ЛОПАСТЬ ПОВОРОТНОГО КРЫЛА Российский патент 1994 года по МПК B64C3/26 

Изобретение относится к летательным аппаратам - самолетам или вертолетам, в частности к деталям создающим подъемную силу на малых дозвуковых скоростях.

У известных конструкций серийно выпускаемых гражданских и транспортных летательных аппаратов, лопасти жестко крепятся к фюзеляжу и снабжены всей необходимой механизацией для управления полетом, а их конструкции содержит лонжеры, стрингеры, нерфюры, образующие с обшивкой в основном кесонную форму крыла, а также элероны, щитки, закрылки, подкрылки и все детали их соединяющие с кабиной пилота.

Недостаток этих конструкций в том, что они тяжелы, весьма сложны в изготовлении, дорогостоящие, а кесонной формы лопасти слабо оказывают сопротивление крутящему моменту. Причем на основе известной формы кесонной конструкции. Требуемой жесткости и легкости для лопасти достичь невозможно, а увеличение вес отрицательно сказывается на грузоподъемности.

За прототип принимается лопасть, содержащая верхнюю и нижнюю обшивки, крестовину с трубчатым комлевым стержнем и консольной осью.

Конструкции имеет низкую жесткость на сопротивление кручению, сложна в изготовлении.

Цель изобретения - устранение вышеперечисленных недостатков.

Это достигается тем, что лопасть поворотного крыла, содержащая верхнюю и нижнюю обшивки, крестовину с трубчатым комлевым стержнем и консольной осью, снабжена нижними и верхними тонкостенными трехгранными стержнями, склеенными между собой и с обшивкой с образованием в поперечном сечении лопасти ферменной конструкции, функцию раскосов в которой выполняют тонкостенные боковые грани трехгранных стержней, наклоненных к нижней плоскости под углом δ = = 54,75^о, а в сечении под углом 45^о к оси лопасти, они образуют наклон под углом δ₁ = 45^о, а крестовина выполнена по форме профиля лопасти и разделена прорезями на несколько трехгранных вставок, соединенных с трубчатым основанием комлевого стержня, причем в каждой вставке выполнено одно отверстие, перпендикулярное к нижней плоскости, а другое наклонено вдоль прорези, причем на верхней и нижней поверхностях крестовины предусмотрено несколько волнообразных канавок, идущих от передней кромки до задней, при этом верхнюю и нижняя обшивки накрывают поверхность крестовины, а тонкостенные трехгранные стержни надеты по прорезям на соответствующие трехгранные вставки, где их боковые стенки деформированы по поверхности наклонных отверстий, в которые между каждыми боковыми гранями трехгранных стержней помещен фиксирующий гвоздь, а накладки верхнюю и нижнюю, будучи притянутыми болтовый или заклепочный затяжкой и крестовине, защемляют верхнюю и нижнюю обшивки и верхние и нижние грани трехгранников по волнообразной форме контактирующих поверхностей крестовины и накладок, а трубчатое основание снабжено консольной осью, перемещаемой в пазу фюзеляжа по дуге до 30^о и параллельной оси комлевого стержня, закрепленного в подшипниках фюзеляжа с возможностью поворота до 30^о, причем передняя и задняя кромки на конце лопасти прямолинейно отклоняются к оси и под углом в 45^о к направлению полета, и, пересекаясь, образуют в плане угол в 90^о, а профиль лопасти из нормального, линейно уменьшаясь по хорде, на конце сходит "на нет".

Кроме того, тонкостенные трехгранники выполнены из композиционного материала, преимущественно из стеклопластика, путем намотки на специальные оправки, или из полос тонколистового металла, продольно склеенных боковыми кромками внахлест по нижним или верхним граням, причем трехгранники увеличиваются по толщине грани в направлении к крестовине путем наложения приклеиванием одного слоя на другой, при этом верхние грани верхних трехгранников выполнены по форме кривой профиля верхней обшивки по месту их расположения. Каждая накладка в поперечном сечении выполнена прямоугольной формы, а по длине равна нижней или верхней поверхности крестовины с требуемым числом отверстий, а на поверхности, контактирующей с крестовиной, выполнено несколько волнообразных канавок, по форме согласующихся через защемляемый слой, с волнообразными канавками крестовины, у которых угол подъема волны канавок 30^о.

