СТУПИЦА ВТУЛКИ НЕСУЩЕГО ВИНТА ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА И НЕСУЩИЙ ВИНТ Российский патент 2001 года по МПК B64C27/32 

Изобретение касается ступицы втулки несущего винта летательного аппарата, содержащего такой несущий винт, а также несущего винта.

Известна ступица втулки несущего винта летательного аппарата типа вертолета, предназначенная для связи в радиальном направлении с имеющими жесткие кольца основаниями по меньшей мере двух лопастей несущего винта и содержащая узел крепления, имеющий сферические слоистые упоры, каждый из которых связан с одной лопастью, внешнюю арматуру, внутреннюю арматуру, связанную с основанием лопасти, пакет чередующихся между собой жестких чашек и пластин, изготовленных из упругого материала с участками сферической поверхности, имеющих общий центр, причем каждый слоистый сферический упор предназначен для удержания связанной с ним лопасти несущего винта, выполняя функции горизонтального, вертикального и осевого шарниров одновременно, жесткое кольцо каждой лопасти охватывает связанный с этой лопастью слоистый сферический упор и жестко связано с внутренней арматурой этого сферического упора (FR-A2671049, 1992, B 64 C 27/39).

В этом документе, характеризующем существующий уровень техники в данной области, ступица представляет собой моноблочный корпус, снабженный тонкой боковой стенкой строго цилиндрической формы, содержащей как минимум столько отверстий, сколько лопастей имеет данный несущий винт. При этом каждое такое отверстие имеет размеры, достаточные по меньшей мере для прохождения внутрь этого корпуса и колебаний по всем осям сферического слоистого упора соответствующей лопасти.

Таким образом, при использовании такой ступицы известной конструкции реализация втулки несущего винта вертолета требует сначала жестко присоединить каждый сферический слоистый упор к жесткому кольцу связанной с этим упором лопасти, а затем ввести присоединенные таким образом к своим лопастям сферические упоры во внутреннюю полость корпуса через отверстия и, наконец, закрепить эти сферические упоры на ступице. Нетрудно представить себе, что такая технология сборки несущего винта содержит операции, весьма трудные для выполнения и точной регулировки положения соединяемых в этом случае элементов конструкции.

Для того, чтобы облегчить выполнение этих операций, уже было предложено использовать специальные соединительные муфты в промежутке между сферическими упорами и лопастями несущего винта. В этом варианте конструктивного решения проблемы каждая из промежуточных муфт содержит с одной стороны жесткое кольцо, а с другой стороны средства соединения с основанием лопасти. Таким образом, в этом варианте осуществления лопасти могут быть смонтированы на втулке несущего винта только после установки промежуточных соединительных муфт на ступицу, что в целом облегчает полный монтаж втулки несущего винта, но приводит к появлению дополнительных деталей, каковыми являются эти соединительные муфты.

Задача предлагаемого изобретения состоит в создании такой ступицы втулки несущего винта летательного аппарата и такого несущего винта, которые позволяют облегчить монтаж этого несущего винта. При этом не требуется использование специальных промежуточных соединительных муфт между этой ступицей и лопастями.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в повышении его эффективности благодаря облегчению монтажа несущего винта.

Для достижения указанного технического результата ступица втулки несущего винта летательного аппарата типа вертолета, предназначенная для связи в радиальном направлении с имеющими жесткие кольца основаниями по меньшей мере двух лопастей несущего винта и содержащая узел крепления, имеющий сферические слоистые упоры, каждый из которых связан с одной лопастью, внешнюю арматуру, внутреннюю арматуру, связанную с основанием лопасти, пакет чередующихся между собой жестких чашек и пластин, изготовленных из упругого материала с участками сферической поверхности, имеющих общий центр, причем каждый слоистый сферический упор предназначен для удержания связанной с ним лопасти несущего винта, выполняя функции горизонтального, вертикального и осевого шарниров одновременно, жесткое кольцо каждой лопасти охватывает связанный с этой лопастью слоистый сферический упор и жестко связано с внутренней арматурой этого сферического упора, снабжена верхней тарелкой и нижней тарелкой, которые соединены между собой при помощи средств крепления, и внешней арматуры сферических упоров таким образом, что сферические упоры расположены в свободном пространстве между тарелками, внешние арматуры расположены в периферийной части тарелок.

