Результат интеллектуальной деятельности: НЕСУЩИЙ ВИНТ ВИНТОКРЫЛОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С СИСТЕМОЙ СКЛАДЫВАНИЯ ЛОПАСТЕЙ

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к многолопастным несущим винтам винтокрылого летательного аппарата.

Известен несущий винт вертолета - патент США №4543040; В64С 27/32, В64С 27/39, В64С 27/48. Несущий винт состоит из втулки, вала осевого шарнира, корпуса осевого шарнира, механизма складывания и демпфера, лопасти. Втулка представляет собой корпусную деталь из композитного материала с множеством (по числу лопастей) пар проушин. Вал осевого шарнира представляет корпусную деталь с отверстием под ось горизонтального шарнира с двумя местами крепления эластомерных подшипников. Корпус осевого шарнира представляет собой корпусную деталь из композитного материала с проушинами с каждого конца. Несущий винт имеет в следующей последовательности горизонтальный, осевой и вертикальный шарниры. Горизонтальный шарнир состоит из втулки, вала осевого шарнира, оси горизонтального шарнира, двух радиальных эластомерных подшипников. Вал осевого шарнира устанавливается отверстием в головке на ось горизонтального шарнира, который служит осью вращения горизонтального шарнира. Радиальные эластомерные подшипники вставлены в проушины корпуса втулки. Осевой шарнир состоит из вала осевого шарнира, корпуса осевого шарнира, двух эластомерных подшипников. Корпус осевого шарнира посредством двух эластомерных подшипников монтируется на вал осевого шарнира. Подшипники расположены с двух сторон от пальца горизонтального шарнира. Внутренний подшипник - упорный, наружный - радиальный цилиндрический. Соединение корпуса осевого шарнира с лопастью образует вертикальный шарнир. Его осью является ось вертикального шарнира. Корпус осевого шарнира установлен на ось вертикального шарнира с помощью двух эластомерных подшипников. Несущий винт имеет автоматическое складывание лопастей, состоящее из электродвигателя, редуктора, соединенных с лопастью с помощью тяг и качалок.

У прототипа горизонтальный шарнир не имеет специальных средств для восприятия боковой силы, что уменьшает ресурс эластомерного подшипника горизонтального шарнира. Осевой шарнир имеет два эластомерных подшипника, размеры которых ограничены исполнением конструкции, из-за чего осевой шарнир имеет значимую жесткость при изменении шага, что увеличивает нагрузки в системе управления вертолета. Один из эластомерных подшипников осевого шарнира расположен перед осью горизонтального шарнира (со стороны вала несущего винта), что увеличивает разнос горизонтальных шарниров и увеличивает моменты на валу несущего винта. Это отрицательно сказывается на вертолетах с увеличенной управляемостью (например, соосных вертолетах) и увеличивает массу конструкции вертолета. Для демпфирования колебаний в плоскости вращения с целью предотвращения автоколебаний типа «земной резонанс» использован демпфер, что представляет сложную при проектировании, изготовлении и эксплуатации конструкцию с ограниченным ресурсом. На несущем винте употреблен механизм автоматического складывания лопастей, что приводит к увеличению веса несущего винта, а отсутствие механизма фиксации положения корпуса осевого шарнира приводит к увеличению нагрузок в системе управления в сложенном состоянии, и отсутствие ограничителя взмаха лопасти может привести к опусканию лопасти при складывании на угол больше 90 градусов.

Технической задачей заявляемого технического решения является упрощение конструкции при одновременном уменьшении нагрузок и увеличении ресурса несущего винта и уменьшении нагрузок на вертолет в целом.

