Летательный аппарат вертикального взлета и посадки

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19 51)5 В 64 С 29/О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(ГОСПАТЕНТ СССР) ЕТЕН О НИЕ ПАТЕНТУ сом сферичеми турбовенго вращения и подщипниазке, Причем рпуса выпол- предохраним. кольцевой рашютной сиижняя часть управления токах выхлопа за вентиляинамических турбовентиаварийного ижение по(21) 4867011/23 риэонтальной плоскости корпу (22) 09.06,90 . ской формы, соосными несущи (46) 23.05.93. Бюл. М 19 тиляторами 9 противоположно (76) А.В. Исаев и кольцевыми опорными узлам (56) Патент США 1 Ф 3.108.764; кл, 244-23, ков скольжения на газовой см 1963.верхняя отделяемая часть 1 коПатент США М 3.690.597, кл. 244-23 с, нена герметичной и снабжена 1972. тельным ободом, образующи (54) ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ ВЕРТИ- канал турбовентиляторов, и па КАЛЬНОГО ВЗЛЕТА И ПОСАДКИ стемой 7 аварийного спуска, а н (57) Изобретение относится к авиационной 12 корпуса снабжена рулями 11 технике, в частности к летательным аппара- полетом; размещенными в по там вертикального взлета и посадки; Целью ных газов за турбиной и воздух изобретения является повышение грузо- тором. Оптимальность аэрод подьемности летательного аппарата при . форм, применение кольцевых минимальных габаритах и массе, а также . ляторовипарашютнойсистемы повышение эксплуатационных характери- спасения обеспечивак)т дост стик и надежности. Летательный аппарат ставленной цели.21 ил, снабжен разделяющимся на две части в го,)1817755 Составитель, А,Исае Техред М.Моргентал Корректор Й.Гереши ер ак Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина Заказ 1736 Тираж Подписное . ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Изобретение относится к авиационной технике, в частности к летательным аппаратам вертикального взлета и посадки, и предназначен для использования в народном хозяйстве и в военной авиации,Цель изобретения - соэданиелетательного аппарата вертикального взлета и посадки с соосными несущими вентиляторами, содержащего корпус для размещения экипажа, пассажиров, грузов и оборудования бортовых систем, газотурбинный двигатель, топливные баки, органы управления и приземления,С целью повышения грузоподьемности, вместительности пассажиров и грузов при минимальных габаритах и массе, повышения эксплуатационных характеристик и надежности он снабжен разделяющимся в яориэонтальной плоскости корпусом сферической формы, периферийным предохранительным ободом, соединенным с корпусом с помощью ребер и образующим кольцевой канал вентиляторов, соосными несущими турбовентиляторами противоположного вращения, сориентированными в осевом и радиальном направлениях кольцевыми опорными узлами подшипников скольжения на газовой смазке, обеспечивающими соединение обеих частей сферического корпуса в плоскости разъема, при этом верхняя отделяемая часть корпуса выполнена герметичной, снабжена парашютной системой аварийного спуска, а нижняя часть корпуса снабжена рулями управления полетом, размещенными в потоках выхлопных газов за турбиной и воздуха за вентиляторами. Аппарат прост по конструкции, дешев, мало- шумен, высокоманевренен, надежен и экономичен при эксплуатации на режимах продалкительного висения и крейсерского полета на ближние и средние расстояния, обладает оптимальной грузоподьемностью и вместительностью при минимальных габаритах и массе для использования в народном хозяйстве при перевозках пассажиров (12 - 18 чел.) и грузов (1,5 - 3,0 т) с максимальной скоростью до 350 км/ч и практическим потолком полета 6000 м с посадкой на взлетно-посадочные площадки малых размеров, находящиеся в непосредственной близости от городов, населенных пунктов, в черте больших городов, облетах магистральных линий электропередач, газопроводов, автострад, железнодорожных путей аварийно-восстановительными бригадами и дорожно-контрольными специалистами, а также использования в военных целях для десантирования войск и нанесения штурмовых артиллерийских и ракетно-бомбовых ударов, 50 55 контурности, в котором