Таким образом, благодаря предлагаемому изобретению можно получить полую ступицу, не имеющую боковой кольцевой стенки с отверстиями и внутреннее пространство которой доступно сверху в том случае, когда верхняя тарелка демонтирована, для того, чтобы облегчить монтаж и/или демонтаж лопастей и сферических упоров, связанных с этими лопастями. Благодаря этому имеется возможность исключить использование промежуточных соединительных муфт и использовать лопасти в виде единой детали с жестким кольцом основания этой лопасти.

Здесь следует отметить, что благодаря данному изобретению удается получить особенно компактную и особенно легкую ступицу, в которой сферические упоры в максимально возможной степени могут быть приближены к центру этой ступицы, поскольку приводной вал не проходит внутри этой ступицы.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения ступица снабжена для соединения тарелок распорками, которые расположены в периферийной части тарелок в пространстве между внешней арматурой.

В особом случае осуществления, когда ступица в соответствии с предлагаемым изобретением предназначена для втулки несущего винта, имеющего три лопасти, в предпочтительном варианте каждая из тарелок имеет треугольную форму со срезанными вершинами и каждая из внешних арматур располагается в непосредственной близости от срезанной вершины треугольника, тогда как распорки расположены вдоль боковых сторон этих треугольников.

Для того, чтобы обеспечить возможность отклонения сферических упоров в направлении вниз, а также для того, чтобы располагать весьма прочной и жесткой частью, предназначенной для крепления данной ступицы к приводному валу несущего винта, в предпочтительном варианте осуществления изобретения нижняя тарелка имеет в центральной части углубление в форме чаши, открытой в направлении верхней тарелки, и периферийный выступ, на котором установлены внешние арматуры сферических упоров. В случае необходимости распорки смонтированы на периферийном выступе нижней тарелки.

Эта центральная часть нижней тарелки в форме чашки может иметь строго коническую форму.

Кроме того, для обеспечения возможности отклонения вверх внутренних арматур сферических упоров, исключая при этом придание данной ступице слишком большой высоты, предпочтительно, чтобы верхняя тарелка также имела центральную выемку, расположенную против углубления нижней тарелки.

Верхняя и нижняя тарелки ступицы могут быть изготовлены из легких сплавов или из композиционного материала.

Предлагаемое изобретение касается также несущего винта для летательного аппарата типа вертолета, содержащего ступицу в соответствии с предлагаемым изобретением, которая кратко была описана выше.

В таком несущем винте предпочтительно, чтобы он был снабжен рычагом, который состоит из двух пластин, расположенных по одну и по другую стороны от основания этой лопасти и прикрепленных к этому основанию.

Известным образом несущий винт в соответствии с предлагаемым изобретением может содержать амортизаторы лобового сопротивления лопастей. Эти амортизаторы могут быть смонтированы либо между рычагами двух расположенных рядом лопастей, либо между рычагом одной лопасти и ступицей.

В первом из упомянутых выше случаев предпочтительно, чтобы каждый амортизатор лобового сопротивления лопасти или амортизатор ее колебаний в горизонтальной плоскости был смонтирован между лопастными рычагами двух соседних лопастей. Во втором из упомянутых выше случаев предпочтительно, чтобы распорки содержали лапу крепления для такого амортизатора лобового сопротивления таким образом, чтобы каждый из амортизаторов связывал рычаг одной лопасти с одной такой лапой крепления, жестко связанной со ступицей.

Другие особенности и преимущества предлагаемого изобретения следуют из приведенного ниже описания примера его практической реализации, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых:
фиг. 1 представляют собой частичный схематический вид в осевом разрезе ступицы в соответствии с предлагаемым изобретением, причем этот разрез выполнен по линии I-I, показанной на фиг. 2;
фиг. 2 представляет собой схематический вид сверху на ступицу в соответствии с предлагаемым изобретением, показанную на фиг. 1, в которой верхняя тарелка предполагается удаленной, причем этот вид соответствует разрезу по линии II-II, показанной на фиг. 1;
фиг. 3 представляет собой схематический перспективный вид, демонстрирующий порядок сборки ступицы;
фиг. 4 представляет собой частичный схематический вид, соответствующий фиг. 2 и иллюстрирующий вариант реализации втулки несущего винта вертолета в соответствии с предлагаемым изобретением.

