Втулка ротора с реверсивно крутильным автоматом ориентации и сглаживания ударов лопастей Советский патент 1993 года по МПК B64C27/32 

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к роторам с механизмами компенсации перекоса лопастей.

Цель изобретения - упрощение конструкции за счет автоматизации пространственного положения лопастей и уменьшение ударных нагрузок.

Цель достигается тем, что во втулке ротора, содержащей ступицу и расположенные на ней валы лопастей, ступица, валы лопастей, опорный диск составляют одно целое. В валах расположены гнезда посадки торсионов, на валах установлены в подшипниках осевые шарниры лопастей с расположенным на осевых шарнирах ограничителем хода осевых шарниров, на осевых шарнирах расположены гребенки для подключения лопастей. Осевой шарнир может поворачиваться вокруг продольной оси на,угол 90°,это положение фиксируется и удерживается ограничителем хода осевого шарнира об опорный диск. На осевом шарнире крепятся лопасти за счет гребенок осевого шарнира и вилки, в которой закреплена лопасть. Осевой шарнир с расположенной на нем гребенкой, гребенка вилки, лопасть и вал ступицы имеют осевое про- дольное гнездо посадки торс иона. Торсионы крепятся одним концом в центре ступицы фланцем, а вторым концом торсио- ны вставлены в ползунковое устройство и закреплены в лопастях на месте подключения вилки с лопастью с заданным углом атаки и в этом положении фиксированы вокруг продольной оси поворота лопастей пружинным действием торсиона соответственно вперед или назад прм повороте в осевом шарнире. Торсионы и их пружинное действие предназначены для автоматизации пространственного положения лопастей и уменьшения ударных нагрузок ограничителя хода осевого шарнира об опорный дискЪ

1 to

зонах SiS2 и 8з54. Ступица ротора установлена б подшипниках на валу углового синхронизирующего редуктора, на ступице закреплена крышка с полуосью, установленной в подшипнике, и расположенной на полуоси шестерней, связанной при помощи конического зубчатого зацепления с большой шестерней, установленной на синхронизирующем валу. Синхронизирующий вал установлен в подшипниках внутри вала крыла углового редуктора, который закреплен на внешнем концё крыла в шарнире с возможностью поворота его вместе с роторным устройством из горизонтального в вертикальное положение, или назад в исходное положение. Внутри крыла установлены синхронизирующие валы, синхронизирующие вал.ы связывают ступицы роторных устройств между собой и обеспечивают их одновременноепротивоположноесинхронное вращение, а также одновременный совместный поворот роторных устройств при помощи вала, на котором установлена малая шестерня, приводящая в действие зубчатыми зацеплениями большую шестерню, установленную на валу углового редуктора, установленного в шарнире крыла.

Сравнительный анализ с прототипом показывает, что втулка ротора имеет новые признаки, заключающиеся в том, что ступица имеет осевые валы с расположенными внутри них гнездами посадки торсиона, на осевых валах установлены осевые шарниры с закрепленными к ним лопастями, ось каждой лопасти совпадает с продольной осью их, вокруг которой лопасти могут поворачиваться на угол 90°. На осевом шарнире расположены ограничители его хода, которые взаимодействуют и фиксируются об опорный диск, расположенный на осевых валах ступицы. Каждая лопасть имеет торсион, закрепленный одним концом в ступице, а другим вставленный в ползунковое устройство на месте крепления вилки и лопасти с заданным углом атаки и в этом положении фиксированы вокруг продольной оси поворота лопастей пружинным действием торсиона соответственно вперед или назад при повороте в осевом шарнире для автоматизации пространственного положения лопастей и уменьшения ударных нагрузок ограничителя хода осевого шарнира об опорный диск. Пружинное противодействие выполняет функцию пружинного двигателя и компенсатора, автоматически изменяющего угол атаки лопастей, которые воспринимают давление газового и воздушного потока, выработанного силовыми установками, используя их повторно, раскручивая роторные

устройства, а также встречного набегающего воздушного потока, ввинчиваясь в воздушный поток, имеет четыре зоны действия с маховыми преобразованиями особенно5 стей аэродинамики насекомых и птиц.

