым шагом и минимальным сопротивлением.It is very simple to control the common pitch of the bearing and marching rotors, the air wheel is set by the angular position of the bushings through the drives of the coaxial shafts. In this case, the supply of more torque to the lower sleeve increases the overall step (Fig.15g, 16g), transfers the bearing rotor from autorotation to helicopter mode. And vice versa, braking of the lower sleeve, or a larger drive to the upper one, puts the rotor into wind turbine mode. The supply of torque to both bushings simultaneously spins the air wheel with zero pitch and minimal resistance.
Вариант АП №4. Возможно автоматическое управление циклическим шагом и плоскостью вращения ротора, полностью без дополнительных элементов, с использованием лопастей со смещенным осевым шарниром. У воздушного колеса с двумя втулками, осевой шарнир в соединении втулки с лопастью, под углом к плоскости вращения, в ответ на поворот или смещение втулок изменяет углы атаки лопастей, без отдельных рычагов и тяг (фиг.12, 13, 14). В этом случае рычагом является внешний конец лопасти, не лежащий на оси осевого шарнира.Option AP No. 4. It is possible to automatically control the cyclic pitch and the plane of rotation of the rotor, completely without additional elements, using blades with a displaced axial hinge. In an air wheel with two bushes, the axial joint in the connection of the bushes with the blade, at an angle to the plane of rotation, in response to rotation or displacement of the bushes changes the angles of attack of the vanes, without separate levers and rods (Figs. 12, 13, 14). In this case, the lever is the outer end of the blade, not lying on the axis of the axial hinge.
Области примененияAreas of use
Воздушное колесо с замкнутым крылом большой конусности может иметь широкое применение как воздушный маршевый винт - импеллер или ротор ветротурбины. В воде такое колесо работает как малошумный гребной винт или прочный ротор гидротурбины.A large taper closed-wing air wheel can be widely used as a mid-flight propeller — an impeller or a rotor of a wind turbine. In water, such a wheel works as a low-noise propeller or a durable rotor of a hydraulic turbine.
Например: ветроэнергетическая установка может использовать воздушное колесо с цилиндрическим крылом и горизонтальным валом. В данном варианте обод позволяет многократно увеличить диаметр ротора и единичную мощность, при этом снизить шум, вес и стоимость ветроэнергетической установки. Замкнутое крыло в качестве ротора генератора позволяет полностью избавиться от редуктора и опустить тяжелый статор генератора с башни на землю. Управляемые лопасти облегчают пуск, позволяют поддерживать стабильную частоту вращения, независимо от нагрузки и силы ветра.For example: a wind power plant may use an air wheel with a cylindrical wing and a horizontal shaft. In this embodiment, the rim allows you to repeatedly increase the diameter of the rotor and unit power, while reducing noise, weight and cost of a wind power installation. A closed wing as a generator rotor allows you to completely get rid of the gearbox and lower the heavy generator stator from the tower to the ground. The guided blades make starting easier, allowing you to maintain a stable speed, regardless of load and wind force.
Воздушное колесо с плоским замкнутым крылом малой конусности наиболее эффективно как несущий ротор в режиме авторотации, например:An air wheel with a flat closed wing of small taper is most effective as a bearing rotor in autorotation mode, for example:
Возможно применение воздушного колеса в качестве несущего ротора привязной высотной ветроэнергетической установки (фиг.17). Преимущества в сравнении с прототипом, US 6781254 В2 от 24.08.2004 ″Windmill kite″ - летающим генератором с винтами традиционной конструкции:It is possible to use an air wheel as a bearing rotor of a tethered high-altitude wind power installation (Fig. 17). Advantages in comparison with the prototype, US 6781254 B2 dated 08.24.2004 ″ Windmill kite ″ - a flying generator with screws of traditional design:
- Возможность увеличения диаметра ротора и единичной мощности.- Ability to increase the diameter of the rotor and unit power.
- Выше КПД, высота полета, производительность, ресурс и надежность.- Higher efficiency, flight altitude, performance, resource and reliability.
- Шире рабочий диапазон по силе ветра. Всепогодность.- Wider operating range for wind power. Weatherproof.
- Меньше акустический шум.- Less acoustic noise.
- Высокая стабильность параметров тока при порывах ветра.- High stability of current parameters during gusts of wind.
- Гироскопическая стабилизация платформы.- Gyroscopic stabilization of the platform.
- Надежный вертикальный запуск и мягкая вертикальная посадка.- Reliable vertical launch and soft vertical landing.
- Более низкая стоимость ротора и ветроэнергетической установки.- Lower cost of the rotor and wind power installation.
- Замкнутое крыло может служить ротором электрогенератора, что избавляет от механических редукторов и снижает вес установки.- A closed wing can serve as the rotor of an electric generator, which eliminates mechanical reducers and reduces the weight of the installation.
Высокое аэродинамическое качество несущего воздушного колеса, с узким замкнутым крылом большого удлинения допускает возможность построения ЛА без силовой установки - гиропланера (gyrorlider). Гиропланер может быть привязным и свободнолетающим, микроскопическим и сверхтяжелым.The high aerodynamic quality of the carrier air wheel, with a narrow closed wing of large elongation, allows the possibility of building an aircraft without a power plant - a gyro plane (gyrorlider). The gyroplane can be tethered and free-flying, microscopic and superheavy.
Беспилотный привязной гиропланер (фиг.18) имеет два ротора: несущий и рулевой, надежно гиростабилизирован в двух плоскостях. Он стартует от наземного пускового устройства стартовой раскрутки ротора, внешнего источника энергии или бортовых аккумуляторов. На высоте получает энергию от авторотирующего воздушного колеса, а по длинному легкому оптоволоконному кабелю ведет передачу данных и принимает сигналы управления. Высокоскоростной, надежный канал связи полностью защищен. Диэлектрический оптоволоконный кабель не подвержен атмосферным разрядам. Всепогодный, бесшумный, автономный ЛА предельно прост и надежен, не нуждается в пилотировании, автоматически следует за мобильным пользователем, транспортным средством, судном. Не имеет проблем с возвратом и посадкой. На высоте, где не бывает длительного полного штиля, время дежурства такого БПЛА связи и/или наблюдения неограниченно.The unmanned tethered gyroplaner (Fig. 18) has two rotors: a bearing and a steering, it is reliably gyrostabilized in two planes. It starts from a ground-based launcher for starting up the rotor, an external energy source or on-board batteries. At altitude, it receives energy from an autorotating air wheel, and transmits data and receives control signals via a long light fiber-optic cable. High-speed, reliable communication channel is fully protected. Dielectric fiber optic cable is not subject to atmospheric discharges. All-weather, silent, autonomous aircraft is extremely simple and reliable, does not need piloting, automatically follows a mobile user, a vehicle, a ship. It has no problems with return and landing. At an altitude where there is no prolonged total calm, the duty time of such a UAV of communication and / or observation is unlimited.
Применение воздушного колеса в качестве ротошюта - бескупольной системы посадки модулей космических аппаратов (фиг.19, 20) и десантируемых грузов, имеет явные преимущества над другими системами посадки в атмосфере:The use of an air wheel as a rotoshute - a domeless landing system for spacecraft modules (Figs. 19, 20) and airborne loads, has clear advantages over other landing systems in the atmosphere:
- Возможность маневра и точная вертикальная посадка в заданное место.- Possibility of maneuver and precise vertical landing in a given place.
- Всепогодность, надежность мягкой посадки. Силовая гироскопическая стабилизация спускаемого аппарата упрощает систему управления.- Weatherproof, soft landing reliability. Power gyroscopic stabilization of the descent vehicle simplifies the control system.
- Минимальный вес и компактность при высокой нагрузке на ротор.- Minimum weight and compactness with high load on the rotor.
Самое широкое применение воздушного колеса возможно в качестве несущего ротора летательных аппаратов вертикального взлета и посадки (ЛА ВВП). Так как термин ″гироплан″ используется как синоним автожира, введем сокращенное название для гиростабилизированных летательных аппаратов, использующих воздушное колесо - гиролет.The widest use of the air wheel is possible as a bearing rotor of aircraft for vertical take-off and landing (LA GDP). Since the term "gyroplane" is used as a synonym for gyroplane, we introduce the abbreviated name for gyrostabilized aircraft using an air wheel - gyro.
