устройство для азимутальной ориентации и фиксации груза на внешней подвеске летательного аппарата

Формула изобретения

1. Устройство для азимутальной ориентации и фиксации груза на внешней подвеске летательного аппарата, включающее траверсу с грузовыми канатами на концах, соединенную с замком летательного аппарата посредством сходящихся звеньев, ориентирующую систему, сопряженную с траверсой с возможностью передачи крутящего момента и выполненную в виде кольца, имеющего возможность вращения вокруг оси подвеса груза и связанного с летательным аппаратом посредством гибких и упругих связей, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено приводным механизмом с канатоведущим шкивом, бесконечным тяговым органом и отклоняющими блоками, причем гибкие и упругие связи прикреплены к отклоняющим блокам, бесконечный тяговый орган охватывает несколькими витками канатоведущий шкив, а обе ветви бесконечного тягового органа, сходящие с канатоведущего шкива, огибают с внешней стороны во встречных направлениях кольцо и отклоняющие блоки.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на внешней поверхности кольца выполнены канавки, в которых расположены витки бесконечного тягового органа.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что кольцо снабжено двумя жесткими связями, установленными в диаметральном направлении с переменным по ширине зазором и с параллельными участками по краям, между которыми закреплены -образные элементы, взаимодействующие с концами траверсы с возможностью взаимной передачи крутящего момента и разъединения при аварийном сбросе груза.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к оборудованию вертолетов, предназначенных для транспортировки грузов на внешней подвеске и для выполнения строительно-монтажных работ.

Известно устройство для азимутальной ориентации и фиксации груза на внешней подвеске вертолета, содержащее сопряженные с замком вертолета грузовые канаты с жестко закрепленной между ними траверсой, соединенной с ориентирующей системой, связанной гибкими и упругими связями с вертолетом (авт. свид. СССР 981206, кл. B 66 F 11/02, 1981). Ориентирующая система выполнена в виде диска небольшого диаметра, снабженного по окружности отверстиями, при помощи которых фиксируется изменяемое положение траверсы по азимуту. К диску для увеличения плеча прикреплена перпендикулярно траверсе (в исходном положении) стабилизирующая тяга, к которой присоединены одни концы гибких и упругих связей в виде тросов с резиновыми амортизаторами. Другие концы этих связей присоединены к выступающим узлам вертолета, в частности, к стойкам шасси. Такое исполнение ориентирующей системы приводит к малоэффективной работе упругих связей при фиксировании траверсы в положениях, отличающихся от исходного на угол свыше45^o.

Модернизированный вариант этого устройства (см. "Монтаж строительных конструкций с применением вертолетов", ВСН 463-85, Минмонтажспецстрой СССР, 1986, рис.20) имеет те же недостатки.

Известно другое устройство для азимутальной ориентации и фиксации груза на внешней подвеске вертолета, наиболее близкое по технической сущности к заявляемому и являющееся прототипом. Оно содержит траверсу с грузовыми канатами на концах, соединенную с замком летательного аппарата посредством сходящихся звеньев, ориентирующую систему, сопряженную с траверсой с возможностью передачи крутящего момента, и выполненную в виде кольца, имеющего возможность вращения вокруг оси подвеса груза и связанного со стойками шасси упругими и гибкими связями - тросами с резиновыми шнуровыми амортизаторами (патент РФ 2015073, кл. B 64 D 1/22, 1991 г). Кольцо имеет большой диаметр (для увеличения плеча действующих на него сил) и сопряжено с концами траверсы с возможностью передачи крутящего момента от упругих гибких связей в процессе работы устройства и с возможностью разъединения при аварийном сбросе груза. Устройство обеспечивает фиксацию и ориентацию груза при возмущающих моментах, стремящихся повернуть груз в горизонтальной плоскости, например от воздействия встречного потока воздуха, потока воздуха от несущего винта вертолета или при возникновении динамических нагрузок (ударов) в процессе монтажа. При этом груз может повернуться вокруг оси подвеса к вертолету на некоторый угол, а с ним и кольцо. Силы упругости в упругих связях (шнуровых амортизаторах), возрастающие вместе с увеличением угла закрутки кольца вокруг оси подвеса, создают восстанавливающий крутящий (стабилизирующий) момент, поворачивающий кольцо в исходное положение. Упругие связи присоединены к кольцу по касательной, что обеспечивает постоянство плеча (равного радиусу кольца) для возникающих сил упругости. В результате устройство работоспособно при любой ориентации траверсы в диапазоне 360^o, так как стабилизирующий момент не зависит от положения траверсы, а зависит лишь от степени натяжения упругих связей, т. е. от угла закрутки кольца. Гибкие связи (тросы), подсоединенные параллельно упругим связям, ограничивают в допустимых пределах перемещения кольца по высоте и по углу закрутки.