На фиг. 1 показаны постоянная высота лопасти по размаху и ее крепление в подшипниках; на фиг. 2 - расположение трехгранников в границах профиля лопасти; на фиг. 3 - вид лопасти в плане; на фиг. 4 - изометрическая проекция лопасти; на фиг. 5 - трубчатый комлевый стержень; на фиг. 6 - тонкостенные трехгранники и трехгранные вставки и их фиксацию по наклонным отверстиям фиксирующими гвоздями; на фиг. 7 - сечение А-А на фиг. 3; на фиг. 8 - сечение Б-Б на фиг. 3 (форма волнового защемления оперения лопасти на крестовине при помощи накладок); на фиг. 9 - сечение В-В на фиг. 5 (расположения отверстий, перпендикулярных к нижней поверхности крестовины, и наклонные отверстия по прорезям); на фиг. 10 - сечение Г-Г на фиг. 5 (поперечное сечение перемычек, соединяющих крестовину с трубчатым основанием); на фиг. 11 - сечение Д-Д на фиг. 5 (сечение трубчатого основания); на фиг. 12 - направление поворота лопасти до угол β с приложением усилия к консольной оси; на фиг. 13 - вид по стрелке Е на фиг. 5 (форма консольной оси на трубчатом основании); на фиг. 14 - форма верхнего, нижнего трехгранников; на фиг. 15 - сечение Ж-Ж на фиг. 6 (форма деформации боковых граней фиксирующим гвоздем по поверхности наклонного отверстия); на фиг. 16 - концевая часть лопасти и схема обтекания ее струями потока.

Лопасть поворотного крыла включает верхнюю 1 и нижнюю 2 обшивки, постоянный профиль по размаху лопасти, накладки 3 и 4, трехгранники 5 и 6, трубчатый комлевый стержень 7 и консольную ось 8, а профиль лопасти заполнен нижними трехгранниками 5, приклеенными с ориентацией их оси вдоль лопасти нижней гранью 9 к нижней обшивке 2, а верхние трехгранники 6 приклеены верхней гранью 10 к верхней обшивке 1 (фиг. 2), а при их контактировании между собой и склеивании по боковым граням 11 в сочетании с верхней 1 и нижней 2 обшивкой образуют в поперечном сечении лопасти форму ферменной конструкции (фиг. 4), у которой функцию раскосов выполняют боковые грани 11 трехгранников 5 и 6, наклоненных к нижней плоскости под углом δ = 54,75^о (фиг. 2), а в сечении Ж-Ж - под углом α 45^о к оси лопасти образуют конструкцию с углом наклона δ граней к нижней обшивке 2 под углом δ 45^о. При этом каждый трехгранник 5 (6) и обшивка 1 (2) путем волнообразного защемления при помощи накладок 3 и 4 соединяются с крестовиной 12 (фиг. 5).

Тонкостенные трехгранники 5 и 6 выполнены из композиционных материалов, например из стеклопластика, путем намотки на специальные оправки или из полос тонколистового металла и продольно склеены боковыми кромками внахлест по нижней 9 или верхней 10 граням (фиг. 2, 6). При этом трехгранники 5 и 6 увеличиваются по толщине 13 грани в направлении к крестовине 12 согласно расчету на прочность путем наложения приклеиванием одного слоя на другой. Верхние грани 10 верхних трехгранников 6 выполнены по форме кривой профиля верхней обшивки 1 по месту их расположения.

Каждая верхняя 3 и нижняя 4 накладка (фиг. 7) в поперечном сечении имеет прямоугольную форму (фиг. 8), а по длине равна нижней 14 или верхней 15 поверхностям крестовины 12 с нужным числом отверстий 16, и по контактирующей поверхности имеет несколько волнообразных канавок 17 (фиг. 8), по форме согласующихся через защемляемый слой 18 с волнообразными канавками крестовины 12, у которых угол подъема волны канавок 17 равен 30^о.

Крестовина 12 выполнена по форме профиля лопасти, разделена прорезями 19 на несколько трехгранных вставок 20 (фиг. 9), соединенных перемычками 21 (фиг. 10) с трубчатым основанием 22 (фиг. 11), расположенным на трубчатом комлевом стержне 7 и ориентированным параллельно крестовине 12, причем в каждой вставке 20 предусмотрено одно отверстие 16, перпендикулярное к нижней плоскости 14, а другое (наклонное) отверстие 23 - вдоль прорези 19, а на т рубчатом основании 22 у задней кромки 24 предусмотрена цилиндрическая консольная ось 8 (фиг. 12, 13), параллельная оси трубчатого комлевого стержня 7, а на верхней 15 и нижней 14 поверхностях крестовины 12 предусмотрены несколько волнообразных канавок 17, идущих от передней кромки 25 до задней 24.

