ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ДЕМПФЕР Российский патент 2002 года по МПК B64C27/51 F16F9/20 

Изобретение относится к вертолетостроению, в частности к гидравлическим демпферам, предназначенным для гашения колебаний лопастей винта вертолета.

Известен гидравлический демпфер, установленный на втулке несущего винта вертолета Ми-8, являющийся ближайшим аналогом заявляемой конструкции (кн. В. А. Данилов "Вертолет Ми-8", Устройство и техническое обслуживание, М. "Транспорт" 1988, с. 129 - 131, см. Приложение) и содержащий гидроцилиндр с узлом крепления к кронштейну подвижной части вертикального шарнира, шток с поршнем и с узлом крепления, присоединенным к корпусу втулки винта, и установленные в каналах поршня перепускные клапаны с перекрывающими элементами, подпружиненными с разных сторон поршня.

Демпфирование угловых перемещений лопастей несущего винта в плоскости вращения необходимо в связи с наличием в конструкции втулки несущего винта вертикальных шарниров. Известный гидравлический демпфер предназначен для демпфирования колебаний лопасти относительно вертикального шарнира и, главным образом, с целью предотвращения колебаний вертолета типа "земной резонанс".

При проектировании легких вертолетов с механической обратимой системой управления существует необходимость демпфирования крутильных колебаний лопастей, передаваемых в систему управления вертолета. Для установки демпфера в цепь системы управления необходимо, чтобы он обладал двояким свойством: имел высокие демпфирующие свойства для сил, приходящих с винта, и в то же время имел малое сопротивление и, соответственно, малое демпфирование для сил, приходящих от летчика. Этому требованию не отвечает конструкция известного демпфера.

Задачей предлагаемого изобретения является создание конструкции гидравлического демпфера с изменяемой характеристикой демпфирования, в частности, для работы в системе управления вертолетом, имеющим механическую безбустерную систему управления.

Указанная задача решена благодаря тому, что в гидравлическом демпфере, содержащем гидроцилиндр, шток с поршнем, установленные в каналах поршня клапаны с перекрывающими элементами, подпружиненными с разных сторон поршня, причем гидроцилиндр и шток имеют узлы крепления, внутри штока со стороны, противоположной его узлу крепления, расположен управляющий шток с толкателем на конце, установленный с возможностью взаимодействия толкателя с перекрывающими элементами клапанов и с поршнем при осевом перемещении управляющего штока, при этом на другом конце управляющего штока установлен узел крепления к управляющему механизму.

Толкатель выполнен в виде расположенного на конце управляющего штока фланца с выступами, размещенного во внутренней полости поршня, причем при осевом перемещении управляющего штока выступы фланца взаимодействуют с перекрывающими элементами клапанов, а торцевые поверхности фланца - с противолежащими поверхностями внутренней полости поршня.

Для получения разных характеристик демпфера клапаны, установленные в каналах поршня, могут быть выполнены перепускными или обратными. Или часть из них может быть выполнена перепускными, а другая часть - обратными, при этом перепускные клапаны подпружинены с одной стороны поршня, а обратные клапаны подпружинены с другой стороны поршня.

Для упрощения устройства в одном канале могут быть установлены два клапана с перекрывающими элементами, подпружиненными с разных сторон.

Выполнение штока составным с расположением внутри него управляющего штока с дополнительным узлом крепления позволяет включить демпфер как тягу в цепь механической системы управления циклическим шагом винта вертолета по схеме: узел крепления штока соединен с рычагом невращающейся части автомата перекоса; узел крепления управляющего штока соединен с проводкой управления (соответствующего канала) циклического шага; гидроцилиндр своим узлом крепления закреплен на главном редукторе или фюзеляже вертолета.

Наличие внутреннего подвижного управляющего штока с толкателем позволяет при осевом перемещении управляющего штока открывать подпружиненные перекрывающие элементы клапанов, меняя расход жидкости, перетекающей из одной полости гидроцилиндра в другую, и таким образом делает демпфер управляемым со стороны управляющего штока, т.е. в данном случае со стороны летчика. Причем воздействие со стороны летчика на подпружиненные клапаны вызывает открытие клапанов, подпружиненных во встречном управляющему воздействию направлении.

Выполнение клапанов, установленных в каналах поршня, перепускными создает условия, при которых усилия, необходимые для движения штока со стороны управляющего штока, т.е. со стороны летчика, значительно меньше, чем усилия со стороны внешнего штока, т.е. со стороны винта. Это дает возможность установить такой гидродемпфер в систему управления вертолетом без существенного изменения нагрузки на ручке управления. При этом крутильные колебания лопастей, передающиеся через автомат перекоса на шток гидравлического демпфера в виде возвратно-поступательных движений, демпфируются и большая часть нагрузок с винта замыкается на фюзеляж вертолета и не доходит до ручки управления и летчика.

