способ изменения диаметра несущего винта и несущий винт

Формула изобретения

1. Способ изменения диаметра несущего винта путем перемещения лопастей вдоль радиуса от оси вращения, отличающийся тем, что перемещение пары лопастей от оси вращения к переферии производится центробежными силами, действующими на лопасти при их вращении, а к оси вращения лопасти перемещаются за счет кинетической энергии вращающегося ротора винта, преобразуемой в тяговое усилие тянущих элементов, с последующей фиксацией лопастей вблизи оси вращения несущего винта.

2. Несущий винт переменного диаметра, содержащий лопасти с лонжеронами, систему шарниров, втулку, свободно вращающуюся на опорном валу, отличающийся тем, что во внутрь лонжеронов одной из двух пар лопастей вставлены штанги, сопряженные через шарниры с втулкой винта, причем лонжероны и лопасти свободно скользят по штангам вдоль радиуса оси вращения, причем перемещение лопастей ограничивается упорно-фиксирующим устройством, вставленным в комель лопасти с вхождением ползуна устройства вовнутрь лонжерона и штанги, а перемещение лопастей к оси вращения производится с помощью тросов, одними концами прикрепленными через амортизаторы к комлям лопастей, а другими закрепленными на барабане, который устанавливается на валу с возможностью свободного вращения, причем подтягивание лопастей производится при прижатии тормозного диска к поверхности барабана, исключающим его свободное вращение на валу при вращающемся роторе винта до перемещения ползуна упорно-фиксирующего устройства за упор, выполненный на внутреннем конце штанги, и одновременном расторможивании барабана.

3. Несущий винт по п.2, отличающийся тем, что освобождение лопастей от фиксации производится при перемещении тарелки автомата-перекоса в сторону отрицательных углов атаки лопастей, причем палец, жестко связанный с ползуном, движется при этом в горизонтальном участке паза планки, закрепленной на втулке винта, причем движение пальца в пазу планки приводит к его вертикальному перемещению и выводу ползуна из контакта с упором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к авиационной технике и может использоваться в конструкциях летательных аппаратов с несущим винтом, винтокрылах и автожирах преимущественно.

Известен несущий винт изменяемого диаметра /патент №2034748, 1991 г./, содержащий втулку и лопасти, каждая из которых выполнена из двух частей: внутренней овального сечения и наружной с аэродинамическим профилем, установленной на внутренней с возможностью перемещения вдоль нее. Конструкция включает в себя механизм изменения диаметра винта, состоящего из шестерен редуктора, кинематически связанного с ходовым винтом и навинченной на него гайкой, а также зубчатые рейки и направляющие салазки. Механизм изменения диаметра винта приводится в действие специальным двигателем. Приведенная конструкция несущего винта переменного диаметра сложна, требует специального приводного двигателя, кроме того, здесь не используется площадь, ометываемая внутренними частями лопастей, так как они не имеют аэродинамического профиля. Это приводит к потере свыше 30% площади, ометываемой всем ротором винта.

Известно также, что скорость горизонтального полета винтокрылых летательных аппаратов /ЛА/ ограничена и обычно не превышает 400 км/ч. Основным препятствием увеличения скорости полета является срыв потока с лопастей винта и вредное сопротивление, создаваемое вращающимся винтом, которое пропорционально его диаметру и скорости полета, поэтому увеличение скорости даже на 30-50 км требует значительного повышения мощности силовой установки ЛА.

Задача изобретения - упрощение конструкции механизма изменения диаметра несущего винта и повышение его эффективности для использования в конструкциях комбинированных винтокрылов и автожиров с целью увеличения крейсерской скорости при сохранении всех других полезных качеств этих ЛА.

Задача решается тем, что несущий винт состоит из двух пар лопастей одинакового аэродинамического профиля и геометрических размеров, одна из которых неподвижна относительно радиуса вращения, а другая пара имеет возможность перемещаться по радиусу от оси вращения к периферии и наоборот, причем перемещение лопастей от оси вращения происходит под воздействием центробежных сил, а к оси вращения за счет кинетической энергии вращающегося винта, с последующей фиксацией в горизонтальном полете подвижной пары на уровне радиуса вращения неподвижной относительно радиуса пары лопастей, при этом общая площадь, ометываемая несущим винтом с максимальным диаметром, составляет сумму площадей, ометываемых каждой парой лопастей.

