втулка несущего винта вертолета

Формула изобретения

1. Втулка несущего винта вертолета, содержащая ступицу с упругими петлеобразными консолями и рукава с отверстиями для крепления к ним лопастей, каждый из которых соединен со ступицей в основании консоли через шарнирную опору и демпфер и с петлей консоли через упорный подшипник, установленный с внутренней стороны петли консоли при помощи рамки, отличающаяся тем, что рамка и петля консоли соединены между собой с возможностью взаимного перемещения, образуя вертикальный шарнир втулки несущего винта, а рукав дополнительно соединен с рамкой при помощи двух шарниров: корневого и периферийного, расположенных по обе стороны упорного подшипника и образующих вместе с подшипниковой опорой осевой шарнир втулки несущего винта.

2. Втулка по п. 1, отличающаяся тем, что вертикальный шарнир несущего винта образован участками цилиндрической поверхности рамки и петли консоли, которыми они сочленены.

3. Втулка по п. 1, отличающаяся тем, что рукав снабжен пальцем, а рамка имеет полый цилиндрический элемент, при этом корневой шарнир образован пальцем рукава и торцом полого цилиндрического элемента.

4. Втулка по пп. 1, 3, отличающаяся тем, что периферийный шарнир образован осью, которая установлена в сквозном вертикальном отверстии, выполненном в рамке, и коромыслом, расположенным в этом отверстии вертикально и к которому прикреплены верхняя и нижняя проушины рукава.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к авиации, а именно к конструкции втулки несущего винта вертолета, соединяющей лопасти винта с его приводным валом.

Известна конструкция втулки несущего винта вертолета, принятая за прототип, в которой ступица имеет несколько по числу лопастей, петлеобразных консолей, каждая из которых имеет утоненные упругие участки и замыкающую их петлю на периферийном участке консоли (патент США N 4257739, кл. В 64 С 27/38, НКИ 416-132, публ. 1981). Внутри каждой консоли расположен рукав, проушины которого охватывают петлю и имеют отверстия для крепления лопасти. Рукав прикреплен к ступице в основании консоли с помощью шарнирной опоры и эластомерного демпфера, и к петле консоли - через упорный подшипник, установленный с внутренней стороны петли консоли с помощью вильчатой рамки, имеющей на проушинах отверстия для крепления рамки к петле консоли.

Реализация на практике такого решения привела к необходимости установки верхнего и нижнего ограничителей маха рукава и двух крестовин, установленных сверху и снизу ступицы, что усложняет конструкцию и увеличивает массу втулки несущего винта (см. втулку несущего винта американского вертолета Bell-406 (ОН-58), -407, Journal of the American Helicopter Society, Oct. 1995, p. 90-92). Использование эластомерного упорного подшипника, совмещающего в себе функции горизонтального, вертикального и осевого шарнира втулки несущего винта, привело к большим управляющим моментам, потребным для поворота рукава с лопастью в осевом шарнире, и, как следствие, к бустерной системе управления вертолетом.

Технической задачей, решаемой изобретением, является снижение массы втулки несущего винта и увеличение ее ресурса за счет устранения массивных крестовин, ограничивающих мах рукава, и улучшения условий работы упорного подшипника, увеличение демпфирования качания рукава с лопастью, а также и снижение потребных управляющих моментов для поворота рукава с лопастью до значений, обеспечивающих возможность реализации безбустерной системы управления вертолетом.

Для этого во втулке несущего винта вертолета, содержащей ступицу с упругими петлеобразными консолями и рукава с отверстиями для крепления к ним лопастей, каждый из которых соединен со ступицей в основании консоли через шарнирную опору и демпфер и с петлей консоли - через упорный подшипник, установленный с внутренней стороны петли консоли при помощи рамки, рамка и петля консоли соединены между собой с возможностью взаимного перемещения, образуя вертикальный шарнир втулки несущего винта, а рукав дополнительно соединен с рамкой при помощи двух шарниров: корневого и периферийного, расположенных по обе стороны упорного подшипника и образующих вместе с шарнирной опорой осевой шарнир втулки несущего винта.

Вертикальный шарнир втулки несущего винта образован участками цилиндрической поверхности рамки и петли консоли, которыми они сочленены.

Рукав снабжен пальцем, а рамка имеет полый цилиндрический элемент, при этом корневой шарнир образован пальцем рукава и торцом полого цилиндрического элемента.

Периферийный шарнир образован осью, которая установлена в сквозном вертикальном отверстии, выполненном в рамке, и коромыслом, расположенным в этом отверстии вертикально и к которому прикреплены верхняя и нижняя проушины рукава.

На фиг. 1 изображена втулка несущего винта вертолета, вид сбоку с продольным разрезом; на фиг. 2 - то же, вид сверху с наложенным сечением упругого участка консоли; на фиг. 3 - сечение А-А на фиг.1; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг. 5 - сочленение рамки с петлей консоли в аксонометрии; на фиг. 6 - качание рукава, вид в плане; на фиг.7 - перемещение деталей демпфера, сечение В-В на фиг.6; на фиг. 8 - разрез консоли и ее упругая линия при свободном свесе рукава с лопастью; на фиг. 9 - эпюра изгибающего момента по длине консоли.