Недостатком известного устройства является то, что ориентацию и фиксацию траверсы в горизонтальной плоскости (по азимуту) можно выполнить только на земле перед полетом, например, используя поступившую с места монтажа информацию о направлении ветра. При заходе вертолета на монтаж в случаях ошибочной информации или изменения направления ветра не всегда возможно согласование продольной оси вертолета, и соответственно зафиксированного на нем груза, с проектным направлением осей, например, с анкерными болтами на фундаменте. В результате, из-за неблагоприятного направления ветра возможны непроизводительные полеты на переподцепку груза.

Задачей настоящего изобретения является достижение технического результата, заключающегося в возможности управляемого в полете поворота груза в горизонтальной плоскости в диапазоне, обеспечивающем согласование положения груза по азимуту с проектными отметками при любом направлении ветра над местом монтажа, что полностью исключает непроизводительные полеты вертолета па переподцепку груза.

Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что устройство для азимутальной ориентации и фиксации груза на внешней подвеске летательного аппарата, включающее траверсу с грузовыми канатами на концах, соединенную с замком летательного аппарата посредством сходящихся звеньев, ориентирующую систему, сопряженную с траверсой с возможностью передачи крутящего момента и выполненную в виде кольца, имеющего возможность вращения вокруг оси подвеса груза и соединенного с летательным аппаратом посредством гибких и упругих связей, согласно изобретению дополнительно снабжено приводным механизмом с канатоведущим шкивом, бесконечным тяговым органом и отклоняющими блоками, причем гибкие и упругие связи прикреплены к отклоняющим блокам, бесконечный тяговый орган охватывает несколькими витками канатоведущий шкив, а обе ветви бесконечного тягового органа, сходящие с канатоведущего шкива, огибают по внешней поверхности кольцо во встречных направлениях и отклоняющие блоки. Кроме того, на внешней поверхности кольца выполнены канавки для витков бесконечного тягового органа. Кольцо может быть снабжено двумя жесткими связями, установленными в диаметральном направлении с переменным по ширине зазором и с параллельными участками по краям, между которыми закреплены -образные элементы, взаимодействующие с концами траверсы с возможностью взаимной передачи крутящего момента и разъединения при аварийном сбросе груза.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема размещения устройства на летательном аппарате, вид сбоку; на фиг.2 - схема сопряжения концов траверсы внешней подвески с кольцом ориентирующей системы; на фиг.3 - то же, в сечении А-А по фиг.2; на фиг.4 - схема устройства с одним из частных случаев запасовки бесконечного тягового органа, вид сверху (без летательного аппарата); на фиг.5 - схема устройства, вид сверху (без летательного аппарата), другой частный случай запасовки бесконечного тягового органа.

Устройство содержит два основных узла, размещаемых на вертолете 1: внешнюю подвеску и ориентирующую систему.

Внешняя подвеска содержит основной замок 2, к которому подсоединен наконечник 3 с двумя сходящимися к нему звеньями 4. Свободные концы звеньев 4 присоединены к траверсе 5 посредством имеющихся на ней верхних кронштейнов 6 (см. фиг.2). К нижним кронштейнам 7 траверсы 5 присоединены грузовые канаты 8, которые снизу снабжены грузозахватами 9 (крюками или электрозамками).

