СИЛОВАЯ УСТАНОВКА С ИЗМЕНЯЕМЫМ ВЕКТОРОМ ТЯГИ Российский патент 2014 года по МПК B64C27/28 B64B1/34 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании силовых установок с воздушным винтом, например:

- в авиации и воздухоплавании в качестве силовых установок самолетов, вертолетов, дирижаблей, экранопланов и т.п.,

- в наземном транспорте в качестве силовых установок аэромобилей, аэросаней, транспортных средств на воздушной подушке;

- в судостроении в качестве силовых установок глиссеров, судов на воздушной подушке и подводных аппаратов;

- в бытовой технике в вентиляторах.

Известные силовые установки современных дирижаблей позволяют поворачивать вектор тяги на режимах взлета-посадки, облегчая вертикальный маневр.

Известна силовая установка с изменяемым вектором тяги, состоящая из одного или нескольких блоков-модулей, содержащих моторную раму, на которой установлены двигатель, трансмиссия, воздушные винты и механизм поворота вектора тяги (Дирижабль Аu-30 http://www.oskbes.ru/au30).

Недостатками известной конструкции являются:

- необходимость преодолевать суммарный гироскопический момент воздушного винта и двигателя при повороте вектора тяги, что увеличивает мощность и вес привода поворота;

- сложность обеспечения работоспособности двигателя при повороте, т.к. возникает необходимость снабжения двигателя специальными системами подачи масла и топлива.

Наиболее близкой по технической сущности к предложенной конструкции является силовая установка с изменяемым вектором тяги, включающая моторную раму, двигатель, связанный с ним через трансмиссию движитель и привод его поворота, при этом трансмиссия состоит из вала, размещенного в балке и связывающего двигатель с входным валом поворотного редуктора движителя (http://commons.wikimedia.org/wiki/ File: USS Akron propeller).

Известная конструкция обладает рядом недостатков:

- обладает большим аэродинамическим сопротивлением при любом расположении винта, т.к. балка выполнена неповоротной, подкрепленной большим количеством подкосов и имеет круглое сечение;

- сложность конструкции из-за размещения частей установки на разных опорах, т.е. сложность обеспечения их соосности - требуется применение дополнительных упругих муфт;

- использование одного двигателя приводит к полной потере тяги отдельного блока силовой установки при его отказе, что при многомоторной силовой установке дирижабля вызывает нарушение балансировки и управляемости дирижабля.

Техническим результатом, решаемым предлагаемым изобретением, является создание силовой установки с изменением вектора тяги, обеспечивающей малое аэродинамическое сопротивление при любом расположении и количестве воздушных винтов, повышение безопасности работы установки с сохранением балансировки и управляемости аппарата при единичном отказе двигателя, уменьшение мощности и массы привода поворота.

Технический результат в предлагаемом изобретение достигается созданием силовой установки с изменяемым вектором тяги, включающей моторную раму, двигатель, связанный с ним через трансмиссию движитель и привод его поворота, при этом трансмиссия состоит из вала, размещенного в балке и связывающего двигатель с входным валом редуктора движителя, в которой согласно изобретению все части установки размещены на единой моторной раме, а балка выполнена поворотной относительно оси вала трансмиссии, при этом обдуваемая часть балки в поперечном сечение имеет симметричный обтекаемый профиль.

Размещение всех части установки на единой моторной раме позволяет значительно упростить конструкцию и снизить ее массу за счет высокой точность соединения валов двигателя и трансмиссий, что позволяет отказаться от дополнительных муфт.

Выполнение балки поворотной вместе с редуктором и движителем (а не редуктора, как в прототипе), позволяет применить рациональную с точки зрения прочности конструкцию балки, т.е. снизить ее массу и уменьшить нагрузки на опоры балки.

Выполнение обдуваемой часть балки в поперечном сечение с симметричным обтекаемым профилем обеспечивает минимальное аэродинамическое сопротивление, т.к. сечение ориентировано всегда по потоку воздушного винта при любом угле поворота.

Использование более чем одного двигателя, например двух двигателей, позволяет повысить безопасность работы устройства за счет сохранения работоспособность силовой установки при отказе одного двигателей.

Наличие связи каждого двигателя через свою дополнительную трансмиссию с общим валом трансмиссии позволяет использовать несколько двигателей для привода общего вала и, более того, позволяет согласовывать работу каждого двигателя по оборотам, и уменьшить потери тяги на движителе при отказе одного двигателя при сохранении управляемости и балансировки аппарата.