Техническая задача обеспечивается тем, что в несущем винте винтокрылого летательного аппарата с системой складывания лопастей, включающем в себя лопасти, втулку с проушинами и соединение лопастей со втулкой, содержащее горизонтальный шарнир, состоящий из вала осевого шарнира, соединенного через проушины со втулкой осью горизонтального шарнира и 2-х радиальных эластомерных подшипников, осевой шарнир, состоящий из вала осевого шарнира, соединенного с корпусом осевого шарнира, имеющего проушины, посредством осевого упорного эластомерного подшипника и радиального подшипника, расположенного на конце вала осевого шарнира со стороны лопасти, вертикальный шарнир, состоящий из корпуса осевого шарнира, оси вертикального шарнира, подшипников, количество проушин на втулке равно количеству лопастей, ось горизонтального шарнира выполнена с отверстием, горизонтальный шарнир снабжен дополнительно 2-мя осевыми эластомерными подшипниками, расположенными в отверстии оси горизонтального шарнира симметрично с обоих концов, и 2-мя крышками, соединяющими осевые эластомерные подшипники с проушинами вала осевого шарнира, вал осевого шарнира выполнен с 2-мя проушинами, в которых смонтированы радиальные эластомерные подшипники горизонтального шарнира, и глухим отверстием, в котором расположены второй радиальный тканевый подшипник и, глубже, осевой упорный эластомерный подшипник, оба радиальных подшипника тканевого типа, при этом осевой упорный эластомерный подшипник и радиальные тканевые подшипники осевого шарнира расположены по одну сторону от горизонтального шарнира со стороны лопасти, осевой шарнир снабжен переходником, соединенным с корпусом осевого шарнира болтом, а через отверстие в ближнем радиальном тканевом подшипнике опирающимся на осевой упорный эластомерный подшипник, корпус осевого шарнира выполнен с направляющими снаружи корпуса, вертикальный шарнир снабжен переходником лопасти, соединенным с комлевой частью лопасти, и упругим силовым элементом, который основанием соединен осью вертикального шарнира с проушинами корпуса осевого шарнира и болтом складывания с переходником лопасти, а своим концом вставлена в направляющие на корпусе осевого шарнира, подшипники вертикального шарнира тканевого типа, каждое соединение втулки с лопастью снабжено фиксатором взмаха и шага лопасти в сложенном состоянии, состоящим из упора взмаха, расположенного между верхней частью вала осевого шарнира и втулки, фиксатора шага, запирающего корпус осевого шарнира относительно вала осевого шарнира, и ручки, соединенной с упором взмаха и фиксатором шага.

Предусматривается также, что втулка и корпус осевого шарнира выполнены из металла.

Изобретение поясняется чертежами, где

на Фиг.1 изображен разрез вдоль оси осевого шарнира,

на Фиг.2 изображен вид сверху на несущий винт,

на Фиг.3 изображен разрез горизонтального шарнира.

Несущий винт винтокрылого летательного аппарата с системой складывания лопастей включает в себя лопасти 1, втулку 2 с проушинами 3, количество которых равно количеству лопастей, и соединение лопастей со втулкой, содержащее в следующей последовательности горизонтальный, осевой и вертикальный шарниры. (См. Фиг.1, Фиг.2.)

Горизонтальный шарнир состоит из вала осевого шарнира 4, проушин 3 втулки 2, оси 5, 2-х радиальных эластомерных подшипников 6, 2-х крышек 7 и 2-х осевых эластомерных подшипников 8. (См. Фиг.3.)

В отверстие в проушине 3 втулки 2 установлена ось 5, которая служит осью вращения горизонтального шарнира. Радиальные эластомерные подшипники 6 вставлены в две проушины вала осевого шарнира 4, опираются на ось 5. На боковой поверхности проушин вала осевого шарнира 4 закреплены крышки 7, которые упираются в осевые эластомерные подшипники 8, находящиеся в отверстии 9 оси 5 симметрично с обоих концов.

Осевой шарнир состоит из вала осевого шарнира 4, корпуса осевого шарнира 10, имеющего проушины, осевого упорного эластомерного подшипника 11, радиального тканевого подшипника 12, радиального тканевого подшипника 13, расположенного на конце вала осевого шарнира 4 со стороны лопасти, и переходника 14.

На цилиндрической части вала осевого шарнира 4 монтируется корпус осевого шарнира 10 посредством двух радиальных тканевых подшипников 12,13 и переходника 14. Осевой упорный эластомерный подшипник 11 установлен в глухом отверстии 15 вала осевого шарнира 4, в который опирается переходник 14, закрепленный на корпусе осевого шарнира 10 болтом 16 и своим концом проходящий через отверстие 17 в радиальном тканевом подшипнике 12. Корпус осевого шарнира 10 имеет направляющие 18.

Вертикальный шарнир состоит из корпуса осевого шарнира 10, оси 19, тканевых подшипников 20, переходника лопасти 21.

Переходник лопасти 21 соединен с комлевой частью лопасти 1 и упругим силовым элементом 22, который основанием соединен осью 19 вертикального шарнира с проушинами корпуса осевого шарнира 10 и болтом складывания 23 с переходником лопасти 21, а своим концом вставлен в направляющие 18 на корпусе осевого шарнира 10.

На несущем винте применено ручное складывание лопастей вокруг оси 19 вертикального шарнира, состоящее из болта складывания 23 и фиксатора взмаха и шага. Фиксатор взмаха и шага состоит из упора взмаха 24, расположенного между верхней частью вала осевого шарнира 4 и втулки 2, фиксатора шага 25, запирающего корпус осевого шарнира 10 относительно вала осевого шарнира 4, и ручки 26, соединенной с упором взмаха 24 и фиксатором шага 2 5.