ГиролетGirolet
Гиролет - ЛА ВВП, разновидность винтокрылов (англ. compound helicopter). Вместо единой несущей и движущей системы (у вертолета) гиролет имеет две: одна - несущий ротор, исключительно, для создания подъемной силы, вторая - маршевая для продвижения (фиг.21-25). На взлете, при посадке и на малых скоростях подъемную силу создают лопасти воздушного колеса. В скоростном горизонтальном полете, основную подъемную силу создает крыло, но не фиксированное прямое, а вращающееся замкнутое.Girolet - LA GDP, a type of rotorcraft (eng. Compound helicopter). Instead of a single carrier and propulsion system (for a helicopter), the gyroplane has two: one — the carrier rotor, exclusively to create lift, the second — the mid-flight for propulsion (FIGS. 21-25). On takeoff, during landing and at low speeds, the blades of the air wheel create lift. In high-speed horizontal flight, the main lifting force is created by the wing, but not a fixed straight line, but a rotating closed one.
Гиролет конструктивно имеет:Girolet structurally has:
- Воздушное колесо, как несущий ротор или туннельный вентилятор, одно или несколько.- An air wheel, like a rotor or tunnel fan, one or more.
- Обтекаемый несущий фюзеляж с развитой боковой проекцией.- Streamlined supporting fuselage with developed lateral projection.
- Силовую установку, с постоянным приводом на один или несколько маршевых винтов, и подключаемым приводом на воздушное колесо.- A power plant, with a permanent drive to one or more marching propellers, and a connected drive to the air wheel.
- Управляемое вертикальное и горизонтальное хвостовое оперение.- Guided vertical and horizontal tail.
- Посадочное устройство: колесное или полозковое шасси, баллоны и пр.- Landing device: wheeled or skid gear, cylinders, etc.
Вал вращения воздушного колеса установлен вертикально, на подшипниках крепится к фюзеляжу (рамс). Управление гиролетом по курсу производится рулем направления в потоке маршевого винта (фиг.22а), поворотным маршевым винтом (фиг.22б) или парой разнесенных маршевых винтов (фиг.23). Повороты происходят с аэродинамическим внешним скольжением на развитой боковой проекции фюзеляжа.The shaft of rotation of the air wheel is mounted vertically, mounted on bearings to the fuselage (rams). The directional gyro control is performed by the rudder in the flow of the propeller (Fig. 22a), the rotary march propeller (Fig. 22b) or a pair of spaced marching propellers (Fig. 23). Turns occur with aerodynamic external sliding on the developed lateral projection of the fuselage.
Двигатель напрямую (или через небольшой понижающий редуктор) связан с маршевым винтом, а также имеет подключаемый привод (механический вариатор, гидропривод, электрический привод, реактивный привод), для раскрутки воздушного колеса. Силовая установка гиролета может иметь:The engine is directly (or through a small reduction gear) connected to the propeller, and also has a plug-in drive (mechanical variator, hydraulic drive, electric drive, jet drive) for spinning the air wheel. The power plant of a gyro may have:
- электрический привод - для сверхлегких электрогиролетов;- electric drive - for ultralight electric gyros;
- поршневой двигатель - для легких и экономичных гиролетов;- piston engine - for light and economical gyrolets;
- газотурбинный двигатель - для тяжелых и скоростных ЛА ВВП;- gas turbine engine - for heavy and high-speed aircraft of GDP;
- гибридный привод, разный привод для маршевых и несущих винтов.- a hybrid drive, a different drive for mid-flight and rotors.
В варианте электрогиролета рационально размещение аккумуляторов или топливных элементов на крыле воздушного колеса. Такой вариант размещения:In an electric gyro variant, it is rational to place batteries or fuel cells on the wing of an air wheel. This placement option:
снижает вес ЛА, увеличивает удельную емкость аккумуляторов на 45 КДж/кг и более, обеспечивает хорошее охлаждение, одновременно является противообледенительной защитой несущего ротора.reduces the weight of the aircraft, increases the specific capacity of the batteries by 45 KJ / kg or more, provides good cooling, and at the same time is the anti-icing protection of the rotor.
Жесткое воздушное колесо допускает прямой электрический привод к массивному крылу, без промежуточных валов и редукторов. Наиболее рационален такой привод в двухротороной поперечной схеме, и для миниатюрных, и для сверхтяжелых гиролетов.The rigid air wheel allows direct electric drive to the massive wing, without intermediate shafts and gearboxes. Such a drive is most rational in a two-rotor transverse circuit, both for miniature and superheavy gyroplanes.
Возможен шумный реактивный привод воздушного колеса. Сжатый воздух от компрессора, через полые вал и лопасти, подается к соплам, или к камерам сгорания на периферии ротора.Possible noisy jet drive of the air wheel. Compressed air from the compressor, through the hollow shaft and blades, is supplied to the nozzles, or to the combustion chambers on the periphery of the rotor.
Замкнутое крыло ротора можно использовать для хранения топлива - сжиженного газа. Размещение в полости крыла жидкого топлива сопряжено с проблемой его извлечения, возможно в случае остановки ротора, или размещения там же топливных элементов, или при реактивном приводе с дожиганием топлива.The closed wing of the rotor can be used to store fuel - liquefied gas. The placement of liquid fuel in the wing cavity is associated with the problem of its extraction, possibly in the case of a rotor stop, or placement of fuel elements in the same place, or with a jet drive with fuel afterburning.
На малых скоростях подъемную силу и управляемость лучше обеспечивает винт, на больших - эффективнее крыло. В зависимости от относительной ширины крыла, воздушное колесо больше винт (фиг.1) или крыло (фиг.2), и соответственно, гиролет ближе к винтокрылам, или к самолетам. В качестве меры близости можно использовать коэффициент заполнения, как отношение площади ротора к сметаемой площади, отношение внутреннего диаметра к внешнему, или удлинение замкнутого крыла. Рассмотрим крайние варианты.At low speeds, the propeller provides better lift and controllability; at high speeds, the wing is more efficient. Depending on the relative width of the wing, the air wheel is larger than a screw (Fig. 1) or a wing (Fig. 2), and accordingly, the gyro is closer to rotorcraft, or to airplanes. As a measure of proximity, you can use the fill factor, as the ratio of the area of the rotor to the swept area, the ratio of the inner diameter to the outer, or the lengthening of a closed wing. Consider the extreme options.
Узкое кольцо образует крыло с максимальным удлинением, что подходит легким маломощным автожирам. Кольцо замыкает нагрузки, укрепляет конструкцию несущего винта, повышает безопасность, надежность и ресурс. Повышается аэродинамическое качество ротора и максимальная допустимая скорость. Легкое крыло не влияет на маневренность, управление возможно без автомата перекоса, непосредственно наклоном плоскости вращения ротора. Легкое кольцо позволяет автожиру осуществлять прыжковый взлет, более массивное крыло обеспечивает ему полноценный вертикальный подъем. Высота взлета пропорциональна относительной массе маховика.A narrow ring forms a wing with maximum elongation, which is suitable for light, low-powered gyros. The ring closes the load, strengthens the design of the rotor, increases safety, reliability and resource. The aerodynamic quality of the rotor and the maximum allowable speed are increased. A light wing does not affect maneuverability, control is possible without a swashplate, directly by tilting the plane of rotation of the rotor. A lightweight ring allows the gyroplane to jump off, a more massive wing provides it with a full vertical lift. Takeoff height is proportional to the relative mass of the flywheel.
Максимальное увеличение относительной ширины крыла превращает воздушное колесо в плоское дискообразное вращающееся крыло с вентилятором внутри (фиг.2), что наиболее подходит скоростным самолетам вертикального взлета и посадки. По такой схеме может быть реализован среднеплан с туннельным вентилятором внутри фюзеляжа, вблизи центра масс (фиг.24). Скоростью звука ограничена линейная скорость лопастей вентилятора, а линейная скорость периферии диска может ее многократно превышать, ограничена прочностью материала. В этом случае крыло выполняется намоткой из металлической проволоки, лент, или композитных волокнистых неметаллических материалов. Использование кевлара и графитоволокна позволяет достигать скоростей более 1000 м/с. На высоких скоростях следует учитывать кинетический нагрев ротора.The maximum increase in the relative width of the wing turns the air wheel into a flat disk-shaped rotating wing with a fan inside (figure 2), which is most suitable for high-speed aircraft of vertical take-off and landing. According to this scheme, a midplane with a tunnel fan inside the fuselage, near the center of mass, can be implemented (Fig. 24). The speed of sound is limited by the linear speed of the fan blades, and the linear speed of the periphery of the disk can exceed it many times, limited by the strength of the material. In this case, the wing is made by winding from metal wire, tapes, or composite fibrous non-metallic materials. The use of Kevlar and graphite fiber allows reaching speeds of more than 1000 m / s. At high speeds, kinetic heating of the rotor should be considered.
