ВИНТ ВЕРТОЛЕТА И ВЕРТОЛЕТ (ВАРИАНТЫ), СОДЕРЖАЩИЙ ЭТОТ ВИНТ Российский патент 2014 года по МПК B64C27/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к винту вертолета.

Уровень техники

Известны вертолеты, включающие в себя фюзеляж; несущий винт, установленный сверху в центральной части фюзеляжа, и рулевой винт, который противодействует крутящему моменту, передаваемому от несущего винта на фюзеляж.

Известны также несущие винты и/или рулевые винты с шарнирно закрепленными лопастями.

В частности, несущие винты с шарнирно закрепленными лопастями включают в себя вал трансмиссии, который вращается относительно первой оси, ступицу, которая вращается вместе с валом трансмиссии относительно первой оси, а также некоторое количество лопастей, выступающих из ступицы вдоль вторых осей, в радиальном направлении по отношению к первой оси.

Каждая лопасть может вращаться относительно ступицы вокруг соответствующей второй оси, для регулирования ее угла атаки относительно воздушного потока, и может свободно колебаться по отношению к ступице вокруг соответствующей третьей оси для так называемого «биения» лопастей. Третья ось расположена поперек по отношению к первой и второй осям соответствующей лопасти.

Кроме того, каждая лопасть может свободно колебаться по отношению к ступице и другим лопастям вокруг соответствующей четвертой оси, параллельной первой оси, совершая так называемое «опережающе-запаздывающее» движение.

В данной отрасли ощущается потребность в том, чтобы погасить вибрацию, вызванную опережающе-запаздывающим движением лопастей в широком диапазоне скоростей вращения вала трансмиссии относительно первой оси, но не ухудшить при этом аэродинамические характеристики самого несущего винта.

Раскрытие изобретения

Ввиду изложенного задачей настоящего изобретения является обеспечение винта вертолета такой конструкции, которая позволяет достичь упомянутых выше целей простым и недорогим способом.

Согласно изобретению эта задача решается с помощью винта вертолета, обладающего признаками пункта 1 формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Предпочтительный, не ограничивающий вариант осуществления настоящего изобретения объясняется ниже в качестве примера, со ссылкой на фигуры чертежей, где

Фиг.1 показывает изображение в перспективе вертолета, включающего в себя винт согласно настоящему изобретению;

Фиг.2 показывает вид сбоку хвостовой части вертолета по фиг.1;

Фиг.3 показывает крупномасштабный главный вид первого варианта осуществления винта вертолета по фиг.1 и 2;

Фиг.4 главный вид первого варианта осуществления винта по фиг.3 (некоторые детали удалены для ясности);

Фиг.5 показывает изображение в перспективе первого варианта осуществления винта по фиг.3;

Фиг.6 показывает крупномасштабный главный вид второго варианта осуществления винта вертолета по фиг.1 и 2.

Осуществление изобретения

Цифрой 1 на фиг.1 обозначен вертолет, включающий в себя, главным образом, фюзеляж 2 с носовой частью 5, несущий винт 3 в верхней части фюзеляжа 2, вращающийся вокруг оси A, и рулевой винт 4, установленный на хвостовом оперении, выступающем из фюзеляжа 2 на противоположной стороне относительно носовой части 5.

В частности, несущий винт 3 обеспечивает подъемную силу и тягу, которые необходимы для подъема и движения вертолета 1 вперед, тогда как рулевой винт 4 прикладывает усилие к хвостовому оперению для создания выравнивающего крутящего момента на фюзеляже 2, чтобы уравновесить крутящий момент, воздействующий на фюзеляж 2 во время вращения несущего винта 3; в противном случае этот крутящий момент стремится вращать фюзеляж 2 вокруг оси A.

Винт 4 представляет собой винт с шарнирно закрепленными лопастями и включает в себя, главным образом, следующее (фиг.3-5):

- вал 10 трансмиссии (схематически показан только на фиг.4 и 5), вращающийся вокруг оси B, которая расположена поперек оси A несущего винта 3;

- ступицу 11, закрепленную на валу 10 для совместного вращения с валом 10 относительно оси В; и

- определенное число лопастей 12, которые выступают из ступицы 11 с противоположных сторон оси B и проходят вдоль соответствующих осей C, расположенных поперек по отношению к оси B.

