Втулка винта вертолета (два варианта)

 

Изобретение относится к авиации, а именно к конструкции втулки винта вертолета, соединяющей лопасти винта с его приводным валом. Втулка содержит ступицу с консолями, в каждой из которых выполнена прорезь, и рукава, установленные в прорези каждой консоли и соединенные с периферийной частью консоли через коромысло и рамку и со ступицей в основании консоли - через шарнирную опору на кронштейне, опорные поверхности которого сопряжены с ответными верхней и нижней поверхностями ступицы. По первому варианту выполнения кронштейн имеет фиксирующий выступ, располагаемый в прорези консоли и сопрягаемый с поверхностью прорези. По второму варианту выполнения опорные поверхности кронштейна соединены между собой общим фиксирующим выступом, располагаемым в прорези консоли и сопрягаемым с поверхностью прорези. Изобретение позволяет повысить надежность, прочность и ресурс втулки винта вертолета. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретения относятся к авиации, а именно к конструкции втулки винта вертолета, соединяющей лопасти винта с его приводным валом.

Известна конструкция втулки несущего винта вертолета, в которой ступица имеет четыре петлеобразных консоли и две крестовины, закрепленные сверху и снизу ступицы (патент США №4257739, кл. В 64 С 27/38, НКИ 416-132, публ. 1981 г.). Внутри каждой консоли расположен рукав, проушины которого охватывают петлю консоли и имеют отверстия для крепления лопастей. Рукав прикреплен к петле консоли через упорный подшипник с помощью вильчатой рамки, и в основании консоли - к крестовинам с помощью шарнирной опоры, демпфера и кронштейна.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому при использовании результату для предлагаемых вариантов выполнения является втулка несущего винта вертолета по Патенту №2119876, МКИ В 64 С 27/32, в которой ступица имеет несколько, по числу лопастей винта, консолей с прорезью. В прорези каждой консоли установлен рукав, концевая часть которого выполнена с двумя проушинами, охватывающими периферийную часть консоли и имеющими отверстия для крепления лопасти, средняя - через качающееся коромысло и вильчатую рамку соединена с петлеобразной периферийной частью консоли, а комлевая часть рукава соединена со ступицей в основании консоли через шарнирную опору, демпфер и кронштейн. Опорные поверхности кронштейна опираются на верхнюю и нижнюю поверхности ступицы.

Расположение отверстий в ступице под крепежные элементы кронштейна “в тени” основных действующих сил - между прорезью консоли и отверстием под приводной вал - привело к конструкции кронштейна, при которой силы на кронштейне от комлевой части рукава (реакции от изгибающих моментов в плоскости тяги винта и плоскости вращения) передаются кронштейном на ступицу не по линии их действия, а с эксцентриситетом, что приводит к нагружению кронштейна изгибающими моментами в двух плоскостях и неблагоприятному нагружению головок крепежных болтов - с изгибом, и резьбы под гайками этих болтов - с повышенной концентрацией напряжений. Для обеспечения ресурса этим элементам необходимо усиливать кронштейн и крепежные элементы, что увеличивает массу конструкции втулки.

Общей технической задачей, решаемой предлагаемыми изобретениями, является повышение прочности узла кронштейна, увеличение ресурса втулки без увеличения массы втулки за счет устранения эксцентриситета между действующей на кронштейн от рукава через шарнирную опору силы и реакции на кронштейне от его крепежных элементов без повреждения отверстиями под крепеж высоконагруженного участка ступицы у основания консоли, уменьшения размеров крепежных элементов и отверстий под них вплоть до полного их устранения.

Другой задачей, решаемой настоящими изобретениями, является снабжение втулки ограничителями маха лопасти, защищающих конструкцию вертолета от ударов лопастей на маневренных режимах полета и на стоянке вертолета в условиях сильного ветра.

Техническая задача решена благодаря тому, что во втулке винта вертолета, содержащей ступицу с консолями, в каждой из которых выполнена прорезь, и рукава, установленные в прорези каждой консоли и соединенные с периферийной частью консоли через коромысло и рамку и со ступицей в основании консоли - через шарнирную опору на кронштейне, опорные поверхности которого сопряжены с ответными верхней и нижней поверхностями ступицы, согласно первому варианту выполнения кронштейн имеет фиксирующий выступ, располагаемый в прорези консоли и сопрягаемый с поверхностью прорези.

Фиксирующий выступ кронштейна и прорезь консоли сопряжены по цилиндрической поверхности, а опорные поверхности кронштейна сопрягаются с ответными поверхностями ступицы по плоскостям, перпендикулярным оси цилиндрического участка поверхности прорези консоли.

Кроме этого втулка винта снабжена ограничителями маха лопасти, выполненными в виде верхних и нижних упоров, установленных на кронштейне, и ответных упоров, размещенных на рукаве втулки.