Большой запас энергии и располагаемой мощности дает возможность быстрого вертикального взлета с использованием одного небольшого вентилятора. Вращающийся ротор при взлете и посадке обеспечивает аппарату надежную силовую продольную и поперечную устойчивость, без сложных систем управления и стабилизации. Тяга регулируется изменением шага лопастей вентилятора, и/или подвижными направляющим и спрямляющим аппаратами. Холодный поток не прожигает площадку или палубу. После взлета самолета, для повышения маневренности, ротор может быть остановлен и зафиксирован. Перед посадкой, встречный напор и двигатель повторно раскручивают ротор. Реактивный момент, при авторотации и реактивном приводе ротора - не создастся, а при механической раскрутке в полете парируется стабилизатором и отклонением вектора тяги маршевого двигателя. Полное устранение реактивного момента возможно применением двух роторов противоположного вращения, с продольным, поперечным или соосным размещением.A large supply of energy and available power makes it possible to quickly take off vertically using one small fan. The rotor during takeoff and landing provides the device with reliable power longitudinal and lateral stability, without complex control and stabilization systems. The thrust is regulated by changing the pitch of the fan blades, and / or movable guides and straighteners. The cold stream does not burn the site or deck. After take-off, to increase maneuverability, the rotor can be stopped and locked. Before landing, the head pressure and the engine re-untwist the rotor. The jet moment, with autorotation and jet drive of the rotor, will not be created, and with mechanical unwinding in flight it is counterbalanced by the stabilizer and the thrust vector deviation of the marching engine. Complete elimination of the reactive moment is possible by using two rotors of opposite rotation, with longitudinal, transverse or coaxial placement.
Применение воздушного колеса универсально для ЛА ВВП, от безмоторных гиропланеров до реактивных сверхзвуковых самолетов, масштабируемо, от электрических миниатюрных беспилотных ЛА до сверхтяжелых многороторных транспортных гиролетов.The use of the air wheel is universal for aircraft LA GDP, from non-motorized gyroplanes to jet supersonic aircraft, scalable, from electric miniature unmanned aerial vehicles to superheavy multi-rotor transport gyroplanes.
Теоретический предел грузоподъемности одновинтовых вертолетов около 35 тонн, а практически, это вертолет МИ-26, который поднимает 25 тонн. Первое ограничение - диаметр несущего винта, длинные лопасти свисают до земли и до хвостовой балки. Второе ограничение - предел мощности редуктора и двигателей в единой силовой установке. Воздушное колесо не имеет таких ограничений, потому может иметь на одном роторе более 100 тонн грузоподъемности. Гиролет с двумя роторами может быть продольной, поперечной и сосной схемы. В разнесенных многороторных схемах воздушным колесам не нужны мощные синхронизирующие валы, ниже требования к мощности редукторов, проще распределенная силовая установка (фиг.25). Прямой электромагнитный привод на крыло воздушного колеса избавляет ЛА от механических редукторов и трансмиссии.The theoretical capacity limit for single-rotor helicopters is about 35 tons, but in practice, this is the MI-26 helicopter, which lifts 25 tons. The first limitation is the diameter of the rotor; long blades hang down to the ground and to the tail boom. The second limitation is the power limit of the gearbox and motors in a single power plant. The air wheel does not have such restrictions, therefore, it can have more than 100 tons of load capacity on one rotor. A gyroplane with two rotors can be a longitudinal, transverse and pine scheme. In spaced multi-rotor circuits, air wheels do not need powerful synchronizing shafts, lower power requirements for gearboxes, a simpler distributed power plant (Fig. 25). A direct electromagnetic drive to the wing of the air wheel eliminates the need for mechanical gearboxes and transmissions.
Наземное пусковое устройствоGround Launcher
Взлет любого ЛА - наиболее энергозатратный этап полета. Горизонтальному взлету самолета предшествует разгон по длинной взлетной полосе. Вертикальному взлету гиролета предшествует раскрутка массивного ротора. Это значительно проще и безопаснее, но тоже требует энергозатрат. На воздушное колесо ″закачивается″ большой объем энергии, в широком диапазоне скоростей вращения.Take-off of any aircraft is the most energy-consuming stage of flight. Horizontal take-off is preceded by acceleration along a long runway. The vertical takeoff of the gyro is preceded by the promotion of a massive rotor. It is much simpler and safer, but also requires energy. A large amount of energy is pumped onto the air wheel ″ over a wide range of rotational speeds.
Для разгона маховика до линейной скорости 300 м/с, на каждые 80 кг массы, требуется не менее 1 кВт ч (3,6 МДж) энергии, без учета потерь. Двигатель мощностью 60 кВт совершает эту работу за одну минуту, но чем дольше разгон, тем выше аэродинамические потери. Для быстрой передачи этой энергии на воздушное колесо требуется мощный механический или гидравлический вариатор, коробка передач или мощный электромотор.To accelerate the flywheel to a linear speed of 300 m / s, for every 80 kg of mass, at least 1 kWh (3.6 MJ) of energy is required, without taking into account losses. A 60 kW engine does this job in one minute, but the longer the acceleration, the higher the aerodynamic loss. To quickly transfer this energy to the air wheel requires a powerful mechanical or hydraulic variator, gearbox or a powerful electric motor.
Целесообразно, не только ускорить запуск, сэкономить топливо, сберечь ресурс редуктора, но, что очень важно, сделать взлет менее шумным. Наземное пусковое устройство помогает быстро и бесшумно раскрутить массивный ротор. Для запуска безмоторных гиропланеров, такое устройство необходимо. Внешнее наземное/палубное пусковое устройство накапливает энергию, преобразует и передает воздушному колесу.It is advisable not only to speed up the launch, save fuel, save the gearbox resource, but, what is very important, make the take-off less noisy. A ground-based launcher helps quickly and silently spin a massive rotor. To run non-powered gyroplaners, such a device is necessary. An external ground / deck launcher stores energy, converts and transfers to the air wheel.
В населенных пунктах, на оборудованных площадках, как правило, доступен универсальный источник энергии - электросеть. Накопитель энергии позволяет сгладить большие пиковые нагрузки. Возможны произвольные варианты наземного (палубного) пускового устройства, в зависимости от способа накопления энергии, оно может быть: механическим, гидропневматическим, электрическим и прочим, например:In settlements, on equipped sites, as a rule, a universal source of energy is available - the electric grid. The energy storage makes it possible to smooth out large peak loads. Arbitrary options for a ground (deck) launching device are possible, depending on the method of energy storage, it can be: mechanical, hydropneumatic, electric, etc., for example:
- Электродвигатель - маховик - вариатор - гиролет;- Electric motor - flywheel - variator - gyro;
- Электрогидронасос - гидропневматический аккумулятор - гидромотор - гиролет;- Electrohydraulic pump - hydropneumatic accumulator - hydraulic motor - gyro;
- Зарядное устройство - конденсаторы - преобразователь - один или несколько мощных электродвигателей - гиролет.- Charger - capacitors - converter - one or more powerful electric motors - gyrolet.
Возможна раскрутка воздушного колеса без валов и редукторов, напрямую бегущим магнитным полем линейного двигателя. В этом случае замкнутое крыло является ротором электрического двигателя.It is possible to spin the air wheel without shafts and gears, directly running the magnetic field of a linear motor. In this case, the closed wing is the rotor of the electric motor.
Для гиролетов с реактивным приводом ротора возможен запуск от пневматического аккумулятора. Запуск легких гиропланеров возможен вручную.For jet rotor gyrojets, a pneumatic accumulator can be started. Launching light gyroplaners is possible manually.
Наземное/палубное пусковое устройство может иметь систему управления, датчики заряда и скорости. Может производить наземную транспортировку гиролета, выполнять операции предполетного и послеполетного обслуживания, очистку, контроль, балансировку, противообледенительную обработку, нагрев ротора и прочее.The ground / deck launcher may have a control system, charge and speed sensors. It can carry out ground transportation of the gyrolet, perform operations of preflight and afterflight maintenance, cleaning, control, balancing, de-icing, heating of the rotor, etc.
Вертикальный взлетVertical takeoff
Лучше вертикального взлета может быть только - экономичный, всепогодный, устойчивый, безопасный, быстрый и бесшумный вертикальный подъем. Именно такой взлет обеспечивает воздушное колесо. Гиролету для старта не нужна ни взлетная полоса, ни мощный и шумный газотурбинный двигатель. Инерциальный привод не создает реактивного момента, поэтому не нужен рулевой винт - источник опасности и высокочастотных колебаний. Воздушное колесо - мощный кинетический накопитель, отличается от винта отсутствием вибрации и шума. До момента взлета тонкие лопасти установлены на нулевой шаг и принимают нулевую крутку, создают минимальные потери и шум. Крыло предотвращает провисание лопастей на стоянке и свист концов при вращении.Better than vertical takeoff can only be - economical, all-weather, stable, safe, fast and silent vertical ascent. It is such a takeoff that the air wheel provides. A gyro to start does not need either a runway or a powerful and noisy gas turbine engine. An inertial drive does not create a reactive moment, therefore, the tail rotor is not needed - a source of danger and high-frequency oscillations. The air wheel is a powerful kinetic drive, differs from the screw in the absence of vibration and noise. Until take-off, the thin blades are set to zero pitch and take zero twist, creating minimal loss and noise. The wing prevents the blades from sagging in the parking lot and the whistling of the ends during rotation.