Втулка несущего винта T летательного аппарата типа вертолета схематически представлена на фиг. 1 и 2, несущий винт содержит три лопасти, равномерно распределенные вокруг оси вращения Z-Z этой втулки несущего винта и представленные только их основаниями 1 /на фиг. 1 схематически представлено только одно основание одной лопасти 1 для упрощения чертежа/. Основание 1 каждой из лопастей снабжено жестким кольцом 2, образующим узел крепления соответствующей лопасти к ступице втулки несущего винта и связанным с лонжероном этой лопасти.

Ступица содержит верхнюю тарелку 3 и нижнюю тарелку 4, образующие две различные детали, присоединяемые одна к другой посредством средств крепления, выполненных в виде болтов 5 или 6.

Верхняя тарелка 3 содержит центральную выемку 7, тогда как нижняя тарелка 4 содержит коническое углубление в центральной части 4A в форме чаши, открытую в направлении верхней тарелки 3 и выступающую по направлению вниз, причем чаша окружена плоским периферийным выступом 4B. Эта чаша 4A служит для закрепления втулки несущего винта вертолета на вращающемся валу 9 при помощи болтов 10.

Для того, чтобы с помощью шарнира присоединить каждую лопасть несущего винта к данной ступице, предусмотрены специальные слоистые сферические упоры 8 известной конструкции, центр 11 вращения которых располагается на оси L-L соответствующей лопасти несущего винта, причем эти сферические упоры выступают в роли единственного шарнира, выполняющего функции вертикального, горизонтального и осевого шарниров.

Каждый из слоистых сферических упоров 8 содержит внутреннюю арматуру 12, на которой кольцо 2 узла крепления соответствующей лопасти жестко закреплено известным образом, пакет 13 чередующихся между собой жестких чашек и пластин, изготовленных из подходящего упругого материала в форме сферических участков, и внешнюю арматуру 14. Каждый слоистый сферический упор 8 охвачен кольцом 2 узла крепления связанной с этим упором лопасти.

В соответствии с существенной особенностью предлагаемого изобретения внешние арматуры 14 слоистых сферических упоров 8 служат в качестве распорок или перемычек между верхней тарелкой 3 и нижней тарелкой 4, которые ограничивают между собой свободное пространство 15, в котором располагаются сферические упоры 8. Внешние арматуры 14 этих сферических упоров располагаются по периферийной части тарелок 3 и 4 и сквозь каждую такую внешнюю арматуру проходят два соединительных болта 5.

Для этого внешние арматуры 14 имеют отверстия 14а и 14б, точно соответствующие по расположению и геометрическим параметрам отверстиям 3а и 3б, выполненным в периферийной части верхней тарелки 3, и отверстиям 4а и 4б, выполненным в плоском периферийном выступе 4B нижней тарелки 4. Кроме того, в периферийной части тарелок располагаются перемычки или распорки 16, сквозь каждую из которых проходят два соединительных болта, пересекающих также периферийную часть тарелки 3 и плоский периферийный выступ 4A нижней тарелки 4 /см. фиг. 3/.

Таким образом, ступица в соответствии с предлагаемым изобретением образована тарелками 3 и 4, соединенными друг с другом при помощи системы болтов, с вставленными между тарелками внешними арматурами 14 сферических упоров и распорками или перемычками 16.

В примере реализации ступицы в соответствии с предлагаемым изобретением, схематически представленном на фиг. 1 и 2, втулка несущего винта летательного аппарата типа вертолета содержит три лопасти и каждая из тарелок 3 и 4 имеет в целом треугольную форму со срезанными вершинами 17, причем каждая из внешних арматур 14 сферических упоров располагается в непосредственной близости от такой срезанной вершины треугольника. В этом случае распорки или перемычки 16 располагаются вдоль боковых сторон треугольников между двумя соседними по периферийному контуру внешними арматурами 14.

Каждое основание лопасти 1 снабжено рычагом лопасти 18, образованным двумя пластинами 18A и 18B, располагающимися по одну и по другую стороны от основания соответствующей лопасти 1 и прикрепленными к этому основанию при помощи болтов 19. Каждый такой рычаг лопасти 18 шарнирно соединен с рычажной системой управления шагом, не показанной на приведенных в приложении фигурах.