Верхняя 1 и нижняя 2 обшивки накрывают соответствующие поверхности 15 и 14 крестовины 12, а трехгранники 5 и 6 (фиг. 14), надеты на соответствующие трехгранные вставки 20 (фиг. 6) по прорезям 19, где между каждыми двумя боковыми гранями 11 трехгранников 5 и 6 прорези 19 по наклонным отверстиям 23 внедрены фиксирующие гвозди 26 (фиг. 15), производящие деформацию боковых граней 11 трехгранников 5 и 6 по форме поверхностей наклонных отверстий 23, а верхняя 3 и нижняя 4 накладки, будучи притянутыми болтовой 27 или заклепочной 28 (фиг. 8) затяжками к крестовине 12, защемляют верхнюю 11 м нижнюю 2 обшивки и верхние 10 и нижние 11 грани трехгранников 6 и 5, по волнообразной форме контактирующих поверхностей крестовины 12 и накладок 3 и 4.

Трубчатый комлевый стержень 7 расположен по месту максимальной высоты профиля, а его крепление к летательному аппарату предусмотрено в подшипниках 29, расположенных на консольной оси 8 концевой части трубчатого комлевого стержня 7 и у трубчатого основания 22, причем угол β (фиг. 12) поворота лопасти в подшипниках 29 предусмотрено в пределах до 30^о, для чего в обшивке фюзеляжа 30 предусмотрен паз 31 для перемещения консольной оси 8. Передняя 25 и задняя 24 кромки лопасти параллельны, а в конце они прямолинейно отклоняются к оси лопасти под углом γ 45^о и, пересекаясь на оси, образуют в плане угол в 90^о (фиг. 16), а профиль из нормального, линейно уменьшаясь по хорде, сходит на нет. При этом болтовая затяжка осуществляется только в случае, когда оперение лопасти выполнено из композиционных материалов. В случае, если оперение лопасти выполнено из листов металла, то рациональнее и надежнее применить затяжку заклепками. Подъемная сила крыла, возникающая от аэродинамических сил, действующих на лопасть, при передаче ее на фюзеляж 30, производит продольный изгиб лопасти. Сопротивление продольному изгибу будут оказывать боковые грани 11 трехгранников 5 и 6 совместно с обшивкой 1 и 2 подобно двутавровым балкам (лонжеронам). Общий изгибающий момент, возникающий от подъемной силы лопасти, уравновешивается комлевым стержнем 7 в подшипниках 29 фюзеляжа 30, где он закрепляется с возможностью поворота лопасти. Поворот лопасти крыла в подшипниках 29 с целью управления летательным аппаратом, производится от действия механической силы на консольную ось 8, которая при перемещении по пазу 31 фюзеляжа 30, сообщает комлевому стержню 7 поворот, а соответственно и поворот лопасти на нужный угол в ту или иную сторону. Соединение оперения лопасти с комлевым стержнем 7 через крестовину 12 волнообразным защемлением придает поворотному крылу как бы однородность и цельность детали.

Надежность такого соединения подтверждается экспериментами, гарантируется тем, что сопротивление вытягиванию слоя 18 из защемления будет препятствовать то, что слой 18 имеет хорошую опору отверстиями на стержни болтов 27 или заклепок 28, а при затяжке слоев 18 болтовым 27 усилием или заклепками 28 их вытягиванию препятствует усилие трения сразу по четырем поверхностям и оно существенно даже при условии, если бы поверхности трения были прямыми плоскостями. Кроме того, предусмотренное волновое защемление существенно увеличивает силу поверхностного трения, а следовательно, и увеличивает сопротивляемость вытягиванию слоев 18 из защемления. Чтобы вытянуть слой 18 из волнового защемления, необходимо преодолеть усилие, идущее на разгибание деформированных слоев из волнообразной формы до прямолинейного. Сопротивление слоев 18 вытягиванию оказывает защемление боковых граней 11 в наклонных отверстиях 23 фиксирующими гвоздями 26.

Точный расчет волнового защемления весьма сложен, а приблизительный при ω 30^о, но с большой гарантией, требует того, чтобы сила болтовой или заклепочной затяжки равнялась силе вытягивания.

Сопротивление деформации кручения оказывается условными балками ферменной конструкции (фиг. 2), расположенными нормально друг к другу, которые можно представить, если рассечь их лопасти по сечениям К-К и И-И (фиг. 3). Поскольку эти балки являются ферменными конструкциями, то они достаточно жестки на деформацию изгиба, а следовательно, и на деформацию кручения подобно лопасти из сплошного тела. (56) Особенности эксплуатации и конструкции самолета ТУ-154, М. , 1988.

