НЕСУЩИЙ ВИНТ ВЕРТОЛЕТА Российский патент 2006 года по МПК B64C27/32 

Изобретение относится к области авиационной техники и касается несущего винта одновинтового вертолета, несущих винтов вертолета поперечной схемы, верхних несущих винтов вертолетов соосной и продольной схем.

Известен несущий винт летательного аппарата, содержащий V-образные торсионы, соединенные с втулкой и через вертикальные шарниры с переходниками крепления лопастей, кожухи из композиционного материала, размещенные вокруг торсионов, при этом на одном конце каждого закреплен рычаг управления углом установки лопасти и сферический подшипник, надетый на палец, закрепленный на втулке, а другой конец кожуха через вертикальный шарнир присоединен к торсиону и к переходнику крепления лопасти, упругий элемент, расположенный в кожухе вдоль оси рукава между переходником крепления лопасти и рычагом управления углом установки лопасти, при этом разрезанным концом упругий элемент жестко соединен с проушинами переходника лопасти, а противоположным концом вставлен в направляющие на рычаге управления углом установки лопасти (см. патент России №2033943, 1991 г. - прототип).

В таком устройстве отсутствует возможность снижения момента в плоскости вращения в вертикальном шарнире несущего винта, так как не установлено соотношение между жесткостью в плоскости вращения упругого элемента и расстоянием между осью вращения винта и осью вертикального шарнира.

Задача, решаемая в заявляемом техническом решении, заключается в снижении момента в плоскости вращения в вертикальном шарнире несущего винта вертолета при осуществлении технического результата - повышении надежности винта.

Существенными признаками заявляемого несущего винта вертолета, общими с прототипом, являются: V-образные торсионы, соединенные с втулкой и через вертикальные шарниры с переходниками крепления лопастей, кожухи из композиционного материала, размещенные вокруг торсионов, при этом на одном конце каждого закреплен рычаг управления углом установки лопасти и сферический подшипник, надетый на палец, закрепленный на втулке, а другой конец кожуха через вертикальный шарнир присоединен к торсиону и к переходнику крепления лопасти, упругий элемент, расположенный в кожухе вдоль оси рукава между переходником крепления лопасти и рычагом управления углом установки лопасти, при этом разрезанным концом упругий элемент жестко соединен с проушинами переходника, а противоположным концом вставлен в направляющие на рычаге управления углом установки лопасти.

Признаком заявляемого изобретения, отличным от прототипа, является упругий элемент несущего винта, выполненный с изгибной жесткостью EJ_y в плоскости вращения, определяемой соотношением

где: EJ_x - изгибная жесткость в плоскости вращения торсиона несущего винта;

d - расстояние от середины контактной площадки упругого элемента с направляющими рычага управления углом установки лопасти до переходника крепления лопасти;

y - переменная интегрирования по длине упругого элемента по направлению от середины контактной площадки к переходнику крепления лопасти;

b - расстояние между осью вертикального шарнира и осью болта крепления торсиона к втулке винта;

x - переменная интегрирования по длине торсиона по направлению от оси вертикального шарнира к втулке;

l - расстояние от середины контактной площадки до оси вертикального шарнира;

ω - частота вращения несущего винта;

l₀ - расстояние между осью вращения винта и осью вертикального шарнира;

S - статический момент массы лопасти относительно оси вертикального шарнира.

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

Технический результат - повышение надежности несущего винта реализуется при осуществлении совокупности существенных признаков заявляемого изобретения, причинно-следственная связь между которыми следует из соотношения (14).

На чертеже представлен вид сверху на рукав несущего винта вертолета.