Выполнение в многодвигательной силовой установке каждой дополнительной трансмиссии в виде шестеренного или ременного редуктора, связанного с валом трансмиссии через обгонную муфту, позволяет изменить при необходимости передаточное число от двигателя к общему валу и исключить механические потери на вращение трансмиссии и двигателя при его отказе.

Выполнение каждой дополнительной трансмиссии в виде вариатора позволяет объединить в едином узле редуктор и обгонную муфту, что упрощает конструкцию с сохранением эффективности.

Снабжение установки вторым движителем, установленным симметрично или справа, или слева относительно двигателей, причем каждый движитель связан со своим редуктором, поворотной балкой и единым для всей установки валом, которые через дополнительные трансмиссии соединены с двигателями, позволяет увеличить суммарную тягу силовой установки за счет использования большей суммарной площади винтов и компенсировать гироскопический момент воздушных винтов за счет их разнонаправленного вращения.

Выполнение движителя в виде соосных воздушных винтов, соединенных через Т-образный редуктор с единым валом, размещенным в поворотной балке, позволяет реализовать следующие преимущества:

1. компенсировать гироскопический момент соосных воздушных винтов за счет их разнонаправленного вращения;

2. уменьшить мощность привода поворота;

3. повысить эффективность винтов на 5-8% за счет устранения закрутки потоков за винтом;

4. увеличить ресурс Т-образного редуктора за счет симметричного нагружения его ведущей шестерни.

Выполнение движителя в виде пары соосных воздушных винтов, размещенных симметрично справа и слева от двигателей, при этом каждые соосные винты соединены через Т-образный редуктор с единым валом, размещенным в поворотных балках, позволяет еще больше увеличить результирующую тягу установки за счет использования большей суммарной площади винтов и повышения их КПД.

Поворотные балки могут быть снабжены общим приводом поворота или отдельным приводом для каждой балки, что позволяет обеспечить более широкие возможности управлением аппарата за счет поворота вектора тяги каждого движителя.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где:

на фиг.1 показана схема предлагаемой силовой установки с изменяемым вектором тяги с одним воздушным винтом;

на фиг.2 показана схема предлагаемой силовой установки с изменяемым вектором тяги с соосными воздушными винтами;

на фиг.3 показана схема предлагаемой силовой установки с изменяемым вектором тяги с двумя двигателями на движители с угловым редуктором;

на фиг.4 показана схема предлагаемой силовой установки с изменяемым вектором тяги с двумя двигателями и соосными воздушными винтами (Т-образный редуктор);

На фиг.5 показан вид А фиг. 1;

На фиг.6 показан разрез В-В фиг. 1;

На фиг.7 показан вид С на фиг. 1.

Силовая установка с изменяемым вектором тяги включает моторную раму 1, по крайней мере, один двигатель 2, связанный с ним через трансмиссию движитель и привод поворота 3.

Трансмиссия состоит из вала 4, размещенного в поворотной относительно него балке 5 и связывающего двигатель 2 с входным валом редуктора 7 движителя.

Балка 5 соединена с приводом поворота 3 и установлена на раме 1 на опорах 6, и ее обдуваемая часть 8 в поперечном сечение имеет симметричный обтекаемый профиль.

В зависимости от технических возможностей и технологических требований обтекаемый профиль может быть или симметричный крыльевой формы, или в виде капли.

При выполнении установки с двумя двигателями 2 каждый из них связан через свою дополнительную трансмиссию с общим валом 4 трансмиссии.

Каждая дополнительная трансмиссия содержит или шестеренный, или ременный редуктор 9 и обгонную муфту 10, связывающую редуктор с валом 4 трансмиссии.

Для упрощения предлагаемой конструкции каждая дополнительная трансмиссия может быть выполнена в виде вариатора (не показан), т.к. в этом случае вариатор заменяет собой редуктор и обгонную муфту.

В предлагаемой конструкции количество движителей может быть разным (один или два) в зависимости от компоновки аппарата и технических требований, предъявляемых к установке.

Схема предлагаемой силовой установки с изменяемым вектором тяги с одним движителем показана на фиг.1.

Силовая установка с изменяемым вектором тяги с двумя движителями (показана на фиг.2), установленными симметрично справа и слева относительно двигателей 2, причем каждый движитель связан со своим редуктором 7, поворотной балкой 5 и валом 4, которые через дополнительные трансмиссии соединены с двигателями.

В данных случаях движитель выполнен в виде воздушного винта 11 и в качестве редуктора 7 используют угловой редуктор.

В случаях если движитель выполнен в виде соосных воздушных винтов 11, в качестве редуктора 7 используют Т-образный редуктор.

В предлагаемой конструкции все элементы установки размещены на единой моторной раме 1.