Предварительная раскрутка воздушного колеса происходит на земле, возможна как автономная раскрутка от силовой установки гиролета, так и от внешнего источника энергии. Рационально применение стационарного наземного (палубного) пускового устройства. Такой способ старта экономичен и наиболее бесшумен, что позволит использовать гиролет в населенных пунктах. Тише гиролета могут взлететь только некоторые типы аэростатов.The preliminary spin-up of the air wheel takes place on the ground, both autonomous spin-up from the power plant of the gyrolet and from an external energy source is possible. The rational use of a stationary ground (deck) launcher. This way of starting is economical and most silent, which will allow you to use the gyro in populated areas. Only a few types of balloons can take off in silence.
При автономном старте, двигатель силовой установки гиролета мощностью 100 кВт быстрее чем за минуту раскручивает несущий ротор массой 100 кг. Реактивный момент принимают шасси или опорные лыжи. Стартовая раскрутка может производиться до больших линейных скоростей u0=300 м/с, при полетных u1=100 м/с. Тонкие лопасти с правильной круткой имеют равномерную нагрузку и высокий КПД η не менее 0.75. При относительной массе маховика около 10% от взлетного веса М=1000 кг, запасенной энергии хватает для быстрого вертикального подъема на большую высоту, уже без участия двигателя и трансмиссии:With an autonomous start, the engine of the propulsion system of a 100 kW gyrolet spins a bearing rotor weighing 100 kg faster than in a minute. The reactive moment is taken by the chassis or ski support. Starting promotion can be carried out up to high linear speeds u 0 = 300 m / s, with flight u 1 = 100 m / s. Thin blades with the correct twist have a uniform load and high efficiency η of at least 0.75. With a relative flywheel mass of about 10% of the take-off weight M = 1000 kg, the stored energy is enough for a quick vertical ascent to a great height, already without the participation of the engine and transmission:
При неоптимальном темпе взлета растут потери на циркуляцию и сопротивление, реальная высота может быть ниже, но достаточна для надежного взлета в условиях высотной городской застройки.At a non-optimal take-off pace, losses in circulation and resistance increase, the actual height may be lower, but sufficient for a reliable take-off in high-rise urban areas.
Гиролет может исполнить еще один уникальный трюк. Кроме разгона сотни килограммов маховика, возможен и разгон нескольких тонн воздушного потока. Куб воздуха 10 м*10 м*10 м имеет массу более тонны (m=1249 кг, t=15°C, H=0). Перед стартом, воздушное колесо может создать мощный восходящий поток из перегретого у земли воздуха, а затем использовать его энергию для взлета. Растет высота взлета, скороподъемность и вертикальная перегрузка.Girolet can perform another unique trick. In addition to accelerating hundreds of kilograms of a flywheel, acceleration of several tons of air flow is also possible. An air cube of 10 m * 10 m * 10 m has a mass of more than a ton (m = 1249 kg, t = 15 ° C, H = 0). Before starting, the air wheel can create a powerful upward flow of air overheated near the ground, and then use its energy to take off. Takeoff height, climb and vertical overload are increasing.
При взлете гиролета мощность, выдаваемая воздушным колесом, уже не ограничена, ни мощностью двигателя, ни надежностью редуктора и трансмиссии. Вся необходимая энергия для взлета закачивается в ротор на земле. Располагаемая взлетная мощность многократно превышает мощность силовой установки. Уникальная для гиролетов способность безмоторного взлета открывает дорогу для широкого применения бесшумных электрических силовых установок и экономичных топливных элементов.When the gyroplane takes off, the power provided by the air wheel is no longer limited, neither by engine power, nor by the reliability of the gearbox and transmission. All the necessary energy for takeoff is pumped into the rotor on the ground. Available take-off power is many times greater than the power of the power plant. The motorless take-off ability, unique to gyrocles, paves the way for the widespread use of silent electric power plants and fuel-efficient fuel cells.
Гиролет - устойчивый и всепогодный летательный аппарат.Girolet - a stable and all-weather aircraft.
Всепогодность обеспечивают не только большая располагаемая мощность и скороподъемность. Раскрученное воздушное колесо, как мощный силовой гироскоп, сохраняет стартовую плоскость вращения. Атмосферная турбулентность и порывы ветра не оказывают на нее заметного воздействия. Гиролет без проблем взлетает в сложных условиях: в шторм и в жару, в условиях высокогорья и с неподготовленных пыльных площадок.All-weather provide not only large available power and rate of climb. The untwisted air wheel, like a powerful power gyroscope, preserves the starting plane of rotation. Atmospheric turbulence and gusts of wind do not have a noticeable effect on it. A gyrolet takes off without problems in difficult conditions: in storms and in heat, in high mountains and from unprepared dusty areas.
На взлете нет сложных переходных режимов. Еще на земле, двигатель переключается на маршевый винт, вся его мощность используется, исключительно, для набора горизонтальной крейсерской скорости. При пологом взлете с крыши здания можно использовать избыток энергии несущего ротора.There are no complicated transition modes on takeoff. Still on the ground, the engine switches to the propeller, all its power is used exclusively for a set of horizontal cruising speed. With a gentle take-off from the roof of the building, you can use the excess energy of the bearing rotor.
Таким образом, гиролет в любую погоду, устойчиво и без лишнего шума, быстро набирает высоту и скорость для горизонтального полета.Thus, a gyroplane in any weather, steadily and without unnecessary noise, quickly gains altitude and speed for horizontal flight.
Устойчивый горизонтальный полетSteady horizontal flight
Гиролет обладает уникальной устойчивостью на всех режимах полета. Плоскость вращения воздушного колеса поддерживается с небольшим положительным углом атаки. В горизонтальном полете, воздушное колесо работает как плоское крыло, лопасти разгружены, действуют как управляющие плоскости, общий шаг близок к нулевому, циклический шаг и оперение поддерживают оптимальный угол атаки крыла. Изменяемый циклический шаг обеспечивает управляемость на малых скоростях полета. Повороты по курсу производятся рулем направления и поворотом вектора тяги, с внешним скольжением на развитой боковой поверхности.The gyro has unique stability in all flight modes. The plane of rotation of the air wheel is supported with a small positive angle of attack. In horizontal flight, the air wheel acts as a flat wing, the blades are unloaded, act as control planes, the total pitch is close to zero, the cyclic pitch and tail support the optimal angle of attack of the wing. Variable cyclic pitch provides control at low flight speeds. Turns along the course are made by the rudder and by the rotation of the thrust vector, with external sliding on the developed lateral surface.
Вращение ротора создает натяжение контура, что придает тонкому крылу необходимую жесткость и динамическую аэроупругость. Вращение воздушного колеса поддерживается частично авторотацией и частично двигателем, поэтому аппарат не является чистым автожиром, но он конструктивно близок к автожиру и к комбинированному вертолету с крылом и маршевыми винтами. Инерциальный привод и авторотация не создают реактивного момента, поэтому не нужны: ни рулевой винт, ни длинная хвостовая балка, ни сложная трансмиссия. Небольшой постоянный реактивный момент подкрутки одного воздушного колеса двигателем парируется рулем направления, или смещением вектора тяги, или распределением тяги на разнесенных маршевых винтах.The rotation of the rotor creates the tension of the contour, which gives the thin wing the necessary rigidity and dynamic aeroelasticity. The rotation of the air wheel is supported in part by autorotation and partly by the engine, so the device is not a clean gyroplane, but it is structurally close to a gyroplane and to a combined helicopter with a wing and mid-flight propellers. Inertial drive and autorotation do not create a reactive moment, therefore, they are not needed: neither a tail rotor, nor a long tail boom, nor a complex transmission. A small constant reactive moment of twisting of one air wheel by the engine is counterbalanced by the rudder, or by displacement of the thrust vector, or by the distribution of thrust on spaced marching propellers.
Время полной приемистости газотурбинного двигателя составляет 8-15 секунд, что ограничивает маневренные возможности вертолета. У гиролета мгновенная приемистость и высокая мощность на роторе, не зависящие от мощности силовой установки. Гиролет имеет наибольший диапазон скоростей, может летать со скоростью и экономичностью самолета, способен резко менять высоту, ускоряться и тормозить.The full throttle response time of a gas turbine engine is 8-15 seconds, which limits the maneuverability of the helicopter. The gyro has instant throttle response and high power on the rotor, independent of the power of the power plant. The gyroplane has the largest speed range, can fly with the speed and economy of the aircraft, is able to dramatically change altitude, accelerate and slow down.