Ступица 11, главным образом, включает в себя следующее:

- два пластинчатых замка 13, которые лежат в соответствующих плоскостях, перпендикулярных оси В, расположенных на определенном расстоянии друг от друга в направлении оси B, каждый из которых имеет определенное число - в показанном примере три - удлиненных участков 14, которые проходят в радиальном направлении от оси B;

- основной корпус 15, расположенный в осевом направлении между пластинчатыми замками 13 и проходящий параллельно оси B; и

- определенное число - в показанном примере три - поперечных элементов 16, параллельных оси B и расположенных на некотором расстоянии от нее, под равным углом друг к другу относительно оси В, каждый из которых размещен между соответствующими удлиненными участками 14 пластинчатых замков 13.

В частности, корпус 15 включает в себя - в показанном примере три - выемки 55 (фиг.4), которые расположены под равным углом друг к другу относительно оси В и открыты в противоположную сторону от оси В.

Каждая лопасть 12 включает в себя основную часть, образующую поверхности для поддерживания/движения вперед вертолета 1, и корневую часть 17, которая в радиальном направлении находится ближе к оси В, чем основная часть.

В частности, корневая часть 17 каждой лопасти 12, по существу, включает в себя комель 21 (фиг.4 и 5), образующий внутренний по отношению к оси B конец лопасти 12 в радиальном направлении, и соединительный элемент 18, который шарнирно соединен с соответствующим поперечным элементом 16 и расположен между комлем 21 и основной частью соответствующей лопасти 12.

Соединительный элемент 18 каждой лопасти 12 шарнирно прикреплен к соответствующему поперечному элементу 16, благодаря чему он может двигаться относительно оси C, относительно соответствующей оси E, которая параллельна оси B и находится на некотором расстоянии от нее, и относительно оси D, которая перпендикулярна оси B и расположена поперек по отношению к соответствующей оси C.

Соединительный элемент 18 каждой лопасти 12 шарнирно прикреплен к соответствующему поперечному элементу 16 с расположением между ними соответствующей упругой опоры 19. Каждая упругая опора 19 позволяет соответствующей лопасти 12 вращаться относительно ступицы 11 вокруг центра вращения F, который находится на пересечении соответствующих осей C, D, E.

Благодаря этому каждая лопасть 12 может свободно колебаться относительно ступицы 11 вокруг соответствующей оси D, чтобы происходило «биение» лопастей.

При внешнем управлении каждая лопасть 12 может также свободно вращаться вокруг соответствующей оси С относительно ступицы 11 и других лопастей, что позволяет изменять ее угол атаки по отношению к воздушному потоку.

В частности, корневая часть 17 каждой лопасти 12 включает в себя удлиненный элемент 20, который расположен со смещением по отношению к соответствующей оси C и к которому прикладывают усилие посредством внешнего управления для вращения лопасти 12 относительно соответствующей оси C.

Каждая лопасть 12 может также свободно колебаться вокруг соответствующей оси Е относительно ступицы 11 и других лопастей, чтобы происходило «опережающе-запаздывающее» движение.

Винт 4, кроме того, включает в себя некоторое число амортизаторов 25 (фиг.2-5), которые соединены друг с другом, и каждый из которых соединен с соответствующей лопастью 12.

Амортизаторы 25 служат для гашения вибрации, вызванной колебанием соответствующей лопасти 12 относительно оси E и относительно других лопастей 12 и ступицы 11, то есть для гашения вибрации, вызванной «опережающе-запаздывающим» движением лопасти 12.

Действуя в радиальном направлении по отношению к оси В, каждый амортизатор 25 преимущественно расположен между осью В и осью Е соответствующей лопасти 12.

В частности, каждый амортизатор 25 включает в себя каркас 26, предпочтительно выполненный из жесткого металлического материала, в котором имеется полость 27, а также элемент 28 из эластомерного материала, помещенный в полость 27. Каркасы 26 амортизаторов 25 предпочтительно выполнены из металлического материала.