Работу устройства осуществляют следующим образом.

Крутящий момент от двигателей 2, установленных на моторной раме 1 с помощью дополнительных трансмиссий 9 и 10, передается на вал 4, далее через редукторы 7 на движители 11, которые создают продольную тягу, необходимую для движения аппарата. На режимах отклонения вектора тяги привод поворота балки 3 поворачивает балку 5 и соединенные с ней редуктор 7 и движитель 11 в опорах 6 моторной рамы 1 на необходимый угол, при этом обтекаемая часть балки ориентирована точно по потоку за воздушным винтом, что обеспечивает наименьшее аэродинамическое сопротивление.

Привод поворота балки 3 преодолевает крутящий момент двигателя 2 и в случае конструкции, изображенной на фиг.1, - гироскопический момент воздушного винта 11.

При использовании соосных винтов или винтов, расположенных симметрично справа и слева от двигателей (см. фиг.4), привод поворота 3 будет преодолевать только крутящий момент двигателей 2, т.к. гироскопические моменты воздушных винтов 11 взаимно уравновесятся за счет их разнонаправленного вращения.

В случае отказа одного из двигателей 2 обгонная муфта 10 отсоединит редуктор 9 и отказавший двигатель 2 от вала 4, чем уменьшатся механические потери на вращение отказавших механизмов, а оставшийся работающий двигатель будет один вращать все воздушные винты, обеспечивая частичное сохранение тяги, балансировки и управляемости аппарата.

Предлагаемая силовая установка с изменяемым вектором тяги с разными вариантами движителей и трансмиссий была испытана на дирижабле Au-12 фирмы ЗАО «Воздухоплавательный центр «Авгуръ», и было получено большее значение тяги, чем с традиционным одним воздушным винтом, и улучшилось управление дирижаблем на режиме взлета - посадки.

Изобретение относится к области авиации, в частности к средствам повышения управляемости и маневренности летательных аппаратов. Силовая установка с изменяемым вектором тяги включает моторную раму, двигатель, связанный с ним через трансмиссию движитель и привод его поворота. Трансмиссия состоит из вала, размещенного в балке и связывающего двигатель с входным валом редуктора движителя. Все элементы силовой установки размещены на единой моторной раме. Балка выполнена поворотной относительно оси вала трансмиссии, при этом обдуваемая часть балки в поперечном сечении имеет симметричный обтекаемый профиль и сечение ориентировано всегда по потоку воздушного винта при любом угле поворота. Силовая установка может иметь два двигателя, каждый из которых связан через свою дополнительную трансмиссию с общим валом, может быть снабжена вторым движителем, установленным справа или слева от двигателей, причем каждый движитель связан со своим редуктором поворотной балкой. Движители могут быть выполнены в виде соосных винтов, соединенных через Т-образный редуктор с валом, размещенным в поворотной балке. Достигается снижение аэродинамического сопротивления, повышение безопасности при единичном отказе двигателя, уменьшение мощности и массы привода поворота. 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Силовая установка с изменяемым вектором тяги, включающая моторную раму, двигатель, связанный с ним через трансмиссию движитель и привод его поворота, при этом трансмиссия состоит из вала, размещенного в балке и связывающего двигатель с входным валом редуктора движителя, отличающаяся тем, что все элементы установки размещены на единой моторной раме, а балка выполнена поворотной относительно вала трансмиссии, при этом обдуваемая часть балки в поперечном сечении имеет симметричный обтекаемый профиль и сечение ориентировано всегда по потоку воздушного винта при любом угле поворота.

2. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что установка имеет, по крайней мере, два двигателя, каждый из которых связан через свою дополнительную трансмиссию с общим валом трансмиссии.

3. Силовая установка по п.2, отличающаяся тем, что каждая дополнительная трансмиссия выполнена в виде или шестеренного, или ременного редуктора, связанных с валом трансмиссии через обгонную муфту.

4. Силовая установка по п.2, отличающаяся тем, что каждая дополнительная трансмиссия выполнена в виде вариатора.

5. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена вторым движителем, установленным справа или слева относительно двигателей, причем каждый движитель связан со своим редуктором поворотной балкой и единым валом, которые через дополнительные трансмиссии соединены с двигателями.

6. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что движитель выполнен в виде соосных воздушных винтов, соединенных через Т-образный редуктор с единым валом, размещенным в поворотной балке.

7. Силовая установка по п.1, отличающаяся тем, что движитель выполнен в виде пары соосных воздушных винтов, при этом каждая пара воздушных винтов соединена через Т-образный редуктор с единым валом, размещенным в поворотной балке.