несучий гвинт
B64C27 / 32 - несучі гвинти (елементи, загальні для несучих і тягових гвинтів B64C 11/00)
Власники патенту RU 2281885:
Товариство з обмеженою відповідальністю "Науково-виробнича корпорація" ІРКУТ "(ВАТ" Корпорація "ІРКУТ") (RU)
Винахід відноситься до авіації, зокрема до несучих гвинтів. Несучий гвинт містить обертовий зовнішній корпус з зубчастим колесом попередньої розкрутки і карданної рамкою. Невращающейся внутрішній вал пов'язаний із зовнішнім валом через підшипники. Усередині невращающейся вала розташований важільний механізм управління, призначений для нахилу осі і переміщення у вертикальному напрямку з'єднаного з ним обертається пристрою, встановленого на механізм управління і пов'язаного з важелями повороту лопатей. Важелі повороту лопатей з'єднані з втулкою через осі і елементи кріплення з осьовими шарнірами. Елементи кріплення виконані у вигляді скоб, до яких приєднані лопаті. Втулка забезпечена карданної рамкою і двома балками з пружними консольними частинами, пов'язаними між собою пальцями. На сферичних підшипниках під кутом конусності до площини пластин закріплені скоби, які мають можливість повороту в підшипниках. Балки шарнірно з'єднані з обертовим зовнішнім корпусом втулки карданної рамкою, розташованої над корпусом качалки; осі карданної рамки взаємно перпендикулярні, а точка перетину осей розташована на осі обертання втулки, причому вісь рамки, що лежить в площині помаху, є віссю загального осьового шарніра, а вісь рамки, перпендикулярна площині помаху, є віссю загального горизонтального шарніра. Технічним результатом винаходу є зниження рівня навантаженості втулки, збільшення експлуатації і ресурсу, підвищення надійності управління і безпеки польоту. 1 мул.
Винахід відноситься до авіації і може бути використано в будь-якому вигляді техніки, де застосовуються аеродинамічний принцип руху і просторового управління апаратом з використанням несучого гвинта.
Відомі такі основні схеми несучих гвинтів, близькі по конструкції і принциповим рішенням до описуваного винаходу.
Несучий гвинт з втулкою Юнга [Братухін І.П. Проектування і конструкції вертольотів. - М. Державне видавництво оборонної промисловості, 1955, - 357 с.] Складається з вала із закріпленим на ньому карданом. Одна з осей кардана являє собою загальний горизонтальний шарнір двох лопатей, які приєднані до втулки за допомогою качалки і осьових шарнірів. Ця вісь дозволяє лопатей здійснювати спільне махове рух. Друга вісь кардана являє собою загальний осьової шарнір лопатей, в якому, за допомогою зміни кута нахилу кардана з гойдалкою і лопатей щодо корпусу літального апарату, відбувається управління несучим гвинтом. Осьові шарніри лопатей призначені для зміни кута загального кроку лопатей. До осьовим шарнірам приєднані повідці управління кутами установки лопатей, пов'язані з зовнішнім автоматом перекосу. Втулка не має індивідуальних горизонтальних і вертикальних шарнірів лопатей.
До недоліків несучого гвинта з втулкою Юнга відносяться:
- великі габаритні розміри, викликані зовнішнім розташуванням автомата перекосу, що призводять до великого шкідливому опору втулки;
- незахищеність деталей автомата перекосу від абразивного зносу на увазі зовнішнього розташування;
- наявність рухомих навантажених зчленувань автомата перекосу, що мають знижений ресурс;
- підвищені вимоги до точності виготовлення підшипників тарілок автомата перекосу;
- велику вагу автомата перекосу;
- високий рівень навантаженості качалки.
