Узел лопасти несущего винта, воздушное судно с несущим винтом и приводная система закрылка лопасти несущего винта
Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям винтокрылых летательных аппаратов. Воздушное судно содержит планер и узел главного винта, присоединенный к планеру и включающий множество узлов лопастей. Узел лопасти винта включает лопасть винта, участок поворотного закрылка, расположенный вдоль по размаху лопасти винта, и приводную систему участка закрылка, содержащую линейный привод. Линейный привод расположен внутри лопасти винта, функционально присоединен к участку закрылка с целью вращения участка закрылка вокруг оси закрылка. Линейный привод содержит бесщеточный двигатель постоянного тока, резьбовой вал, функционально присоединенный к двигателю, выходной поршень, функционально присоединенный к резьбовому валу через роликовую гайку для преобразования вращательного движения резьбового вала в линейное движение выходного поршня и множество роликов, расположенных между резьбовым валом и роликовой гайкой и выполненных из самосмазывающегося материала. Достигается повышение надежности работы привода при действии высоких центробежных сил. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 5 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Раскрываемый объект изобретения относится к воздушному судну с несущим винтом. Конкретнее, объект изобретения относится к приведению в действие плоскостей управления на лопастях несущего винта воздушного судна.
Уровень техники
В воздушных судах с несущим винтом, таких как вертолеты, часто используют подвижные поверхности, такие как закрылки на лопастях главного винта вертолета. Движение этих закрылков, например вращение закрылков вокруг оси, улучшает рабочие характеристики винта в определенных условиях полета. Обычно движение закрылков реализуется через линейные приводы, либо напрямую присоединенные к закрылку (в поперечном направлении - по хорде лопасти), либо работающие через коленчато-рычажный механизм (в продольном направлении - по размаху лопасти). Линейные приводы чаще всего конструируются с использованием шариковых ходовых винтов или роликовых ходовых винтов, приводимых в действие от бесщеточных двигателей постоянного тока. Для того чтобы преобразовать линейное движение привода в необходимое вращательное движение закрылка, необходимо присоединить привод к закрылку через механическую проводку и/или коленчатые рычаги. С целью снижения трения, компоненты линейного привода, такие как подшипники двигателя, роликовый ходовой винт, а также скользящие детали, такие как выходной вал, смазываются маслом или консистентной смазкой, содержащимися в приводе. Эти смазочные вещества подвержены воздействию высоких центробежных сил и склонны перемещаться к радиально дальнему концу привода, в результате чего некоторые части привода остаются без адекватной смазки. Консистентная смазка и масло также подвержены влиянию рабочей температуры, причем низкие температуры приводят к сгущению смазочного вещества, вызывая замедление работы. Кроме того, в линейном приводе внутренний объем привода изменяется в процессе работы, что означает, что заполнять привод маслом полностью нецелесообразно, а частичное заполнение рискованно ввиду возможных утечек в процессе работы.
Раскрытие изобретения
В одном варианте осуществления изобретения, узел лопасти винта включает лопасть винта и участок поворотного закрылка, расположенный вдоль по размаху лопасти винта. Линейный привод расположен внутри лопасти винта и функционально присоединен к участку закрылка с целью вращения участка закрылка вокруг оси закрылка. В линейном приводе отсутствует масло, консистентная смазка или другое жидкотекучее смазочное вещество.
В другом варианте осуществления изобретения, воздушное судно с несущим винтом включает планер и узел главного винта, функционально присоединенный к планеру. Узел главного винта включает множество узлов лопастей винта, способных вращаться вокруг оси узла винта. По меньшей мере, один узел лопасти винта включает лопасть винта и участок поворотного закрылка, расположенный вдоль по размаху лопасти винта. Линейный привод расположен внутри лопасти винта и функционально присоединен к участку закрылка с целью вращения участка закрылка вокруг оси закрылка. В линейном приводе отсутствует масло, консистентная смазка или другое жидкотекучее смазочное вещество.
Еще в одном варианте осуществления изобретения, приводная система участка закрылка лопасти винта включает в себя линейный привод, расположенный на лопасти винта и функционально присоединенный к участку закрылка с целью вращения участка закрылка вокруг оси закрылка. В линейном приводе отсутствует масло, консистентная смазка или другое жидкотекучее смазочное вещество.