Известным образом втулка несущего винта летательного аппарата типа вертолета в соответствии с предлагаемым изобретением может содержать амортизаторы лобового сопротивления или междулопастные демпферы 20 вязко-упругого или гидравлического типа.

На фиг. 2 схематически проиллюстрирован монтаж этих амортизаторов лобового сопротивления или междулопастных амортизаторов 20 между лопастями данного несущего винта, причем каждый такой амортизатор или демпфер связывает лопастные рычаги 18 двух соседних лопастей.

В то же время, на фиг. 4 схематически представлен амортизатор ледового сопротивления или демпфер горизонтальных колебаний несущего винта 20, связывающий рычаг лопасти 18 со ступицей втулки несущего винта. В этом случае упоры или распорки 16 могут содержать специально лапу 21 крепления этого амортизатора лобового сопротивления.

В то же время, рычаги лопастей 18 могут содержать центробежные упоры 22, способные взаимодействовать с гранями срезанных вершин треугольника 17.

Из сказанного выше нетрудно понять, что половина приводящего данный несущий винт во вращательное движение крутящего момента передается от нижней тарелки 4 к верхней тарелке 3 при помощи элементов соединения двух этих тарелок, проходящих сквозь внешние арматуры 14 сферических упоров 8 и перемычки или распорки 16. Усилия, возникающие в результате создания подъемной силы, и движения, связанные с колебаниями лопастей в процессе их вращения, проходят только через нижнюю тарелку, тогда как центробежные усилия, вызываемые вращением лопастей, распределяются между двумя тарелками 3 и 4.

Здесь следует отметить, что в соответствии с предлагаемым изобретением непосредственная связь одной лопасти несущего винта с другой при помощи амортизатора лобового сопротивления или междулопастного демпфера 20, располагающегося весьма близко к ступице, с тремя лопастями данного несущего винта, возможна только вследствие того обстоятельства, что связь изменения шага винта /связь к/ в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет удалить систему рычагов управления шагом винта /на приведенных в приложении фигурах не показан/ таким образом, чтобы освободить пространство, необходимое для размещения амортизаторов лобового сопротивления или междулопастных демпферов 20.

Такое техническое решение позволяет обеспечить максимальное возможную компактность ступицы данного несущего винта, а следовательно и ее уменьшенную массу и лобовое сопротивление.

В то же время, такое техническое решение, сопряженное с уменьшением расстояния между центром ступицы и сферическими упорами 8, позволяет модифицировать регулировку не вращающегося автомата перекоса /на приведенных в приложении фигурах не показан/ и при умеренном наклоне лопастных рычагов сделать симметричным подход этих рычагов управления к этому автомату перекоса по отношению к средней плоскости данного летательного аппарата. Это обстоятельство делает возможным устранение угловых качений управления на механической площадке с рычагами управления, проходящими непосредственно от группового переключателя, располагающегося в нижней части задней перегородки отсека автомата перекоса данного несущего винта.

Сочетание этих различных средств и конструктивных решений позволяет:
получить особенно компактную и особенно легкую ступицу втулки несущего винта благодаря приближению сферических упоров к центру этой ступицы, где в данном случае отсутствует приводной вал, и благодаря размещению амортизаторов или демпферов очень близко к этой ступице, особенно в варианте реализации междулопастных связей;
упростить конструкцию органов управления /шаг переключения управления на механической площадке/, благодаря компактности данной ступицы, соединению биения с шагом и наклону рычагов управления шагом.

В то же время, соединение биения и шага в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет улучшить поведение данного летательного аппарата с точки зрения его устойчивости и перехода в режим авторотации, а также угла наклона рычагов управления шагом, благодаря соединению шаг-лобовое сопротивление, то есть благоприятному с точки зрения резонанса земля-воздух.