Гиролет превосходит вертолет в горизонтальной и мгновенной вертикальной скорости, но может проигрывать ему в горизонтальной маневренности. Повороты по курсу производятся не наклоном вектора тяги несущего винта, а поворотом вектора тяги маршевого винта с аэродинамическим внешним скольжением на развитой боковой поверхности. При вращающемся роторе невозможны перевороты и фигуры высшего пилотажа: петли, бочки и крутые виражи. Из шести степеней свободы гиролет имеет только три. Эта особенность радикально упрощает пилотирование данного ЛА.The gyro is superior to the helicopter in horizontal and instantaneous vertical speed, but can lose it in horizontal maneuverability. Turns in the direction are made not by tilting the thrust vector of the rotor, but by turning the thrust vector of the propeller with aerodynamic external sliding on the developed side surface. With a rotating rotor, coups and aerobatics are impossible: loops, barrels and sharp turns. Of the six degrees of freedom, the gyrolet has only three. This feature radically simplifies the piloting of this aircraft.
Управление возможно и производится лишь по курсу, по высоте и по скорости. Простое и комфортное управление снижает требования к подготовке пилотов. Возможна простая автоматизация, что важно как для безопасности пилотируемых ЛА, так и для автономности беспилотных. Так, автоматически циклическим шагом воздушного колеса поддерживается плоскость вращения ротора, а общим - стабильная высота полета. Управление по курсу осуществляется рулем направления. Скорость определяется мощностью двигателя и шагом маршевого винта. Возможно активное торможение маршевым винтом, и экстренное торможение разворотом корпуса.Management is possible and is carried out only at the rate, height and speed. Simple and comfortable controls reduce training requirements for pilots. Simple automation is possible, which is important both for the safety of manned aircraft and for the autonomy of unmanned aerial vehicles. So, the plane of rotation of the rotor is automatically maintained in a cyclic pitch of the air wheel, and a stable flight altitude is maintained in common. Management of the course is carried out by the rudder. Speed is determined by engine power and propeller pitch. Active braking by the marching propeller, and emergency braking by turning the hull is possible.
На всех режимах полета, гиролет имеет силовую продольную и поперечную гиростабилизацию. Нет балансировочных потерь аэродинамического качества. Атмосферная турбуленция не нарушают его устойчивость. Это качество делает гиролет исключительно комфортным и всепогодным. Устойчивость очень актуальна для беспилотных ЛА, особенно для миниатюрных, в условиях эффектов низких чисел Рейнольдса.In all flight modes, the gyrolet has power longitudinal and transverse gyrostabilization. There are no balancing losses of aerodynamic quality. Atmospheric turbulence does not violate its stability. This quality makes the gyrolet extremely comfortable and all-weather. Stability is very important for unmanned aerial vehicles, especially for miniature ones, in the conditions of effects of low Reynolds numbers.
Гиролет вне конкуренции, если надежность и всепогодность транспортного средства, а также высокая безопасность и комфорт пассажиров, важнее возможности исполнения переворотов и фигур высшего пилотажа. Высокая устойчивость и стабильность в полете исключает возможность «воздушного хулиганства», а это важный аргумент разрешения полетов гиролетам над населенными пунктами.Girolet out of competition, if the reliability and all-weather vehicle, as well as high safety and comfort of passengers, more important than the ability to perform coups and aerobatics. High stability and stability in flight excludes the possibility of "air hooliganism", and this is an important argument for allowing flights to fly gyro over populated areas.
Диапазон скоростей полетаSpeed range
Гиролет может иметь наибольший диапазон скоростей, среди ЛА, с той же мощностью силовой установки. Благодаря маховику, гиролет имеет более высокую скороподъемность. На всех режимах и скоростях полета ему обеспечена управляемость и высокая устойчивость.Girolet can have the largest speed range, among aircraft, with the same power plant. Thanks to the flywheel, the gyroplane has a higher rate of climb. At all flight modes and speeds, it is provided with controllability and high stability.
Поворот вектора тяги маршевого винта против направления вращения несущего ротора превращает однороторный гиролет в вертолет нормальной схемы (фиг.22б). Так он может висеть, контролировать продольное и поперечное смещение автоматом перекоса, не меняя плоскость вращения ротора. Гиролет способен зависать на месте, без встречного ветра, при меньшей, чем у вертолета, мощности силовой установки, с отрицательным балансом энергии. Реверс тяги маршевых винтов позволяет выполнить полет хвостом вперед.The rotation of the thrust vector of the propeller against the direction of rotation of the main rotor turns the single-rotor gyro into a normal-type helicopter (Fig. 22b). So it can hang, control the longitudinal and lateral displacement by the swashplate, without changing the plane of rotation of the rotor. The gyro is able to freeze in place, without headwind, with less than the power of the helicopter power plant, with a negative energy balance. Reverse thrust propellers allows you to fly tail-first.
Максимальная горизонтальная скорость винтокрылых ЛА, при достаточной мощности силовой установки, ограничена тремя факторами: прочностью винта, его устойчивостью на высоких скоростях и высоким аэродинамическим сопротивлением ротора. Воздушное колесо снимает эти ограничения по скорости полета. Внешнее крыло замыкает нагрузки и делает винт прочным. Крыло создает основную подъемную силу, разгружает лопасти и задает им нулевую крутку, что исключает дисбаланс, срыв потока и образование волнового кризиса. Крыло рассекает поток, лопасти ротора находятся в аэродинамической тени крыла, движутся в приторможенной области следа. Тонкое воздушное колесо имеет малое профильное сопротивление, поэтому возможно получение высокого аэродинамического качества ротора и достижение высоких скоростей полета с поршневым или электрическим двигателем в качестве силовой установки (фиг.21-23).The maximum horizontal speed of a rotorcraft, with sufficient power of the power plant, is limited by three factors: the strength of the propeller, its stability at high speeds and high aerodynamic drag of the rotor. The air wheel removes these speed limits. The outer wing closes the load and makes the screw strong. The wing creates the main lifting force, unloads the blades and sets them to zero twist, which eliminates imbalance, flow stall and the formation of a wave crisis. The wing dissects the flow, the rotor blades are in the aerodynamic shadow of the wing, move in the braked area of the track. The thin air wheel has a low profile resistance, therefore, it is possible to obtain high aerodynamic quality of the rotor and achieve high flight speeds with a piston or electric motor as a power plant (Fig.21-23).
Использование газотурбинного двигателя делает возможным полет на около- и сверхзвуковой скорости (фиг.24). Вентилятор небольшого диаметра, с относительно широким крылом, может обеспечить гиролету надежный и устойчивый взлет и посадку. Монолитный ротор тоньше фиксированного крыла самолета, имеет меньшее профильное сопротивление. Вращающийся массивный тонкий диск обладает высокой прочностью, динамической аэроупругостью и не подвержен флаттеру. Допустимо снижение скорости вращения и остановка ротора в скоростном маневренном полете. Гиролет может иметь значительный динамический потолок, но наиболее эффективен в тропосфере. Возможен всепогодный, сверхзвуковой ЛА с надежным и устойчивым вертикальным взлетом и посадкой.The use of a gas turbine engine makes it possible to fly at near- and supersonic speeds (Fig.24). A small-diameter fan with a relatively wide wing can provide the gyro with a reliable and stable take-off and landing. A monolithic rotor is thinner than a fixed wing of the aircraft, has a lower profile resistance. The rotating massive thin disk has high strength, dynamic aeroelasticity and is not prone to flutter. It is permissible to reduce the rotation speed and stop the rotor in high-speed maneuverable flight. A gyrolet can have a significant dynamic ceiling, but is most effective in the troposphere. All-weather, supersonic aircraft with reliable and stable vertical take-off and landing is possible.
Вертикальная посадка.Vertical landing.
