ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ, СПОСОБНЫЙ К ЗАВИСАНИЮ Российский патент 2020 года по МПК H02K11/00 B64C27/68 B64D15/12 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к летательному аппарату, способному к зависанию, в частности вертолету или конвертоплану.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известные вертолеты содержат фюзеляж, несущий винт, выступающий вверх из фюзеляжа, и хвостовой винт, который расположен в хвостовой части фюзеляжа. Более того, известные вертолеты содержат турбину, основную трансмиссионную группу, которая передает движение от турбины несущему винту, и дополнительную трансмиссионную группу, которая передает движение от основной трансмиссионной группы хвостовому винту. Каждый из несущего винта и хвостового винта содержит:

- неподвижный корпус;

- колонку, которая приводится во вращение основной или дополнительной трансмиссионной группой вокруг ее собственной оси;

- втулку, приводимую во вращение колонкой; и

- множество лопастей, которые шарнирно соединены относительно втулки.

В уровне техники ощущается необходимость в обеспечении вращающихся компонентов несущего и хвостового винта, т.е. колонки, втулки и лопастей, электроэнергией. Например, электроэнергия может быть использована для активации противообледенительной или антиобледенительной системы, образованной множеством электрических проводников, встроенных в лопастях и выполненных с возможностью нагревания соответствующих лопастей с помощью эффекта Джоуля, или для активации некоторых подвижных поверхностей на лопастях. Для того, чтобы обеспечивать вращающиеся компоненты несущего винта требуемой электроэнергией, известные вертолеты обычно содержат электрический генератор, приводимый в действие валом, соединенным с основной трансмиссионной группой, и скользящее кольцо. Скользящее кольцо передает электроэнергию путем создания трущегося контакта от неподвижных проводников, электрически соединенных с генератором, вращающимся проводникам несущего или хвостового винта. Даже при хорошем исполнении ранее описанные решения оставляют место для улучшений. На самом деле скользящее кольцо является сложным в изготовлении и обслуживании и легко подвергается эффекту износа. Этот недостаток усугубляется особенно в противодействующих крутящему моменту хвостовых винтах, которые вращаются с более высокой скоростью, чем несущий винт. Более того, в случае удара молнии наличие необходимой проводящей дорожки между неподвижными и вращающимися проводниками несущего и хвостового винта может распространять опасные пики тока от неподвижных вращающимся проводникам или наоборот.

В связи с этим в промышленности ощущается необходимость в передаче электроэнергии вращающимся частям несущего или хвостового винта, при этом исключая вышеуказанные недостатки простым, низкозатратным образом. Более того, ощущается необходимость в передаче электроэнергии с помощью решения, интегрированного внутри ограниченного размера головки винта, для того, чтобы обеспечивать эффективный теплоотвод, и/или которое может быть легко модернизировано в существующем несущем или хвостовом винте.

В публикации EP 2629407 А раскрыт летательный аппарат согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является обеспечение винта для летательного аппарата, способного к зависанию, который удовлетворяет по меньшей мере одному из вышеуказанных требований.

Вышеупомянутая задача решается с помощью настоящего изобретения, поскольку оно относится к летательному аппарату, способному к зависанию, как заявлено в пункте 1 формулы изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Четыре предпочтительных варианта выполнения раскрыты ниже для более хорошего понимания настоящего изобретения в качестве неограничивающего примера и со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематический вид вертолета, содержащего несущий и хвостовой винт в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг. 2 - поперечное сечение первого варианта выполнения несущего винта с Фиг. 1;

Фиг. 3 - поперечное сечение второго варианта выполнения несущего винта с Фиг. 1;

Фиг. 4 - поперечное сечение третьего варианта выполнения несущего винта с Фиг. 1;

Фиг. 5 - поперечное сечение четвертого варианта выполнения несущего винта с Фиг. 1; и

Фиг. 6 - поперечное сечение варианта выполнения хвостового винта с Фиг. 1, который показан только в иллюстративных целях.

НАИЛУЧШИЙ ВАРИАНТ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

На Фиг. 1 позиция 1 обозначает летательный аппарат, способный к зависанию, в частности вертолет. Вертолет 1 по существу содержит (Фиг. 1) фюзеляж 2 с носовой частью 5; несущий винт 3, установленный в верхней части фюзеляжа 2 и вращаемый вокруг оси A; и противодействующий крутящему моменту хвостовой винт 4, установленный на киле, выступающем из фюзеляжа 2 на конце, противоположном носовой части 5. Конкретнее, несущий винт 3 обеспечивает вертолет 1 подъемной силой для его поднятия и тягой для перемещения его вперед, при этом винт 4 прилагает усилие к килю для генерирования выравнивающего крутящего момента на фюзеляже 2. Выравнивающий крутящий момент уравновешивает крутящий момент, прилагаемый к фюзеляжу 2 несущим винтом 3, который в противном случае вращал бы фюзеляж 2 вокруг оси A. Вертолет 1 также содержит:

- пару турбин 6 (только одна из которых показана);

- основную трансмиссионную группу 7, которая передает движение от турбины 6; и

- дополнительную трансмиссионную группу 8, которая передает движение от основной трансмиссионной группы 7 хвостовому винту 4.