Техническая задача решена также благодаря тому, что во втулке винта вертолета, содержащей ступицу с консолями, в каждой из которых выполнена прорезь, и рукава, установленные в прорези каждой консоли и соединенные с периферийной частью консоли через коромысло и рамку и со ступицей в основании консоли - через шарнирную опору на кронштейне, опорные поверхности которого сопряжены с ответными верхней и нижней поверхностями ступицы, согласно второму варианту выполнения опорные поверхности кронштейна соединены между собой общим фиксирующим выступом, располагаемым в прорези консоли и сопрягаемым с поверхностью прорези.

При этом общий фиксирующий выступ кронштейна и прорезь консоли сопряжены по цилиндрической поверхности, а опорные поверхности кронштейна сопряжены с ответными поверхностями ступицы по плоскостям, перпендикулярным оси цилиндрического участка поверхности прорези консоли.

Выполнение кронштейна втулки предлагаемой конструкции позволило разместить его фиксирующий выступ в прорези консоли. Наружная поверхность фиксирующего выступа кронштейна сопряжена с цилиндрической поверхностью прорези консоли. Таким образом, кронштейн имеет четыре поверхности, сопрягаемые со ступицей: две опорные поверхности, которые сопряжены с наружными поверхностями ступицы; две другие - поверхности фиксирующего выступа, которые сопряжены с цилиндрическим участком прорези. Форма и расположение четырех сопряженных со ступицей поверхностей кронштейна позволяет воспринимать силы от рукава со стороны шарнирной опоры без эксцентриситета и передавать их на ступицу кратчайшим путем. При этом наибольшая из действующих на кронштейн сил - сила в плоскости вращения винта - передается на ступицу через фиксирующие выступы кронштейна, минуя крепежные элементы.

Конструкция кронштейна по первому варианту выполнения втулки позволила существенно уменьшить диаметры крепежных элементов и отверстия под них в ступице, разместив эти отверстия “в тени” основного потока напряжений от центробежной силы вращающейся лопасти, а также уменьшить массу кронштейна с крепежом.

Выполнение втулки винта вертолета в соответствии со вторым вариантом, при котором кронштейн имеет общий фиксирующий выступ, соединяющий между собой его опорные поверхности, позволило выполнить кронштейн в виде одной детали. При этом общий фиксирующий выступ и опорные поверхности кронштейна, сопряженные с ответными элементами ступицы, образуют замок, позволяющий передать все приходящие на кронштейн и далее на ступицу силы, минуя крепежные элементы. Такое выполнение кронштейна позволило полностью отказаться от крепежных элементов.

Отсутствие отверстий под крепежные элементы кронштейна в самом нагруженном месте ступицы повышает надежность и прочность всей втулки винта вертолета, увеличивает ее ресурс.

Изобретения поясняются чертежами, на которых изображены:

фиг. 1 - втулка винта вертолета (1 вариант), вид сбоку с продольным разрезом;

фиг. 2 - то же, вид сверху с местным вырывом;

фиг. 3 - сочленение кронштейна со ступицей в изометрии;

фиг. 4 - то же, что и фиг. 1, но с эластомерными демпферами между кронштейном и сферической опорой;

фиг. 5 - втулка винта вертолета (2 вариант), вид сбоку с продольным разрезом;

фиг. 6 - сочленение кронштейна (2 вариант) со ступицей в изометрии.

Втулка винта вертолета содержит (фиг. 2) ступицу 1 с консолями 2, в которых выполнена прорезь 3, придающая периферийной части 4 консоли 2 петлеобразную форму. Рукав 5 установлен в прорези 3 и соединен в своей средней части с периферийной частью 4 консоли 2 через коромысло 6 (фиг. 1) и вильчатую рамку 7 и со ступицей 1 в основании консоли 2 - через шарнирную опору 8 на кронштейне 9. Опорные поверхности 10 кронштейна 9 сопряжены с ответными поверхностями 11 ступицы 1. Кронштейн 9 стянут крепежными элементами 12.

Кронштейн 9 имеет фиксирующий выступ 13, сопряженный с поверхностью 14 (фиг. 2) прорези 3 консоли 2.

Фиксирующий выступ 13 и сопрягаемая поверхность 14 прорези 3 имеют цилиндрическую форму (фиг. 2, 3). Опорные поверхности 10 кронштейна 9 и ответные поверхности 11 ступицы 1 выполнены плоскими (фиг. 1, 3) и перпендикулярными оси цилиндрической поверхности 14.

Кронштейн 9 имеет упор кронштейна 15 (фиг. 1, 3), а рукав 5 - упор рукава 16.

На фиг. 5, 6 изображена втулка винта вертолета по 2 варианту, у которой кронштейн 9 выполнен в виде одной детали, верхняя и нижняя опорные поверхности 10 которого соединены общим фиксирующим выступом 13.

Общий фиксирующий выступ 13 и сопрягаемая поверхность 14 прорези 3 имеют цилиндрическую форму (фиг. 5, 6). Опорные поверхности 10 кронштейна 9 и ответные поверхности 11 ступицы 1 выполнены плоскими и перпендикулярными оси цилиндрической поверхности 14.