Эти и другие преимущества и отличительные признаки станут более понятными из рассмотрения нижеследующего описания совместно с чертежами.
Краткое описание чертежей
Объект, считающийся изобретением, определен и заявлен в формуле изобретения в конце описания. Вышеуказанные и иные отличительные признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания, содержащего ссылки на прилагаемые чертежи.
Фиг.1 является схематической иллюстрацией варианта осуществления воздушного судна с несущим винтом;
Фиг.2 является схематической иллюстрацией варианта осуществления узла лопасти винта для воздушного судна с несущим винтом;
Фиг.3 является схематической иллюстрацией варианта компоновки закрылка и привода узла лопасти винта для воздушного судна с несущим винтом;
Фиг.4 является схематической иллюстрацией еще одного варианта компоновки закрылка и привода узла лопасти винта для воздушного судна с несущим винтом;
Фиг.5 является видом в разрезе варианта осуществления привода для закрылка узла лопасти винта воздушного судна с несущим винтом.
Подробное описание разъясняет изобретение вместе с преимуществами и отличительными признаками на основе примеров, имеющих ссылки на чертежи.
Осуществление изобретения
На ФИГ.1 схематически показано воздушное судно с несущим винтом, которое в данном варианте осуществления является вертолетом 10. Вертолет 10 включает в себя узел 12 главного винта и планер 14, имеющий выступающий хвост, на котором смонтирован рулевой винт 18. Хотя показанное воздушное судно является вертолетом 10, следует понимать, что раскрываемая здесь система может иметь полезный эффект и для других машин, таких как турбореактивные воздушные суда или воздушные суда с поворотными винтами, или же вертолеты соосной или продольной схемы или для других конструкций, таким как лопасти ветровой турбины. Узел 12 главного винта включает в себя некоторое число лопастей 20, расположенных вокруг оси 22 винта на узле 24 втулки винта. Кроме того, следует понимать, что описанные здесь конфигурации лопасти 20 винта могут быть применены к другим лопастным узлам, например к узлам ветровых турбин.
Как показано на ФИГ.2, каждая лопасть 20 винта выступает из комля 26 лопасти, на котором лопасть 20 винта крепится к узлу 24 втулки (что нагляднее всего показано на ФИГ.1). Лопасть 20 винта включает в себя корневую секцию 28, находящуюся ближе всего к комлю 26, и концевую секцию 30, находящуюся на самой радиально дальней части лопасти 20 винта. Между корневой секцией 28 и концевой секцией 30 расположена центральная секция 32 полуразмаха. Каждая секция лопасти 20 винта может быть далее определена конкретными формами или геометриями аэродинамического профиля для достижения требуемых аэродинамических характеристик и рабочих качеств каждой секции в отдельности и лопасти 20 винта в целом. Лопасть 20 винта включает в себя один или несколько закрылков 34, расположенных на задней кромке 36 лопасти 20 в одной или нескольких из следующих секций: корневой секции 28, концевой секции 30 или центральной секции 32. Хотя в настоящем документе описываются и иллюстрируются закрылки 34, расположенные на задней кромке 36, нужно понимать, что настоящее раскрытие будет также иметь полезный эффект и для лопастей 20 винта, включающих в себя закрылки 34, расположенные на передней кромке 38 лопасти 20 винта.
