ВИНТ ВЕРТОЛЕТА И ВЕРТОЛЕТ (ВАРИАНТЫ), СОДЕРЖАЩИЙ ЭТОТ ВИНТ Российский патент 2014 года по МПК B64C27/51 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к винту вертолета и к вертолету, содержащему этот винт.

Уровень техники

Известны вертолеты, содержащие фюзеляж, несущий винт, установленный на центральной части фюзеляжа, и рулевой хвостовой винт, предназначенный для противодействия вращательному моменту, который передает фюзеляжу несущий винт.

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

Несущие винты с шарнирно закрепленными лопастями содержат приводной вал, который вращается вокруг первой оси, втулку, которая вращается как единое целое с приводным валом вокруг первой оси, и несколько лопастей, выступающих из втулки в направлении соответствующих вторых осей, которые являются радиальными по отношению к первой оси.

Каждая лопасть может вращаться по отношению к втулке вокруг соответствующей второй оси для того, чтобы адаптировать свой угол атаки в соответствии с воздушным потоком, и может свободно колебаться относительно втулки вокруг соответствующей третьей оси, чтобы выполнять так называемое маховое движение. Более конкретно, каждая третья ось является перпендикулярной первой оси и второй оси соответствующей лопасти.

Каждая лопасть может свободно колебаться относительно втулки и других лопастей вокруг соответствующей четвертой оси, параллельной первой оси, чтобы совершать так называемое "опережающе запаздывающее движение".

Существует потребность в демпфировании вибрации, которую вызывает опережающее запаздывающее движение лопастей, при помощи гасящих устройств, на демпфирующее действие которых центробежная сила оказывает минимально возможное влияние, поэтому они являются эффективными в широком диапазоне скоростей вращения лопастей вокруг первой оси и в широком диапазоне позиций гасящего устройства в направлении второй оси соответствующих лопастей.

Кроме того, в данной области техники существует потребность в демпфировании вибрации, которую вызывает опережающее запаздывающее движение лопастей, при помощи гасящих устройств, обладающих минимально возможными весом и размерами.

И, наконец, существует потребность в демпфировании вибрации, которую вызывает опережающее запаздывающее движение лопастей, при помощи гасящих устройств, не требующих применения рабочей жидкости, например масла, для надлежащего функционирования системы, что позволяет упростить конструкцию и техническое обслуживание гасящих устройств.

Раскрытие изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечение экономичного и простого винта вертолета, удовлетворяющего по меньшей мере одному из вышеуказанных требований.

Настоящее изобретение предусматривает винт вертолета согласно п.1 формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Далее в качестве примера описаны два предпочтительных неограничивающих варианта осуществления настоящего изобретения со ссылками на сопровождающие графические материалы, на которых представлены:

фигура 1 - вид в перспективе вертолета, содержащего винт в соответствии с изобретением,

фигура 2 - вид в перспективе первого варианта осуществления винта в соответствии с изобретением, при этом некоторые детали удалены для наглядности,

фигура 3 - вид сверху первого варианта осуществления винта,

фигура 4 - график углового смещения гасителя колебаний в зависимости от углового смещения лопасти в первом варианте осуществления винта, показанного на фигурах 2 и 3, в соответствии с опережающе запаздывающими движениями лопасти,

фигура 5 - вид сверху второго варианта осуществления винта,

фигура 6 - график углового смещения гасителя колебаний в зависимости от углового смещения лопасти во втором варианте осуществления винта, показанного на фигуре 5, в соответствии с опережающе запаздывающими движениями лопасти.

Осуществление изобретения

Позиция 1 на фигуре 1 показывает вертолет, который, по существу, содержит фюзеляж 2 с носовой частью 5, несущий винт 3, установленный на верхней части фюзеляжа 2, и рулевой винт 4, который установлен на хвостовой балке, выступающей из фюзеляжа 2 с противоположного конца относительно носовой части 5.

Более конкретно, несущий винт 3 обеспечивает подъемное и тяговое усилие, необходимые для взлета и движения вертолета 1, тогда как винт 4 оказывает усилие на хвостовую балку, чтобы придать реактивный вращающий момент фюзеляжу 2 и уравновесить вращательный момент, который придает фюзеляжу 2 несущий винт 3 и который в противном случае заставил бы фюзеляж 2 вращаться вокруг оси А.

