Воздушный винт с самоустанавливающимся шагом Советский патент 1992 года по МПК B64C11/30 

Изобретение относится к авиацинной технике, а менно к воздушным винтам изменяемого шага и может быть использовано также в ветросиловых установках в качестве гребных винтов изменяемого шага.

Существуют различные устройства для изменения угла установки лопастей: электрические, механические, гидравлические, аэродинамические и т.д. Большинство современных винтов изменяемого шага гидравлические.

Однако для управления работой и контроля эти винты требуют дополнительных источников гидравлической и электрической энергии. Такие винты оснащаются рядом защитных устройств, которые усложняют конструкцию, но не исключают полностью появления при отказе двигателя в полете отрицательной тяги и передачи ее на самолет.

Известны также аэромеханические воздушные винты изменяемого шага, не требующие для управления работой винта дополнительных источников энергии.

Но они могут работать только в ограниченном диапазоне скоростей полета и частот вращения и передают при отказе двигателя отрицательную тягу на самолет.

Целью изобретения является обеспечение изменения шага винта без дополнительных источников энергии, повышение надежности и безопасности полета путем исключения передачи на самолет отрицательной тяги при отказе двигателя и улучшение условий эксплуатации.

Для достижения поставленной цели шлицы на валу и во втулке винта выполнены винтовыми, при этом втулка винта снабжена устройством обратной связи по тяге винта,

5 обеспечивающим поворот лопастей при осевом перемещении втулки винта. Устройство обратной связи по тяге винта выполнено в виде втулки с цилиндрической проточкой, кулисы с кольцевыми пазами и

0 сухарями, шаровых подшипников и пальцев лопастей, при этом втулка с цилиндрической проточкой зафиксирована на валу винта внутри втулки винта, а в цилиндрической проточке втулки размещена поворотная ку5 лиса, сочлененная с помощью сухарей и шаровых подшипников с пальцами лопастей,

Вал винта снабжен упорами минимального и максимального шагов винта, зафиксированными на валу винта, С целью

0 повышения надежности путем уменьшения ударных нагрузок при постановке лопастей на упоры, упоры содержат упругие элементы.

Для улучшения условий эксплуатации 5 путем удержания лопастей винта на необходимых углах установки вал винта снабжен радиальными отверстиями, а втулка винта оснащена радиально расположенными подпружиненными стопорными защелками,

0 взаимодействующими с радиальными отверстиями на валу винта. Воздушный винт снабжен устройством вывода стопорных защелок из отверстий, содержащим штангу с конусообразными профилированными эле35 ментами и толкатели. При этом штанга размещена соосно внутри вала винта с возможностью осевого перемещения о гносйтельно вала винта, а толкатели размещены ради- ально с возможностью перемещения в отверстиях вала. Причем конусообразные профилированные элементы взаимодействуют с толкателями, взаимодействующими со стопорными защелками.

На фиг, 1 представлена конструктивная схема винта; на фиг. 2 - схема механизма поворота лопастей; на фиг. 3 - схема сил на винтовой линии; на фиг. 4 - схема аэродинамических сил элемента лопаст и на земле на мак- симзльном режиме; на фиг. 5 - то же, при увеличении скорости полета V; на фиг.6-тоже, на режиме нулевой тяги; на фиг.7 - то же, при отказе двигателя; на фиг. 8 -тоже, при отказе двигателя и падений частоты вращения винта; на фиг. 9 - то же, при запуске остановленного двигателя в полете; на фиг. 10-го же, при работе вин а в режиме ветряка; на фиг. 11 - то же, на режиме торможения после посадки самолета

Воздушный винт состоит из втулки 1 винта с лопастями 2, установленной с воз- можностью осевого перемещения на валу винта 3 с винтовыми шлицами. Устройство обратной связи, прообразующее перемещение втулки винта 1 по валу винта 3 в изменение угла установки лопастей, состоит из втулки 4, зафиксированной на валу винта 3, в цилиндрической проточке которой размещена кулиса 5 с возможностью вращения относительно втулки А. Кулиса 5 имеет кольцевые пазы 6 с встроенными сухарями 7 с возможностью перемещения их в пазах 6. Шаровые подшипники 8 сочленены с пальцами 9, расположенными на стороне ребра атаки лопасти 2.

Упором, ограничивающим перемеще- ния втулки 1 винта по валу 3 винта, является втулка 4, зафиксированная на валу 3 винта. Для уменьшения ударных нагрузок на упор установлены упругие, например резиновые, элементы 10 со стороны упора, ограничива- ющего минимальный угол установки лопастей и пружина 11 со стороны упора, ограничивающего максимальный угол установки (флюгерное положение лопастей). Для удержания лопастей 2 на необходимых углах установки винт оснащен стопорным устройством, состоящим из стопорных защелок 12 с пружинами 13, отверстий 14 и 15 на валу винта 3, обеспечивающим фиксацию минимального угла установки и флюгерного положения лопастей 2. Устройство вывода стопоров состоит из штанги 16, расположенной соосно внутри вала 3 с возможностьюосевогоперемещения. Конусообразные профилированные элементы 17 и 18 посредством толкателей 19 и 20 воздействуют на стопорные защелки 12.