На ФИГ.3 иллюстрируется осуществление закрылка 34, расположенного на задней кромке 36. Закрылок 34 проходит, по меньшей мере, частично, вдоль задней кромки в продольном направлении 40 по размаху, и заходит частично внутрь лопасти 20 в поперечном направлении 42 по хорде. Для изменения аэродинамических характеристик и рабочих качеств лопасти 20 винта закрылок 34 вращают вокруг оси 44 закрылка, существенно параллельной продольному направлению 40 по размаху. Линейный привод 46 расположен между рабочей стороной 48 и засасывающей стороной 50 лопасти 20 винта и функционально присоединен к закрылку 34. В иллюстрируемом варианте осуществления изобретения линейный привод 46 ориентирован таким образом, что выходной поршень 52 линейного привода 46 проходит в продольном направлении 40 по размаху. В данном осуществлении выходной поршень 52 присоединен к закрылку 34 через коленчатый рычаг 54 и проводку 56 для преобразования линейного движения поршня 52 во вращательное движение закрылка 34 вокруг оси 44 закрылка. В альтернативном варианте осуществления, показанном на ФИГ.4, линейный привод 46 ориентирован таким образом, что выходной поршень 52 проходит в поперечном направлении 42 по хорде. Такой вариант осуществления устраняет необходимость использования коленчатого рычага 54. Применение линейного привода 46 позволяет более точно двигать закрылок 34 с более высокой частотой, которая в некоторых вариантах осуществления может достигать до 1-5 циклов на один оборот узла 12 главного винта.
Показанный на ФИГ.5 линейный привод 46 включает в себя бесщеточный двигатель 58 постоянного тока, приводящий во вращательное движение вал 60 двигателя. В некоторых вариантах осуществления изобретения в якоре 64 двигателя 58 применяют неодимовые магниты 62 для того, чтобы обеспечить работоспособность в условиях высокого постоянного и пикового момента, а также высокую надежность в «жестких» окружающих условиях работы. Вал 60 двигателя присоединен к планетарному роликовому ходовому винту 66 для преобразования вращательного движения вала 60 двигателя в линейное движение выходного поршня 52. Роликовый ходовой винт 66 включает в себя резьбовой вал 68, соединенный с валом 60 двигателя и роликовую гайку 70, расположенную между резьбовым валом 68 и выходным поршнем 52. Вращательным движением резьбовой вал 68 через вал двигателя 60 двигает роликовую гайку 70 в осевом направлении 72 вдоль по резьбовому валу 68, приводя в движение в осевом направлении 70 выходной поршень 52. Несущими нагрузку элементами роликового ходового винта 66 являются резьбовые ролики 74 между резьбовым валом 68 и роликовой гайкой 70. Ролики 74 обеспечивают большое число точек контакта с роликовой гайкой 70 и позволяют роликовому ходовому винту 66 выдерживать тяжелые нагрузки. С целью снижения износа компонентов роликового ходового винта 66, ролики 74 и роликовую гайку 70 перед установкой покрывают сухим смазочным веществом. Кроме того, один или несколько роликов 74 могут быть выполнены из самосмазывающегося материала и могут быть использованы не для несения нагрузки, но исключительно для смазки.
Вал 60 двигателя и резьбовой вал 68 поддерживаются и позиционируются в пространстве упорным подшипником 76, являющимся двухрядным угловым контактным подшипником. Упорный подшипник 76 используется для несения осевых нагрузок от резьбового вала 68 и имеет предварительный натяг для ограничения осевого люфта и осевого смещения в условиях несения нагрузки. Подшипниковые элементы упорного подшипника 76 выполнены с использованием керамических или стальных тел качения, таких как шары, и сепараторов, пропитанных твердой смазкой, что устраняет необходимость использования для смазывания упорного подшипника 76 и роликов 74 смазочного масла или консистентной смазки, внутренних для линейного привода 46. Движущиеся или скользящие компоненты линейного привода 46 могут быть самосмазывающимися, с покрытием или обработкой поверхностей сухой смазкой, выполненной из таких материалов как керамика или выполненной с использованием технологий алмазоподобного покрытия (DLC - Diamond Like Coating) в комбинации с покрытием сухой смазкой или процессом плакирования пластичной смазкой. В альтернативном варианте, линейный привод 46 может смазываться смазочными веществами на основе наночастиц, мелкозернистыми сухими материалами, миграция которых из критических областей, находящихся под высокими центробежными нагрузками, предотвращается соответствующими перегородками и/или сепараторами.