При установке в каналах поршня обратных клапанов устройство работает в режиме демпфера-гидрозамка: осуществляет демпфирование движения штока в направлении, совпадающем с направлением движения управляющего штока в направлении, совпадающем с направлением движения управляющего штока, и запирает шток относительно гидроцилиндра при движении штока в противоположном направлении. Такое выполнение гидравлического демпфера исключает передачу значительных усилий через управляющий шток на летчика в нештатных ситуациях.

Выполнение части клапанов перепускными, подпружиненными с одной стороны поршня, а другой части - обратными, подпружиненными с другой стороны поршня, позволяет получить несимметричную характеристику демпфирования "усилие на штоке - скорость хода штока".

Установка в одном канале поршня двух клапанов, перекрывающие элементы которых подпружинены с разных сторон поршня, позволяет упростить конструкцию поршня и толкателя, в частности сократить число каналов при необходимости до одного.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:
На фиг. 1 - гидравлический демпфер с двумя клапанами в канале поршня, вид сбоку с продольным разрезом;
на фиг. 2 - вид на поршень с перепускными клапанами;
на фиг. 3 - вид на поршень с обратными клапанами;
на фиг. 4 - положение толкателя при осевом перемещении управляющего штока;
на фиг. 5 - характеристика гидравлического демпфера с обратными клапанами;
на фиг. 6 - то же с перепускными клапанами;
на фиг. 7 - то же с обратными и перепускными клапанами, установленными с разных сторон поршня.

Гидравлический демпфер содержит (фиг. 1) гидроцилиндр 1 с узлом крепления 2, шток 3 с поршнем 4 и узлом крепления 5, обратные клапаны 6, установленные в каналах 7 поршня 4 (на чертежах изображен поршень 4 с одним каналом 7). Перекрывающие элементы 8 обратных клапанов 6 поджаты с помощью пружин 9. Во внутренней полости штока 3 со стороны, противоположной узлу крепления 5, расположен управляющий шток 10 с толкателем 11 на конце. На другом конце управляющего штока выполнен узел крепления 12.

Узел крепления 5 штока 3 предназначен для установки демпфера в систему управления вертолетом со стороны винта, а узел крепления 12 управляющего штока 10 - со стороны ручки управления летчика. При этом узлом крепления 2 гидроцилиндр 1 крепится к главному редуктору или фюзеляжу вертолета.

Толкатель 11 (фиг. 3) выполнен в виде фланца 13 с выступами 14, расположенного во внутренней полости поршня 4. При осевом перемещении управляющего штока 10 в любую сторону относительно нейтрального положения фланца 13 в пределах зазора "а" выступ 14 взаимодействует с перекрывающим элементом 8 клапана 6, отжимая пружину 9, а торцевая поверхность фланца 13 - с противолежащей поверхностью внутренней полости поршня 4.

На фиг. 1 и фиг. 3 изображен гидравлический демпфер с двумя обратными клапанами 6 в гидравлическом канале 7, перекрывающие элементы 8 которых подпружинены с разных сторон поршня 4. На фиг. 2 изображен поршень 4 с перепускными клапанами 15 в его гидравлическом канале 7.

Гидравлический демпфер работает следующим образом.

При нейтральном положении толкателя 11 относительно поршня 4 и, соответственно, при закрытых обратных клапанах 6 (фиг. 1) внешние силы, приходящие с рычагов поворота лопасти на автомат перекоса, полностью замыкаются на гидроцилиндр 1 и через узел его крепления 2 - на фюзеляж вертолета. Этому состоянию демпфера соответствует оттриммированная и "брошенная" ручка циклического управления вертолетом.

Как только летчик берется за ручку управления, он страгивает управляющий шток 10 (фиг. 4), открывает выступом 14 обратный клапан 6 со стороны поршня 4, соответствующей направлению движения ручки. Далее, преодолев зазор "а", фланец 13 соприкасается с противолежащей поверхностью внутренней полости поршня 4, приводя в движение шток 3. Таким образом, управляющее воздействие проходит через гидравлический демпфер на автомат перекоса и далее на лопасти винта, а шток 3 и управляющий шток 10 выполняют роль жесткой тяги. При этом движение штока 3 и поршня 4 относительно гидроцилиндра 1 создает в одной полости гидроцилиндра зону повышенного давления, но так как предварительно был открыт соответствующий обратный клапан 6, то жидкость перетекает по каналу 7 из полости с повышенным давлением в полость с пониженным давлением, преодолев усилие пружины 9 и отжав перекрывающий элемент 8 противолежащего клапана 6.