На фиг.1 изображена втулка ротора, закрепленная на крыле самолета, вид сверху; на фиг.2 - вид в изометрии втулки ротора, закрепленной на крыле самолета с частичным разрезом крыла; на фиг.З изображен разрез А-А по фиг,1; на фиг.4 - разрез вала с опорным диском и зона действия поворота осевого шарнира с возможной фиксацией ограничителей хода осевого шарнира об

5 опорный диск; на фиг.5 - разрез Б-Б по фиг.1; на фиг.6 - ступица ротора с частичным разрезом вид сверху; на фиг.7 - л.а, в режиме маховых преобразований в зоне Si двигатель, расположение лопасти в дан0 ной зоне, фиксируемой об опорный диск, и пружинное действие торсиона по стрелке на фиг.8 - л.а. в режиме маховых преобразований в зоне $2 винт тяги, расположение лопасти в данной зоне, фиксируемой

5 об опорный диск, и пружинное действие торсиона по стрелке на фиг.9 -- л.а. в режиме маховых преобразований в зоне 5з маховое крыло, расположение лопасти при нейтральном положении торсиона с

0 возможным отклонением при изменении направленного воздушного потока по стрелке В и на фиг.10 - л.а. в режиме маховых преобразований в зоне S/q поднимающееся крыло, расположение лопасти

5 при нейтральном положении торсиона с возможным отклонением при изменении направленного воздушного потока по стрелке Г и на фиг.11 -л.а. в режиме ротации в зоне Si двигатель, расположе0 ние лопасти в данной зоне, фиксируемой об опорный диск, и пружинное действие торсиона по стрелке на фиг.12- л.а. в режиме ротации в зоне S2 винт тяги, расположение лопасти в данной зоне, фиксируемой об

5 опорный диск, и пружинное действие торсиона по стрелке на фиг.13 - л.а. в режиме ротации в зоне Зз маховое крыло, расположение лопасти при нейтральном положении торсиона с возможным отклонением

0 при изменении направленного воздушного потока по стрелке В и на фиг, 14 - л.а. в режиме ротации в зоне ЗА поднимающееся крыло, расположение лопасти при ней- тральном положении торсиона с

5 возможным отклонением при изменении направленного воздушного потока по стрелке Г и В.

Втулка ротора с реверсивно крутильным автоматом ориентации и сглаживания ударов лопастей содержит ступицу 1 г. расположечнымп ня ней осепыми валами 2 лопастей 9. на налах 2 по всей окружности расположен опорный диск 5. на валах 2 установлены в подшипниках 12 осевые шарниры 3, на осевых шарнирах 3 расположены ограничители 4 хода осевого шарнира 3, ограничители 4 взаимодействуют и фиксируются об опорный диск 5, в осевых валах 2 продольно оси внутри имеются гнезда 6 для посадки торсионов 8, закрепленных одним концом в центре ступицы 1 фланцем 10, на осевом шарнире 3 имеется гребенка 11 для подключения лопастей 9 с гребенкой вилки 13, на которой закреплена лопасть 9, осевой вал 2 гребенки 11 и лопасть 9 продольно оси внутри имеют гнездо посадки торсиона 8. Торсионы 8 крепятся одним концом в центре ступицы 1 фланцем 10, а вторым концом торсионы 8 вставлены в ползунковое 14 устройство и закреплены в лопастях 9 на месте подключения вилки 13 с лопастью 9 с заданным углом атаки и в этом положении зафиксированы вокруг продольной оси поворота лопастей 9 пружинным действием торсиона 8 соответственно вперед или назад при повороте в осевом шарнире 3. Торсионы. 8 и их пружинное действие предназначены для автоматизации пространственного положения лопастей 9 и уменьшения ударных нагрузок ограничителей 4 хода осевого шарнира 3 об опорный диск 5 в Si и $2. Ступица 1 ротора установлена в подшипниках 12 на валу 15 углового синхронизирующего редуктора 16, на ступице 1 закреплена крышка 17с полуосью 18, установленной в подшипнике 12 и расположенной на полуоси 18 шестерней 19, связанной при помощи конического зубчатого зацепления с большой шестерней 20, установленной на синхронизирующем валу 21, Синхронизирующий вал 21 установлен в подшипниках 12 внутри вала 15 крыла 23 углового редуктора 16, который закреплен на внешнем конце крыла 23 в шарнире 22 с возможностью поворота углового редуктора 16 со ступицей 1 роторного устройства из горизонтального в вертикальное положение, или назад в исходное положение. Внутрикрыла 23 установлены синхронизирующие валы 21, синхронизирующие валы 21 связывают ступицы 1 роторных устройств между собой и обеспечивают их одновременное противоположное синх- .ронное вращение, а также одновременный совместный поворот роторных устройств при помощи вала 24, на котором установлена малая шестерня 25, приводящая в действие зубчатыми зацеплениями большую шестерню 26, установленную на валу 15 углового редукюрл 16. устпнс плонного R шар- миро 22 крыла 23.

