Устройство для гашения вибраций лопастей несущего винта вертолета

 

Устройство предназначено для авиационной техники, а именно для вертолетов. Устройство содержит механические маятники, которые располагаются по обе стороны каждой лопасти на различном расстоянии от центра жесткости сечения. Маятники выполнены в виде рычагов различной длины с грузами на концах различной массы и установлены на комле лопасти. Более эффективное гашение вибраций достигается за счет того, что оси качания маятников автономны и установлены относительно хорды сечения под различными углами. 4 ил.

Изобретение относится к авиационной технике и касается устройства гашения вибраций.

Известно устройство для гашения вибраций лопастей несущего винта вертолета, содержащее механические маятники, расположенные по обе стороны каждой лопасти на различном расстоянии от центра жесткости сечения, выполненные в виде рычагов различной длины с грузами на концах различной массы, с автономными осями качания, установленными в кронштейне на комле лопасти под острым отрицательным углом к хорде сечения (Заявка N 92012482, кл. C 64 C 27/32, 18.12.92, прототип) Такое устройство не уравновешивает полностью возбуждающие силы, действующие вдоль хорды сечения лопасти и перпендикулярно ей, и не позволяет реализовать кронштейн установки устройства с наименьшим весом.

Задача, решаемая в заявляемом техническом решении, заключается в уравновешивании возбуждающих сил, действующих вдоль хорды сечения лопасти и перпендикулярно ей, с наименьшим весом кронштейна установки устройства, при осуществлении технического результата - гашение вибраций, действующих вдоль хорды сечения лопасти и перпендикулярно хорде.

Существенные признаки заявляемого устройства для гашения вибраций лопастей несущего винта вертолета, общие с прототипом: механические маятники, расположенные по обе стороны каждой лопасти на различном расстоянии от центра жесткости сечения, выполненные в виде рычагов различной длины с грузами на концах различной массы, с автономными осями качания, установленными в кронштейне на комле лопасти под углом к хорде сечения.

Признаки, отличные от прототипа: автономные оси качания маятников установлены относительно хорды сечения под различными углами.

Совокупность признаков заявляемого изобретения, отличная от прототипа, является необходимой и достаточной для обеспечения технического результата.

Технический результат - гашение вибраций, действующих вдоль хорды сечения лопасти и перпендикулярно хорде, реализуется при осуществлении совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, причинно-следственная связь между которыми следует из результатов решения системы дифференциальных уравнений движения расчетной модели устройства, представленных математическим выражением (1).

На фиг. 1 показано устройство, с комля лопасти; на фиг. 2 - вид А (повернуто на 90^o по часовой стрелке); на фиг. 3 - схема расчетной модели устройства, вид Б на фиг. 2; на фиг. 4 - вид В на фиг. 3.

Кронштейн 1 устройства гашения вибраций установлен на лонжероне 2 лопасти с осью жесткости 3 сечений. В кронштейне 1 установлены автономные валики 4 и 5, реализующие соответственно автономные оси качания 6 и 7. На автономных валиках 4 и 5 расположены соответственно рычаги 8 и 9, на рычагах - грузы (маятники) 10 и 11 с различными массами соответственно m₁ и m₂ и моментами инерции J₁ и J₂. Ось 6 валика 4 установлена под углом α₁ к хорде 12 сечения лопасти, а ось 7 валика 5 - под углом α₂. На фиг. 1 показаны угол установки хорды сечения лопасти в полете ϕ и плоскость вращения винта 13. Маятник 10 расположен на расстоянии a₁ от оси жесткости 3, а маятник 11 - на расстоянии a₂ до оси жесткости 3. Маятник 10 установлен на расстоянии r₁ до оси качания 6, а маятник 11 - на расстоянии r₂ до оси качания 7. В сечении лонжерона лопасти действуют: возбуждающая сила Q, перпендикулярная хорде 12, возбуждающая сила F, направленная вдоль хорды 12, и возбуждающий момент K, действующий вокруг оси жесткости 3. Положительные направления сил и момента: Q - вверх, F - вперед и K - на кабрирование. Участок 14 лонжерона 2 в месте установки устройства гашения вибраций с массой M и моментом инерции J вокруг его продольной оси расположен на расстоянии R от оси вращения винта 15. R - расстояние от автономных осей качания 6 и 7 до оси вращения винта 15, ω - частота вращения несущего винта.

OXYZ - система координат с началом в центре жесткости поперечного сечения лонжерона лопасти. Степени свободы расчетной модели устройства.

β₁, β₂ - углы поворота маятников 10 и 11 соответственно; x, y и ϕ₀ - линейные и угловое перемещение участка 14 лонжерона.

В полете в сечении лопасти, в котором установлено устройство для гашения вибраций и хорда 12 которого установлена под углом ϕ, действуют возбуждающие силы Q, F и возбуждающий момент K. При колебаниях в полете грузы 10 и 11 создают инерционные силы, которые находятся в плоскости сечения. Вследствие того, что автономная ось качания 6 валика 4 установлена под углом α₁ к хорде сечения, а автономная ось качания 7 валика 5 установлена под углом α₂ к хорде сечения, возбуждающие силы Q, F и возбуждающий момент K уравновешиваются инерционными силами устройства и происходит гашение вибраций лопастей. Значение углов α₁ и α₂ подбирают для заданного режима полета в соответствии с математическим выражением (1). Установка автономных осей качания под различными углами к хорде сечения обеспечивает их установку на кронштейне с наименьшим расстоянием от сечения лопасти, что позволяет реализовать конструкцию кронштейна 1 с наименьшим весом.

Возможность осуществления технического решения следует из представленных графических материалов, описаний устройства в статике и в динамике. Возможность осуществления технического решения предлагаемого изобретения иллюстрируется результатами решения системы дифференциальных уравнений движения расчетной модели устройства: где , i = 1,2;
Z - номер гармоники частоты изменения возбуждающих нагрузок.

Как известно, маятники работают в режиме гасителей колебаний при n = Z. Рассматривая гармонические колебания системы с частотой nω, представим их в виде

Из решения системы уравнений получаем, что , когда

Для заданного режима полета подбирают значения углов α₁ и α₂ , при которых происходит гашение вибраций. Из математического выражения (1) также следует, что в зависимости от знаков нагрузок значения углов установки автономных осей маятников могут быть как отрицательными, так и положительными.

На нашем предприятии проводятся работы по реализации данного технического решения.

Формула изобретения

Устройство для гашения вибраций лопастей несущего винта вертолета, содержащее механические маятники, расположенные по обе стороны каждой лопасти на различном расстоянии от центра жесткости сечения, выполненные в виде рычагов различной длины с грузами на концах различной массы, с автономными осями качания, установленными в кронштейне на комле лопасти, отличающееся тем, что автономные оси качания маятников устанавливают относительно хорды сечения под различными углами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4