основная доля силы тяги создается вентилятором,Увеличение расхода воздуха вызывает увеличение диаметра и массы вентилятора, которые при больших степенях двухконтурности в существующих схемах двигателей летательных аппаратов вертикального взлета и посадки увеличиваются быстрее, чем тяга. 8 предлагаемой схеме эа счет использования турбовентиляторов с опорными уэлами подшипников скольжения на газовой смазке этот недостаток исключается, В результате удельный вес турбовентиляторной силовой установки с увеличением степени двухконтурности не увеличивается, а наоборот снижается. Конструктивно летательный аппаратвыполнен в виде двух полусфер, соединенных через встроенные соосные несущиетурбовентиляторы, снабженных перифе 5 рийным предохранительным ободом, соединенным с корпусом полусфер с помощьюребер и создающим совместно со сферой(корпусом) кольцевой канал вентиляторов(см. фия. 1,2).Рабочие колеса вентиляторов выполнены в виде колец и приводятся во вращательное движение в противоположныхнаправлениях для стабилизации крутящегомомента, Лопатки турбин и лопатки венти 15 ляторов расположены на общих дисках, сориентированных относительно корпусалетательного аппарата кольцевыми опорными узлами подшипников скольжения на газовой смазке, обеспечивающими20 соединения обеих половин корпуса в единое целое (см, фиг. 3). На рабочих колесахлопатки вентиляторов расположены в периферийных, а лопатки турбин - на внутренних обводах общих дисков(см, фиг. 3,9 и 21),Рабочий газ к лопаткам турбин поступает по кольцевому каналу от газотурбинногодвигателя.На выходе из вентилятора и турбинырасположены взаимосвязанные между соЗО бой определенным передаточным соотношением газовые рули управления,предназначенные для создания управляющих усилий при пилотировании летательного аппарата.35 Подшипники скольжения на газовойсмазке опорных узлов осевой и радиальнойориентации рабочих колес турбовентиляторов выполнены с учетом использованиясжатого воздуха, отбираемого эа компрес 40 сором газотурбинного двигателя,Таким образом, в целом схема предлагаемого двигателя представляет собой схему двух контурного газотурбинногодвигателя с очень большой степенью двух 1817755В предлагаемой схеме летательного аппарата степень двухконтурности ограничивается только характеристикамитурбореактивного двигателя-газогенератора (см. фиг. 21),Большое влияние на тягу турбовентиляторной силовой установки оказывают потери полного давления во входном и выходном устройствах вентилятора, Поэтому входное и выходное устройства вентилятора выполнены с учетом равномерного подвода воздуха к его лопаткам за счет использования кольцевого периферийногообода. Потери полного давления на скоростяхпоступательного движения (250 - 350 км/ч)при выбранной конфигурации предлагаемого летательного аппарата (сфера) могут составить не более 1,5 - 2,0.Для обеспечения высокого КПД турбины в предлагаемой схеме за счет ограничения расширения выхлопных газов турбореактивного двигателя в кольцевомпатрубке (кессоне) подвода газов к турбине турбовентилятора предусмотрено сохранение площади проточной части перед турбиной. Учитывая, что потери полногодавления в кольцевом патрубке могут достичь до 8- 10, равенство площадей проточной частидает возможность максимально эффективно использовать свободную энергию газовтурбореактивного двигателя для достижения необходимой мощности турбовентиляторной силовой установки при оптимально-допустимых оборотах роторов турбовентилятора,На фиг. 1 и 2 изображен общий вид летательного аппарата; на фиг, 3 - опорные узлы турбовентилятора с подшипниками скольжения на газовой смазке; на фиг. 4 - верхнее кольцо опорного узла подшипни 510152025303540 45 50 55 ков скольжения со специальным покрытием и лопатками соплового аппарата, в плане; на фиг. 5 - узел 1 на фиг. 4 (верхнее кольцо подшипника скольжения); на фиг, 6 - лопатка соплового аппарата турбины; на фиг, 7 - сечение А-А на фиг, 5, соединительное ребро (лопатки) верхнего кольца подшипника скольжения; на фиг. 8 - кольцевой диск турбовентилятора без лопаток турбины и вентилятора, в плане; на