На фиг.1 изображена подвижная /скользящая/ лопасть несущего винта; на фиг.2 - опорный узел несущего винта с механизмом изменения его диаметра; на фиг.3 - упорно-фиксирующее устройство; на фиг.4 - схема винтокрыла с несущим винтом переменного диаметра.

Несущий винт переменного диаметра содержит четыре лопасти, причем одна пара лопастей обычной конструкции соединяется с втулкой винта через осевой, горизонтальный и вертикальный шарниры либо универсальный шарнир и имеет неизменный диаметр. Вторая пара лопастей подвижна относительно радиуса вращения и может перемещаться на расстояние, равное 0.4-0.45 диаметра первой пары лопастей. Подвижная лопасть /фиг.1/ состоит из типового набора нервюр, стрингеров, обшивки, а также лонжерона 1, комля - сплошной части 2. В лонжерон свободно входит штанга 3, которая своим внутренним концом крепится к втулке 11 винта аналогично лонжеронам лопастей неизменного диаметра /через набор шарниров или универсальный шарнир/. В сечении лонжерон и штанга должны иметь профиль, соответствующий требованиям прочности и аэродинамики. Перемещение лонжерона и лопасти от оси вращения ограничивается ползуном 4, который, скользя внутри профиля штанги, упирается в торец сплошной поверхности, выполненной на внешнем конце штанги на длине, соответствующей величине l. Величина l определяет расстояние, на которое штанга входит в лопасть в ее выдвинутом состоянии. Ползун является частью упорно-фиксирующего устройства, закрепляемого на нижней части комля лопасти, причем ползун, нагруженный пружиной, входит во внутреннюю полость штанги через паз в лонжероне и комле лопасти /фиг.3/. Таким образом, съем подвижной лопасти возможен только при принудительном удалении ползуна из внутренних полостей лонжерона и штанги. Упорно-фиксирующее устройство, кроме того, фиксирует подвижную лопасть на минимальном удалении от оси вращения при ее втягивании. Для этого в нижней части внутренней поверхности штанг ближе к оси вращения имеются выступы-упоры 17 со скошенным внешним торцем. Эти упоры определяют минимальное расстояние подвижных лопастей до оси вращения, что соответствует минимальному диаметру несущего винта. Нижняя часть ползуна снабжается пальцем 6, поверхность которого заканчивается конусом. Палец при втянутых лопастях входит в фигурный паз планки 5, прикрепленной посредством кронштейна к втулке винта. В планке устанавливается электрозамыкатель со штоком 16. Электрозамыкатель включен в цепь электропитания электромагнитного клапана тормозной гидросистемы. Подвод и съем электропитания осуществляется через контактно-щеточный узел, монтируемый на нижней поверхности втулки винта. Подвижная лопасть через амортизатор 7 связана с тянущим тросом 8, другой конец которого закрепляется на барабане 10. Барабан свободно вращается на валу 12. Полый опорный вал жестко крепится к набору фюзеляжа ЛА, а на валу на опорно-упорных подшипниках вращается втулка 11 с лопастями несущего винта. Внутри вала проходит шток 13, жестко связанный с тормозным диском 9, а другой конец штока связан с поршнями цилиндров гидропривода 14. В нерабочем состоянии тормозной системы между диском и барабаном выдерживается зазор /благодаря пружинам внутри цилиндров/. Под втулкой помещается механизм изменения угла атаки лопастей 15, изменяющий либо общий шаг винта - механизм изменения шага /МИШ/, либо также еще и циклический шаг - автомат перекоса /АП/. Работа всего устройства происходит следующим образом. Перед взлетом подвижные /скользящие/ лопасти несущего винта находятся в выдвинутом положении, что соответствует максимальному диаметру несущего винта. При этом тормозной диск 9 не контактирует с поверхностью барабана 10 и он может свободно вращаться на валу 12. ЛА начинает разбег, причем несущий винт вращается встречным потоком воздуха, создавая дополнительную