УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ ВИБРАЦИЙ ЛОПАСТЕЙ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА Российский патент 1997 года по МПК B64C27/32 

Изобретение относится к области авиационной техники и касается устройства гашения вибраций.

Известно устройство для гашения вибраций лопастей несущего винта вертолета, содержащее механические маятники, расположенные по обе стороны каждой лопасти, выполненные в виде рычагов с грузами на концах и с осями качания, установленными в кронштейне на комле лопасти, снабженном упорами углового перемещения. При этом рычаги с грузами на концах закреплены на одном общем валике, ось которого параллельна хорде сечения лопасти (см. патент США N 4239456, кл. В 64 С 27/32 прототип).

У такого устройства с общим валиком, ось которого параллельна хорде, с одинаковыми массами грузов, расстояниями до центра жесткости поперечного сечения лонжерона и длинами рычагов равнодействующая инерционных сил маятников направлена под острым углом к вертикальной переменной силе сечения Q, что снижает эффективность устройства гашения вибраций лопастей. Инерционные силы маятников не создают инерционного момента вокруг центра жесткости сечения и, следовательно, не гасят переменный момент вокруг центра жесткости сечения К, т. е. не снижают нагрузки в управлении. Таким образом, такое устройство не обеспечивает эффективное снижение вертикальных вибраций лопастей, не снижает нагрузки в управлении и не позволяет решить эти задачи с наименьшими массами маятников.

Задача, решаемая в заявляемом техническом решении, заключается в эффективном гашении вертикальной переменной силы и гашении переменного момента вокруг центра жесткости сечения лонжерона с минимальными массами маятников при осуществлении технического результата эффективного снижения вертикальных вибраций и снижения нагрузок в управлении.

Существенными признаками заявляемого устройства для гашения вибраций несущего винта вертолета, общими с прототипом, являются: механические маятники, расположенные по обе стороны каждой лопасти, выполненные в виде рычагов с грузами на концах и с осями качания, установленными в кронштейне на комле лопасти, снабженном упорами углового перемещения.

Признаком, отличным от прототипа, являются маятники, установленные на автономных осях качания, установленных в кронштейне под острым отрицательным углом к хорде лопасти в месте крепления кронштейна; при этом грузы механических маятников с различной массой установлены на рычагах различной длины и на различных расстояниях от центра жесткости поперечного сечения лонжерона лопасти, величины которых связаны соотношением:

где m₁, m₂ масса маятника, расположенного, соответственно, спереди и сзади лонжерона лопасти;
r₁, r₂ расстояние от оси качания до центра масс маятника, расположенного, соответственно, спереди и сзади лонжерона лопасти;
a₁, a₂ расстояние от маятника, расположенного, соответственно, спереди и сзади лонжерона лопасти, до центра жесткости поперечного сечения лонжерона;
Q, K переменные нагрузки, соответственно, вертикальная сила и момент вокруг центра жесткости поперечного сечения лонжерона; положительное направление: силы Q вверх, момента К на кабрирование.

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

Технический результат эффективное снижение вертикальных вибраций и снижение нагрузок в управлении при минимальном значении массы грузов маятников реализуется при осуществлении совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, причинно-следственная связь между которыми представлена математическим выражением (1).

На фиг. 1 показан вид сверху на комлевую часть лопасти с установленным устройством для гашения вибраций лопастей несущего винта вертолета; на фиг. 2 заявленное устройство на лопасти при виде с комля (повернуто на 90^o против часовой стрелки); на фиг. 3 схема расчетной модели устройства при виде на лопасть сзади; на фиг. 4 то же, при виде со стороны оси вращения винта.