Изобретение касается ступицы и втулки несущего винта летательного аппарата типа вертолета. В соответствии с этим изобретением упомянутая ступица содержит верхнюю тарелку и нижнюю тарелку 4, представляющие собой две различные детали, соединяемые друг с другом посредством внешних арматур 14 и сферических слоистых упоров 8 таким образом, чтобы упомянутые тарелки располагались на определенном расстоянии друг от друга и определяли между собой свободное пространство, в котором располагаются упомянутые сферические упоры 8. В периферийной части этих тарелок расположены внешние арматуры 14, сквозь которые проходят средства крепления 5, соединяющие между собой упомянутые тарелки и упомянутые сферические упоры 8. Изобретение направлено на упрощение конструкции и снижение веса. 2 с. и 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Ступица втулки несущего винта летательного аппарата типа вертолета, предназначенная для связи в радиальном направлении с имеющими жесткие кольца основаниями по меньшей мере двух лопастей несущего винта и содержащая узел крепления, имеющий сферические слоистые упоры, каждый из которых связан с одной лопастью, внешнюю арматуру, внутреннюю арматуру, связанную с основанием лопасти, пакет чередующихся между собой жестких чашек и пластин, изготовленных из упругого материала с участками сферической поверхности, имеющих общий центр, причем каждый слоистый сферический упор предназначен для удержания связанной с ним лопасти несущего винта, выполняя функции горизонтального, вертикального и осевого шарниров одновременно, жесткое кольцо каждой лопасти охватывает связанный с этой лопастью слоистый сферический упор и жестко связано с внутренней арматурой этого сферического упора, отличающаяся тем, что она снабжена верхней тарелкой и нижней тарелкой, которые соединены между собой при помощи средств крепления и внешней арматуры сферических упоров таким образом, что сферические упоры расположены в свободном пространстве между тарелками, внешние арматуры расположены в периферийной части тарелок. 2. Ступица по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена для соединения тарелок распорками, которые расположены в периферийной части тарелок в пространстве между внешней арматурой. 3. Ступица по п.2, предназначенная для несущего винта с тремя лопастями, отличающаяся тем, что каждая из тарелок имеет треугольную форму со срезанными вершинами, каждая внешняя арматура расположена в непосредственной близости от срезанной вершины треугольника, а распорки расположены вдоль боковых сторон треугольников. 4. Ступица по любому из пп.1 - 3, отличающаяся тем, что нижняя тарелка имеет в центральной части углубление в форме чаши, открытой в направлении верхней тарелки, и периферийный выступ, на котором установлены внешние арматуры сферических упоров. 5. Ступица по любому из пп.2 - 4, отличающаяся тем, что распорки смонтированы на периферийном выступе нижней тарелки. 6. Ступица по любому из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что верхняя тарелка имеет центральную выемку, расположенную против углубления нижней тарелки. 7. Ступица по любому из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что тарелки изготовлены из легких сплавов. 8. Ступица по любому из пп.1 - 6, отличающаяся тем, что тарелки изготовлены из композиционного материала. 9. Несущий винт для летательного аппарата типа вертолета, содержащий ступицу втулки несущего винта, по меньшей мере две лопасти, каждая из которых связана в радиальном направлении со ступицей при помощи основания лопасти, которое имеет жесткое кольцо, узел крепления каждой лопасти к ступице, имеющий слоистый сферический упор, внешнюю арматуру, жестко связанную со ступицей, внутреннюю арматуру, связанную с основанием лопасти, пакет, набранный из чередующихся между собой жестких чашек и пластин, изготовленных из упругого материала с участками сферической поверхности, имеющих общий центр, причем каждый слоистый сферический упор предназначен для удержания связанной с ним лопасти несущего винта, выполняя функции горизонтального, вертикального и осевого шарниров одновременно, жесткое кольцо каждой лопасти охватывает связанный с этой лопастью слоистый сферический упор и жестко связано с внутренней арматурой этого сферического упора, отличающийся тем, что ступица выполнена по п.1. 10. Несущий винт по п.9, отличающийся тем, что ступица выполнена по пп.2 - 8. 11. Несущий винт по любому из п.9 или 10, отличающийся тем, что он снабжен рычагом, который состоит из двух пластин, расположенных по одну и по другую сторону от основания этой лопасти и прикрепленных к этому основанию. 12. Несущий винт по п.11, отличающийся тем, что он содержит амортизаторы лобового сопротивления лопастей, причем каждый амортизатор расположен между рычагами двух расположенных рядом лопастей. 13. Несущий винт по п.12, отличающийся тем, что каждый амортизатор расположен между рычагом одной лопасти и ступицей. 14. Несущий винт по п.13, отличающийся тем, что ступица имеет распорки, расположенные в периферийной части тарелок и жестко присоединенные к этим тарелкам, причем распорки выполнены с лапой крепления, предназначенной для присоединения амортизатора лобового сопротивления к ступице.