УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАШЕНИЯ ВИБРАЦИЙ ЛОПАСТЕЙ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА Российский патент 1998 года по МПК B64C27/32 

Изобретение относится к авиационной технике и касается устройства гашения вибраций.

Известно устройство для гашения вибраций лопастей несущего винта вертолета, содержащее механические маятники, расположенные по обе стороны каждой лопасти на различном расстоянии от центра жесткости сечения, выполненные в виде рычагов различной длины с грузами на концах различной массы, с автономными осями качания, установленными в кронштейне на комле лопасти под острым отрицательным углом к хорде сечения (Заявка N 92012482, кл. C 64 C 27/32, 18.12.92, прототип)
Такое устройство не уравновешивает полностью возбуждающие силы, действующие вдоль хорды сечения лопасти и перпендикулярно ей, и не позволяет реализовать кронштейн установки устройства с наименьшим весом.

Задача, решаемая в заявляемом техническом решении, заключается в уравновешивании возбуждающих сил, действующих вдоль хорды сечения лопасти и перпендикулярно ей, с наименьшим весом кронштейна установки устройства, при осуществлении технического результата - гашение вибраций, действующих вдоль хорды сечения лопасти и перпендикулярно хорде.

Существенные признаки заявляемого устройства для гашения вибраций лопастей несущего винта вертолета, общие с прототипом: механические маятники, расположенные по обе стороны каждой лопасти на различном расстоянии от центра жесткости сечения, выполненные в виде рычагов различной длины с грузами на концах различной массы, с автономными осями качания, установленными в кронштейне на комле лопасти под углом к хорде сечения.

Признаки, отличные от прототипа: автономные оси качания маятников установлены относительно хорды сечения под различными углами.

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

Технический результат - гашение вибраций, действующих вдоль хорды сечения лопасти и перпендикулярно хорде, реализуется при осуществлении совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, причинно-следственная связь между которыми следует из результатов решения системы дифференциальных уравнений движения расчетной модели устройства, представленных математическим выражением (1).

На фиг. 1 показано устройство, с комля лопасти; на фиг. 2 - вид А (повернуто на 90^o по часовой стрелке); на фиг. 3 - схема расчетной модели устройства, вид Б на фиг. 2; на фиг. 4 - вид В на фиг. 3.

Кронштейн 1 устройства гашения вибраций установлен на лонжероне 2 лопасти с осью жесткости 3 сечений. В кронштейне 1 установлены автономные валики 4 и 5, реализующие соответственно автономные оси качания 6 и 7. На автономных валиках 4 и 5 расположены соответственно рычаги 8 и 9, на рычагах - грузы (маятники) 10 и 11 с различными массами соответственно m₁ и m₂ и моментами инерции J₁ и J₂. Ось 6 валика 4 установлена под углом α₁ к хорде 12 сечения лопасти, а ось 7 валика 5 - под углом α₂. На фиг. 1 показаны угол установки хорды сечения лопасти в полете ϕ и плоскость вращения винта 13. Маятник 10 расположен на расстоянии a₁ от оси жесткости 3, а маятник 11 - на расстоянии a₂ до оси жесткости 3. Маятник 10 установлен на расстоянии r₁ до оси качания 6, а маятник 11 - на расстоянии r₂ до оси качания 7. В сечении лонжерона лопасти действуют: возбуждающая сила Q, перпендикулярная хорде 12, возбуждающая сила F, направленная вдоль хорды 12, и возбуждающий момент K, действующий вокруг оси жесткости 3. Положительные направления сил и момента: Q - вверх, F - вперед и K - на кабрирование. Участок 14 лонжерона 2 в месте установки устройства гашения вибраций с массой M и моментом инерции J вокруг его продольной оси расположен на расстоянии R от оси вращения винта 15. R - расстояние от автономных осей качания 6 и 7 до оси вращения винта 15, ω - частота вращения несущего винта.

OXYZ - система координат с началом в центре жесткости поперечного сечения лонжерона лопасти. Степени свободы расчетной модели устройства.

β₁, β₂ - углы поворота маятников 10 и 11 соответственно;
x, y и ϕ₀ - линейные и угловое перемещение участка 14 лонжерона.

В полете в сечении лопасти, в котором установлено устройство для гашения вибраций и хорда 12 которого установлена под углом ϕ, действуют возбуждающие силы Q, F и возбуждающий момент K. При колебаниях в полете грузы 10 и 11 создают инерционные силы, которые находятся в плоскости сечения. Вследствие того, что автономная ось качания 6 валика 4 установлена под углом α₁ к хорде сечения, а автономная ось качания 7 валика 5 установлена под углом α₂ к хорде сечения, возбуждающие силы Q, F и возбуждающий момент K уравновешиваются инерционными силами устройства и происходит гашение вибраций лопастей. Значение углов α₁ и α₂ подбирают для заданного режима полета в соответствии с математическим выражением (1). Установка автономных осей качания под различными углами к хорде сечения обеспечивает их установку на кронштейне с наименьшим расстоянием от сечения лопасти, что позволяет реализовать конструкцию кронштейна 1 с наименьшим весом.

Возможность осуществления технического решения следует из представленных графических материалов, описаний устройства в статике и в динамике. Возможность осуществления технического решения предлагаемого изобретения иллюстрируется результатами решения системы дифференциальных уравнений движения расчетной модели устройства:





где
, i = 1,2;
Z - номер гармоники частоты изменения возбуждающих 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, что , когда

Для заданного режима полета подбирают значения углов α₁ и α₂ , при которых происходит гашение вибраций. Из математического выражения (1) также следует, что в зависимости от знаков нагрузок значения углов установки автономных осей маятников могут быть как отрицательными, так и положительными.

На нашем предприятии проводятся работы по реализации данного технического решения.

Устройство предназначено для авиационной техники, а именно для вертолетов. Устройство содержит механические маятники, которые располагаются по обе стороны каждой лопасти на различном расстоянии от центра жесткости сечения. Маятники выполнены в виде рычагов различной длины с грузами на концах различной массы и установлены на комле лопасти. Более эффективное гашение вибраций достигается за счет того, что оси качания маятников автономны и установлены относительно хорды сечения под различными углами. 4 ил.

Устройство для гашения вибраций лопастей несущего винта вертолета, содержащее механические маятники, расположенные по обе стороны каждой лопасти на различном расстоянии от центра жесткости сечения, выполненные в виде рычагов различной длины с грузами на концах различной массы, с автономными осями качания, установленными в кронштейне на комле лопасти, отличающееся тем, что автономные оси качания маятников устанавливают относительно хорды сечения под различными углами.