СИЛОВАЯ УСТАНОВКА Российский патент 1998 года по МПК F02B53/00 F02B61/00 F02B61/04 

Изобретение относится к силовым установкам для легкомоторной авиации на базе роторно-поршневого двигателя Ванкеля и может быть использовано на транспортных средствах (суда на воздушной подушке и др.).

Известен четырехсекционный роторно-поршневой двигатель SCORE-170 фирмы I.Deer для гражданской авиации [1]. Двигатель имеет редуктор с соосно расположенными эксцентриковым валом роторно-поршневого двигателя и выходным валом редуктора, являющимся и валом воздушного винта.

Такое размещение приводов и агрегатов двигателя приводит к усложнению конструкции приводов, снижает надежность работы силовой установки, Кроме того, соосное расположение вала винта-редуктора и ротора роторно-поршневого двигателя увеличивает вес самолета из-за увеличения длины стоек шасси для обеспечения клиренса винта, а при неубирающемся шасси приводит к ухудшению аэродинамических характеристик самолета.

Известна также конструкция роторно-поршневого двигателя внутреннего сгорания [2]. В таком двигателе вспомогательный приводной вал и вспомогательные агрегаты размещены таким образом, что габаритная ширина двигателя не превышает соответствующие габаритные размеры обычного двигателя. Однако данный двигатель нельзя использовать в качестве силовой установки привода воздушного винта из-за несоответствия оборотов двигателя требуемым тяговым характеристикам воздушного винта. Это снижает функциональные возможности двигателя для привода силовой установки воздушного винта или другого транспортного средства.

Наиболее близкой по конструкции к заявляемой является силовая установка самолета Кардинал 177, Кертис Райт RC 2-60 [3].

Такая силовая установка содержит роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания с трохоидальной рабочей камерой, вал ротора-поршня, механически соединенный с маховиком, приводами двигателя и редуктором, включающим вал воздушного винта, ось которого расположена выше оси вала ротора-поршня. Такая конструкция содержит многопоточную ременную передачу от двигателя к воздушному винту.

Недостатком известной конструкции является низкая надежность работы и высокое аэродинамическое сопротивление летательного аппарата вследствие больших по сравнению с силовой установкой, содержащей шестеренчатый редуктор, габаритных размеров. Кроме того, большие габаритные размеры установки ухудшают визуальный обзор пилоту.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в улучшении аэродинамических характеристик летательного аппарата и повышении надежности его работы за счет уменьшения габаритов силовой установки.

Данная техническая задача решается изобретением в результате того, что в силовой установке, содержащей роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания с трохоидальной рабочей камерой, вал ротора-поршня, механически соединенный с маховиком, приводами двигателя и редуктором, включающим вал воздушного винта, ось которого расположена над осью вала ротора-поршня, согласно изобретению, в полости редуктора между ведущей шестерней и валом ротора-поршня установлен шлицевой упругий валик, выполненный с возможностью закрутки, угол которой ограничен охватывающей валик втулкой с двумя шлицевыми зубчатыми парами, одна из которых выполнена с зубьями, срезанными через один в сторону закрутки валика, а максимальный угол закрутки ограничен боковыми поверхностями зубчатой пары между срезанной парой зубьев, причем большая ось трохоиды рабочей камеры перпендикулярна оси вала винта и пересекает ее или расположена под острым или прямым углом к плоскости, проходящей через ось вала ротора-поршня и вала винта.

Размещение шлицевого упругого валика в полости редуктора между ведущей шестерней и валом ротора-поршня, выполненного с возможностью закрутки, позволяет снизить напряжения от крутильных колебаний в элементах редуктора. Причем угол закрутки упругого валика ограничен охватывающей валик втулкой, которая позволяет уменьшить осевые габариты редуктора. Выполнение втулки с двумя шлицевыми зубчатыми парами, одна из которых выполнена с зубьями, срезанными через один в сторону закрутки валика, позволяет обеспечить максимальную жесткость демпфирующего элемента - гибкого валика и втулки на режиме максимальной мощности (на высоте) и переменную жесткость на крейсерском и переходном режимах работы двигателя за счет снижения напряжений от крутильных колебаний в элементах редуктора.

Максимальный угол закрутки ограничен боковыми поверхностями зубчатой пары между срезанной парой зубьев, что обеспечивается на режиме максимальной мощности закрутку гибкого валика на величину, равную шагу зубьев шлицевой пары охватывающей его втулки, и соответственно, упругую закрутку валика при минимальных осевых габаритах редуктора.

Необходимость соблюдения условий, при которых большая ось трохоиды рабочей камеры перпендикулярна оси вала винта и пересекает ее или расположена под острым или прямым углом α к плоскости, проходящей через ось вала ротора и вала винта, объясняется тем, что большая ось трохоиды рабочей камеры двигателя силовой установки должна располагаться преимущественно в вертикальной плоскости летательного аппарата ( α = 0^o). При этом обеспечиваются минимальные в поперечном сечении габариты силовой установки для вертолета.

Выполнение угла α более 90^o не имеет смысла, т.е. α >90^o означает расположение большой оси трохоиды под острым углом к плоскости, проходящей через оси вала ротора-поршня и вала воздушного винта, ось которого в этом случае располагается под осью вала ротора-поршня.

Для самолетных силовых установок угол α составляет 0 - 45^o, что позволяет располагать двигатели двух силовых установок, размещенных на разных крыльях самолета, ближе к фюзеляжу за счет смещения оси вала винта, что позволяет повышать несущую способность крыльев.