Работа втулки ротора осуществляется следующим образом. Встречный набегаю- щий воздушный поток воздействует на лопасти роторного устройства и лопасти 9, воспринимая давление его, ввинчиваются в воздушный поток с маховыми преобразованиями особенностей аэродинамики насеко0 мых и птиц и имеют четыре зоны действия при работе.

Самолет в режиме полета с маховыми преобразованиями.

После подъема самолета роторные уст5 ройства в обоих внешних концах крыла 23 поворачиваются вокруг горизонтальной оси его относительно оси, проходящей под углом 45° относительно продольной оси фюзеляжа, при этом приводится вал 24 в

0 действие, сообщая усилие малой шестерне 25 на большую шестерню 26, приводя вал 15 в действие, поворачивающийся в шарнире 22 крыла 23. Происходит совместный одновременный поворот ступиц 1 на угол 45°, где

5 втулки ротора со всеми лопастями в них вращаются в наклонно-отклоненных плоскостях 45/45.

В зоне Si двигатель опорный диск 5 занимает наклонно-отклоненное 45°/45°

0 положение, направленным воздушным потоком лопасть 9 прижимается и фиксируется ограничителями 4 хода осевого шарнира . 3 об опорный диск 5. В данной зоне лопасти работают как лопатки турбины и раскручи5 вают ступицы 1 со всеми лопастями 9 в них. При уменьшении давления направленного воздушного потока торсионы 8 пружинным действием автоматически компенсируют и изменят угол атаки лопастей 9 по стрелке

0 В 60°, а при увеличении давления воздуш. ного потока уменьшит ударную нагрузку ог раничителя 4 об опорный диск 5 с

противодействием пружинного действия

торсиона 8 по стрелке В в лопасти на по5 ток и работает как пружинный двигатель, способствующий ускорению по .направлению вращения роторных устройств и созданию дополнительной работы в зоне Sa винт тяги (см, фиг.7).

0 Из зоны Si при вращении ступицы 1 лопасти 9 попадают в зону Зз маховое кры- ло, опорный диск 5 занимает наклонно-отклоненное 45°/45° положение, воздействие на лопасти по отношению воздушного пото5 ка меняется, лопасти 9 выводятся пружинным действием торсиона В - 60° в нейтральное по стрелкам В и Г положение, лопасти стабилизируются продольно оси в потоке и за счет крутки лопасти - 45° выполняют функцию махового крыла, удерживая л.а. в горизонтальной плоскости, и работают как маховое крыло, создавая тягу на перемещение л.а., с дальнейшим переходом на винт тяги в зоне За (см. фиг.9).