При полете винтокрылого летательного аппарата его несущий винт находится в неравномерном потоке воздуха, и лопасти 1 несущего винта совершают маховые движения в вертикальной и горизонтальной плоскостях. При действии системы управления лопасти 1 несущего винта меняют свои углы установки. При маховом движении необходимая подвижность лопастей 1 обеспечивается наличием горизонтального и вертикального шарнира, а изменение шага лопасти - осевого шарнира. Во время работы винта соединение втулки с лопастями воспринимает нагрузки от лопастей.

Центробежная сила с лопасти 1 передается на переходник лопасти 21, через вертикальный шарнир на корпус осевого шарнира 10, далее через переходник 14 на осевой упорный эластомерный подшипник 11 и на вал осевого шарнира 4. Далее через горизонтальный шарнир замыкается на втулке 2.

Изгибающий момент в плоскости вращения с лопасти 1 проходит на переходник лопасти 21. Далее изгибающий момент воспринимается упругим силовым элементом 22, выбор жесткости которого обеспечивает требуемые уровни нагрузок в плоскости вращения на детали несущего винта и вместе с демпфированием в вертикальном шарнире запасы по возникновению колебаний типа «земной резонанс». Пара сил от изгибающего момента в плоскости вращения с упругого силового элемента 22 передается через вертикальный шарнир и направляющие 18 на корпус осевого шарнира 10. Далее через два радиальных тканевых подшипника 12, 13 изгибающий момент проходит по валу осевого шарнира 4 и замыкается на проушине 3 втулки 2.

Боковая перерезывающая сила в плоскости вращения проходит от лопасти 1 через переходник лопасти 21, вертикальный шарнир, корпус осевого шарнира 10, далее через радиальные тканевые подшипники 12, 13 по валу осевого шарнира 4. Передача нагрузки на втулку 2 происходит через крышки 7 и осевые эластомерные подшипники 8 горизонтального шарнира.

Складывание лопасти 1 происходит следующим образом: вначале вручную движением к валу осевого шарнира 4 ручкой 26 происходит фиксация вала осевого шарнира 4 упором взмаха 24 относительно маховых движений и фиксатором шага 25 - относительно движений изменения шага лопасти. Затем вручную вынимается болт складывания 23, лопасть 1 заводится в положение складывания до упора и болт складывания 23 снова монтируется в новом положении.

Расположение осевого упорного эластомерного подшипника 11 и радиальных тканевых подшипников 12,13 осевого шарнира с одной стороны горизонтального шарнира со стороны лопасти 1 позволяет уменьшить разнос горизонтальных шарниров, что уменьшает нагрузки на конструкцию вертолета.

Введение дополнительно осевых эластомерных подшипников 8 горизонтального шарнира позволяет увеличить ресурс радиальных эластомерных подшипников 6 горизонтального шарнира, а расположение их внутри отверстия 9 оси 5 горизонтального шарнира - не увеличивает габариты и массу горизонтального шарнира.

Выполнение вала осевого шарнира 4 с двумя проушинами, а втулки 2 - с одной на каждую лопасть 1 позволяет выполнить вал осевого шарнира 4 с глухим отверстием 15, где смонтированы радиальный тканевый подшипник 12 и осевой упорный эластомерный подшипник 11, и тем самым обеспечить расположение осевого упорного эластомерного подшипника 11 внутри вала осевого шарнира 4, что позволяет упростить конструкцию осевого шарнира, увеличить ресурс осевого упорного эластомерного подшипника 11 и уменьшить его жесткость и, следовательно, уменьшить нагрузки на систему управления вертолетом.

Использование двух радиальных тканевых подшипников 12,13 позволяет выполнить осевой упорный эластомерный подшипник 11 простой конструкции и уменьшить жесткость осевого шарнира, что уменьшает нагрузки в системе управления вертолета.

Расположение радиального тканевого подшипника 12 внутри вала осевого шарнира 4 с опорой через переходник 14 на корпус осевого шарнира 10 позволяет упростить конструкцию и не увеличивать размеры и массу деталей без потери ресурса.

Использование упругого силового элемента 22 позволяет отказаться от использования демпфера, что уменьшает массу и упрощает конструкцию несущего винта.

Использование для крепления упругого силового элемента 22 оси 19 вертикального шарнира и болта складывания 23 позволяет при вынимании болта складывания 23 складывать лопасти относительно вертикального шарнира.

Ручное складывание позволяет отказаться от сложного и тяжелого механизма складывания, а фиксаторы шага 25 уменьшают нагрузки в системе управления вертолета в сложенном положении лопастей.

Описанная выше совокупность конструктивных особенностей несущего винта винтокрылого летательного аппарата с системой складывания лопастей позволяют упростить его конструкцию при одновременном уменьшении нагрузок и увеличении ресурса несущего винта и уменьшении нагрузок на вертолет в целом.