Владимир Хаустов - Сборник авторских инженерно-технических идей и решений в области силовых установок для лёгких и сверхлёгких летательных аппаратов

В условиях стремительно развивающейся аэрокосмической техники, всё большую актуальность приобретают компактные, эффективные и конструкционно упрощённые силовые установки для малой авиации, экспериментальных летательных аппаратов и беспилотных воздушных систем. Классические решения, применяемые в гражданской и военной авиации (турбовальные двигатели, сложные трансмиссии, поршневые группы), далеко не всегда соответствуют требованиям лёгкости, модульности и технологической простоты, особенно при создании машин вертикального или короткого взлёта, беспилотников (БПЛА), конвертопланов или "реактивных" вертолётов.

В рамках данной работы была проведена разработка и испытание различных типов двигателей и компоновок, объединённых общей целью – создание эффективных, простых и воспроизводимых силовых агрегатов для лёгких винтокрылых платформ.

Представленные двигатели проектировались с учётом следующих приоритетов:

– Минимальная масса и компактность конструкций;

– Простота в производстве, возможность изготовления в лабораторно-модельных условиях;

– Использование доступных отечественных компонентов (в первую очередь, турбокомпрессоров и материалов);

– Надёжность, ремонтопригодность и технологичность;

– Устойчивость работы при низких скоростях и переменных режимах (висение, вертикальный подъём, переход в горизонтальный полёт);

– Возможность масштабирования для малых и средних летательных аппаратов, включая беспилотные платформы и экспериментальные винтокрылы.

Отдельное внимание уделено адаптации силовых установок под реалии «реактивного» вертолёта, где вместо классической трансмиссии с турбовальным двигателем и хвостовым винтом, используются силовые установки, размещённые прямо на концах лопастей несущего винта или в его ступице. Такие схемы позволяют:

– Исключить сложную и громоздкую трансмиссионную систему;

– Значительно уменьшить массу и упростить силовую конструкцию;

– Повысить энергетическую отдачу каждой лопасти за счёт автономного реактивного привода;

– Повысить устойчивость и управляемость за счёт распределённой тяги.

Разработка объединила как классические экспериментальные методики (стендовая проверка, наблюдение тяги, термоконтроль), так и оригинальные инженерные решения, основанные на применении резонансных явлений (в камерах сгорания), дозвуковых и полуимпульсных потоков, дефлаграционного усиления и нестандартной геометрии камеры.

В основе некоторых из них – идеи, зародившиеся ещё в 1980-е годы, например, конструкция полусферической камеры, предложенная Н. И. Поповым в Благовещенске и переосмысленная в рамках настоящей работы.

Данная разработка носит поисково-инновационный характер, однако продемонстрированные результаты, включая успешные испытания прототипов, позволяют говорить о технической состоятельности предложенного подхода и значительном потенциале для дальнейших исследований, оптимизации и практического применения в конструкции новых типов летательных аппаратов.

Известно, что в беспилотной авиации идёт борьба за каждый лишний килограмм веса, а маховик ДВС является самой тяжелой вращающейся частью.

Известно, что маховик, как самая тяжелая вращающаяся часть любого двигателя и как аккумулятор кинетической энергии, за счет своего веса нейтрализует отклонения неравномерной угловой скорости коленчатого вала и обеспечивает постоянный вывод поршней из мертвых точек.

Известно, что во время такта сжатия и во время сгорания топливовоздушной смеси газы частично прорываются сквозь поршневые кольца и проникают в полость картера. Когда они скапливаются, незначительно увеличивается давление в картерном пространстве с побочным эффектом ухудшения качества моторного масла.

С учётом вышеизложенного, и с некоторыми ограничениями, которые заявл7ены ниже, предлагается отказаться от массивного маховика, или значительно уменьшить его вес в двигателях внутреннего сгорания за счёт значительного повышения давления воздуха в картере двигателя внутреннего сгорания. Функцию аккумулятора кинетической энергии будет выполнять давление воздуха в картере двигателя (пневмоаккумулятор) совместно с работой поршневых групп в двухстороннем действии.