Из зоны 5з при. вращении ступицы 1 лопасти 9 попадают в зону $2 винт тяги, опорный диск 5 занимает наклонно-откло- неннное 45°/45° положение, воздействие на лопасти по отношению воздушного потока меняется и лопасти 9 за счет крутки ее 45° ввинчиваются в воздушный поток с произведением работы поступательного перемещения л.а., создавая тяговое усилие. Лопасти 9 прижимаются, рабочей воздушный средой и фиксируются ограничителями 4 хода осевого шарнира 3 об опорный диск 5, а приуменьшении давления рабочей воздушной среды торсионы 8 пружинным действием автоматически компенсируют и изменят угол атаки лопастей 9 по стрелке Г - 30°, при увеличении давления рабочей воздушной среды уменьшат ударную нагрузку ограничителя 4 об опорный диск 5, лопасти прижимаются и фиксируются с противодействием торсиона по стрелке Г (см. фиг.8).

Из зоны S2 при вращении ступицы 1 лопасти 9 попадают в зону SA поднимающееся крыло, опорный диск 5 занимает наклонно-отклоненное 45°/45° положение, воздействие на лопасти по отношению воздушного потока меняется, лопасти 9 выводятся пружинным действием торсиона Г 30° в нейтральное по стрелкам Г и В положение и попадают в зону сильного набегающего воздушного потока, где лопасти обдуваются в продольной оси и за счет крутки ее 45° работают как поднимающееся крыло и двигатель, способствующие подъемной и вращательной силе и уже в зоне Si воздействие на лопасти воздушного потока меняется, пружинное действие торсиона по стрелке В- 60° уменьшает ударную нагрузку ограничителей 4 хода осевого шарнира 3 об опорный диск 5, работают как пружинный двигатель, способствующий ускорению по направлению вращения роторных устройств, а при уменьшении набегающего воздушного потока автоматически компенсируют и изменяют угол атаки лопастей, лопасти занимают положение задней кромкой навстречу воздушному потоку, который давит на верхнюю плоскость лопасти 9, а так как центр масс и центр давления ее профиля расположены позади оси навески лопасти, то на них возникает момент, который и поворачивает их вокруг продольной оси к направлению воздушного потока и лопасти 9 работают как лопатки турбины (см. фиг. 10). Этот процесс происходит непрерывно.

Таким образом торсионы и их пружинное действие воспринимают лопастями малейшие изменения воздушного потока в зонах Si 82 83 и S4, непрерывное воздействие пружинного действия торсионов 8 вызывает непрерывное противодействие по воздушному потоку, способствующее ускорению по направлению вращения, а при малейшемизменении давления

0 автоматически компенсируют и изменяют угол атаки лопастей, а при увеличении давления уменьшают ударную нагрузку ограничителей 4 хода осевого шарнира 3 об опорный диск 5.

5 Для таких втулок ротора не нужны усилители и механизмы перекоса лопастей, которые напрямую связаны с ручкой управления и дополнительными вариантами страховки.

0 В полете при поступательном перемещении самолета центр роторных устройств остаётся неизменным и равен скорости самолета, а изменяемой является внешняя часть роторных устройств, крутка лопасти

5 составляет 45° для уменьшения лобового сопротивления и разложена на составляющие перехода с двигателя на крыло от внешней к центру, способствующие тяговой и подъемной силе. Втулка ротора с закреп0 ленными на ней лопастями 9 ввинчивается в воздушный поток, влияя на поступательное перемещение самолета и набор высоты без затрат мощности от силовых установок на их вращение. Скорость самолета растет,

5 а весовая отдача его увеличивается и дальнейший полет осуществляется в режиме ротации с маховыми преобразованиями, при этом лобовое сопротивление и подъемная сила уменьшаются, а тяга увеличивается и

0 скорость самолета растет.

В режиме ротации ступицы 1 поворачивают вокруг горизонтальной оси в шарнире 22 крыла 23 относительно оси, проходящей под углом 45°, относительно продольной

5 оси фюзеляжа в вертикальное 90° положение, при этом втулка ротора с закрепленными лопастями 9 в ней вращается в отклоненно-вертикальных плоскостях 45°/90°.