фиг. 9-узел И на фиг.8 (кольцевой диск турбовентилятора с лопатками турбины и вентилятора); на фиг. 10 - торцевое кольцо опорного узла подшипника скольжения радиальной ориентации без лопаток турбины, в плане; на фиг. 11 - узел Н 1 на фиг. 10 (торцевое кольцо подшипника скольжения радиальной ориентации); на фиг. 12- кольцо подшипника скольжения радиальной ориентации со специальным покрытием, в плане; на фиг. 13 - узелна фиг. 12 (кольцо подшипника скольжения радиальной ориентации (вид М) ); на фиг, 14 - узел и на фиг. 12 (вид Н); на фиг, 15 - промежуточное кольцо опорного узла подшипников скольжения со специальным покрытием, в плане; на фиг. 16 - узел Ч на фиг.15 (промежуточное кольцо подшипника скольжения радиальной ориентации); на фиг. 17 - кольцевой патрубок подвода выходящих газов турбореактивного двигателя к лопаткам турбин турбовентипятора. в плане; на фиг. 18 - кольцевой патрубок подвода выхлопных газов, в аксонометрической проекции; на фиг, 19 - ребро жесткости кольцевого патрубка: на фиг, 20 - коллектор подвода сжатого воздуха от компрессора турбореактивного двигателя к кольцам опорных узлов подшипников скольжения; на фиг, 21 - расчетная схема силовой установки без смешения потоков. Летательный аппарат состоит иэ верхней полусферической части 1 корпуса, входного устройства. турбореактивного двигателя 2. аварийно-спасательного парашюта 3, отсека 4 для пассажиров, кабины 5 пилотов, турбореактивного двигателя 6, остекления 7 кабины пилотов, кольцевого патрубка 8 подвода выхлопных газов турбореактивного двигателя к лопаткам турбин турбовентилятора, топливных бакой 9. соосных несущих турбовентиляторов 10, газовых рулей 11 управления летательным аппаратом, нижней основной полусферической части 12 корпуса для размещения грузов, приборного, электрического и радиоэлектронного оборудования систем летательного аппарата, лопаток вентиляторов 13 турбовентилятора, лопаток турбин 14 турбовентилятора,верхнего кольца 15 опорного узла подшипников скольжения, промежуточного кольца 16 опорного узла подшипников скольжения, нижнего кольца 17 опорного узла подшипников скольжения, торцевого кольца 18 опорного узла подшипников скольжения радиальной ориентации, коллектора 19 подвода сжатого воздуха от компрессора турбореактивного двигателя к кольцам опорных узлов подшипников скольжения с фланцем крепления 20, трубой подвода 21 и компенсаторами 22 теплового расширения, специальных протектированных покрытий на основе углеграфита 23 верхнего, промежуточного, нижнего колец опорного узла подшипников скольжения осевой ор,ентации и колец опорных узлов подшипников скольжения радиальной ориентации, органов приземления 27, радиолокатора 28, 7 1817755кольцевого периферийного предохранительного обода 29, грузового и пассажирского люков 30, ребер соединениякольцевого предохранительного обода скорпусом 31, иллюминаторов 32.Принцип работы турбовентиляторнойсиловой установки с опорными узлами под. шипников скольжения на газовой смазкеосевой и радиальной ориентации заключается в следующем. Во время запуска турбореактивного двигателя роторытурбовентилятора 10 покоятся на промежуточном 16 и нижнем 17 кольцах опорногоузла подшипников скольжения осевой ориентации, Верхнее 15, нижнее 17, промежуточное 16 кольца подшипников скольженияосевой ориентации и опорное кольцо подшипника скольжения радиальной ориентации 26 покрыты специальным слоем изкомпозиционного материала на основе углеграфита 23.После запуска турбореактивного двигателя и выхода на малый сжатый воздух откомпрессора по трубопроводам подвода 21и компенсаторам 22 теплового расширения коллектора 19 поступает в распределительные каналы верхнего, нижнего ипромежуточного колец опорных узлов подшипников скольжения осевой и радиальнойориентации и изолирует трущиеся детали,т.