Несучий гвинт з втулкою Хафнера (типу «павук») [Жабров А. Автожир і гелікоптер. - М. Видавництво ОСОАВАІХІМА СРСР, 1939, - 240 с.] Складається з обертового вала, встановленого на підшипниках, приєднаних до невращающейся валу, усередині якого проходить важільний механізм управління, що складається з веденого і ведучого важелів. Ведена вісь важеля механізму через підшипник пов'язана «павуком» з поводками лопатей, що приєднуються до осьовим шарнірам. Підвіска кожної лопаті до втулки має горизонтальний шарнір для здійснення махового руху і вертикальний шарнір для здійснення руху, що гойдає в площині обертання. Управління циклічним кроком здійснюється зміною кута установки лопатей в осьових шарнірах при відповідних азимутальних положеннях, яке здійснюється нахилом відомою осі важеля механізму, павука і повідків лопатей. Таким чином, при зміні нахилу відомою осі площину постійних кутів установки несучого гвинта змінює своє кутове положення щодо корпусу літального апарату, при цьому лопаті здійснюють періодичне рух в осьових шарнірах. Управління кутом загального кроку лопатей здійснюється переміщенням важеля механізму уздовж вертикальної осі втулки, при цьому лопаті, пов'язані з механізмом, змінюють кути установки на однакову величину. До недоліків несучого гвинта з втулкою Хафнера відносяться:
- складність конструкції, обумовлена великою кількістю шарнірів лопатей;
- складний характер навантаження втулки внаслідок наявності періодичних рухів кожної лопаті в осьовому, горизонтальному і вертикальному шарнірах, несприятливо впливає на ресурс втулки;
- необхідність розробки додаткових засобів боротьби із земним резонансом через періодичне руху лопатей в вертикальних шарнірах.
До недоліків несучого гвинта з втулкою вертольота R-22 відносяться:
- висока навантаженість осьових шарнірів, в яких здійснюється циклічний рух лопатей;
- наявність зовнішнього автомата перекосу, що приводить до збільшення розмірів втулки і шкідливого аеродинамічного опору літального апарату;
- незахищеність деталей автомата перекосу від абразивного зносу на увазі зовнішнього розташування;
- наявність рухомих навантажених зчленувань автомата перекосу, що мають знижений ресурс;
- підвищені вимоги до точності виготовлення підшипників тарілок автомата перекосу;
- велику вагу автомата перекосу.
Для досягнення поставленої технічної задачі пропонується несучий гвинт, що містить обертовий зовнішній корпус з зубчастим колесом попередньої розкрутки і карданної рамкою, невращающейся внутрішній вал, пов'язаний із зовнішнім валом через підшипники; всередині невращающейся вала розташований важільний механізм управління, призначений для нахилу осі і переміщення у вертикальному напрямку з'єднаного з ним обертається пристрою, встановленого на механізм управління і пов'язаного з важелями повороту лопатей; важелі повороту лопатей з'єднані з втулкою через осі і елементи кріплення з осьовими шарнірами; елементи кріплення виконані у вигляді скоб, до яких приєднані лопаті; пристрій, що обертався виконано у вигляді коромисла; втулка забезпечена карданної рамкою і двома балками з пружними консольними частинами, пов'язаними між собою пальцями; жорсткі центральні частини балок пов'язані один з одним за допомогою пластин; кожен осьової шарнір виконаний у вигляді двох сферичних підшипників, один з яких встановлений на пальці, що зв'язує балки, а другий закріплений між пластинами; на сферичних підшипниках під кутом конусності до площини пластин закріплені скоби, які мають можливість повороту в підшипниках, причому своєю внутрішньою по відношенню до втулки частиною скоби встановлені на сферичні підшипники пластин за допомогою стрижнів, що забезпечують можливість переміщення скоб уздовж осей стрижнів; балки шарнірно з'єднані з обертовим зовнішнім корпусом втулки карданної рамкою, розташованої над корпусом качалки; осі карданної рамки взаємно перпендикулярні, а точка перетину осей розташована на осі обертання втулки, причому вісь рамки, що лежить в площині помаху, є віссю загального осьового шарніра, а вісь рамки, перпендикулярна площині помаху, є віссю загального горизонтального шарніра; механізм управління виконаний з трьома роздільними тягами.