Как показано на Фиг. 2, винт 3 по существу содержит:

- поддерживающий элемент 10, который прикреплен к фюзеляжу 2;

- колонку 11, которая является вращаемой вокруг оси А относительно поддерживающего элемента 10;

- втулку 12, которая выполнена за одно целое с возможностью вращения с колонкой 11; и

- множество лопастей 13 (только две из которых показаны на Фиг. 2), которые шарнирно соединены с втулкой 12.

В показанном варианте выполнения поддерживающий элемент 10 является неподвижным относительно оси A. Более того, поддерживающий элемент 10, колонка 11 и втулка 12 являются полыми.

Винт 3 также содержит блок 17 шестерен эпициклической передачи, который передает движение от концевого вала (не показан) основной трансмиссионной группы 7 колонке 11 и втулке 12. Подробно, блок 17 шестерен эпициклической передачи является соосным с осью А и содержит:

- солнечную шестерню 20, которая приводится во вращение вокруг оси А и содержит радиально внешние зубья;

- множество планетарных шестерен 21 (только две показаны на Фиг. 2), каждая из которых содержит радиально внутренние зубья, сцепляющиеся с солнечной шестерней 20, и радиально внешние зубья, сцепляющиеся с радиально внутренними зубьями, образованными поддерживающим элементом 10; и

- водило 22, которое выполнено за одно целое с возможностью вращения и соединено с планетарными шестернями 21 и с колонкой 11.

В частности, поддерживающий элемент 10 действует в качестве неподвижного венца 23 блока 17 шестерен эпициклической передачи. Планетарные шестерни 21 вращаются вокруг соответствующих осей E, параллельных оси A, и вращаются вокруг оси A.

Предпочтительно, винт 3 содержит:

- источник 30 магнитного поля, который приводится во вращение вокруг оси А с первой скоростью ω1 вращения; и

- электропроводящий элемент 32, который функционально соединен с колонкой 11 и приводится во вращение со второй скоростью ω2 вращения, отличной от первой скорости ω1 вращения;

электропроводящий элемент 32 электромагнитно связан с указанным источником 30 так, что электродвижущая сила индуцируется магнитным полем, при использовании, в самом электропроводящем элементе 32.

Таким образом, источник 30 и электропроводящий элемент 32 образуют электрический генератор, который индуцирует электродвижущую силу в колонке 11 и в связи с этим во втулке 12 и лопастях 13 за счет дифференциальной скорости ω2-ω1 вращения. В показанном варианте выполнения электрический генератор представляет собой машину с осевым потоком, в которой магнитное поле, генерируемое источником 30, в основном направляется параллельно оси A. В показанном варианте выполнения источник 30 содержит множество постоянных магнитов 81, при этом электропроводящий элемент 32 представляет собой обмотку.

Винт 3 дополнительно содержит:

- вал 35, который является вытянутым параллельно оси А и прикреплен к поддерживающей конструкции 10; и

- поддерживающий элемент 36, который поддерживает источник 30, является вращаемым вокруг оси A со скоростью ω1 вращения; и

- блок 37 шестерен эпициклической передачи.

Поддерживающий элемент 36 содержит:

- вал 38, вытянутый вокруг оси A;

- пару дисков 39, выступающих из вала 38 перпендикулярно оси A.

Диски 39 содержат соответственные поверхности 40, которые обращены друг к другу вдоль оси A и на которых установлены постоянные магниты 81.

Блок 37 шестерен эпициклической передачи по существу содержит:

- радиально внешние зубья, образованные в осевом направлении концевой шестерней 45 вала 38, которая расположена на той же осевой стороне поддерживающей конструкции 10;

- множество планетарных шестерен 46, которые проходят вокруг соответственных осей F параллельно и в шахматном порядке от оси А, и каждая из которых имеет радиально внешние зубья относительно соответствующей оси F, сцепляющиеся с радиально внешними зубьями концевой шестерни 45;

- водило 47, которое выполнено за одно целое с возможностью вращения и соединено с планетарными шестернями 46 на одной осевой стороне и соединено с валом 35 на другой осевой стороне; и

- кольцеобразное кольцо 48, которое соединено и выполнено за одно целое с возможностью вращения с втулкой 12 и которое содержит радиально внутренние зубья относительно оси А, сцепляющиеся с радиально внешними зубьями планетарных шестерен 46.

Планетарные шестерни 46 вращаются вокруг соответственных осей F и закручиваются вокруг оси A. Втулка 12 содержит, в дополнение к кольцу 48, основной трубчатый корпус 51 и пару колец 52, 53, которые проходят от корпуса 51 по направлению к оси А и перпендикулярно оси A. Кольцо 52 ограничивает втулку 12 на противоположной осевой стороне вала 35. Кольцо 53 в осевом направлении расположено между кольцами 52, 48. Более того, кольцо 48 проходит от корпуса 51 по направлению к оси А и перпендикулярно оси A. Электропроводящий элемент 32 установлен на кольце 52. Кольцо 52 в осевом направлении расположено между дисками 39 поддерживающего элемента 26. Таким образом, электропроводящий элемент 32 обращен к постоянным магнитам 81. Соответственно, постоянные магниты 81 индуцируют, при помощи закона Фарадея, электродвижущую силу в электропроводящем элементе 32. Кольца 52, 53 окружают вал 38 и вал 35 соответственно с расположением между ними радиального зазора.