е, верхнее, промежуточное и нижнее кольца опорного узла осевой ориентации и кольцевые диски турбовентилятора, а такжеопорное кольцо 26 подшипника скольжениярадиальнойориентации и опорное торцевое кольцо 18 друг от друга воздушной подушкой фиг; 9 и 10). Освободившись от силтрения в осевом и радиальном направлениях под воздействием выхлопных газов турбореактивного двигателя на лопаткитурбин, роторы турбовентилятора начинаютраскручиваться в противоположных направлениях, создавая подъемную силу, Приувеличении оборотов турбореактивногодвигателя увеличиваются обороты роторовтурбовентилятора и соответственно подьемная сила,Подъем и спуск летательного аппаратаосуществляется за счет увеличения илиуменьшения оборотов турбореактивногодвигателя.Управление эволюциями летательногоаппарата в воздухе осуществляется с помощью рулей 11, размещенных одновременно в потоках выхлопных газовтурбореактивного двигателя эа турбинойтурбовентилятора и воздуха за вентиляторами.Выхлопные газы турбореактивного двигателя, проходя кольцевое реактивное со 25 30 35 40 50 5 10 15 20 пло, выбрасываются в атмосферу, создавая дополнительную подъемную силу (см. фиг. 5 и 6),Конструкции верхней и нижней основной полусферических частей корпуса летательного аппарата цельнометалличвские, каркасной схемы со шпангоутами, стрингерами и обшивкой иэ легких алюминиевых сплавов.Верхняя часть корпуса выполнена герметичной, предусматривает возможность отделения от основной нижней части и спуск ее на (аварийно-спасательном) парашюте при аварийной остановке или отказе турбореактивного двигателя. Аварийно-спасательный парашют снабжен стандартными твердотопливными ракетными двигателями мягкой посадки, укладывается в верхней отделяемой части корпуса в специальном контейнере. При подаче команды на аварийное отделение спускаемой части корпуса одновременно срабатывают пиропатроны выброса вытяжного парашюта и отстрела замков крепления отделяемой части к основной нижней части корпуса.Лопатки вентиляторов 13 выполнены из композиционных материалов на основе углепластиков, к кольцевым дискам 24 турбовентилятора крепятся замками типа"ласточкин хвост" (см. фиг. 8).Лопатки турбин 14 турбовентилятора выполнены из жаропрочного материала, на торцах имеют замки типа "ласточкин хвост" для соединения с кольцевыми дисками роторов и торцевыми кольцами 18 подшипников скольжения радиальной ориентации (см. фиг, 8 и 9).Диски роторов турбовентилятора, промежуточное, верхнее, нижнее кольца опорных узлов подшипников скольжения осевой ориентации и опорные торцевые кольца 18 и опорное кольцо 26 подшипников скольжения радиальной ориентации выполнены из титановых сплавов. Органы приземления 27 выполнены по 3-опорной схеме с одним нетормозным и двумя тормозными колесами. Управление движением летательного аппарата на земле осуществляется прово ротом рулей, связанных системой обратнойсвязи с управляемым колесом. В полете всетри колеса убираются в корпус летательногоаппарата. Летательный аппарат высокоманеврен за счет. расположения центра тяжести на оси вращения турбовентилятора, надежен и экономичен в эксплуатации, малошумен, имеет низкую температуру выхлопных газов, что исключает повреждение травяногопокрытия при посадке на грунтовые взлетно-посадочные площадки. Формула изобретения Летательный аппарат вертикального взлета и посадки, содержащий корпус для размещения экипажа, пассажиров, грузов и оборудования бортовых систем, газотурбинный двигатель; топливные баки, органы управления и приземления, о т л и ч а ю щи й с я тем, что, с целью повышения грузоподъемности при минимальных габаритах и массе, повышения эксплуатационных характеристик и надежности, корпус выполнен сферическим и быстроразьемным на две части в горизонтальной плоскости и снабжен соосными несущими турбовентиляторами противоположного вращения, сориентированными в осевом и радиальном направлениях кольцевыми опорными узла ми подшипников скольжения на газовойсмазке, обеспечивающими соединение обеих частей сферического корпуса в плоскости разьема, при этом верхняя отделяемая часть корпуса выполнена герметичной, 10 снабжена предохранительным ободом, образующим кольцевой канал турбовентиляторов, и парашютной системой аварийного спуска, а нижняя часть корпуса снабжена рулями управления полетом, размещенны ми в потоках выхлопных газов за турбинойи воздуха за вентиляторами.