Відмінними ознаками пропонованого несучого гвинта від несучого гвинта, обраного в якості прототипу, є те, що втулка забезпечена двома балками з пружними консольними частинами, пов'язаними між собою пальцями; жорсткі центральні частини балок приєднані один до одного за допомогою пластин; кожен осьової шарнір виконаний у вигляді двох сферичних підшипників, один з яких встановлений на пальці, що зв'язує балки, а другий закріплений між пластинами; на сферичних підшипниках під кутом конусності до площини пластин закріплені скоби, які мають можливість повороту в підшипниках, причому своєю внутрішньою по відношенню до втулки частиною скоби встановлені на сферичні підшипники пластин за допомогою стрижнів, що забезпечують можливість переміщення скоб уздовж осей стрижнів; вісь карданної рамки, що лежить в площині помаху, є віссю загального осьового шарніра, а вісь рамки, перпендикулярна площині помаху, є віссю загального горизонтального шарніра.
Завдяки наявності цих ознак в сукупності з відомими, пропонована конструкція втулки дозволяє знизити рівень навантаженості і підвищити ресурс втулки за рахунок розвантаження її елементів від навантажень з лопатей, забезпечуючи сприйняття великих значень згинальних моментів в площині помаху в порівнянні з відомими втулками.
На кресленні показаний вид пропонованого несучого гвинта в ізометричної проекції з розрізом.
Несучий гвинт включає в себе невращающейся вал 1. Вал 1 через верхній 15 і нижній 16 підшипники з'єднується з валом, що обертається 2, який має посадочні місця для установки підшипників карданної рамки 3. Верхні частини даних посадочних місць на валу після установки карданної рамки 3 по осі ZZ закриваються кришками 22, що приєднуються до валу 2. На другій осі карданної рамки Х-Х, перпендикулярній осі ZZ, через вушка 23 навішуються дві балки 13, пов'язані між собою в середині за допомогою пластин 21, а за жорсткими кінців консольних частин - за допомогою вух пальців 20. Пружні консольні частини балок відхилені на кут конусності щодо площини пластин 21. До пальцях 20 приєднані сферичні підшипники 24, на яких встановлюються жорсткі скоби 12. До проушинам скоб на болтах кріпляться лопаті несучого гвинта (не показані). Ці вушка мають однаковий кут нахилу щодо осей пальця 20, що представляє собою кут загального кроку лопатей. У внутрішні по відношенню до втулки несучого гвинта частини скоб 12 закріплюються стрижні 26, за допомогою яких скоби пов'язані зі сферичними шарнірними вузлами 7, закріпленими на пластинах 21. Осями 25 до скоб 12 кріпляться важелі повороту лопатей 6, що з'єднуються через підшипникові вузли з коромислом 8. Коромисло 8 встановлено через підшипник 14 на відомому важелі 4 важільного механізму управління. Важільний механізм включає в себе ведений 4 і ведучий 5 важелі, встановлені в повзунові 9 на сферичних підшипниках. До нижньої частини повзуна 9 прикріплюється стакан 11, що має вікна для виходу тяг управління по каналу тангажа 17 і крену 18, які приєднані до нижньої частини ведучого важеля 5. Стакан 11 пов'язаний з гойдалкою загального кроку 19. До нижньої частини валу, що обертається 2 приєднується зубчасте колесо 10.
Спільне махове рух лопатей несучого гвинта відбувається в загальному горизонтальному шарнірі (вісь Х-Х карданної рамки 3). Крім того, кожна лопать здійснює власне махове рух в сферичних шарнірних вузлах 7, яке відбувається за рахунок пружності консольних частин балок 13, і обмежується величиною їх деформації під навантаженням.
Для управління просторовим положенням літального апарату використовується важільний механізм управління. При зміні кутового положення провідного важеля 5 в своєму сферичному підшипнику, закріпленому в повзунові 9, за допомогою тяг 17 або 18 відбувається відповідне - в каналі тангажу або каналі крену - зміна нахилу веденого важеля 4 щодо осі Y-Y. В результаті змінюється кут нахилу щодо вертикальної осі втулки YY наступних обертових елементів: коромисла 8, важелів повороту лопатей 6, скоб 12, балок 13, пластин 13, вушок 23, карданної рамки 3. Таким чином, відбувається відхилення осі обертання лопатей і відповідних деталей втулки щодо вертикальної осі втулки, тобто зміна кутового положення площини постійних кутів установки несучого гвинта щодо літального апарату. Це тягне за собою необхідну для управління зміна напрямку дії вектора аеродинамічної сили несучого гвинта. При цьому в процесі обертання втулки відбувається циклічний рух навколо осі Z-Z карданної рамки 3. Таким чином, при циклічному управлінні втулкою руху в індивідуальних осьових шарнірах не відбуваються, що дозволяє збільшити їх ресурс, знизити масу.