В ориентирующую систему входят кольцо 10 с канавками 11 на внешней поверхности, бесконечный тяговый орган 12, отклоняющие блоки 13 и 14, упругие связи 15, гибкие связи 16 и приводной механизм 17 с канатоведущим шкивом 18. В качестве бесконечного тягового органа 12 могут быть использованы канат, цепь и т.п. Упругие связи 15 могут быть изготовлены из резинотканных шпуровых амортизаторов, а гибкие связи 16 - из тросов. В качестве приводного механизма 17 может быть использована реверсируемая лебедка, на барабан 18 которой без защемления (как на шпиле) навито несколько витков бесконечного тягового органа 12, т.е. барабан 18 является канатоведущим шкивом. Оси отклоняющих блоков 13 и 14 с помощью упругих связей 15 прикреплены к основным стойкам шасси. Параллельно упругим связям 15 прикреплены гибкие связи 16, которые имеют длину, ограничивающую вытяжку связей 15.

Сходящие с канатоведущего шкива 18 обе ветви 19 и 20 бесконечного тягового органа 12 огибают во встречных направлениях кольцо 10, а затем один из отклоняющих блоков 13 или 14. Возможны частные случаи запасовки бесконечного тягового органа 12. Например, ветвь 19 может одним или несколькими витками охватывать кольцо 10 по часовой стрелке (см. фиг.4), сойдя с которого, огибает блок 13. Ветвь 20 также охватывает кольцо 10, но в противоположном направлении (на фиг.4 против часовой стрелки) и ее конец после огибания блока 14 соединен в точке 21 с концом ветви 19.

В другом случае ветвь 19 одним или несколькими витками охватывает кольцо 10 по часовой стрелке (см. фиг.5), сойдя с которого и обогнув блок 13, вновь возвращается на кольцо 10 с тем же направлением и охватывает его примерно половиной витка. Ветвь 20 так же охватывает кольцо 10, но в противоположном направлении (на фиг.5 - против часовой стрелки), и ее конец после огибания блока 14 возвращен на кольцо 10, где присоединен к концу ветви 19 в точке 22. Наличие на внешней поверхности кольца 10 канавок 11 (см. фиг.2), в которых уложены витки бесконечного тягового органа 12, натянутого упругими связями 15, обеспечивает удержание кольца 10 на весу в горизонтальной плоскости под фюзеляжем вертолета 1.

Внешняя подвеска связана с ориентирующей системой путем сопряжения концов траверсы 5 с кольцом 10. Для этого подбором длины сходящихся звеньев 4 обеспечивают положение траверсы 5 по высоте в плоскости кольца 10 внутри него. На кольце 10 диаметрально установлены две жесткие связи 23, крайние участки 24 которых параллельные, а к центру кольца зазор между ними увеличивается за счет изогнутых участков 25. К участкам 24 прикреплены -образные элементы 26 (см. фиг.3), в которых размещены концы траверсы 5, что обеспечивает возможность передачи крутящего момента от кольца 10 к траверсе 5 и наоборот. Элементы 26 могут быть дополнительно прикреплены к кольцу 10 ребрами 27. Просвет между нижними концами каждого -образного элемента 26 больше диаметра траверсы 5, что обеспечивает вход концов траверсы при сборке устройства и возможность их выхода при аварийном сбросе груза.

Устройство работает следующим образом.

После взлета и зависания вертолета 1 над грузом, например, над конструкцией 28, ориентируют траверсу 5 так, чтобы совместить грузозахваты 9 со строповочными узлами груза. Этого достигают включением приводного механизма 17 в необходимом направлении, например, по часовой стрелке. За счет сил трения между витками бесконечного тягового органа 12, поверхностью канатоведущего шкива 18 и поверхностью канавок 11 кольца 10, а также благодаря возможности поворота всей подвески в замке 2, кольцо 10 (изображенное на фиг.1 в разрезе, чтобы показать в нем положение траверсы 5) под действием усилия в тянущей ветви бесконечного тягового органа 12 поворачивается в горизонтальной плоскости на необходимый угол по азимуту по часовой стрелке (на фиг. 4 и 5 - изображено сплошными стрелками). За счет натяжения бесконечного тягового органа 12 упругими связями 15 кольцо 10 работает как ведомый шкив, на котором перематываются обе ветви 19 и 20 бесконечного тягового органа без изменения числа витков. Изменение направления действия механизма 17 приводит к перематыванию витков на кольце 10 в обратном порядке, и оно вращается в противоположном направлении (на фиг.4 и 5 - штриховые стрелки). Крутящий момент от кольца 10 через -образные элементы 26 передается на траверсу 5, которая занимает необходимое положение по азимуту, например, вдоль продольной оси вертолета (см. фиг.1, 4 и 5).