Винт 3 может свободно вращаться и, по существу, содержит (см. фигуры 2 и 3):

- приводной вал 10, который вращается против часовой стрелки вокруг оси А, как показано на виде сверху на фигурах 2 и 3,

- втулку 11, которая установлена на вал 10 и вращается как единое целое с валом 10 вокруг оси А, и

- несколько - как показано в данном примере, пять - лопастей 12 (фигура 3), выступающих из втулки 11 на противоположной стороне относительно оси А и удлиненных вдоль соответствующих осей В, перпендикулярных оси А.

Более конкретно, втулка 11 содержит корпус 16, который определяет цилиндрическое сквозное гнездо 17, принимающее приводной вал 10, и трубчатую часть 13, которая расположена радиально снаружи цилиндрического корпуса 16 по отношению к оси А, имеет криволинейный многоугольный профиль и соединена с корпусом 16 несколькими спицами 14, которые расположены с одинаковыми угловыми интервалами радиально по отношению к оси А.

Иными словами, втулка 11 содержит несколько сквозных гнезд 15, ориентированных в направлении, параллельном оси А, при этом указанные гнезда расположены с равными промежутками вокруг оси А и предназначены для крепления соответствующих лопастей 12.

Более конкретно, каждое гнездо 15 ограничено по периметру двумя соседними спицами 14, ограничено корпусом 16 радиально изнутри по отношению к оси А и ограничено трубчатой частью 13 радиально снаружи по отношению к оси А.

Каждая лопасть 12 содержит основной корпус 18 (на чертежах показан только частично), определяющий взлетные/тяговые поверхности вертолета, и стяжку 19, присоединенную болтами к радиально внутреннему концу 30 корпуса 18 по отношению к оси А и соединяющую лопасть 12 со втулкой 11.

Стяжка 19 каждой лопасти 12 имеет, по существу, С-образную форму и содержит два параллельных рычага 20, между которыми закреплен конец 30 корпуса 18 лопасти 12, а также соединительную часть 21, которая соединяет рычаги 20 и входит в соответствующее гнездо 15 во втулке 11.

Стяжка 19 каждой лопасти 12 шарнирно соединена с втулкой 11 при помощи упругой опоры 25.

Каждая опора 25 позволяет соответствующей лопасти 12 поворачиваться вокруг соответствующей оси В, чтобы адаптировать свой угол атаки к воздушному потоку, а также поворачиваться относительно втулки 11 и других лопастей 12 вокруг соответствующей оси С, проходящей параллельно оси А на некотором расстоянии от нее, чтобы совершать так называемое опережающее запаздывающее движение, и поворачиваться вокруг соответствующей оси D, проходящей перпендикулярно оси А и поперек соответствующей оси C, чтобы совершать так называемое маховое движение.

Оси B, C и D, вокруг которых поворачивается каждая лопасть 12, сходятся в одной точке.

Каждая лопасть 12 содержит выступающий элемент 23, который расположен эксцентрично по отношению к соответствующей оси B, выступает из радиально внутреннего конца корпуса 18 лопасти 12 по отношению к оси A и под действием органа управления поворачивает лопасть 12 вокруг соответствующей оси B, чтобы таким образом адаптировать угол атаки к воздушному потоку.

Выступающий элемент 23 содержит две стенки 26, которые имеют первые концы 32, разнесенные параллельно оси A, и вторые концы 33, противоположные концам 32, соединенные друг с другом. Более конкретно, концы 32 стенок 26 прикреплены к концу 30 корпуса 18 соответствующей лопасти 12.

Стенки 26 расположены между рычагами 20 стяжки 19.

Со стороны, обращенной к оси A, стенки 26 каждого выступающего элемента 23 соединяются другой стенкой.

Выступающие элементы 23 выступают из соответствующих корпусов 18 с одной и той же стороны соответствующих лопастей 12 относительно соответствующей оси В.

Винт 3 предпочтительно содержит несколько гасителей 40 колебаний, которые предназначены для демпфирования колебаний соответствующих лопастей 12 вокруг соответствующих осей C и которые содержат соответствующие части 41, способные поворачиваться как единое целое с соответствующими лопастями 12 вокруг соответствующей оси C, а также содержат соответствующие части 42, соединенные функционально друг с другом и имеющие упругое соединение с соответствующими частями 41.

Более конкретно (фигуры 2 и 3), все гасители 40 колебаний выполнены из эластомерного материала и содержат некоторое количество металла, внедренного в эластомерный материал, таким образом все гасители 40 колебаний могут упруго деформироваться под нагрузкой.

Каждый гаситель 40 колебаний расположен между стенками 26 выступающего элемента 23 соответствующей лопасти 12 и является, по существу, цилиндрическим относительно оси Е, параллельной оси С соответствующей лопасти 12.