В связи с этим возможно идентифицировать три узла внутри винта 3, которые имеют соответствующую скорость вращения вокруг оси A:

- поддерживающую конструкцию 10 и вал 35, которые являются неподвижными вокруг оси A;

- поддерживающий элемент 36 и источник 30, которые вращаются со скоростью ω1 вращения в первом направлении вокруг оси A; и

- колонку 11, втулку 12 с электропроводящим элементом 32, которые вращаются со скоростью ω2 вращения во втором направлении, противоположном первому направлению, вокруг оси A.

Винт 3 также содержит полый дефлектор 85 потока, который соединен с осевым концом втулки 12 и выполнен за одно целое с возможностью вращения с втулкой 12. Дефлектор 85 потока ограничивает винт 3 на противоположной осевой стороне относительно поддерживающей конструкции 10. Дефлектор 85 потока вмещает один диск 39, верхний осевой конец вала 38, противоположный валу 46, и кольцо 52. Более того, дефлектор 85 потока вмещает электронный блок 86 управления для управления постоянными магнитами 81 и электропроводящим элементом 32, а также другие системы, например, преобразователи переменного/постоянного тока. В одном варианте выполнения дефлектор 85 потока обеспечен устройством 89 хранения электроэнергии, которое заряжается электрическим током, текущим внутри электропроводящего элемента 32. Дефлектор 85 потока изготовлен из металла и содержит множество теплопроводящих колец 90, которые в показанном варианте выполнения соединены с кольцом 52. Электропроводящий элемент 32 электрически соединен с лопастями 13 посредством электрических проводов 87. Таким образом, электрический ток доступен для лопастей 13. В одном варианте выполнения лопасти 13 содержат электрическую цепь, встроенную внутри самих лопастей 13 и питаемую электрическим током. Эта электрическая цепь работает в качестве антиобледенительной системы. В другом варианте выполнения лопасти 13 содержат приводы, которые питаются электрическим током.

Винт 3 дополнительно содержит, относительно оси А:

- подшипник 100, который радиально расположен между валом 38 и втулкой 12 относительно оси А; и

- пару в осевом направлении разнесенных подшипников 101, которые радиально расположены между валом 35 и колонкой 11 и втулкой 12 относительно оси A.

При использовании концевой вал основной трансмиссионной группы 7 приводит во вращение солнечную шестерню 20 блока 17 шестерен эпициклической передачи вокруг оси A. Соответственно, также планетарная шестерня 21 и водило 22 вращаются вокруг оси А, таким образом приводя во вращение колонку 11, втулку 12 и лопасти 13 вокруг этой же оси A. Лопасти 13 приводятся во вращение втулкой 12 вокруг оси A и могут перемещаться относительно втулки 12 известным образом. Втулка 12, кольцо 48 и в связи с этим электропроводящий элемент 32 вращаются вокруг оси со скоростью ω2 вращения вокруг оси A.

Между тем блок 37 шестерен эпициклической передачи принимает движение от кольца 48, вращающегося со скоростью ω2 вращения вокруг оси A, и приводит во вращение поддерживающий элемент 36 и в связи с этим источник 30 и постоянные магниты 81 со скоростью ω1 вращения вокруг оси A. В частности, кольцо 48, выполненное за одно целое с втулкой 12, сцепляется с планетарными шестернями 46, неподвижными вокруг оси А, и планетарные шестерни 46 сцепляются с шестерней 45, выполненной за одно целое с возможностью вращения с поддерживающим элементом 36 и источником 30. В результате источник 30 вращается со скоростью ω1 вращения, электропроводящий элемент 32 вращается со скоростью ω2 вращения, отличной от скорости ω1 вращения, и постоянные магниты 81 и проводящий элемент 32 обращены друг к другу вдоль оси A. Таким образом, электродвижущая сила индуцируется магнитным полем, при помощи закона Фарадея, в электропроводящем элементе 32, вращающемся за одно целое с втулкой 12. Электрические провода 87 передают электродвижущую силу от проводящего элемента 32 на втулке 12 лопастям 13. Эта электродвижущая сила используется для нескольких целей. Например, она может быть использована для питания электрических цепей внутри лопастей 13 и обеспечения противообледенительной или антиобледенительной функции. Альтернативно или в совокупности, электродвижущая сила может быть использована для приведения в действие приводов, установленных на лопастях 13, например, для активного аэродинамического управления. Тепло, генерируемое работой источника 30 и электропроводящего элемента 32, отводится посредством конвекции благодаря воздуху, непрерывно текущему внутри дефлектора 85 потока, и посредством проводимости благодаря тому, что дефлектор 85 потока изготовлен из металла и содержит кольца 90 для теплоотвода.

В случае неисправности турбины 6 электроэнергия, хранящаяся в устройстве 89 хранения электроэнергии, размещенном в дефлекторе 85 потока, может быть использована, например, для поддержания самовращения втулки 12 в течение ограниченного количества времени, необходимого для безопасного выполнения маневра самовращения.