Вертикальная посадка гиролета - штатный способ, безопасна, надежна и малошумная. Для безопасной посадки не нужен двигатель. Снижение проходит на авторотации, посадка в вертолетном режиме. Возможна посадка без пробега, на любую неподготовленную площадку, соизмеримую с размерами самого аппарата, на крышу здания или на палубу судна. Уровень шума при посадке минимален, так как двигатель работает на малых оборотах или выключен. При снижении, горизонтальная скорость не растет, маховик воздушного колеса эффективно утилизирует всю потенциальную энергию ЛА. Плоское кольцо парашютирует, гасит прецессию и турбулентность концов лопастей. Переменная крутка тонких лопастей обеспечивает предельно высокий КПД воздушному колесу на режиме авторотации, исключает условия образования вихревого кольца. Чем выше нагрузка на площадь ротора, тем ниже чувствительность к атмосферной турбуленции, и выше скорость снижения на авторотации. Большой запас энергии в роторе позволяет ее гасить и перейти в вертолетный режим непосредственно перед мягкой посадкой. Перегрузка будет ощущаться короткое время, вихревое кольцо не успевает сформироваться.Vertical landing of the gyro is a regular way, safe, reliable and low noise. A safe landing does not require an engine. The reduction takes place on autorotation, landing in helicopter mode. Landing without mileage is possible on any unprepared landing site commensurate with the size of the apparatus itself, on the roof of a building or on the deck of a ship. The noise level during landing is minimal, as the engine runs at low speeds or is turned off. With a decrease, the horizontal speed does not increase, the flywheel of the air wheel efficiently utilizes all the potential energy of the aircraft. A flat ring parachutes, quenches the precession and turbulence of the ends of the blades. Variable twisting of thin blades provides extremely high efficiency to the air wheel in the autorotation mode, eliminates the conditions for the formation of a vortex ring. The higher the load on the rotor area, the lower the sensitivity to atmospheric turbulence, and the higher the rate of decrease in autorotation. A large supply of energy in the rotor allows it to be extinguished and go into helicopter mode immediately before a soft landing. Overload will be felt for a short time, the vortex ring does not have time to form.
При снижении, управление осуществляется автоматом перекоса: циклический шаг позволяет точно контролировать продольное и поперечное смещение, существенно не меняя плоскость вращения ротора, общий шаг задает скорость снижения и производит «подрыв ротора» перед мягким касанием. Реверс тяги маршевого винта применяется для гашения остаточной горизонтальной скорости. Запаса энергии маховика хватает, чтобы прервать посадку, зависнуть и перелететь на другое место. Посадка безопасна, надежна и тише, чем у автожира. Раскрученный маховик воздушного колеса стабилизирует крен и тангаж, что упрощает пилотирование при планировании и посадке, возможна полностью автоматическая посадка.When decreasing, the control is carried out by the swashplate: the cyclic step allows precise control of the longitudinal and transverse displacement, without significantly changing the plane of rotation of the rotor, the general step sets the reduction speed and produces a “detonation of the rotor” before soft touch. The propeller thrust reverse is used to damp the residual horizontal speed. The flywheel’s energy reserve is enough to interrupt landing, hover and fly to another place. Landing is safe, reliable and quieter than a gyroplane. The untwisted flywheel of the air wheel stabilizes roll and pitch, which simplifies piloting during planning and landing; fully automatic landing is possible.
После посадки, гиролет сохраняет устойчивость, при сильном ветре, в отличие от вертолетов, способен прижаться к площадке или к качающейся палубе. Воздушному колесу не нужен тормоз, лопасти не свисают, не заденут людей, не отрубят хвостовую балку.After landing, the gyro is stable, with a strong wind, unlike helicopters, it is able to snuggle up to the site or to the swinging deck. The air wheel does not need a brake, the blades do not hang down, they will not hurt people, they will not cut off the tail boom.
Дальность полета и экономичность.Flight range and economy.
Существует универсальная формула расчета дальности полета самолетов, вертолетов и любых ЛА тяжелее воздуха (Миль М.Л. и др. Вертолеты. Расчет и проектирование. М. Машиностр. 1967. Том 1. Стр.27):There is a universal formula for calculating the flight range of aircraft, helicopters and any aircraft heavier than air (Mil M.L. et al. Helicopters. Calculation and design. M. Mashinostr. 1967.
где: Gt - вес топлива; G - вес ЛА (средний за время полета); Cy/Cx - аэродинамическое качество ЛА; Се - удельный расход топлива двигателя; η - КПД винта, ξ - коэффициент, учитывающий потери мощности в трансмиссии.where: Gt is the weight of the fuel; G is the weight of the aircraft (average during the flight); Cy / Cx - aerodynamic quality of the aircraft; Се - specific fuel consumption of the engine; η - screw efficiency, ξ - coefficient taking into account power losses in the transmission.
Из приведенной формулы видно, что дальность тем больше, чем больше доля топлива в весе ЛА, чем лучше его аэродинамическое качество, чем выше экономичность двигателя и КПД движителя, а также, чем ниже потери мощности в трансмиссии и вспомогательных устройствах.It can be seen from the above formula that the greater the range, the greater the proportion of fuel in the weight of the aircraft, the better its aerodynamic quality, the higher the efficiency of the engine and the efficiency of the propulsion, and also, the lower the power loss in the transmission and auxiliary devices.
Вертолет оптимизирован для длительного висения, в этом он превосходит другие ЛА тяжелее воздуха. Гиролет лучше взлетает и садится, а главное - экономичнее в полете, превосходит вертолет по всем параметрам, определяющим и скорость, и дальность:The helicopter is optimized for long-term hovering; in this it surpasses other aircraft heavier than air. A gyro plane takes off and lands better, and most importantly, is more economical in flight, surpasses a helicopter in all parameters that determine both speed and range:
- Гиролет конструктивно проще, имеет меньший вес конструкции - более высокое весовое совершенство и большую весовую отдачу.- The gyroplane is structurally simpler, has a lower weight of the structure - higher weight perfection and greater weight return.
- За счет маховика имеет больший взлетный вес, даже при меньшей мощности силовой установки и при меньшем диаметре ротора.- Due to the flywheel, it has a larger take-off weight, even with a lower power plant and with a smaller rotor diameter.
- Выше аэродинамическое качество несущего ротора и аппарата в целом. Обтекаемый несущий фюзеляж гиролета в горизонтальном полете создает подъемную силу. Корпус вертолета, его длинная хвостовая балка, рулевой винт - только паразитное сопротивление.- Higher aerodynamic quality of the bearing rotor and the apparatus as a whole. The streamlined carrying fuselage of the gyro plane in horizontal flight creates lift. The helicopter body, its long tail boom, tail rotor - only parasitic resistance.
- Воздушное колесо обеспечивает переменную крутку лопастям и превосходит по КПД несущий винт с толстыми лопастями фиксированной крутки.- The air wheel provides variable twist of the blades and is superior in efficiency to the main rotor with thick fixed twist blades.
- Прямой привод на маршевый винт передает энергию без потерь мощности в редукторе и трансмиссии, без реактивного момента, без рулевого винта.- A direct drive to the propeller transmits energy without loss of power in the gearbox and transmission, without reactive torque, without tail rotor.
- Маршевый винт на крейсерской скорости, как движитель, имеет максимально высокий КПД, выше, чем большой несущий винт в режиме косого обтекания.- The cruising speed propeller, as a mover, has the highest possible efficiency, higher than the large rotor in the oblique flow mode.
- В качестве силовой установки гиролета возможно использование двигателя, более экономичного, чем газотурбинный двигатель.- It is possible to use an engine more economical than a gas turbine engine as a power unit for a gyro.
- Гиролет имеет минимальный расход топлива на взлете и при посадке, у вертолета и других ЛА на этих режимах расход топлива максимальный.- A gyroplane has a minimum fuel consumption on take-off and during landing, near a helicopter and other aircraft in these modes, maximum fuel consumption.
Дальность полета гиролета значительно больше, чем у вертолета и других ЛА вертикального взлета, не уступает дальности самолета. Самолет имеет наибольшую топливную эффективность при полетах на дальние расстояния в стратосфере. Для полетов в тропосфере, на короткие и средние расстояния, гиролет наиболее эффективен.The flight range of the gyro is much larger than that of a helicopter and other vertical take-off aircraft, not inferior to the range of the aircraft. The aircraft has the highest fuel efficiency when flying long distances in the stratosphere. For flights in the troposphere, short and medium distances, the gyro is most effective.
Дальность полета - определяющий параметр для полетов над морем и для самолетов аэродромного базирования, имеющих жесткие ограничения по условиям посадки. Для всепогодного ЛА с вертикальным взлетом и вертикальной посадкой, при использовании топлива развитой сети АЗС (автомобильных заправочных станций), большая дальность - всего лишь показатель высокой экономичности, и следовательно - экологичности.Flight range is a determining parameter for flights over the sea and for airfield-based aircraft that have strict restrictions on landing conditions. For an all-weather aircraft with vertical take-off and vertical landing, using fuel from a developed network of gas stations (gas stations), a long range is just an indicator of high efficiency, and therefore environmental friendliness.
Топливная экономичность определяет низкую стоимость летного часа, для пилотируемого гиролета, большой радиус действия и большую длительность дежурства, для беспилотных ЛА.Fuel efficiency determines the low cost of a flight hour, for a manned gyro, a large radius of action and a long duration of duty, for unmanned aerial vehicles.