Для пояснения работы винта на фиг. 4-11 показаны схемы аэродинамических сил элемента лопасти 2 в различных режимах работы винта.

Приняты обозначения: U - линейная окружная скорое рращения винта; V-скорость hafc - - 1«аг готокз; W - абсолютная скорость ивгекзи- я; «-угол атаки; /Зп - угол протекания; р - угол установки лопасти; Р- П ыз тягп; Q вр- сила сопротивления вращению; R - полная аэродинамическая сила; у - угол подъема винтовых шлиц.

Угол у определяют по формуле:

y arctg p.

В аэродинамике эта формула имеет следующее выражение:

v - я-rtn CWsinfr + . у а, ею . slnr

В случае применения упругих элементов 10 и 1i формула для определения угла подъема винтовых шлиц будет иметь вид:

QBD

y ao:tg р ,

г з: 1-нагр

где Fnarp - сила нагрузки упругого элемента.

Знак + имеет место при совпадении направления воздействия упругого элемента на втулку винта с направлением вектора тяги Р, знак - - при противоположных их направлениях. Запуск двигателя и раскрутка винта производится при зафиксированном минимальном угле установки лопастей 2. После запуска винт снимается с упора переводом штанги 16 вниз. Конусообразный профилированный элемент 17, воздействуя на толкатели 1, выталкивает стопорные защелки 12 из отверстий 14, сжимая пружину 13.

Перевод рычага управления двигателем на увеличение мощности двигателя (сила вращения Р8р возрастает) приводит к смещению втулки винта 1 назад (на фиг. 1 вниз). При этом пальцы 9 лопастей 2, связанные через шаровые подшипники 8 с сухарями 7, смещаются относитепьно втулки винта 1, увеличивая углы установки лопастей. С увеличением угла установки лопастей увеличивается тяга вмнта до тех пор, пока не восстановится равенство сил вращения FBp с силой сопротивления вращению винта Qep и соотношение силы сопротивления вращению к тяге винта, определяемое углом подъема вала 3 винта. При работе двигателя на земле на максимальном режиме (на тормозах)тяга максимальна (геликоп- терный режим).

При взлете с момента начала разбега появляется поступательная скорость V, угол атаки а лопастей уменьшается, уменьшается и сила сопротивления вращению QBp (винт облегчается). Нарушается равенство сил вращения FBp и сопротивления вращению Овр, что приводит к смещению втулки винта назад, Процесс повторяется.

Такое же явление имеет место и при увеличении в полете скорости V при постоянном положении рычага управления двигателем. После взлета и набора необходимой высоты и скорости уменьшается мощность двигателя При этом сила вращения винта Рьр уменьшается, а сила сопротивления вращению Bin; га огяаотсп той хе. Втулка винта смещается вперед уменьшая углы установки и угол а гаки лопастей.

При увеличении скорости полета, когда сила вращения Рьр мала (планирование, двигатель зздросселиросан), наступает такой момент, KOI ца угол установки уменьш- пется насточько, что угол атаки лопасти примчано равен нулю(а- 0). В этом случае полная аэродинамическая сила R совпадает с плоскост ыо вращения и равна силе сопротивления вращения QBp, тяга винта Р равна нулю. Мощность для вращения винта берется от двигателя (режим нулевой тяги). При дальнейшем увеличении скорости, когда угол атаки отстанет отрицательным и поя- витст отрицательная тяга, втулка винта сместится назад, увеличивая уол установки лопастей до тех пор, пока исчезает отрицательная тяга и винт не станет работать в режиме нулевой тяги.

При отказе двигателя в полете исчезает сила вращения вин га и втулка 1 винта первоначально сместится вперед, уменьшая углы атаки установки лопастей 2 до тех пор, пока углы атаки лопастей не станут отрицательными и появится отрицательная тяга, Затем, под действием отрицательной тяги втулка винта 1 с лопастями 2 смещается назад с увеличением углов установки лопастей и уменьшением отрицательных углов атаки. При достижении втулкой винта 1 крайне заднего положения лопасти 2 уста-- навливаются в флюгерное положение, стопорные защелки 12 под действием пружин 13 заходят в отверстия 15 и удерживают втулку винта 1 в этом положении, при этом величина отрицательной тяги, передаваемой на самолет, мала.