На Фиг. 3 ссылочная позиция 3' обозначает, в целом, несущий винт согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения.

Винт 3' подобен винту 3 и будет описан ниже только в той части, в которой он отличается от него; соответствующие или эквивалентные части винтов 3, 3' будут обозначены там, где это возможно, одинаковыми ссылочными позициями. В частности, винт 3' отличается от винта 3 тем, что втулка 12' содержит, вместо колец 52, 53 и кольца 48:

- кольцеобразный диск 52', выступающий из осевого конца корпуса 51, расположенного на стороне дефлектора 85 потока по направлению к оси А, и лежащий на плоскости, перпендикулярной оси А;

- цилиндрическую стенку 53', выступающую из радиального внутреннего конца диска 52' по направлению к поддерживающей конструкции 10, соосную с осью А и имеющую осевую длину меньше, чем корпус 51; и

кольцо 48', выступающее из осевого конца стенки 53', противоположного диску 52', лежащее на плоскости, перпендикулярной оси A.

В частности, кольцо 48' содержит, относительно оси А:

- радиально внешний участок 49', который проходит на радиальной внешней стороне стенки 53' на противоположной стороне оси А; и

радиально внутренний участок 50', который проходит на радиальной внутренней стороне стенки 53' по направлению к оси A.

Поддерживающий элемент 36' отличается от поддерживающего элемента 36 тем, что содержит:

- трубчатый корпус 105', который проходит вокруг оси A, окружает осевой конец вала 35, расположенный на стороне дефлектора 85 потока, и является вращаемым вокруг оси A со скоростью ω1 вращения относительно неподвижного вала 35;

- диск 106', который лежит на плоскости, перпендикулярной оси А, и радиально выступает из осевого конца корпуса 105', расположенного на стороне поддерживающей конструкции 10;

- трубчатую стенку 107', которая проходит вокруг оси A, является радиально противоположной корпусу 105', в осевом направлении выступает из радиально внешнего конца диска 106' и отделена радиальным зазором от корпуса 51 втулки 12'; и

- диск 108', который радиально выступает из осевого конца стенки 107' противоположно диску 106' и по направлению к оси A.

Диск 108' отделен осевым зазором от диска 52' и радиальным зазором от стенки 107'. Постоянные магниты 81 установлены на диске 108' и диске 106' и в осевом направлении обращены друг к другу. Участок 49' кольца 48' в осевом направлении расположен между дисками 106', 108' и поддерживает электропроводящий элемент 32 в осевом направлении в промежуточном положении между постоянными магнитами 81. Поддерживающий элемент 36' отличается от поддерживающего элемента 36 тем, что содержит:

- водило 110', которое в осевом направлении выступает из осевого конца вала 35 и лежит на плоскости, перпендикулярной оси А; и

- множество планетарных шестерен 111', установленных на водиле 110', и каждая из которых сцепляется с радиально внутренними зубьями участка 50' кольца 48' и с радиально внешними зубьями корпуса 105'.

Таким образом, блок 37' шестерен эпициклической передачи образован неподвижными планетарными шестернями 111', корпусом 105', вращающимся со скоростью ω1 вращения вместе с постоянными магнитами 81, и кольцом 48', вращающимся со втулкой 12 и скоростью ω2 вращения. Винт 3' дополнительно содержит, со ссылкой на ось А:

- пару в осевом направлении разнесенных подшипников 115', радиально расположенных между валом 35 и корпусом 105';

- подшипник 116', в осевом направлении расположенный между стенкой 53' и диском 106'; и

- подшипник 117', радиально расположенный между стенкой 53' и водилом 110'.

Работа винта 3' подобна работе винта 4 и в связи с этим не описана подробно.

На Фиг. 4 ссылочная позиция 3'' обозначает, в целом, винт согласно второму варианту выполнения настоящего изобретения.

Винт 3'' подобен винту 3 и будет описан ниже только в той части, в которой он отличается от него; соответствующие или эквивалентные части винтов 3, 3'' будут обозначены там, где это возможно, одинаковыми ссылочными позициями.

В частности, винт 3'' отличается от винта 3 тем, что вал 35 выполнен за одно целое с возможностью вращения и соединен с солнечной шестерней 20, поддерживающий элемент 36'' выполнен за одно целое с возможностью вращения и соединен с валом 35, и тем, что не содержит блок 37 шестерен эпициклической передачи. Таким образом, источник 30 и постоянные магниты 81 приводятся во вращение солнечной шестерней 20 вокруг оси A со скоростью ω2 вращения.

Работа винта 3'' подобна винту 3 и описана только в той части, в которой она отличается от работы винта 3. В частности, солнечная шестерня 20 приводит во вращение со скоростью ω1 вращения весь узел, образованный валом 35, поддерживающим элементом 36'', источником 30 и постоянными магнитами 81.