Надежность и безопасностьReliability and safety
Пока не появится надежный, безопасный и простой в управлении летательный аппарат, авиация останется уделом только профессионалов и горстки экстремалов-любителей.Until a reliable, safe and easy-to-operate aircraft appears, aviation will remain the destiny of only professionals and a handful of extreme enthusiasts.
В конструкцию гиролета концептуально заложена безопасность и надежность. Моноблочное воздушное колесо безопаснее популярных двухлопастных роторов, и надежнее сложных многолопастных винтов с шарнирным креплением лопастей. Воздушное колесо не имеет ограничения по скорости полета. Прочность и ресурс моноблочного несущего ротора предельно высоки. Лопасти защищены кольцом от проводов, веток и прочих внешних помех. Маховик воздушного колеса обеспечивает безопасность при отказе двигателя, редуктора и других систем. Живучесть гиролета отменяет обязательность дублирования силовой установки и резервирования систем, что способствует снижению веса ЛА и повышает экономичность. Доступность материалов, простота и технологичность конструкции - условия низкой стоимости производства. Ниже требования и к мощности силовой установки - нет форсированных взлетных и чрезвычайных режимов. Двигатель всегда работает в номинальном, наиболее экономичном режиме с максимальным ресурсом. Для полетов в тропосфере, где гиролет наиболее эффективен, не требуется герметизация прочной кабины и сложное кислородное оборудование. Снижается стоимость ЛА, стоимость его обслуживания и цена летного часа.The design of the gyro conceptually implies safety and reliability. A one-piece air wheel is safer than popular two-blade rotors, and more reliable than complex multi-blade screws with articulated blades. The air wheel has no speed limit. The strength and service life of a monoblock rotor are extremely high. The blades are protected by a ring from wires, branches and other external interference. The air wheel flywheel ensures safety in the event of a failure of the engine, gearbox and other systems. The survivability of the gyrolet eliminates the need for duplication of the power plant and redundancy systems, which helps to reduce the weight of the aircraft and increases efficiency. Accessibility of materials, simplicity and manufacturability of the design are conditions of low production cost. Below the requirements for the power of the power plant - there are no forced take-off and emergency modes. The engine always works in the nominal, most economical mode with the maximum resource. For flights in the troposphere, where the gyro is most effective, it does not require sealing a sturdy cabin and sophisticated oxygen equipment. The cost of the aircraft, the cost of its maintenance and the price of the flight hour are reduced.
Гиролет отличается безопасностью, не только среди ЛА, но и других видов транспорта, способен стать надежным и безопасным персональным средством передвижения. Пилотирование предельно упрощено, не требует высокой квалификации пилота, ошибки пилотирования не фатальны. Гиролет не имеет опасных режимов, невозможны: ни сваливание в штопор, ни разрушающие биения, ни силовые перевороты. Даже потеря скорости вращения ротора не приводит к складыванию лопастей, гиролет с воздушным колесом - парашютирует и садится.The gyro is safe, not only among aircraft, but also other modes of transport, is able to become a reliable and safe personal vehicle. Piloting is extremely simplified, does not require highly qualified pilot, piloting errors are not fatal. The gyro has no dangerous modes, it is impossible: neither stalling, nor destroying beats, nor power coups. Even the loss of rotor speed does not lead to folding of the blades, the gyro with an air wheel parachutes and lands.
Располагаемая мощность многократно превышает мощность силовой установки, а высокая скороподъемность дает возможность избежать столкновения с препятствиями, при полете на предельно низких высотах, в условиях ограниченной видимости.The available power is many times higher than the power of the power plant, and high rate of climb makes it possible to avoid a collision with obstacles when flying at extremely low altitudes, in conditions of limited visibility.
Гиролет может иметь наиболее широкий диапазон безопасных скоростей, из всех ЛА он наименее чувствителен к атмосферной турбулентности. Стабильность вращающегося маховика делает его всепогодным и комфортным.A gyroplane can have the widest range of safe speeds; of all aircraft, it is the least sensitive to atmospheric turbulence. The stability of the rotating flywheel makes it all-weather and comfortable.
Гиролет способен объединить ценные качества разных ЛА:Girolet is able to combine the valuable qualities of different aircraft:
- вертикальный взлет и посадка - вертолета,- vertical take-off and landing - of a helicopter,
- скорость, дальность и экономичность - самолета,- speed, range and economy - of an airplane,
- простоту пилотирования и конструкции - автожира,- ease of piloting and design - gyroplane,
- малошумность безмоторного взлета - аэростата,- low noise engineless take-off - aerostat,
в сочетании с уникальными: всепогодностью, безопасностью и надежностью.in combination with unique: all-weather, safety and reliability.
Эти качества, заложенные в гиролет, позволят строить экономичные автоматические персональные и многоместные ЛА для широкого применения.These qualities, embedded in the gyro, will allow the construction of cost-effective automatic personal and multi-seat aircraft for widespread use.
Человек - слабое звено безопасности на транспорте. На современном уровне доступности точной навигации возможны надежные, полностью автоматические ЛА. Это значительно проще, дешевле и реалистичнее создания безопасного автоматического автомобиля. Возможна простая децентрализованная система безопасности интенсивного воздушного движения.Man is a weak security link in transport. At the current level of accessibility to accurate navigation, reliable, fully automatic aircraft are possible. It is much simpler, cheaper and more realistic than creating a safe automatic car. A simple decentralized heavy traffic safety system is possible.
Гиролет - экологичное решение транспортных проблем, и удаленных неосвоенных территорий, и мегаполисов. Транспортная емкость воздушного пространства и его пропускная способность на много порядков превышает параметры дорожной сети. Умолчим стоимость уничтожаемой земли, стоимость строительства и содержания дорог, мостов, туннелей, путепроводов и парковок. Ресурсы расширения дорожной сети мегаполисов уже исчерпаны, что приводит к коллапсу их развития, с тяжелыми экологическими и макроэкономическими последствиями.Girolet - an environmentally friendly solution to transport problems, and remote undeveloped territories, and megacities. The transport capacity of the airspace and its throughput exceeds the parameters of the road network by many orders of magnitude. Silent the cost of land being destroyed, the cost of building and maintaining roads, bridges, tunnels, overpasses and parking lots. The resources for expanding the road network of megacities have already been exhausted, which leads to the collapse of their development, with severe environmental and macroeconomic consequences.
Земля, прежде всего - среда для комфортного обитания и безопасного передвижения людей, а не транспортных средств. Реально: вполовину разгрузить наземный график, сократить потери времени в пробках, сократить потери населения в транспортных катастрофах, улучшить экологию мегаполисов, получить свободу быстрого и безопасного автоматического передвижения.Earth, first of all, is an environment for comfortable living and safe movement of people, not vehicles. Realistically: half-load the ground schedule, reduce traffic losses in traffic jams, reduce population losses in traffic accidents, improve the ecology of megacities, and get the freedom of fast and safe automatic movement.