Управління кутом загального кроку несучого гвинта здійснюється наступним чином. Гойдалка 19 задає переміщення склянки 11, повзуна 9 і, відповідно, важелів 4 і 5 уздовж осі Y-Y. Внаслідок цього переміщаються у вертикальному напрямку коромисло 8 і важелі повороту лопатей 6. Пов'язані з важелями повороту лопатей скоби повертаються в підшипникових вузлах 24 і 7 щодо власних поздовжніх осей на один і той же кут.
Основними силовими елементами пропонованого несучого гвинта є балки 13 з пальцями 20, а також скоби 12. Завдяки шарнірної підвісці скоб 12, балки працюють спільно зі скобами 12. Внаслідок того, що скоби з лопатями з одного боку впираються в підшипникові вузли 24, а з іншого боку можуть вільно переміщатися уздовж осей стрижнів 26 щодо підшипникових вузлів 7, консольні частини балок 13 виконують функцію пружного розвантажувального ділянки, що використовує ефект розвантаження відцентровими силами, що виникають при обертанні несучого ви нта. При зростанні навантаження на лопать за рахунок деформації пружних консольних частин балок збільшується кут відхилення лопаті зі скобою 12 від площини обертання, і це призводить до зменшення навантаження на центральні частини балок через зростання згинального моменту від відцентрових сил, протидіє вигинає моменту від аеродинамічних сил. Згинальний момент в площині обертання сприймається пальцями 20 і балками 13. Завдяки такій конструкції рівень навантажень, які сприймаються елементами хитної частини втулки, менше, ніж у втулки-прототипу, що дозволяє зменшити масу втулки при проектуванні її для многорежимной експлуатації.
Пропонований несучий гвинт має просту конструкцію, невеликі габаритні розміри, низький рівень навантажень на елементи втулки і проводку системи управління, підвищений ресурс; забезпечує можливість многорежимной експлуатації несучого гвинта з різними кутами загального кроку лопатей, необхідної, зокрема, для здійснення стрибкового зльоту автожиру, посадки з підривом загального кроку, попередньої розкрутки і гальмування несучого гвинта, маневрування в польоті, і може бути рекомендований, в першу чергу, на автожирах.
Несучий гвинт, що містить обертовий зовнішній корпус з зубчастим колесом попередньої розкрутки, невращающейся внутрішній вал, пов'язаний із зовнішнім валом через підшипники, і всередині якого розташований важільний механізм управління для нахилу осі і переміщення у вертикальному напрямку з'єднаного з ним обертається пристрою, виконаного у вигляді коромисла, встановленого на механізм управління і пов'язаного з важелями повороту лопатей, важелі повороту лопатей з'єднані з втулкою через скоби з осьовими шарнірами, до яких прик еплени лопаті, механізм управління виконаний з трьома роздільними тягами, що відрізняється тим, що втулка забезпечена карданної рамкою і двома балками з пружними консольними частинами, пов'язаними між собою пальцями, жорсткі центральні частини балок приєднані один до одного за допомогою пластин, кожен осьової шарнір виконаний у вигляді двох сферичних підшипників, один з яких встановлений на пальці, що зв'язує балки, а другий закріплений між пластинами, на сферичних підшипниках під кутом конусності до площини пластин закріплені скоби, наявний можливість повороту в підшипниках, причому своєю внутрішньою по відношенню до втулки частиною скоби встановлені на сферичні підшипники пластин за допомогою стрижнів, що забезпечують можливість переміщення скоб уздовж осей стрижнів, вісь карданної рамки, що лежить в площині помаху, є віссю загального осьового шарніра, а вісь рамки, перпендикулярна площині помаху, є віссю загального горизонтального шарніра.