На фиг. 4 изображена конструкция втулки винта вертолета, в которой между кронштейном 9 и шарнирной опорой 8 установлены эластомерные демпферы 17.

Втулка винта вертолета работает следующим образом. Лопасти вращающегося винта вместе с рукавами 5, к которым они прикреплены, совершают маховые движения, вызванные управляющими действиями летчика. Эти маховые движения условно разделяют на движения в двух взаимно перпендикулярных плоскостях: плоскости тяги и плоскости вращения винта. Результатом маховых движений лопастей являются изгибающие моменты в плоскости тяги и в плоскости вращения, которые с рукава 5 (фиг. 1) в виде пар сил-реакций передаются с одной стороны через коромысло 6, рамку 7 на периферийную часть 4 консоли 2, с другой - через шарнирную опору 8, кронштейн 9 - на ступицу 1 в основании консоли 2.

Силы, приходящие на кронштейн 9 в плоскости тяги через крепежные элементы 12, замыкаются на ступице 1 (фиг. 1). В варианте выполнения кронштейна 9 (фиг. 5, 6) с общим фиксирующим выступом 13 силы в плоскости тяги через фиксирующий выступ 13 и опорную поверхность 10 замыкаются на ступице 1.

Силы, приходящие на кронштейн 9 в плоскости вращения через фиксирующий выступ 13, передаются на сопрягаемую поверхность 14 прорези 3 консоли 2 (фиг. 2).

Собираемость конструкции 2-го варианта втулки винта вертолета обеспечивается выполнением размера L₂ (фиг. 5) кронштейна 9 меньшим размера L₁ (фиг. 2) “горлышка” прорези 3 консоли 2. Кронштейн 9 вставляется в среднюю широкую часть прорези 3 консоли 2 боком, повернутым на 90°. Затем кронштейн 9 заводится боком через “горлышко” на участок сопрягаемой поверхности 14 цилиндрической формы, проворачивается на 90° до своего номинального положения и фиксируется клеем.

Выполнение кронштейна 9 с фиксирующим выступом 13 позволяет эффективно воспринимать и передавать на ступицу 1 наиболее существенные из действующих на кронштейн сил - силы в плоскости вращения винта.

Цилиндрическая форма наружной поверхности фиксирующего выступа 13 и плоская форма опорной поверхности 10 кронштейна 9 являются его наиболее технологичным и экономичным решениями.

Объединение в кронштейне 9 двух функций: держателя шарнирной опоры 8 и ограничителя маха лопасти существенно упрощает конструкцию втулки винта.

Выполнение кронштейна 9 с общим монолитным фиксирующим выступом 13 позволяет отказаться от использования дополнительных крепежных элементов 12, что еще более упрощает конструкцию и сборку втулки винта. Отсутствие отверстий в ступице под крепежные элементы увеличивает ее прочность.

Благодаря этому втулка винта вертолета стала более легкой и надежной; увеличился ее ресурс, снизилась ее стоимость.

Данная конструкция может быть рекомендована, в первую очередь, для втулок винтов вертолетов со ступицами из композитных материалов.

Формула изобретения

1. Втулка винта вертолета, содержащая ступицу с консолями, в каждой из которых выполнена прорезь, и рукава, установленные в прорези каждой консоли и соединенные с периферийной частью консоли через коромысло и рамку и со ступицей в основании консоли - через шарнирную опору на кронштейне, опорные поверхности которого сопряжены с ответными верхней и нижней поверхностями ступицы, отличающаяся тем, что кронштейн имеет фиксирующий выступ, располагаемый в прорези консоли и сопрягаемый с поверхностью прорези.

2. Втулка по п.1, отличающаяся тем, что фиксирующий выступ кронштейна и прорезь консоли сопряжены по цилиндрической поверхности, а опорные поверхности кронштейна сопрягаются с ответными поверхностями ступицы по плоскостям, перпендикулярным оси цилиндрического участка поверхности прорези консоли.

3. Втулка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что она снабжена ограничителями маха лопасти, выполненными в виде верхних и нижних упоров, установленных на кронштейне, и ответных упоров, размещенных на рукаве втулки.

4. Втулка винта вертолета, содержащая ступицу с консолями, в каждой из которых выполнена прорезь, и рукава, установленные в прорези каждой консоли и соединенные с периферийной частью консоли через коромысло и рамку и со ступицей в основании консоли - через шарнирную опору на кронштейне, опорные поверхности которого сопряжены с ответными верхней и нижней поверхностями ступицы, отличающаяся тем, что опорные поверхности кронштейна соединены между собой общим фиксирующим выступом, располагаемым в прорези консоли и сопрягаемым с поверхностью прорези.

5. Втулка по п.4, отличающаяся тем, что общий фиксирующий выступ кронштейна и прорезь консоли сопряжены по цилиндрической поверхности, а опорные поверхности кронштейна сопряжены с ответными поверхностями ступицы по плоскостям, перпендикулярным оси цилиндрического участка поверхности прорези консоли.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6