На лопасти 1 с осью жесткости сечений 2 с помощью кронштейна 3 установлено устройство гашения вибраций. В кронштейне установлены автономные валики 4 и 5, реализующие автономные оси качания, на которых, соответственно, расположены рычаги 6 и 7, на рычагах грузы (маятники) 8 и 9 с различными массами, соответственно, m₁ и m₂, и моментами инерции I₁ и I₂. На кронштейне имеются упоры 10 и 11 для ограничения углового перемещения рычагов с маятниками при раскрутке и остановке винтов. Оси валиков расположены под острым отрицательным (на пикирование) углом α к хорде 12 сечения лопасти. На фигуре показан угол установки хорды сечения лопасти в полете v. Маятник 8 расположен на расстоянии а₁ от оси жесткости 2, а маятник 9 на расстоянии а₂. Маятник 8 установлен на расстоянии r₂ от оси качания 13, а маятник 9 на расстоянии r₂. В сечении лонжерона лопасти действуют: вертикальная переменная сила Q и переменный момент вокруг центра жесткости сечения К. Элемент лонжерона лопасти 14 с массой М и моментом I вокруг его продольной оси расположен на расстоянии R от оси вращения винта 15; частота вращения несущего винта -ω. Вертикальная переменная сила Q действуюет в сечении лонжерона лопасти параллельно оси вращения винта 15.

OXYZ система координат с началом в центре жесткости поперечного сечения лонжерона лопасти. Степени свободы расчетной модели устройства:
, углы поворота маятников, соответственно, 8 и 9;
y, Φ_o, перемещения элемента лонжерона 14 по вертикали и вокруг продольной оси.

При колебаниях в полете грузы 8 и 9 создают переменные инерционные силы, которые находятся в плоскости сечения; равнодействующая этих сил составляет угол α с перпендикуляром к хорде 12. Переменные инерционные силы грузов 8 и 9 создают также момент этих сил, действующий в плоскости сечения. В полете хорда 12 сечения, в котором установлены маятники, повернута на кабрирование на угол v0 и вместе с ней повернуты оси автономных валиков 4 и 5. Положение равнодействующей инерционных сил маятников относительно оси вращения винта определяется уже разностью углов v и α. Значение угла a подбирается для заданного режима полета из условия a=Φ, при котором происходит максимальное снижение вибраций. Переменный момент инерционных сил маятников снижает переменную часть шарнирного момента сечения, в котором установлены маятники, что снижает нагрузки в управлении. Как снижение вибраций, так и снижение нагрузок в управлении необходимо получить при минимальном значении массы грузов маятников.

Возможность осуществления технического решения предлагаемого изобретения иллюстрируется результатами решения дифференциальных уравнений движения расчетной модели устройства:

где , i 1; 2;
z номер гармоники частоты изменения переменных 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 выражения для амплитуд колебаний маятников, при которых инерционные силы маятников уравновешивают переменную силу и переменный момент:


Минимальные значения масс грузов маятников имеют место, когда амплитуды колебаний маятников максимальны: .

Из этого условия следует соотношение

В результате реализации заявляемого технического решения получено эффективное снижение вертикальных вибраций и снижение нагрузок в управлении.

Использование: для гашения вибраций лопастей несущего винта вертолета. Устройство представляет собой механические маятники, расположенные по обе стороны каждой лопасти на различных расстояниях от центра жесткости поперечного сечения лонжерона лопасти, выполненные в виде рычагов с различной длиной, с различными грузами на концах рычагов и с автономными осями качания, установленными в кронштейне на комле лопасти под острым отрицательным углом к хорде лопасти. Сущность изобретения заключается в использовании математического соотношения между параметрами устройства, выполнение которого позволяет получить минимальную массу его грузов при снижении как вибраций, так и нагрузок в управлении. 4 ил.

Устройство для гашения вибраций лопастей несущего винта вертолета, содержащее механические маятники, расположенные по обе стороны каждой лопасти, выполненные в виде рычагов с грузами на концах и с автономными осями качания, установленными в кронштейне на комле лопасти под острым отрицательным углом к хорде лопасти, отличающееся тем, что на рычагах различной длины установлены грузы с различной массой, величины которых связаны соотношением

где m₁, m₂ масса маятника, расположенного, соответственно, спереди и сзади лонжерона лопасти;
r₁, r₂ расстояние от оси качания до центра масс маятника, расположенного, соответственно, спереди и сзади лонжерона лопасти;
Q₁, Q₂ расстояние от маятника, расположенного, соответственно, спереди и сзади лонжерона лопасти, до центра жесткости поперечного сечения лонжерона;
Q, K переменные нагрузки, соответственно, вертикальная сила и момент вокруг центра жесткости поперечного сечения лонжерона, положительное направление: силы Q вверх, момента K на кабрирование, при этом маятники установлены на различных расстояниях от центра тяжести поперечного сечения лонжерона лопасти.