Каркас 26 каждого амортизатора 25 включает в себя следующее:

- стенку 30, параллельную оси B, которая обращена к корпусу 15, находится на некотором расстоянии от него и через которую проходит комель 21;

- две противоположные стенки 31, которые перпендикулярны оси В и выступают из соответствующих торцевых кромок соответствующей стенки 30, расположенных по направлению оси, по другую сторону от оси B; и

- две стенки 32, которые лежат в соответствующих плоскостях, параллельных оси B, выступают из соответствующей стенки 30 по другую сторону от оси В и расположены между соответствующими стенками 31 в направлении, параллельном оси В.

Каракас 26 каждого амортизатора 25, кроме того, включает в себя две стенки 33, которые параллельны оси B и выступают из соответствующий стенки 30 по другую сторону от оси B. В частности, стенки 33 проходят от соответствующих концов каркаса 26 соответствующего амортизатора 25, касательных по отношению к оси B, а стенки 32 расположены между соответствующими стенками 33.

Каждая стенка 30 состоит из плоского участка 34 и криволинейного вогнутого участка.

Каждая стенка 31 включает в себя оконечную кромку 36 по другую сторону от стенки 30. В частности, оконечная кромка 36 каждой стенки 31, в свою очередь, включает в себя плоский центральный участок 37 и два криволинейных выпуклых концевых участка 38.

Каждый элемент 28 из эластомерного материала имеет, по существу, призматическую форму, выполнен предпочтительно из вулканизированного каучука, и соединен со стенками 31, 32 соответствующего каркаса 26 слоями клеящего материала, которые не показаны на фигурах.

Каждая полость 27 ограничена стенками 32 соответствующего каркаса 26 в направлении по касательной к оси В и участком стенки 30 соответствующего каркаса 26, расположенным между соответствующими стенками 32, которые являются внутренними по отношению к оси В в радиальном направлении.

В осевом направлении по отношению к оси В каждая полость 27 ограничена участками соответствующих стенок 31, которые ограничены участками 37 соответствующих оконечных кромок 36.

Согласно фиг.4 комель 21 каждой лопасти 12 включает в себя основную часть 39a, которая входит в зацепление с гнездом, образованным элементом 28 из эластомерного материала соответствующего амортизатора 25; и оконечную часть 39b, которая в радиальном направлении находится ближе к оси В, чем основная часть. В частности, оконечная часть 39b каждого комля 21 выступает из стенки 30 соответствующего амортизатора 25 в направлении оси B и свободно помещается внутри соответствующей выемки 55.

Выемки 55 образуют соответствующие защитные упорные поверхности для оконечных частей 39b соответствующих комлей 21, чтобы предотвратить чрезмерное колебание соответствующих лопастей 12 относительно соответствующих осей D и E из-за нарушения работы винта 4.

Амортизаторы 25 соединены друг с другом, образуя соответствующие звенья кольца 41, окружающего корпус 15 ступицы 11.

В частности, каждый амортизатор 25 включает в себя два соединительных участка 42 (фиг.5), которые выступают из соответствующих стенок 33 по другую сторону от соответствующих стенок 32, тангенциально по отношению к оси B.

Примыкающие друг к другу соединительные участки 42 смежных амортизаторов 25 соединены при помощи соответствующих болтов 43, оси которых параллельны оси B.

Амортизаторы 25 соединяются только с лопастями 12 и не соединяются непосредственно со ступицей 11.

Поэтому кольцо 41 может свободно колебаться относительно оси B в ответ на вращение лопастей 12 вокруг соответствующих осей E.

В реальной эксплуатации вал 10 вращает ступицу 11 относительно оси B.

Вращение ступицы 11, в свою очередь, приводит к совместному вращению лопастей относительно оси B.

Лопасти 12 обычно подвергаются воздействию различных аэродинамических нагрузок, которые имеют различные составляющие, параллельные оси B, и которые наклоняют лопасти 12 и ступицу 11 вокруг осей D и относительно вала 10, в результате чего происходит так называемое «биение» лопастей 12.