Как видно из Фиг. 5, винт 3''' подобен винту 3 и будет описан ниже только в той части, в которой он отличается от него; соответствующие или эквивалентные части винтов 3, 3''' будут обозначены там, где это возможно, одинаковыми ссылочными позициями. В частности, винт 3''' отличается от винта 3 тем, что вал 35 выполнен за одно целое с возможностью вращения и соединен с солнечной шестерней 20 и приводится во вращение со скоростью ω0 вращения.

Более того, винт 3''' отличается от винта 3 тем, что блок 37''' шестерен эпициклической передачи принимает движение от вала 35, вращающегося со скоростью ω0 вращения, и приводит во вращение поддерживающий элемент 36''', источник 30 и постоянные магниты 81 вокруг оси B со скоростью ω1 вращения. Следует отметить, что скорость ω1 вращения в винте 3''' выше, чем скорость ω1 вращения в винте 3. Соответственно, дифференциальная скорость ω2-ω1 вращения, генерирующая электродвижущую силу, выше в винте 3''', чем в винте 3. Скорости ω0, ω1, ω2 вращения направлены в одном и том же направлении.

В связи с этим возможно идентифицировать три узла внутри винта 3''', которые имеют соответствующую скорость вращения вокруг оси A:

- вал 35, который вращается со скоростью ω0 вращения вокруг оси A в первом направлении;

- поддерживающий элемент 36''' и источник 30, которые вращаются со скоростью ω1 вращения в первом направлении вокруг оси A; и

- колонку 11, втулку 12 с электропроводящим элементом 32, которые вращаются со скоростью ω2 вращения во втором направлении, противоположном первому направлению, вокруг оси A.

Работа винта 3''' подобна винту 3 и описана только в той части, в которой она отличается от работы винта 3. В частности, солнечная шестерня 20 приводит во вращение со скоростью ω0 вращения вал 35 и планетарные шестерни 46 блока 37''' шестерен эпициклической передачи. Последние приводят во вращение, в свою очередь, поддерживающий элемент 36''', источник 30 и постоянные магниты 81 вокруг оси B со скоростью ω1 вращения.

Как показано на Фиг. 6, противодействующий крутящему моменту винт 4 по существу содержит:

- полый кожух 150, который установлен на фюзеляже 2;

- полую колонку 151, которая является вращаемой вокруг оси B, поперечной оси А, со скоростью ω2 вращения, и соединена с концевым валом 157 дополнительной трансмиссионной группы 8 посредством конической шестерни 152, расположенной на осевом конце колонки 151;

- втулку 153, которая выполнена за одно целое с возможностью вращения и соединена с колонкой 151; и

- множество лопастей 154 (только две из которых показаны на Фиг. 6), которые шарнирно соединены с втулкой 153 и проходят вдоль соответственных продольных осей D.

Коническая шестерня 152 и колонка 151 содержатся внутри кожуха 150. Втулка 153 и лопасти 154 проходят снаружи кожуха 150.

Винт 4 также содержит управляющий стержень 155, который проходит вдоль оси B и является скользящим вдоль оси B относительно колонки 151. Управляющий стержень 155 содержит осевой конец на противоположной стороне шестерни 152, который прикреплен к рычагу 156. Рычаг 156 проходит поперечно оси B и соединен с лопастями 154 эксцентрично соответствующим осям D. Таким образом, перемещение стержня 155 вдоль оси B вызывает вращение лопастей 154 вдоль соответствующих осей D и регулировку соответствующих углов тангажа.

Более подробно, кожух 150 содержит:

- основной корпус 160, вытянутый вдоль оси B; и

- пару кольцеобразных дисков 161, которые радиально выступают из корпуса 160 на противоположной стороне оси B и лежат на соответствующих плоскостях, перпендикулярных оси B. Диски 161 содержат соответствующие поверхности 162, которые в осевом направлении обращены друг к другу и на которых установлены соответственные источники 163 магнитного поля, в частности, постоянные магниты 164.

Втулка 153 содержит:

- корпус 165, который соединен с колонкой 151, расположен в передней части осевого конца кожуха 150 на осевой противоположной стороне относительно конической шестерни 152; и

- корпус 166, который соединен с корпусом 165 и окружает открытый осевой конец кожуха 150, противоположный конической шестерне 152. Более подробно, лопасти 154 шарнирно соединены с корпусом 165. Корпус 166 содержит, следуя вдоль оси B от корпуса 165 по направлению к конической шестерне 152: кольцеобразное кольцо 167, соединенное с корпусом 165; кольцеобразное кольцо 168, на котором закреплена электрическая цепь 169; и кольцеобразное кольцо 170, на котором установлен электронный блок 171 управления для управления электропроводящим элементом 169. Кольцо 168 в осевом направлении расположено между дисками 161. Проводящий элемент 169 в осевом направлении расположен между постоянными магнитами 164. Таким образом, электропроводящий элемент 169, вращающийся со скоростью ω2 вращения, магнитно связан с источником 163 магнитного поля, вращающимся со скоростью ω1=0 вращения. Соответственно, источник 163 и электропроводящий элемент 169 образуют электрический генератор, который индуцирует согласно закону Фарадея электродвижущую силу в колонке 151 и в связи с этим во втулке 152 и лопастях 154 за счет дифференциальной скорости ω2-ω1=ω2 вращения. В показанном варианте выполнения электрический генератор представляет собой машину с осевым потоком, в которой магнитное поле, генерируемое источником 163, в основном направляется параллельно оси B. Электропроводящий элемент 169 электрически соединен с лопастями 154 посредством электрических проводов 172. Таким образом, электрический ток доступен для лопастей 133. В одном варианте выполнения лопасти 154 содержат электрическую цепь, встроенную внутри самих лопастей 154 и питаемую электрическим током. Эта электрическая цепь работает в качестве антиобледенительной системы или противообледенительной системы. В другом варианте выполнения лопасти 154 содержат приводы, осветительные приборы или другие системы, которые приводятся в действие с помощью электрического тока. Наконец, винт 4 содержит, относительно оси B: множество подшипников 180, радиально расположенных между управляющим стержнем 155 и колонкой 152; подшипники 181, радиально расположенные между колонкой 152 и радиально внутренней поверхностью кожуха 150; и подшипники 183, радиально расположенные между радиально внешней поверхностью кожуха 150 и соответствующими дисками 167, 170.