На втулке 1 винта закреплен рукав несущего винта, содержащий: торсион 2, переходник 3 крепления лопасти, кожух 4, рычаг 5 управления углом установки лопасти, упругий элемент 6, направляющие 7 рычага управления углом установки лопасти. Контакт между упругим элементом 6 и направляющими 7 осуществляется по контактной площадке 8, длина которой обозначена α. Ось симметрии рукава 9, ось вертикального шарнира 10, ось болта 11 крепления торсиона к втулке, ось вращения винта 12. В переходнике 3 рукава винта установлена лопасть 13. Расстояние от середины контактной площадки 8 до оси вертикального шарнира 10 обозначено l, до переходника 3 крепления лопасти - d. Расстояние между осью вертикального шарнира 10 и осью болта 11 крепления торсиона к втулке обозначено b. Расстояние между осью вращения винта 12 и осью вертикального шарнира 10 обозначено l₀. Плоскость вращения винта перпендикулярна оси вращения винта 12 и проходит через ось симметрии рукава 9. Переменная интегрирования по длине упругого элемента 6 обозначена y, и интегрирование происходит по направлению от середины контактной площадки 8 к переходнику 3 крепления лопасти. Переменная интегрирования по длине торсиона 2 обозначена x, и интегрирование происходит по направлению от оси вертикального шарнира 10 к втулке 1. Амплитуда угловых колебаний лопасти 13 относительно оси вертикального шарнира 10 обозначена γ, момент, действующий относительно оси 10, обозначен M. Сила Р перпендикулярна оси рукава 9, приложена к упругому элементу 6 посередине контактной площадки 8 и к торсиону 2 по оси вертикального шарнира 10. S - статический момент массы лопасти относительно оси вертикального шарнира, ω - частота вращения несущего винта.

При вращении несущего винта в полете лопасть 13 совершает угловые колебания с амплитудой γ относительно оси вертикального шарнира 10. Возникающий при этом момент М относительно оси вертикального шарнира 10 уравновешивается силой P=M/l, приложенной к упругому элементу 6 посередине контактной площадки 8 перпендикулярно оси рукава 9 и действующей так же на торсион 2 по оси вертикального шарнира 10 перпендикулярного оси рукава 9. Сила Р вызывает деформации упругого элемента 6 и торсиона 2, формирующие угловую жесткость С в вертикальном шарнире, вычисляемую с применением интегралов

Поскольку момент M связан с жесткостью C соотношением M=C·γ, то при регламентируемых в полете амплитудах угловых колебаний лопасти в вертикальном шарнире наименьшие величины момента в плоскости вращения получают при значении жесткости упругого элемента 6 несущего винта, которую устанавливают по полученному в результате исследований соотношению (14).

Возможность осуществления технического решения следует из представленных графических материалов, описания устройства в статике и в динамике, полученного в результате исследований соотношения (14).

Изобретение относится к области авиационной техники и касается несущего винта одновинтового вертолета, несущих винтов вертолета поперечной схемы, верхних несущих винтов вертолетов соосной и продольной схем. Несущий винт вертолета содержит V-образные торсионы, вертикальные шарниры и упругие элементы. Упругие элементы несущего винта выполнены с изгибной жесткостью в плоскости вращения, определяемой соотношением, позволяющим минимизировать моменты в плоскости вращения в вертикальном шарнире несущего винта. Техническим результатом является повышение надежности несущего винта. 1 ил.

Несущий винт вертолета, содержащий V-образные торсионы, соединенные с втулкой и через вертикальные шарниры с переходниками крепления лопастей, кожухи из композиционного материала, размещенные вокруг торсионов, при этом на одном конце каждого закреплен рычаг управления углом установки лопасти и сферический подшипник, надетый на палец, закрепленный на втулке, а другой конец кожуха через вертикальный шарнир присоединен к торсиону и к переходнику крепления лопасти, упругий элемент, расположенный в кожухе вдоль оси рукава между переходником крепления лопасти и рычагом управления углом установки лопасти, при этом разрезанным концом упругий элемент жестко соединен с проушинами переходника лопасти, а противоположным концом вставлен в направляющие на рычаге управления углом установки лопасти, отличающийся тем, что упругий элемент несущего винта выполнен с изгибной жесткостью EJ_у в плоскости вращения, определяемой соотношением

где EJ_х - изгибная жесткость в плоскости вращения торсиона несущего винта;

d - расстояние от середины контактной площадки упругого элемента с направляющими рычага управления углом установки лопасти до переходника крепления лопасти;

у - переменная интегрирования по длине упругого элемента по направлению от середины контактной площадки к переходнику крепления лопасти;

b - расстояние между осью вертикального шарнира и осью болта крепления торсиона к втулке винта;

х - переменная интегрирования по длине торсиона по направлению от оси вертикального шарнира к втулке;

l - расстояние от середины контактной площадки до оси вертикального шарнира;

ω - частота вращения несущего винта;

l₀ - расстояние между осью вращения винта и осью вертикального шарнира;

S - статический момент массы лопасти относительно оси вертикального шарнира.