Хотя изобретение было описано подробно в связи только с ограниченным количеством вариантов осуществления, должно быть абсолютно понятно, что изобретение не ограничивается таковыми раскрытыми осуществлениями. Напротив, изобретение может быть модифицировано для охвата любого числа вариаций, изменений, замен или эквивалентных решений, до настоящего времени не описанных, но отвечающих сущности и объему изобретения. Кроме того, хотя были описаны различные осуществления изобретения, следует понимать, что объекты изобретения могут включать в себя только некоторые из описанных вариантов осуществления. Следовательно, изобретение не ограничивается приведенным выше описанием, будучи ограниченным исключительно объемом прилагаемой формулы изобретения.
1. Узел лопасти винта, содержащий лопасть винта, участок поворотного закрылка, размещенный вдоль по размаху лопасти винта, и линейный привод, размещенный внутри лопасти винта, функционально присоединенный к участку поворотного закрылка для вращения указанного участка закрылка вокруг оси закрылка, причем в линейном приводе отсутствует масло, консистентная смазка или другое жидкотекучее смазочное вещество, при этом линейный привод содержит бесщеточный двигатель постоянного тока, резьбовой вал, функционально присоединенный к двигателю, выходной поршень, функционально присоединенный к резьбовому валу через роликовую гайку для преобразования вращательного движения резьбового вала в линейное движение выходного поршня, и множество роликов, расположенных между резьбовым валом и роликовой гайкой и выполненных из самосмазывающегося материала.
2. Узел по п.1, отличающийся тем, что участок закрылка расположен на задней кромке узла лопасти винта.
3. Узел по п.1, отличающийся тем, что линейный привод смазан посредством покрытия и/или обработки поверхности сухой смазкой и/или смазочных веществ на основе наночастиц.
4. Узел по п.1, отличающийся тем, что выходной поршень линейного привода проходит поперек по хорде лопасти винта.
5. Узел по п.1, отличающийся тем, что содержит упорный подшипник для поддержания и позиционирования в пространстве резьбового вала, причем упорный подшипник включает один или более сепараторов, выполненных из самосмазывающегося материала.
6. Воздушное судно с несущим винтом, содержащее планер воздушного судна и узел главного винта, функционально присоединенный к планеру и включающий множество узлов лопастей винта, способных вращаться вокруг оси узла винта, причем по меньшей мере один узел лопасти винта включает лопасть винта, участок поворотного закрылка, размещенный вдоль по размаху лопасти винта, и линейный привод, размещенный внутри лопасти винта, функционально присоединенный к участку поворотного закрылка для вращения указанного участка закрылка вокруг оси закрылка, причем в линейном приводе отсутствует масло, консистентная смазка или другое жидкотекучее смазочное вещество, при этом линейный привод содержит бесщеточный двигатель постоянного тока, резьбовой вал, функционально присоединенный к двигателю, выходной поршень, функционально присоединенный к резьбовому валу через роликовую гайку для преобразования вращательного движения резьбового вала в линейное движение выходного поршня и множество роликов, расположенных между резьбовым валом и роликовой гайкой и выполненных из самосмазывающегося материала.
7. Воздушное судно по п.6, отличающееся тем, что линейный привод смазан посредством покрытия и/или обработки поверхности сухой смазкой и/или смазочных веществ на основе наночастиц.
8. Воздушное судно по п.6, отличающееся тем, что содержит упорный подшипник для поддержания и позиционирования резьбового вала, причем упорный подшипник включает один или более сепараторов, выполненных из самосмазывающегося материала.
9. Воздушное судно по п.9, отличающееся тем, что линейный привод совершает цикл вращения участка закрылка вокруг оси закрылка в диапазоне примерно от 1 до 5 раз на один оборот узла лопасти винта вокруг оси узла винта.
10. Приводная система участка закрылка лопасти винта, содержащая линейный привод, размещенный на лопасти винта и функционально присоединенный к участку закрылка для вращения участка закрылка вокруг оси закрылка, причем в линейном приводе отсутствует консистентная смазка или масло для смазывания, при этом линейный привод содержит бесщеточный двигатель постоянного тока, резьбовой вал, функционально присоединенный к двигателю, выходной поршень, функционально присоединенный к резьбовому валу через роликовую гайку для преобразования вращательного движения резьбового вала в линейное движение выходного поршня, и множество роликов, расположенных между резьбовым валом и роликовой гайкой и выполненных из самосмазывающегося материала.