Из-за «биения» лопастей меняется расстояние между центром масс каждой лопасти 12 и осью B.

Для того чтобы сохранить угловой момент движения относительно оси B, каждая лопасть 12 вращается вокруг соответствующей оси E, чтобы увеличить скорость ее вращения относительно оси B по мере приближения ее центра масс к оси В.

И напротив, каждая лопасть 12 вращается относительно соответствующей оси Е, чтобы уменьшить скорость ее вращения относительно оси В по мере удаления ее центра масс от оси B.

Повторяющиеся периодические колебания лопастей 12 относительно соответствующих осей E создают вибрацию, которую гасят амортизаторы 25 путем деформирования элементов 28 из эластомерного материала.

Из-за вращения лопастей 12 относительно соответствующих осей E кольцо 41 занимает уравновешенное положение относительно оси B.

Цифрой 4' на фиг.6 показан другой вариант осуществления винта вертолета согласно настоящему изобретению. Винт 4' похож на винт 4, и представленное ниже описание касается только отличий между этими двумя винтами. Там, где это возможно, соответствующие или одинаковые детали винтов 4' и 4 обозначены одинаковыми номерами позиций.

В частности, винт 4' отличается от винта 4 тем, что включает в себя некоторое число - в показанном примере три - амортизаторов 50', выполненных из эластомерного материала, например каучука.

Каждый амортизатор 50' вытянут вдоль оси B, имеет постоянную толщину в радиальном направлении по отношению к оси B и ограничен в поперечном сечении, перпендикулярном оси В, двумя дугами с углом одинакового размера и с центром на оси B.

В радиальном направлении по отношению к оси В каждый амортизатор 50' расположен между внешней, в радиальном направлении по отношению к оси В, поверхностью основного корпуса 15 ступицы 11, и соответствующими двумя смежными амортизаторами 25'.

В частности, каждый амортизатор 50' взаимодействует с непосредственно примыкающими оконечными участками стенок 30 соответствующих амортизаторов 25'.

Поэтому кольцо 41' оказывается закрепленным на ступице 11 при помощи амортизаторов 50', и имеет большую жесткость, чем кольцо 41, в отношении вращения вокруг оси B.

Амортизаторы 50' предусмотрены, кроме того, для гашения вибрации, связанной с колебанием лопастей 12 относительно соответствующих осей D.

Винт 4' отличается от винта 4 также тем, что комель 21' каждой лопасти 12 полностью входит внутрь элемента 28 из эластомерного материала соответствующей лопасти 12, и тем, что каждый амортизатор 25' включает в себя шип 51' трапециидальной формы, который выступает из соответствующего каркаса 26' в направлении оси B, и входит в соответствующую выемку 55' в основном корпусе 15 ступицы 11.

В частности, оказывая действие по касательной относительно оси B, шип 51' чередуется с амортизаторами 50'.

Работа винта 4' не отличается от работы винта 4 и поэтому не будет описываться подробно.

Преимущества винта 4, 4', соответствующего настоящему изобретению, становятся ясными из представленного выше описания.

В частности, амортизаторы 25, 25' в радиальном направлении расположены гораздо ближе к оси В.

Вследствие этого, во время работы винта 4, 4' значительно уменьшается нагрузка на амортизаторы 25, 25', возникающая под действием центробежных сил.

В результате, эффективность гашения амортизаторами 25, 25' вибрации лопастей 12 относительно соответствующих осей E в незначительной степени подвержена воздействию центробежных сил на лопасти 12.

Поэтому амортизаторы 25, 25' более эффективны на высоких скоростях вращения вала 10 трансмиссии относительно оси B. Этот факт имеет особое преимущество в том случае, когда винтом 4 является рулевой винт, так как в рулевом винте вал трансмиссии вращается с высокой скоростью.

Более того, влияние амортизаторов 25, 25' на общую аэродинамическую эффективность винта 4, 4' минимально.

Очевидно, что в описанный и проиллюстрированный в этом документе винт 4 можно внести изменения, не отклоняясь от объема охраны, определенного в формуле изобретения.