Более конкретно, каждый гаситель 40 колебаний содержит:

- два основания 43, которые расположены на противоположных концах по оси Е и которые определяют часть 41 гасителя 40 колебаний, при этом каждое основание 43 прикреплено к соответствующей стенке 26 выступающего элемента 23, и

- боковую поверхность 44, расположенную вдоль оси E между основаниями 43.

Более конкретно, каждая часть 42, в свою очередь, содержит первый и второй участки 46а, 46b, образованные соответствующими отдельными частями поверхности 44 гасителя 40 колебаний.

Каждый участок 46b расположен между осью A и осью D соответствующего гасителя 40 колебаний, а каждый участок 46а расположен сбоку от оси В соответствующей лопасти 12.

Ось B каждой лопасти 12 проходит через соответствующий участок 46b, но не через соответствующий участок 46a.

Более конкретно, прямые, соединяющие центры тяжести участков 46a, 46b каждого гасителя 40 колебаний с соответствующей осью Е и проведенные радиально к оси Е, образуют угол, составляющий от 90° до 135°.

Винт 3 содержит несколько - как показано в данном примере, пять - рычагов 45, расположенных между лопастями 12 и соответствующими гасителями 40 колебаний.

Более конкретно, рычаги 45 расположены между лопастями 12 и соответствующими гасителями 40 колебаний вокруг оси А.

Каждый рычаг 45, предпочтительно изготовленный из жесткого материала, соединяет участок 46а одного гасителя 40 колебаний с участком 46b соседнего гасителя 40 колебаний.

Более конкретно, каждый рычаг 45 имеет в осевом направлении два конца 47, 48, содержащих соответствующие штифтовые соединения 50, 49, образованные соответствующими гнездами, в которые входят соответствующие резьбовые штифты 55, 54, выступающие, соответственно, из участка 46а одного гасителя 40 колебаний и участка 46b соседнего гасителя 40 колебаний.

Конец 48 каждого рычага 45 расположен между осью A и осью D соответствующего гасителя 40 колебаний, а конец 47 располагается сбоку от оси B соответствующей лопасти 12.

Соединения 50, 49 позволяют штифтам 55, 54 корректировать свое положение в плоскости, перпендикулярной оси А.

Штрихпунктирная линия 60 на фигуре 4 показывает угловое смещение гасителя 40 колебаний относительно соответствующей оси Е в зависимости от углового смещения соответствующей лопасти 12 относительно соответствующей оси C в противоположном направлении к вращению втулки 11 вокруг оси А. Иными словами, штрихпунктирная линия 60 относится к запаздывающему движению соответствующей лопасти 12.

Сплошная линия 61 на фигуре 4 показывает упругое угловое смещение гасителя 40 колебаний относительно соответствующей оси Е в зависимости от жесткого углового перемещения соответствующей лопасти 12 относительно соответствующей оси C в том же самом направлении, что и вращение втулки 11 вокруг оси А. Иными словами, сплошная линия 61 относится к опережающему движению соответствующей лопасти 12.

Фигура 4 показывает эффективность каждого гасителя 40 колебаний при демпфировании опережающе запаздывающих колебаний соответствующей лопасти 12 винта 3 во всем диапазоне углов поворота лопасти 12 по отношению к соответствующей оси С.

Фигура 4 также ясно показывает, что упругое скручивание гасителя 40 колебаний увеличивается пропорционально колебанию вращения лопасти 12 относительно соответствующей оси D.

При практическом применении вал 10 вращает втулку 11 вокруг оси А.

Вращение втулки 11, в свою очередь, приводит к вращению лопасти 12 в целом вокруг оси А.

Лопасти 12 обычно подвергаются различным аэродинамическим нагрузкам, которые содержат различные компоненты, в направлении, параллельном оси A, и которые наклоняют лопасти 12 по отношению к втулке 11 вокруг соответствующей оси D, что приводит к маховому движению лопастей 12.

Маховое движение каждой лопасти 12 изменяет расстояние между центром тяжести лопасти и осью А.

Для сохранения кинетического момента относительно оси A каждая лопасть 12 вращается вокруг соответствующей оси C, чтобы увеличить скорость своего вращения по отношению к оси A, когда ее центр тяжести перемещается в направлении оси A. Таким образом, каждая лопасть выполняет опережающее движение.

В противоположность этому каждая лопасть 12 вращается вокруг соответствующей оси C для того, чтобы уменьшить скорость своего вращения по отношению к оси A, когда ее центр тяжести удаляется от оси A. Таким образом каждая лопасть выполняет запаздывающее движение.

Непрерывные периодические колебания лопастей 12 относительно соответствующих осей C создают вибрацию, которую демпфируют гасители 40 колебаний.