Воскобойник М. С. и др. Конструкция и прочность самолетов и вертолетов. М. : Транспорт, 1972, стр. 172-176.

Изобретение относится к летательным аппаратам, в частности к деталям, создающим подъемную силу на малых дозвуковых скоростях. Профиль лопасти крыла заполнен нижними 5 и верхними 6 тонкостенными трехгранными стержнями, склеенными между собой и с обшивкой и образующими в поперечном сечении лопасти форму ферменной конструкции. Крестовина выполнена по форме профиля лопасти и разделена прорезями на несколько трехгранных вставок 20, соединенных с трубчатым основанием. Верхняя и нижняя обшивки лопастей накрывают волнообразную поверхность крестовины, а тонкостенные трехграники 5 и 6 надеты по прорезям на вставки 20, где их боковые стенки деформированы по поверхности наклонных отверстий и защемлены фиксирующими гвоздями 26. Обшивка, верхние и нижние грани трехгранников защемлены по волнообразной поверхности крестовины накладками при помощи болтовой или заклепочной затяжки. На трубчатом основании предусмотрена консольная ось, параллельная оси трубчатого комлевого стержня, который укреплен в подшипниках фюзеляжа с возможностью поворота до 30, а в обшивке фюзеляжа предусмотрен паз для перемещения консольной оси по дуге до 30. Изобретение позволяет повысить жесткость лопасти крыла на сопротивление кручению, снизить вес, упростить и удешевить конструкцию. 2 з. п. ф-лы, 16 ил.

1. ЛОПАСТЬ ПОВОРОТНОГО КРЫЛА/ содержащая верхнюю и нижнюю обшивки, крестовину с трубчатым комлевым стержнем и консольной осью, отличающаяся тем, что она снабжена нижними и верхними тонкостенными трехгранными стержнями, склеенными между собой и с обшивкой с образованием в поперечном сечении лопасти ферменной конструкции, функцию раскосов в которой выполняют грани стержней, наклоненных к нижней плоскости под углом δ= 54,75^o , а в сечении под 45^o к оси лопасти они образуют наклон под углом δ₁= 45^o , крестовина выполнена по форме профиля лопасти и разделена прорезями на несколько трехгранных вставок, соединенных с трубчатым основанием комлевого стержня, причем в каждой вставке выполнено одно отверстие, перпендикулярное к нижней плоскости, а другое - наклонное вдоль прорези, а на верхней и нижней поверхностях крестовины предусмотрено несколько волнообразных канавок, идущих от передней кромки до задней, при этом верхняя и нижняя обшивки накрывают поверхность крестовины, а тонкостенные трехгранные стержни одеты по прорезям на соответствующие трехгранные вставки, где их боковые стенки деформированы по поверхности наклонных отверстий, в которые между каждыми боковыми гранями трехгранных стержней помещен фиксирующий гвоздь, а верхняя и нижняя накладки, будучи притянуты болтовой или заклепочной затяжкой к крестовине, защемляют верхнюю и нижнюю обшивки и верхние и нижние грани трехгранников по волнообразной форме контактирующих поверхностей крестовины и накладок, а трубчатое основание снабжено консольной осью, перемещаемой в пазу фюзеляжа по дуге до 30^o и параллельной оси комлевого стержня, закрепленного в подшипниках фюзеляжа с возможностью поворота до 30^o, причем передняя и задняя кромки на конце лопасти прямолинейно отклоняются к оси и под углом 45^o к направлению полета и, пересекаясь, образуют в плане угол 90^o, а профиль лопасти из нормального, линейно уменьшаясь по хорде, на конце ее сходит на нет. 2. Лопасть по п. 1, отличающаяся тем, что тонкостенные трехгранники выполнены из композиционного материала, преимущественно из стеклопластика, путем намотки на оправки или из полос тонколистового металла, продольно склеенных боковыми кромками внахлест по нижним или верхним граням, причем трехгранники увеличиваются по толщине грани в направлении к крестовине путем наложения приклеиванием одного слоя на другой, при этом верхние грани верхних трехгранников выполнены по форме кривой профиля верхней обшивки по месту их расположения. 3. Лопасть по п. 2, отличающаяся тем, что каждая накладка в поперечном сечении выполнена прямоугольной формы, а по длине равна нижней или верхней поверхности крестовины с требуемым числом отверстий, а на поверхности, контактирующей с крестовиной, выполнено несколько волнообразных канавок, по форме согласующихся через защемляющий слой с волнообразными канавками крестовины, у которых угол подъема волны канавок равен 30^o.