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013106919/11A RU2538737C9 (en) | 2013-02-11 | 2013-02-11 | Rotor "air wheel", gyrostabilised aircraft and wind-driven electric plant using rotor "air wheel", surface/deck devices for their start-up |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013106919/11A RU2538737C9 (en) | 2013-02-11 | 2013-02-11 | Rotor "air wheel", gyrostabilised aircraft and wind-driven electric plant using rotor "air wheel", surface/deck devices for their start-up |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013106919A RU2013106919A (en) | 2014-08-27 |
RU2538737C2 RU2538737C2 (en) | 2015-01-10 |
RU2538737C9 true RU2538737C9 (en) | 2016-12-20 |
Family
ID=51455904
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013106919/11A RU2538737C9 (en) | 2013-02-11 | 2013-02-11 | Rotor "air wheel", gyrostabilised aircraft and wind-driven electric plant using rotor "air wheel", surface/deck devices for their start-up |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2538737C9 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU179110U1 (en) * | 2017-06-07 | 2018-04-26 | Азрет Рамазанович Аслануков | Winged Aircraft |
WO2019191503A1 (en) * | 2018-03-28 | 2019-10-03 | Airborne Motors, Llc | Self propelled thrust-producing controlled moment gyroscope |
RU2754164C1 (en) * | 2020-11-03 | 2021-08-30 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Underwater vehicle |
RU2765615C1 (en) * | 2020-11-17 | 2022-02-01 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Ордена Жукова Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Method for raising an aerial tethered carrier of a pseudosatellite antenna to a predetermined height |
RU2778761C2 (en) * | 2020-05-25 | 2022-08-24 | Юлий Борисович Соколовский | Method for conversion of kinetic wind energy on flying wind power plant |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10040544B2 (en) | 2015-01-02 | 2018-08-07 | Jesse Antoine Marcel | Multi-rotor personal air vehicle with a central lifting fan |
RU2603298C2 (en) * | 2015-02-12 | 2016-11-27 | Александр Васильевич Дегтярев | Helirotor |
RU2584321C1 (en) * | 2015-02-16 | 2016-05-20 | Александр Васильевич Дегтярев | Air screw with two universal self-centering systems |
RU2620501C2 (en) * | 2015-02-26 | 2017-05-26 | Игорь Викторович Лентов | Helicopter type aircraft rotor |
RU2675031C1 (en) * | 2017-10-05 | 2018-12-14 | Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Fan of turbofan aircraft engine |
EP3830521A4 (en) | 2018-07-27 | 2022-04-27 | Airborne Motor Works Inc. | Thrust producing split flywheel gyroscope method and apparatus |
CN112912691A (en) | 2018-08-26 | 2021-06-04 | 航空电机工程有限公司 | Method and equipment for stabilizing propulsion system of electromagnetic gyroscope |
EP3911290A4 (en) | 2019-01-20 | 2022-10-26 | Airborne Motors, LLC | Medical stabilizer harness method and apparatus |
CN115210463A (en) | 2020-02-28 | 2022-10-18 | 航空电机工程有限公司 | Method and apparatus for friction limiting a turbine generator gyroscope |
Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1429381A (en) * | 1973-01-02 | 1976-03-24 | Iles J | Manpowered helicopter |
RU2093421C1 (en) * | 1992-04-09 | 1997-10-20 | Эрокоптер Франс | Flying vehicle main rotor blade |
RU2136542C1 (en) * | 1993-07-01 | 1999-09-10 | Юнайтид Текнолоджиз Копэрейшн | Hybrid composite torsion bar for hingeless rotor of helicopter (versions) |
RU2145293C1 (en) * | 1996-09-11 | 2000-02-10 | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского | Propeller blade and aerofoil profile of blade (versions) |
RU13200U1 (en) * | 1999-11-17 | 2000-03-27 | Шацкий Геннадий Юрьевич | HELICOPTER SCREW BLADE |
US6086016A (en) * | 1997-01-21 | 2000-07-11 | Meek; Stanley Ronald | Gyro stabilized triple mode aircraft |
RU2179134C1 (en) * | 2000-05-31 | 2002-02-10 | Назаров Николай Андреевич | Hydraulic damper |
US20040113013A1 (en) * | 2002-06-04 | 2004-06-17 | Pica Bret D. | Rotary/fixed wing aircraft |
US6781254B2 (en) * | 2001-11-07 | 2004-08-24 | Bryan William Roberts | Windmill kite |
RU87141U1 (en) * | 2009-06-18 | 2009-09-27 | Открытое акционерное общество "ВЕРТОЛЕТЫ РОССИИ" | Unmanned Aircraft Complex |
RU2008119143A (en) * | 2008-05-14 | 2009-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутское высшее военное авиационное инженерное у | HELICOPTER SCREW BLADE |
RU112152U1 (en) * | 2011-02-10 | 2012-01-10 | Олег Валентинович Шевяков | AUTO-FIRM ROTOR SPIN SYSTEM |
US20120263590A1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-18 | Onera (Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales) | Rotary wing blade, rotor comprising at least two of such blades and method to implement such a rotor |
-
2013
- 2013-02-11 RU RU2013106919/11A patent/RU2538737C9/en active
Patent Citations (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1429381A (en) * | 1973-01-02 | 1976-03-24 | Iles J | Manpowered helicopter |
RU2093421C1 (en) * | 1992-04-09 | 1997-10-20 | Эрокоптер Франс | Flying vehicle main rotor blade |
RU2136542C1 (en) * | 1993-07-01 | 1999-09-10 | Юнайтид Текнолоджиз Копэрейшн | Hybrid composite torsion bar for hingeless rotor of helicopter (versions) |
RU2145293C1 (en) * | 1996-09-11 | 2000-02-10 | Центральный аэрогидродинамический институт им.проф.Н.Е.Жуковского | Propeller blade and aerofoil profile of blade (versions) |
US6086016A (en) * | 1997-01-21 | 2000-07-11 | Meek; Stanley Ronald | Gyro stabilized triple mode aircraft |
RU13200U1 (en) * | 1999-11-17 | 2000-03-27 | Шацкий Геннадий Юрьевич | HELICOPTER SCREW BLADE |
RU2179134C1 (en) * | 2000-05-31 | 2002-02-10 | Назаров Николай Андреевич | Hydraulic damper |
US6781254B2 (en) * | 2001-11-07 | 2004-08-24 | Bryan William Roberts | Windmill kite |
US20040113013A1 (en) * | 2002-06-04 | 2004-06-17 | Pica Bret D. | Rotary/fixed wing aircraft |
RU2008119143A (en) * | 2008-05-14 | 2009-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутское высшее военное авиационное инженерное у | HELICOPTER SCREW BLADE |
RU87141U1 (en) * | 2009-06-18 | 2009-09-27 | Открытое акционерное общество "ВЕРТОЛЕТЫ РОССИИ" | Unmanned Aircraft Complex |
RU112152U1 (en) * | 2011-02-10 | 2012-01-10 | Олег Валентинович Шевяков | AUTO-FIRM ROTOR SPIN SYSTEM |
US20120263590A1 (en) * | 2011-04-13 | 2012-10-18 | Onera (Office National D'etudes Et De Recherches Aerospatiales) | Rotary wing blade, rotor comprising at least two of such blades and method to implement such a rotor |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
В.Н.Далин "Конструкция вертолетов", изд. "Машиностроение", Москва, 1971, сс.5 (рис.1), 36 (рис.24), 56 (рис.39). * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU179110U1 (en) * | 2017-06-07 | 2018-04-26 | Азрет Рамазанович Аслануков | Winged Aircraft |
WO2019191503A1 (en) * | 2018-03-28 | 2019-10-03 | Airborne Motors, Llc | Self propelled thrust-producing controlled moment gyroscope |
RU2778761C2 (en) * | 2020-05-25 | 2022-08-24 | Юлий Борисович Соколовский | Method for conversion of kinetic wind energy on flying wind power plant |
RU2754164C1 (en) * | 2020-11-03 | 2021-08-30 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Underwater vehicle |
RU2765615C1 (en) * | 2020-11-17 | 2022-02-01 | Федеральное Государственное Казенное Военное Образовательное Учреждение Высшего Образования Военный Учебно-Научный Центр Сухопутных Войск "Общевойсковая Ордена Жукова Академия Вооруженных Сил Российской Федерации" | Method for raising an aerial tethered carrier of a pseudosatellite antenna to a predetermined height |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013106919A (en) | 2014-08-27 |
RU2538737C2 (en) | 2015-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2538737C9 (en) | Rotor "air wheel", gyrostabilised aircraft and wind-driven electric plant using rotor "air wheel", surface/deck devices for their start-up | |
US10967964B2 (en) | Air wheel rotor, a gyro stabilized aircraft and a wind-driven power generator using the air wheel rotor, and a stationary launching device | |
US11912404B2 (en) | Vertical takeoff and landing aircraft | |
US9688398B2 (en) | Long endurance vertical takeoff and landing aircraft | |
US4601444A (en) | Aerial load-lifting system | |
US11142309B2 (en) | Convertible airplane with exposable rotors | |
EP0661206B1 (en) | An unmanned vertical take-off and landing, horizontal cruise, air vehicle | |
US4695012A (en) | Aerial load-lifting system | |
JP5421503B2 (en) | Private aircraft | |
US6086016A (en) | Gyro stabilized triple mode aircraft | |
AU2018239445B2 (en) | Vertical takeoff and landing aircraft | |
US11001374B2 (en) | System and method for vertical take-off in an autogyro | |
US6142414A (en) | Rotor--aerostat composite aircraft | |
RU2548304C1 (en) | Multirotor convertible high-speed helicopter | |
CN206141828U (en) | Unmanned rotation rotor helicopter | |
RU2609856C1 (en) | Fast-speed convertible compound helicopter | |
CN104973241A (en) | Unmanned aerial vehicle with main and auxiliary multi-rotor structure | |
CN204776020U (en) | Unmanned vehicles with many rotors of major -minor structure | |
RU2629473C1 (en) | Unmanned vertiplane with channel propellers | |
RU2653953C1 (en) | Unmanned high-speed helicopter-airplane | |
RU2643063C2 (en) | Unmanned aircraft complex | |
RU2667433C2 (en) | Unmanned heavy helicopter aircraft | |
CN114684360A (en) | Tandem type double-duct propulsion unmanned aerial vehicle |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
HE9A | Changing address for correspondence with an applicant | ||
HE4A | Change of address of a patent owner | ||
TH4A | Reissue of patent specification | ||
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 1-2015 FOR TAG: (54) |