При этом внешние знакопеременные нагрузки, приходящие с лопастей на автомат перекоса и шток 3, в момент совпадения их направления с направлением движения управляющего штока 10 будут демпфироваться: открытые обратные клапаны 6 в этот момент представляют собой перепускные клапаны демпфера. В момент несовпадения направления внешних сил с направлением движения управляющего штока 10 происходит закрытие обратных клапанов 6, открытых до этого гидравлическим давлением перетекающей по каналу 7 жидкости, т.е. гидравлический демпфер работает как гидрозамок, не пропускающий на летчика противодействующие управлению силы.

Характеристика "усилие на штоке 3 - скорость хода штока 3" демпфера с обратными клапанами представлена на фиг. 5. Ломаные линии "б" и "в" соответствуют двум предельным положениям управляющего штока 10 (фиг. 4) относительно поршня 4.

В случае выполнения гидравлического демпфера с перепускными клапанами 15 (фиг. 2) их перекрывающие элементы 16 имеют центральное отверстие и ряд периферийных отверстий, которые при неотжатом положении перекрывающего элемента 16 закрыты. При воздействии выступа 14 толкателя 11 на перекрывающий элемент 16 периферийные отверстия перепускного клапана открываются и перепускают жидкость, резко меняя характеристику демпфирования. Характеристика демпфера с перепускными клапанами приведена на фиг. 6. Ломаные линии "г" и "д" соответствуют двум предельным положениям управляющего штока 10 относительно поршня 4. Линия "е" на фиг. 6 показывает характеристику гидравлического демпфера - ближайшего аналога.

Гидравлический демпфер с клапанами, одна часть которых - перепускные клапаны и подпружинены с одной стороны поршня, а другая часть - обратные клапаны и подпружинены с другой стороны поршня, имеет несимметричную характеристику демпфирования, изображенную на фиг. 7 ломаными линиями "з" и "ж", соответствующими двум предельным положениям управляющего штока 10.

Предлагаемая конструкция гидравлического демпфера с изменяемой характеристикой демпфирования позволяет установить его в механическую безбустерную систему управления вертолетом для предотвращения прохождения крутильных колебаний лопастей в систему управления и на летчика в виде зуда и вибраций ручки управления. Это повышает комфорт пилотирования, защищает летчика от чрезмерных и опасных переменных нагрузок при попадании вертолета на нерасчетный режим полета и, в конечном итоге, повышает безопасность полета вертолета.

Изобретение относится к вертолетостроению, в частности к гидравлическим демпферам, предназначенным для гашения колебаний лопастей несущего винта вертолета. Технический результат заключается в создании гидравлического демпфера с изменяемой характеристикой демпфирования, в частности, для работы в системе управления вертолетом, имеющим механическую безбустерную систему управления, для предотвращения прохождения крутильных колебаний лопастей в систему управления. Указанная задача решена благодаря тому, что в гидравлическом демпфере, содержащем гидроцилиндр, шток с поршнем, установленные в каналах поршня клапаны с перекрывающими элементами, подпружиненными с разных сторон поршня, причем гидроцилиндр и шток имеют узлы крепления, внутри штока со стороны, противоположной его узлу крепления, расположен управляющий шток с толкателем на конце, установленный с возможностью взаимодействия толкателя с перекрывающими элементами клапанов и с поршнем при осевом перемещении управляющего штока, при этом на другом конце установлен узел крепления к управляющему механизму. 5 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Гидравлический демпфер, содержащий гидроцилиндр, шток с поршнем, установленные в каналах поршня клапаны с перекрывающими элементами, подпружиненными с разных сторон поршня, причем гидроцилиндр и шток имеют узлы крепления, отличающийся тем, что внутри штока со стороны, противоположной его узлу крепления, расположен управляющий шток с толкателем на конце, установленный с возможностью взаимодействия толкателя с перекрывающими элементами клапанов и с поршнем при осевом перемещении управляющего штока, при этом на другом конце управляющего штока установлен узел крепления к управляющему механизму. 2. Гидравлический демпфер по п. 1, отличающийся тем, что толкатель выполнен в виде расположенного на конце управляющего штока фланца с выступами, размещенного во внутренней полости поршня, причем при осевом перемещении управляющего штока выступы фланца взаимодействуют с перекрывающими элементами клапанов, а торцевые поверхности фланца - с противолежащими поверхностями внутренней полости поршня. 3. Гидравлический демпфер по п. 1, отличающийся тем, что клапаны выполнены перепускными. 4. Гидравлический демпфер по п. 1, отличающийся тем, что клапаны выполнены обратными. 5. Гидравлический демпфер по п. 1, отличающийся тем, что часть клапанов выполнена перепускными, а другая часть - обратными, при этом перепускные клапаны подпружинены с одной стороны поршня, а обратные клапана подпружинены с другой стороны поршня. 6. Гидравлический демпфер по пп. 1, 3, 4, 5, отличающийся тем, что в одном канале установлены два клапана с перекрывающими элементами, подпружиненными с разных сторон.