В частности, винт 4, 4' может применяться в качестве несущего винта вертолета 1.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям вертолетов. Винт (4) вертолета (1) содержит вал (10) трансмиссии, который вращается относительно первой оси (B), ступицу (11), выполненную с возможностью вращения вместе с валом трансмиссии относительно первой оси (В), и лопасти (12), выступающие из ступицы (11) с противоположных сторон относительно первой оси (В) и проходящие вдоль соответствующих вторых осей (С), расположенных поперек по отношению к первой оси (В). Каждая лопасть (12) выполнена с возможностью движения по отношению к ступице (11) и другим лопастям (12) относительно соответствующей четвертой оси (Е), параллельной первой оси (В), относительно соответствующей второй оси (С) и относительно соответствующей третьей оси (D), расположенной поперек по отношению к первой и второй осям (В, С). Винт (4) содержит первые амортизаторы (25) для гашения вибрации, вызванной колебаниями соответствующих лопастей (12) относительно соответствующих четвертых осей (Е), и вторые амортизаторы (50), расположенные между внешней поверхностью основного корпуса ступицы и двумя первыми амортизаторами (25). Первые амортизаторы (25, 25') соединены друг с другом, и каждый из них соединен с соответствующей лопастью (12). В радиальном направлении по отношению к первой оси (В) первые амортизаторы (25) расположены между первой осью (В) и четвертой осью (Е) соответствующей лопасти (12). Достигается снижение вибрации, вызываемой опережающе-запаздывающим движением лопастей. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Винт вертолета, содержащий вал трансмиссии, выполненный с возможностью вращения вокруг первой оси; ступицу, выполненную с возможностью вращения вместе с валом трансмиссии относительно указанной первой оси; по меньшей мере, две лопасти, выступающие из ступицы с противоположных сторон относительно первой оси и проходящие вдоль соответствующих вторых осей, расположенных поперечно первой оси, причем каждая лопасть выполнена с возможностью движения по отношению к ступице и другим лопастям относительно соответствующей четвертой оси, параллельной первой оси, относительно соответствующей второй оси и относительно соответствующей третьей оси, расположенной поперечно первой и соответствующей второй оси; несколько первых амортизаторов для гашения вибрации, вызванной, по меньшей мере, колебаниями соответствующих лопастей относительно соответствующих четвертых осей, причем первые амортизаторы соединены друг с другом и каждый из них соединен с соответствующей лопастью, и в радиальном направлении по отношению к первой оси, по меньшей мере, один первый амортизатор расположен между первой осью и четвертой осью соответствующей лопасти; и несколько вторых амортизаторов, выполненных из эластомерного материала, отличающийся тем, что каждый из вторых амортизаторов расположен между внешней, в радиальном направлении по отношению к первой оси, поверхностью основного корпуса ступицы и соответствующими двумя первыми амортизаторами.

2. Винт по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна лопасть содержит соединительный элемент, шарнирно соединенный со ступицей с возможностью движения относительно второй, третьей и четвертой оси; и комель, образующий внутренний конец лопасти в радиальном направлении относительно первой оси и взаимодействующий с соответствующим первым амортизатором.

3. Винт по п.1, отличающийся тем, что первые амортизаторы образуют соответствующие звенья кольца, окружающего первую ось.

4. Винт по п.1, отличающийся тем, что указанное кольцо выполнено с возможностью свободного вращения по отношению к ступице вокруг первой оси.

5. Винт по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один из первых амортизаторов содержит шип, который входит в образованную в ступице выемку.

6. Винт по п.2, отличающийся тем, что каждый из первых амортизаторов содержит элемент из эластомерного материала, через который, по меньшей мере частично, проходит комель соответствующей лопасти; и каркас, выполненный из жесткого материала, в котором имеется полость, вмещающая в себя элемент из эластомерного материала.

7. Вертолет, содержащий несущий винт и винт по п.1, выполненный в виде рулевого винта.

8. Вертолет, содержащий рулевой винт и винт по п.1, выполненный в виде несущего винта.