При использовании концевой вал 157 дополнительной трансмиссионной группы 8 приводит во вращение коническую шестерню 152 вокруг оси B со скоростью ω2 вращения. Соответственно, также втулка 152 и лопасти 154 и электропроводящий элемент 169 приводятся во вращение вокруг оси B со скоростью ω2 вращения. Лопасти 154 приводятся во вращение втулкой 152 вокруг оси B и могут перемещаться относительно втулки 152 известным образом. Более того, углы тангажа относительно соответствующих осей D лопастей 154 могут регулироваться посредством скользящего перемещения управляющего стержня 155 вдоль оси B. Источник 163 и постоянные магниты 164 установлены на кожухе 150 и являются неподвижными вокруг оси B, т.е. источник 163 и постоянные магниты могут рассматриваться как вращающиеся со скоростью ω1=0 вращения вокруг оси B. Благодаря дифференциальной скорости вращения между электропроводящим элементом 169 и источником 163 электродвижущая сила индуцируется магнитным полем, при помощи закона Фарадея, в электропроводящем элементе 169, вращающемся за одно целое с втулкой 152. Электрические провода 170 передают электродвижущую силу от проводящего элемента 169 на втулке 152 лопастям 154. Эта электродвижущая сила используется для нескольких целей. Например, она может быть использована для питания электрических цепей внутри лопастей 154 и обеспечения противообледенительной или антиобледенительной функции. Альтернативно или в совокупности, электродвижущая сила может быть использована для приведения в действие приводов, установленных на лопастях 154.

Преимущества винта 3, 3', 3'', 3''' и способа согласно настоящему изобретению будут ясны из вышеприведенного описания.

В частности, источник 30 магнитного поля либо является неподвижным, либо приводится во вращение со скоростью ω1 вращения, которая меньше, чем скорость ω2 вращения, с которой электропроводящий элемент 32 приводится во вращение вокруг этой же оси A. За счет того, что источник 30 и проводящий элемент 32 электромагнитно связаны, электродвижущая сила индуцируется, согласно закону Фарадея, в проводящем элементе 32, т.е. во вращающейся втулке 12. В связи с этим возможно генерировать электродвижущую силу и в связи с этим электрический ток во вращающейся части винта 3, 3', 3'', 3''', т.е. втулке 12 и лопастях 13, без какого-либо физического контакта с поддерживающим элементом 36''. Этот электрический ток может быть использован для различных целей, например, для питания электрических цепей, встроенных внутри лопастей 13, и образования противообледенительной или антиобледенительной системы и/или для приведения в движение приводов, обеспеченных на лопастях 13. За счет вышеизложенной конфигурации электродвижущая сила может генерироваться во втулке 12 и/или в лопастях 13 без какого-либо скользящего кольца между поддерживающей конструкцией 10 и втулкой 12. Таким образом, эффекты износа, которые обычно оказывают влияние на скользящее кольцо, и необходимость периодического и времязатратного обслуживания скользящего кольца полностью исключаются. В дополнение, отсутствие необходимой проводящей дорожки между неподвижными и вращающимися проводниками значительно уменьшает риск повреждения проводящих элементов 32. Более того, электрический генератор, образованный источником 30 и электропроводящим элементом 32, имеет ограниченный осевой размер и может быть в связи с этим легко интегрирован в традиционный размер винта 3, 3', 3'', 3''', не требуя никакого его переконструирования. По этим же причинам электрический генератор, образованный источником 30 и электропроводящим элементом 32, может быть легко модернизирован внутри уже существующего винта 3, 3', 3'', 3'''. Со ссылкой на винт 3, 3', 3''', блок 37, 37' шестерен эпициклической передачи позволяет увеличивать дифференциальную скорость ω2-ω1 вращения между электропроводящим элементом 32 и источником 30 магнитного поля с уменьшенным осевым размером. Соответственно, поддерживающий элемент 32 и втулка 12 могут быть выполнены более маленькими и более легкими, поскольку чем выше дифференциальная скорость ω2-ω1 вращения, тем ниже крутящий момент, требуемый для заданного значения электроэнергии, индуцируемой в электропроводящем элементе 32. Чем ниже крутящий момент, тем меньше диаметр и в связи с этим вес поддерживающего элемента 32 и втулки 12 с очевидными преимуществами по целевой нагрузке. Это особенно предпочтительно, когда скорость ω2 вращения втулки 12 является в силу необходимости медленной, как в несущем винте 3, 3', 3'''. Более того, электроэнергия может храниться в устройстве 89 хранения электроэнергии, которое может быть размещено, например, в дефлекторе 85 потока. Это устройство 89 хранения электроэнергии может быть использовано для приведения во вращение втулки 12 в случае неисправности турбины 6 так, чтобы поддерживать самовращение вертолета 1. Наконец, источник 30 и электропроводящий элемент 32 по меньшей мере частично размещены внутри дефлектора 85 потока. Таким образом, конвективный теплоотвод облегчается с помощью воздуха, который естественным образом течет внутри дефлектора 85 потока, а кондуктивный теплоотвод облегчается с помощью того, что дефлектор 85 потока изготовлен из металлического материала и обеспечен теплоотводящими кольцами 90. Дефлектор 85 потока также может быть легко удален, таким образом обеспечивая легкий осмотр и обслуживание источника 30 и постоянных магнитов 81.