Втулка несущего винта вертолета содержит ступицу 1, соединенную с валом несущего винта 2, которая имеет несколько (по числу лопастей винта) петлеобразных консолей 3, включающих утоненные упругие участки 4 и петлю консоли 5, и рукава 6 с отверстиями 7 для крепления лопасти 8. Рукав 6 при помощи пальца 9 через шарнирную опору 10, поперечину 11, эластомерный демпфер 12 и кронштейн 13 соединен со ступицей 1. Рукав 6 при помощи хвостовика 14 пальца 9, эластомерный подшипник 15 и рамку 16 соединен с петлей консоли 5.

Рамка 16 и петля консоли 5 соединены шарнирно, образуя вертикальный шарнир втулки несущего винта с осью 17. Рукав 6 дополнительно соединен с рамкой 16 при помощи корневого шарнира 18 и периферийного шарнира 19, расположенных по обе стороны эластомерного упорного подшипника 15 и образующих вместе с шарнирной опорой 10 осевой шарнир втулки несущего винта с осью 20.

Конструктивно вертикальный шарнир втулки несущего винта выполнен следующим образом. Петля консоли 5 с внутренней стороны имеет окантовку 21 с участком цилиндрической поверхности 22 с вертикальной образующей,по которой петля консоли 5 сочленена с рамкой 16, имеющей ответный участок поверхности с наклеенной на него тканью 23, образуя подшипник скольжения. Рамка 16 имеет вильчатые проушины 24, внутренние плоскости которых с наклеенной тканью 25 образуют пары скольжения с внешними плоскостями окантовки 21 петли консоли 5.

Вертикальный шарнир такой втулки может быть выполнен и иначе, например, в виде упругого эластомерного подшипника, но с непременным соблюдением подвижности рамки 6 относительно петли консоли 5.

Корневой шарнир 18 образован пальцем 9 и торцом цилиндрического элемента 26 рамки 16, внутри которого размещен эластомерный упорный подшипник 15.

В сквозном вертикальном отверстии 27, выполненном в рамке 16, жестко закреплена ось 28, на которой установлено коромысло 29, к которому болтами 30 закреплены проушины рукава 6. Рамка 6 с коромыслом 29 и ось 28 образуют периферийный шарнир 19.

Устройство работает следующим образом. Центробежная сила лопасти 8 через отверстия 7, рукав 6 и палец 9 передается на упорный подшипник 15, рамку 16, петлю консоли 5 и далее по двум упругим участкам 4 консоли 3 - на ступицу 1.

Рукав 6 имеет три степени свободы и может:

- упруго махать вверх-вниз относительно шарнирной опоры 10; упругость маха обеспечивают упругие участки 4 консоли 3, на петлю консоли 5 которой рукав 6 опирается через рамку 16 проушинами 24, заставляя петлю консоли 5 поворачиваться совместно;

- упруго качаться относительно оси 17 вертикального шарнира за счет поворота рамки 16 относительно петли консоли 5 по цилиндрической поверхности 22 их сочленения; упругость, ограничение качания и демпфирование обеспечивает эластомерный демпфер 12;

- упруго поворачиваться относительно оси 20 вместе с коромыслом 29, закручивая хвостовиком 14 пальца 9 эластомерный упорный подшипник 15.

На фиг. 4 изображены возможные положения а поперечной оси рукава 6 при его повороте относительно оси осевого шарнира 20.

На фиг. 6 изображены отклонение рукава 6 при его качании относительно оси вертикального шарнира 17. Крайние положения рукава 6 обозначены контуром б.

На фиг. 7 изображена работа эластомерного демпфера с относительным перемещением в его деталей при качании рукава 6, показанным на фиг.6.

На фиг. 8 изображена S-образная упругая линия г консоли 3 при свободном свесе рукава 6 с лопастью 8 или их махе вниз. Для сравнения приведена упругая линия д консоли при реализации конструкции прототипа, по которой видно, что лопасть может опуститься недопустимо низко, во избежании чего на втулке несущего винта вертолетов Вell-406 (ОН-58), -407 устанавливают ограничители маха рукава. Линия е - ось рукава 6, рамки 16 и петли консоли 5 при махе рукава 6.

На фиг. 9 изображена эпюра ж изгибающего момента м по длине l консоли 3, соответствующая отклонению рукава на фиг.8, характеризующаяся изменением знака момента, наличием участка с низкими значениями момента и точкой со значением момента, равным нулю, что позволяет значительно утонить соответствующий участок консоли и тем самым снизить массу втулки несущего винта. Для сравнения приведена эпюра и изгибающего момента при реализации конструкции прототипа.

Данная конструкция втулки несущего винта может быть рекомендована для использования в первую очередь на легких вертолетах с безбустерной системой управления.