подъемную силу, что значительно сокращает длину разбега. После набора достаточной высоты пилот, воздействуя на МИШ или АП, устанавливает близкий к нулю разворот лопастей и создает давление жидкости в тормозной гидросистеме. При таком положении лопастей пальцы 6 находятся на уровне, соответствующем началу горизонтального участка фигурного паза планки 5. Под давлением жидкости плунжеры цилиндров гидропривода 14 перемещают шток 13 и вместе с ним тормозной диск 4, прижимая его к поверхности барабана 10. В результате барабан лишается возможности вращения вместе с лопастями вокруг вала. Так как несущий винт обладает большой кинетической энергией, значительно превышающей действие центробежных сил на подвижную пару лопастей, тянущие тросы 8 вместе с лопастями вращаются вокруг неподвижного барабана, наматываясь на него и одновременно подтягивая лопасти к оси вращения. Лонжероны 1 подвижных лопастей при этом скользят по поверхности штанг 3 до тех пор, пока ползуны 4, скользящие вместе с лопастями и лонжеронами по штангам, не войдут в контакт со скошенной поверхностью упоров 17. При взаимодействии упоров с ползунами последние, сжимая пружины, переместятся вниз, а после прохода упоров под действием пружин возвратятся в верхнее положение. Так как угол разворота лопастей винта, заданный пилотом, обеспечивает необходимое положение пальцев 6 относительно паза планок 5, то пальцы благодаря конусу свободно входят в этот паз, воздействуя при этом на штоки 16 электрозамыкателей и замыкая их контакты. В таком положении деталей устройства происходит следующее: подвижные лопасти удерживаются ползунами 4, в которые упираются вертикальные поверхности упоров 17, подается электропитание на электромагнитный клапан в системе гидропривода 14, при условии замыкания контактов электрозамыкателя каждой лопасти, после чего клапан сбрасывает давление жидкости в системе и тормозной диск освобождает барабан. В результате несущий винт свободно вращается вместе с барабаном при минимальном диаметре, что снижает вредное сопротивление винта. Сброс давления жидкости в системе гидропривода тормозного диска в порядке дублирования можно произвести подачей электропитания из кабины пилота на резервный клапан, включенный в систему параллельно основному. С втянутыми и зафиксированными лопастями несущего винта осуществляется горизонтальный полет с повышенной крейсерской скоростью. Перед заходом на посадку снижают скорость полета и, воздействуя на МИШ или АП, устанавливают максимальное значение отрицательного угла атаки лопастей. Во время поворота лопастей на отрицательный угол атаки пальцы 6 упорно-фиксирующих устройств движутся в горизонтальной части паза планок 5 по дуге радиусом r, что вызывает воздействие на пальцы неподвижных относительно втулки планок и приводит к перемещению пальцев и связанных с ними ползунов вниз, выводя их из контакта с упорами 17 и освобождая лопасти от фиксации. Лопасти под воздействием центробежных сил движутся от оси вращения винта до участка сплошной поверхности внешнего конца штанги. Ударные нагрузки поглощают амортизатор 7 и резиновый буфер на конце штанги. Такое положение подвижных лопастей создает максимальный диаметр несущего винта. Разворот лопастей от 0° до положительных углов атаки осуществляется и при минимальном диаметре винта, поскольку в этом случае пальцы 6 перемещаются в криволинейном участке паза планок 5, что не вызывает движения пальцев и ползунов 4. Таким образом, упорно-фиксирующее устройство управляется существующим типовым узлом ЛА - механизмом изменения угла атаки лопастей. Приведение несущего винта к максимальному диаметру практически не зависит от механизма втягивания лопастей, так как выдвижение лопастей происходит под воздействием центробежных сил, которые всегда присутствуют во вращающихся деталях.