Разумеется, могут быть выполнены изменения винта 3, 3', 3'', 3''' и способа согласно настоящему изобретению без, однако, отклонения от объема охраны, который определен в сопровождающей формуле изобретения. В частности, электрический генератор, образованный источником 30 и электропроводящим элементом 32, может представлять собой машину с радиальным потоком, в которой магнитное поле, генерируемое источником 30, в основном направляется радиально относительно оси A. Более того, винт 3, 3', 3'', 3''' может содержать, вместо механической основной и дополнительной трансмиссионной группы 7, электрический двигатель для приведения в движение винта 3, 3', 3'', 3'''. В этом случае винт 3, 3', 3'', 3''' будет содержать статор, на котором будет установлен источник 30, и винт, на котором будет установлена электрическая цепь 32. Летательный аппарат 1 может представлять собой конвертоплан вместо вертолета.

Изобретение относится к области авиации, в частности к конструкциям воздушных винтов винтокрылых летательных аппаратов. Винт (3, 3', 3'', 3''') для летательного аппарата (1), способного к зависанию, содержит неподвижную поддерживающую конструкцию (10), вращательный элемент (11), который является вращаемым вокруг оси (A) относительно неподвижной поддерживающей конструкции (10), лопасть (13), которая функционально соединена с вращательным элементом (11), источник (30) магнитного поля, который неподвижен либо приводится во вращение с первой скоростью (ω1) вращения, электропроводящий элемент (32), который функционально соединен с вращательным элементом (11) и может быть приведен во вращение со второй скоростью (ω2) вращения, отличной от первой скорости (ω1) вращения. Электропроводящий элемент (32) связан с источником (30) так, что электродвижущая сила индуцируется магнитным полем в самом электропроводящем элементе (32). Два кольца проходят радиально внутрь от трубчатого корпуса (51) втулки (12) винта, при этом первое кольцо соединяется с множеством теплопроводящих колец (90) дефлектора (85) потока на осевом конце винта (3, 3', 3'', 3'''), второе кольцо (53) поддерживает электропроводящий элемент (32). Обеспечивается получение электроэнергии с помощью устройства, интегрированного в головку винта, эффективный теплоотвод. 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Летательный аппарат (1), способный к зависанию, в частности вертолет или конвертоплан, содержащий:

- фюзеляж (2);

- основную трансмиссионную группу (7); и

- несущий винт (3, 3', 3'', 3'''), который соединен с основной трансмиссионной группой (7) и выполнен с возможностью обеспечения летательного аппарата (1) подъемной силой для его поднятия;

причем несущий винт (3, 3', 3'', 3''') содержит, в свою очередь:

- неподвижную поддерживающую конструкцию (10), прикрепленную к фюзеляжу (2);

- вращательный элемент (11), который является вращаемым вокруг первой оси (A) относительно неподвижной поддерживающей конструкции (10);

- по меньшей мере одну лопасть (13), которая функционально соединена с вращательным элементом (11);

- источник (30) магнитного поля, который либо является неподвижным, либо приводится, при использовании, во вращение с первой скоростью (ω1) вращения; и

- электропроводящий элемент (32), который функционально соединен с вращательным элементом (11) и может быть приведен, при использовании, во вращение со второй скоростью (ω2) вращения, отличной от первой скорости (ω1) вращения;

при этом электропроводящий элемент (32) электромагнитно связан с указанным источником (30) таким образом, что электродвижущая сила индуцируется магнитным полем, при использовании, в самом электропроводящем элементе (32);

причем винт (3, 3', 3'', 3''') дополнительно содержит:

- втулку (12), функционально соединенную с вращательным элементом (11), вращаемую со второй скоростью (ω2) вращения вокруг первой оси (A), и с которой шарнирно соединена лопасть (13); и

- поддерживающий элемент (36, 36', 36''), к которому прикреплен указанный источник (30) и который является либо неподвижным, либо вращаемым с первой скоростью (ω1) вращения вокруг первой оси (A);