В схемах привода редуктора силовой установки с двумя двигателями целесообразно большую ось трохоиды рабочей камеры двигателя располагать в вертикальной плоскости, а ось двигателя при этом будет лежать в плоскости валов ротора или выше нее, т.е. α = 45 - 90^o.

На фиг. 1 представлен продольный разрез силовой установки без вспомогательных агрегатов и воздушного винта; на фиг.2 - поперечный разрез двигателя по одной из его секций; на фиг.3 - узел I на фиг.1 упругого валика с втулкой и шлицевая пара в увеличенном виде.

Силовая установка содержит роторно-поршневой двигатель 1 внутреннего сгорания с трохоидальной рабочей камерой 2, вал ротора-поршня 3, механически соединенный с маховиком 4, приводами двигателя (не показан) и редуктором 5, включающим вал 6 воздушного винта. Ось 7 вала 6 воздушного винта расположена над осью 8 вала ротора-поршня 3. Корпус редуктора 5 выполнен составным из двух частей, образующих две плоскости разъема 9 и 10, и три полости 11, 12 и 13, в которых размещены маховик 4 с переходным фланцем 14, шестерни 15 редуктора и опора 16 вала 6 воздушного винта. Большая ось трохоида 17 рабочей камеры 2 перпендикулярна оси 7 вала 6 воздушного винта и пересекает его либо расположена под острым α₁ или прямым α углом к плоскости 18, проходящей через ось 8 вала ротора-поршня 3 и ось 7 вала 6 винта.

На переходном фланце 14 имеется шлицевое соединение 19 с гибким валиком 20 и шлицевой зубчатой парой 21 с охватывающей валик 20 втулкой 22. Противоположный край валика 20 образует с втулкой 22 шлицевое соединение 23, а наружная поверхность втулки 22 имеет с ведущей шестерней 24 редуктора 5 шлицевое соединение 25. В шлицевой паре 21 зубья 26 на втулке 22 и зубья 27 на переходном фланце 14, жестко скрепленном с маховиком 4, образованы через один зуб. Максимальная величина угла закрутки α₂ гибкого валика 20 ограничена боковыми поверхностями 28 шлицевой зубчатой пары 21 между срезанной парой зубьев 26 и 27.

В процессе работы силовой установки функции поршней в двигателе выполняет трехгранный ротор, поверхность граней которого воспринимает силы давления газов в рабочей камере 2 и передает их на вал 3 ротора-поршня, вызывая его вращение. Редуктор 5 двигателя понижает частоту вращения вала 6 воздушного винта по сравнению с частотой вращения вала 3 ротора-поршня. Крутящий момент вала 3 ротора-поршня через маховик 4 и гибкий валик 20 с охватывающей его втулкой 22 передается посредством шестерен 24 и 15 на вал 6 воздушного винта, а усилия и реакция вращающихся шестерен и валов воспринимается корпусом редуктора 5 и двигателем 1.

При изменении мощности двигателя или изменении шага воздушного винта валик 20 закручивается на угол α₂ , величина которого ограничена боковыми поверхностями 28 зубьев охватывающей его втулки 22 между срезанной парой зубьев 26 и 27.

Использование: двигателестроение, в частности силовые установки для легкомоторной авиации на базе роторно-поршневого двигателя Ванкеля, и может быть использовано на транспортных средствах (суда на воздушной подушке и др. ). Сущность изобретения: в силовой установке, содержащей роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания 1 с трохоидальной рабочей камерой 2, вал ротора-поршня 3, механически соединенный с маховиком 4, приводами двигателя и редуктором 5, включающим вал воздушного винта, ось 7 которого расположена над осью 8 вала ротора-поршня 3, согласно изобретению, в полости редуктора 5 между ведущей шестерней 15 и валом 8 ротора-поршня 3 установлен шлицевой упругий валик 20, выполненный с возможностью закрутки, угол α₂ которого ограничен охватывающей валик 20 втулкой 22 с двумя шлицевыми зубчатыми парами 21, одна из которых выполнена с зубьями 26, 27, срезанными через один в сторону закрутки валика 20, а максимальный угол закрутки α₂ ограничен боковыми поверхностями 28 зубчатой пары между срезанной парой зубьев, причем большая ось трохоиды 17 рабочей камеры 2 перпендикулярна оси 7 вала 6 винта и пересекает ее или расположена под острым α₁ или прямым углом α к плоскости 18, проходящей через ось 8 вала ротора-поршня 3 и ось 7 вала 6 винта. 3 ил.

Силовая установка, содержащая роторно-поршневой двигатель внутреннего сгорания с трохоидальной рабочей камерой, вал ротора-поршня, механически соединенный с маховиком, приводами двигателя и редуктором, включающим вал воздушного винта, ось которого расположена над осью вала ротора-поршня, отличающаяся тем, что в полости редуктора между ведущей шестерней и валом ротора-поршня установлен шлицевой упругий валик, выполненный с возможностью закрутки, угол которой ограничен охватывающей валик втулкой с двумя шлицевыми зубчатыми парами, одна из которых выполнена с зубьями, срезанными через один в сторону закрутки валика, а максимальный угол закрутки ограничен боковыми поверхностями зубчатой пары между срезанной парой зубьев, причем большая ось трохоиды рабочей камеры перпендикулярна оси вала воздушного винта и пересекает ее или расположена под острым или прямым углом к плоскости, проходящей через оси вала ротора-поршня и вала воздушного винта.