При необходимости запуска двигателя с зафиксированным винтом винт снимается с упора переводом штанги 16 вниз. Конусообразный апрофилированный элемент 18, воздействуя на толкатели 20 и сжимая пружины 13, выводит стопорные защелки 12, из отверстий 15 вала 3 винта. Втулка 1 под действием сжатой пружины 11 перемещается вперед, уменьшая углы установки до макси- мгльно расчетного режима полета, Винт начиняет работать в режиме ветряка и раскручивает вал двигателя. На винте воз0 пикает отрицательная тяга, которая передается на самолет. Сила сопротивления вращению винта Qep изменяет свое направление и раскручивает винт (фиг. 10), Втулка 1 вин га с лопастями 2 смещается назад,

5 сжимая пружину 11 и увеличивая углы установки, что уменьшает отрицательные углы атаки лопастей и гягу. По мере раскрутки вала отрицательные углы атаки лопастей и тяга уменьшаются., пружины 11 смещают

0 вгулку 1 винта вперед, уменьшая углы установки и увеличивая отрицательные углы атаки по 1астей.

После приземления рычаг управления двигателем устанавливают в положение

5 Земной малый газ. Втулка 1 винта, перемешаясь вперед, уменьшает углы атаки установки лопастей до минимального. Втулка 1 винта вступает во взаимодействие с упру- тми элементами 10. уменьшая ударную на0 грузку на упоры 4. Стопорные защелки 12 под действием пружин 13 входят в отверстия 14 и удерживают лопасти 2 винта на минимальном угле установки. Углы атаки лопастей 2 и тяга становятся отрицательными

5 (Фиг. 1 ). Отрицательная тяга передается на самолет и тормозит пробег. После погашения скорости перед увеличением режима работы двигателя для руления втулка 1 винта расстопаривается. Перед выключением

0 двиг ателя винт стопорится на минимальном угпе.

Формула изобретения

1,Воздушный винт с самоустанавливающимся шагом, содержащий вгулку с лопа5 стями, установленную на валу винта со шлицами, отличающийся тем, что, с целью обеспечения изменения шага винта без дополнитепьных источников энергии, повышения надежности и безопасности по0 лета путем исключения передачи на самолет отрицательной тяги при отказе двигателя и улучшения условий эксплуатации, шлицы на валуи во втулке винта выполнены винтовыми, при этом втулка винта снабжена устрой5 ством обратной,связи, по тяге винта, обеспечивающим поворот лопастей винта пои осевом перемещении втулки.

2.Воздушный винт по п. 1, о т л и ч а ю- щи и с я тем, что устройство обратной связи по тчге винта выполнена в виде втулки с

цилиндрической проточкой, кулисы с кольцевыми пазами и сухарями, шароёых подшипников и пальцев лопастей, при этом втулка с цилиндрической проточкой зафиксирована на валу винта втулки винта, а в цилиндрической проточке втулки размещена поворотная кулиса, соилененная с помощью сухарей и шаровых подшипников с пальцами лопастей.

3,Воздушный винт пс п. 1,отличающий с я тем, что вал винта снабжен упорами минимального и максимального шагов винта, зафиксированными на валу винта.,

4,Воздушный винт по п. 3, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности путем уменьшения ударных нагрузок при постановке лопастей на упоры, упоры содержат упругие элементы.

5,Воздушный винт по п. отличающийся тем, что, с целью улучшения условий эксплуатации путем удержания лопастей винта на необходимых углах установки, вал винта снабжен радиальными отверстиями, а втулка .оснащена радиально расположенными подпружиненными стопорными защелками, взаимодействующими с радиальными отверстиями на валу винта.

6. Воздушный винт по п. 5, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что он снабжен устройством

вывода стопорных защелок из отверстий, содержащим штангу с конусообразными профилированными элементами и толкатели, при этом штанга размещена соосно внутри вала -винта с возможностью осевого

перемещения относительно вала винта, а толкатели размещены радиальное возможностью перемещения в отверстиях вала, причем конусообразные профилированные элементы взаимодействуют с толкателями,

взаимодействующими со стопорными защелками.

Изобретение относится преимущественно к авиационной технике, в частности к воздушным винтам изменяемого шага. Оно может быть использовано также в ветросиловых установках и в качестве гребных винтов измеряемого шага. Целью изобретения является обеспечение изменения шага винта без дополнительных источников энергии, повышение надежности и безопасности полета путем исключения передачи на самолет отрицательной тяги при отказе двигателя и улучшение условий эксплуатации. Воздушный винт с самоустанавливающимся шагом состоит из втулки винта 1 с лопастями 2, установленной с возможностью осевого перемещения на валу винта 3 с винтовыми

р -

Фиг

Фиг. 9

/ «

Фиг. 5

9U2. 6

U

v /

Фиг, 8

Фкг 40