при этом электропроводящий элемент (32) прикреплен к втулке (12),

отличающийся тем, что указанный винт (3, 3', 3'', 3''') содержит дефлектор (85) потока, который расположен на осевом конце указанного винта (3, 3', 3'', 3'''), является вращаемым вокруг первой оси (A) за одно целое с втулкой (12) и ограничивает отсек, вмещающий по меньшей мере частично поддерживающий элемент (36, 36');

причем указанная втулка (12) содержит:

- трубчатый корпус (51) и первое и второе кольца (52, 53), которые проходят от корпуса (51) по направлению к первой оси (A) и перпендикулярно первой оси (A);

при этом электропроводящий элемент (32) установлен на втором кольце (53);

причем дефлектор (85) потока изготовлен из металла и содержит множество теплопроводящих колец (90), которые соединены с первым кольцом (52, 52').

2. Летательный аппарат по п. 1, отличающийся тем, что содержит первый блок (17) шестерен эпициклической передачи; при этом первый блок (17) шестерен эпициклической передачи содержит, в свою очередь:

- солнечную шестерню (20), которая является соединяемой с выходным валом основной трансмиссионной группы (7) летательного аппарата (1);

- венцовую шестерню (23), которая образована поддерживающей конструкцией (10);

- множество планетарных шестерен (21), которые одновременно сцепляются с солнечной шестерней (20) и венцовой шестерней (23); и

- первое водило (22), которое соединено с планетарными шестернями (21) и вращательным элементом (11, 151);

причем планетарные шестерни (21) являются вращаемыми вокруг соответственных вторых осей (E), параллельных и отличных от первой оси (A), и смонтированы с возможностью вращения вокруг первой оси (A).

3. Летательный аппарат по п. 2, отличающийся тем, что он содержит:

- соединительный элемент (35), который соединен с поддерживающей конструкцией (10) и является неподвижным вокруг первой оси (A); и

- второй блок (37, 37') шестерен эпициклической передачи, который функционально расположен между соединительным элементом (35) и поддерживающим элементом (36, 36').

4. Летательный аппарат по п. 3, отличающийся тем, что второй блок (37, 37') шестерен эпициклической передачи содержит:

- первую шестерню (45), которая образована поддерживающим элементом (36, 36') и является вращаемой вокруг первой оси (A);

- вторую шестерню (48), выполненную за одно целое с возможностью вращения и приводимую во вращение, при использовании, втулкой (12) вокруг первой оси (A);

- по меньшей мере одну пару третьих планетарных шестерен (46) и

- второе водило (47), которое соединено с третьими планетарными шестернями (46);

при этом третьи планетарные шестерни (46) одновременно сцепляются с первой шестерней (45) и второй шестерней (48), являются вращаемыми вокруг соответственных третьих осей (F), параллельных и отличных от первой оси (A), и смонтированы с возможностью вращения вокруг первой оси (A).

5. Летательный аппарат по п. 4, отличающийся тем, что второе водило (47) соединено с поддерживающей конструкцией (10) и является неподвижным вокруг указанной первой оси (A).

6. Летательный аппарат по любому из пп. 3-5, отличающийся тем, что второй блок (37') шестерен эпициклической передачи и поддерживающий элемент (36') в осевом направлении содержатся внутри осевого размера втулки (12).

7. Летательный аппарат по любому из пп. 2-4 или 6, отличающийся тем, что второе водило (47) соединено с солнечной шестерней (20) первого блока (17) шестерен эпициклической передачи и является вращаемым вокруг первой оси (A) с третьей скоростью (ω0) вращения, отличной от первой и второй скорости (ω1, ω2) вращения.

8. Летательный аппарат по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что дефлектор (85) потока содержит средство (89) хранения электроэнергии, электрически соединенное с электропроводящим элементом (32), и/или теплоотводящее средство (90) для отвода тепла, генерируемого, при использовании, указанным источником (30) и электропроводящим элементом (32).

9. Летательный аппарат по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что поддерживающий элемент (36, 36', 36'') содержит пару третьих колец (39, 40), которые поддерживают соответственные источники (30) в положении, в котором они в осевом направлении обращены друг к другу вдоль первой оси (A);

причем второе кольцо в осевом направлении расположено между третьими кольцами (39, 40) вдоль первой оси (A).

10. Летательный аппарат по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что он содержит электрические соединительные средства (87), которые расположены между электропроводящим элементом (32, 169) и лопастью (13, 154);

причем электрические соединительные средства (87) предпочтительно соединены с антиобледенительной системой, встроенной внутри лопасти (13).

11. Летательный аппарат по любому из пп. 4-10, отличающийся тем, что втулка (12) дополнительно содержит четвертое кольцо (48), которое проходит от корпуса (10) по направлению к первой оси (A) и перпендикулярно первой оси (A); при этом четвертое кольцо (48) в осевом направлении расположено между вторым и третьим кольцом (53, 52, 52');

причем кольцо (48) содержит радиально внутренние зубья относительно первой оси (A), сцепляющиеся с радиально внешними зубьями третьих планетарных шестерен (46).