Более конкретно, в любой данный момент времени в результате различных скоростей по отношению к воздушному потоку лопасти 12 наклоняются под соответствующими различными углами по отношению к втулке 11 вокруг соответствующей оси D, таким образом каждая лопасть 12 имеет соответствующей угол опережения или запаздывания относительно соответствующей оси C и по отношению к другим лопастям 12.

Далее описано функционирование винта 3 применительно к одной лопасти 12 и соответствующему гасителю 40 колебаний.

Часть 41 гасителя 40 колебаний вращается как единое целое с лопастью 12 вокруг оси C, участок 46а гасителя 40 колебаний перемещается как единое целое с участком 46b одного из двух соседних гасителей 40 колебаний посредством соответствующего рычага 45, а участок 46b гасителя 40 колебаний перемещается как единое целое с участком 46а другого из двух соседних гасителей 40 колебаний посредством соответствующего рычага 45.

Таким образом, участки 46а, 46b части 42 гасителя 40 колебаний упруго перемещаются в направлении части 41 или в противоположном направлении, создавая таким образом упругое скручивание гасителя 40 колебаний вокруг соответствующей оси Е, которое вместе с внутренним демпфированием гасителя 40 колебаний подавляет вибрацию лопасти 12 вокруг оси С.

Номер 3' на фигуре 5 означает винт вертолета в целом в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения. Винт 3' аналогичен винту 3, поэтому он описан только в части отличий между обоими вариантами с использованием, по возможности, одних и тех же ссылочных номеров для соответствующих или эквивалентных деталей винтов 3, 3'.

Винт 3' отличается от винта 3 участками 46а, 46b каждого гасителя 40 колебаний, которые определяются половиной поверхности 44, обращенной в противоположную сторону от оси А.

Иными словами, участки 46а, 46b каждого гасителя 40 колебаний располагаются со стороны соответствующей оси D, противоположной оси А.

Рычаги 45' в отличие от рычагов 45 полностью располагаются со стороны осей Е соответствующих гасителей 40 колебаний, противоположной оси А.

Штрихпунктирная линия 60' на фигуре 6 показывает упругое угловое смещение гасителя 40 колебаний винта 3' относительно соответствующей оси Е в зависимости от углового смещения соответствующей лопасти 12 относительно соответствующей оси C в направлении, противоположном направлению вращения втулки 11 вокруг оси A. Иными словами, штрихпунктирная линия 60' относится к запаздывающему движению лопасти 12.

Сплошная линия 61' на фигуре 6 показывает упругое угловое смещение гасителя 40 колебаний винта 3' относительно соответствующей оси Е в зависимости от жесткого углового смещения соответствующей лопасти 12 относительно соответствующей оси C в направлении, соответствующем направлению вращения втулки 11 вокруг оси A. Иными словами, сплошная линия 61' относится к опережающему движению лопасти 12.

Фигура 6 показывает эффективность каждого гасителя 40 колебаний при демпфировании опережающе запаздывающих колебаний соответствующей лопасти 12 винта 3' во всем диапазоне углов поворота лопасти 12 по отношению к соответствующей оси С.

Фигура 6 также ясно показывает, что упругое скручивание гасителя 40 колебаний увеличивается пропорционально колебанию вращения лопасти 12 относительно соответствующей оси D.

Функционирование винта 3' аналогично функционированию винта 3 и поэтому не описывается подробно.

Достоинства винта 3, 3' согласно настоящему изобретению очевидны из приведенного выше описания.

В частности, опережающее запаздывающие колебания лопастей 12 демпфируются соответствующими гасителями 40 колебаний, которые упруго скручиваются вокруг соответствующих осей Е. Это означает, что в отличие от гасителей колебаний с поршнями, которые перемещаются радиально к оси А, центробежная сила не оказывает влияние на демпфирование гасителей 40 колебаний, и поэтому оно является эффективным в широком диапазоне скоростей вращения вала 10 вокруг оси А.

Кроме того, в отличие, например, от масляных гасителей колебаний винт 3, 3' обеспечивает демпфирование колебаний, вызываемых опережающе запаздывающим движением лопастей 12 относительно соответствующих осей C, без каких-либо гидравлических компонентов.

По этой причине винт 3, 3' не только в большой степени снижает вибрацию, связанную с опережающе запаздывающим движением лопастей 12, но также является чрезвычайно простым по конструкции и/или техническому обслуживанию.

И, наконец, учитывая малый вес и компактность гасителей 40 колебаний, общий вес винта 3, 3' существенно уменьшается без ухудшения эффективности гасителей 40 колебаний.