Груз, расположенный рядом со стоянкой вертолета, может быть подцеплен до взлета вертолета. Для этого бортовой лебедкой (не показана) выпускают из замка 2 наконечник 3 с другими составляющими внешней подвески на необходимую длину, диктуемую расстоянием до груза. При этом концы траверсы 5 разъединяют с кольцом 10 путем вывода из -образных элементов 26, подвеску подносят к грузу и присоединяют к нему грузозахваты 9. После взлета и зависания вертолета над грузом бортовой лебедкой подтягивают внешнюю подвеску до входа наконечника 3 в замок 2 и закрытия последнего. В процессе подтягивания лебедкой внешней подвески, при подходе сходящихся звеньев 4 к кольцу 10, они (сходящиеся звенья 4) сначала соприкасаются с жесткими связями 23. За счет горизонтальных составляющих реакций, возникающих при взаимодействии расположенных под углом к горизонту звеньев 4 с изогнутыми участками 25, осуществляется автоматическое ориентирование траверсы 5 по азимуту так, что ее концы совпадают с зазором между параллельными участками 24. При дальнейшем подтягивании внешней подвески концы траверсы 5 входят снизу в -образные элементы 26, чем обеспечивается последующее силовое замыкание кольца 10 с траверсой 5.

После подцепки и подъема вертолетом 1 груза 28 с земли траверсу 5 устанавливают в положение, необходимое для транспортировки груза к месту монтажа. Динамические моменты, действующие в полете на груз и стремящиеся вывести его из заданного положения, через канаты 8 передаются на траверсу 5, которая через элементы 26 передает их на кольцо 10. Повороту последнего препятствуют силы трения между наружной поверхностью канатоведущего шкива 18, канавок 11 кольца 10 и витками бесконечного тягового органа 12. В результате положение груза 28 в полете стабилизируется за счет превышения или равенства момента сил трения и динамического (возмущающего) момента. При увеличении динамического момента в полете сверх расчетного, например, при росте аэродинамических сил за счет превышения допустимой скорости транспортирования для данного груза или при резком маневрировании вертолета, возможна пробуксовка кольца 10 относительно витков бесконечного тягового органа 12. В результате груз 28 самоустановится в положение, при котором будет соблюдаться равновесие моментов, без передачи на вертолет нерасчетных моментов. Таким образом возможна установка груза в оптимальное положение в полете, например, после ошибочного его ориентирования при подцепке к вертолету. В случае аварийной обстановки, когда необходимо сбросить груз, открывают замок 2. В результате - наконечник 3 со сходящимися звеньями 4, траверса 5 с канатами 8 и грузом 28 отделяются от вертолета 1. При этом на вертолете остаются приводной механизм 17 с барабаном - канатоведущим шкивом 18, кольцо 10 с бесконечным тяговым органом 12, упругие и гибкие связи 15, 16 с блоками 13 и 14.

При зависании вертолета 1 с грузом 28 над местом монтажа, например над фундаментом, устраняют рассогласование между фактическим и проектным положениями груза по азимуту. Включив механизм 17, поворачивают канатоведущий шкив 18 и кольцо 10 в необходимом направлении, а вместе с ним и траверсу 5 с грузовыми канатами 8 и грузом 28. При необходимости угол поворота груза может быть больше 180^o, например, при смене направления ветра в процессе монтажа на противоположное (что бывает в горах). После согласования по азимуту груза 28 с фундаментом их сопрягают снижением вертолета. Закончив установку груза па фундамент, производят отцепку грузозахватов 9 и направляют вертолет 1 на посадку.

Устройство может обеспечить согласование азимутального положения груза с проектными отметками при любом направлении ветра над монтируемым объектом с необходимой при монтаже угловой скоростью (обычно 2...5 об/с, т.е. менее 1 об/мин). Кроме того, примененная в предлагаемом устройстве передача крутящего момента от приводного механизма совмещает в себе и функцию предохранительной муфты, что позволит не допускать влияния непредвиденных сил и моментов на управление летательным аппаратом. Схему запасовки бесконечного тягового органа можно выбрать исходя из соотношения размеров кольца и расстояний между местами крепления приводного механизма и блоков (например, с учетом колеи и базы шасси вертолета).