Очевидно, что в конструкцию винта 3, 3', которая описана выше и проиллюстрирована графическими материалами, могут быть внесены различные изменения, однако, без отклонения от объема охраны, который определяет прилагаемая формула изобретения.

В частности, винт 3, 3' можно использовать в качестве рулевого винта вертолета 1.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям несущих и рулевых винтов вертолетов. Винт (3, 3') вертолета (1) содержит приводной вал (10), вращающийся вокруг первой оси (А), втулку (11), установленную с возможностью вращения как единое целое с приводным валом (10) вокруг первой оси (А), и несколько лопастей (12), выступающих из втулки (11) с противоположных сторон от первой оси (А) и удлиненных вдоль соответствующей второй оси (В), перпендикулярной первой оси (А). Каждая лопасть (12) выполнена с возможностью перемещения по отношению к втулке (11) и другой лопасти (12) вокруг соответствующей третьей оси (С), перпендикулярной соответствующей второй оси (В). Винт (3, 3') содержит несколько гасителей (40) колебаний, предназначенных для демпфирования колебаний соответствующей лопасти (12) относительно соответствующей третьей оси (С) и содержащих соответствующие первые части (41), способные перемещаться как единое целое с соответствующей лопастью (12) вокруг соответствующей третьей оси (С). Гасители колебаний (40) содержат соответствующие вторые части (42, 46а, 46b), упруго соединенные с соответствующими первыми частями (41) и функционально соединенные друг с другом. Упрощается конструкция и техническое обслуживание винтов вертолета. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Винт вертолета, содержащий приводной вал, выполненный с возможностью вращения вокруг первой оси; втулку, установленную с возможностью вращения как единое целое с приводным валом вокруг первой оси; и несколько лопастей, выступающих из втулки с противоположных сторон первой оси и удлиненных вдоль соответствующих вторых осей, перпендикулярных первой оси, при этом каждая лопасть выполнена с возможностью перемещения по отношению к втулке и к другой лопасти вокруг соответствующей третьей оси, перпендикулярной соответствующей второй оси, и несколько гасителей колебаний, предназначенных для демпфирования колебаний соответствующих лопастей относительно соответствующих третьих осей, при этом гасители колебаний содержат соответствующие первые части, выполненные с возможностью перемещения как единое целое с соответствующими указанными лопастями относительно соответствующих третьих осей, и соответствующие вторые части, которые упруго соединены с соответствующими первыми частями и функционально соединены друг с другом, при этом винт содержит несколько рычагов, расположенных между вторыми частями гасителей колебаний и между указанными лопастями вокруг первой оси, отличающийся тем, что вторые части гасителей колебаний соединены друг с другом; при этом каждый гаситель колебаний содержит две вторые части и соединен с двумя соседними гасителями колебаний, и каждая вторая часть каждого гасителя колебаний соединена соответствующим рычагом с соответствующей второй частью одного из соседних гасителей колебаний.

2. Винт по п.1, отличающийся тем, что каждый гаситель колебаний выполнен, по меньшей мере частично, из упругодеформируемого материала, имеет форму трубчатого корпуса, расположенного вокруг четвертой оси, и содержит два основания, включающие указанную первую часть и прикрепленные к противоположным стенкам соответствующей лопасти, разнесенным вдоль четвертой оси; и боковую поверхность, содержащую указанную вторую часть и окружающую четвертую ось.

3. Винт по п.2, отличающийся тем, что каждая лопасть содержит выступающий элемент, эксцентричный по отношению к соответствующей второй оси, при этом выступающий элемент содержит указанные стенки и выполнен с возможностью вращения соответствующей лопасти вокруг соответствующей второй оси под действием на него внешнего органа.

4. Винт по п.2, отличающийся тем, что первая и четвертая оси являются параллельными.

5. Винт по п.4, отличающийся тем, что вторые части каждого гасителя колебаний расположены со стороны соответствующей четвертой оси, противоположной первой оси.

6. Винт по п.4, отличающийся тем, что указанные рычаги проходят со стороны четвертой оси, противоположной первой оси.

7. Винт по п.4, отличающийся тем, что по меньшей мере одна из указанных вторых частей расположена между первой осью и четвертой осью соответствующего гасителя колебаний.

8. Винт по п.7, отличающийся тем, что другая из указанных вторых частей каждого гасителя колебаний расположена сбоку от второй оси соответствующей лопасти.

9. Винт по п.8, отличающийся тем, что каждый рычаг соединяет одну из вторых частей соответствующего гасителя колебаний с другой из вторых частей соседнего гасителя колебаний.

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

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