0 В зоне Si двигатель опорный диск 5 занимает отклоненно-вертикальное 45Р/90° положение по направлению полета, лопасти прижимаются набегающим воздушным потоком под углом 45° и фикеиру5 ются ограничителями 4 хода осевого шарнира 3 об опорный диск 5, в данной зоне лопасти работают как лопатки турбины и раскручивают ступицы 1 со всеми лопастями в них. При уменьшении давления набегающего воздушного потока торсионы 8

пружинным действием автоматически компенсируют и изменят угол атаки лопастей 9 по стрелке В 60°. а при увеличении давления воздушного потока уменьшат ударную нагрузку ограничителя об опорный диск 5 с противодействием торсиона 8 по стрелке В, пружинно воздействует лопастью на поток и работает как пружинный двигатель, способствующий ускорению по направлению вращения роторного устройства и создания дополнительной работы в зоне Вг винт тяги, (см. фиг. 11).

Из зоны Si при вращении ступицы 1 лопасти 9 попадают в зону 5з маховое крыло, опорный диск занимает вертикально- отклоненное 90°/45° положение, воздействие по отношению опорного диска 5 и воздушного потока меняется, лопасти 9 выводятся пружинным действием торсиона 8 по стрелке В 60° в нейтральное по стрелкам В и Г положение, лопасти стабилизируются продольно оси их в потоке и за счет крутки лопасти 45° работают как маховое крыло и винт тяги, с дальнейшим переходом на винт тяги в зоне $2 (см. фиг.13).

Из зоны 5з при вращении ступицы 1 лопасти попадают в зону S2 винт тяги, опорный диск 5 занимает отклоненно-вер- тикальное 45°/90° положение, воздействие по отношению опорного диска 5 и воздушного потока меняется и лопасти 9 за счёт крутки ее - 45° ввинчиваются в воздушный поток и обоими роторными устройствами в данной зоне создают под крыльями 23 и фюзеляжем воздушную подушку и от нее отталкиваются воздушной средой, выработанной винтами тяги в данной зоне с произведением работы поступательного перемещения л.а., создавая тяговое усилие. Лопасти 9 прижимаются рабочей воздушной средой и фиксируются ограничителями 4 хода осевого шарнира 3 об опорный Диск 5, а при уменьшении давления рабочей воздушной среды торсионы. 8 пружинным действием автоматически к-омпенсируют и изменят угол атаки лопастей 9 по стрелке Г 30°, а при увеличении давления рабочей воздушной среды уменьшат ударную Нагрузку ограничителей 4 об опорный диск 5, лопасти прижимаются и фиксируются ограничителями 4 об опорный диск 5 с противодействием торсиона 8 по стрелке Т (см. ,фиг.12), а в зоне Ss (см. фиг.13).

Из зоны $2 при вращении ступицы 1 лопасти 9 попадают в зону $4 поднимающееся крыло, опорный диск 5 занимает вертикально-отклоненное 90°/45° положение, воздействие по отношению опорного диска 5 и воздушного потока меняется, лопасти 9 выводятся пружинным действием торсионов 8 по стрелке Г 30° в нейтральное по стрелкам Г и В положение и попадают в зону сильного набегающего

воздушного потока, где лопасти обдуваются в продольной оси их и за счет крутки лопасти 45° работают как поднимающееся крыло и двигатель, а также уменьшается ударная нагрузка при помощи крутки лопа0 сти 9 во фронтальном потоке и уже в зоне S1 двигатель, воздействие по отношению опорного диска 5 и набегающего воздушного потока меняется, пружинное действие торсиона 8 по стрелке В 60° уменьшает

5 ударную нагрузку ограничителей 4 хода осевого шарнира 3 об опорный диск-5 и работает как пружинный двигатель, способствующий ускорению по направлению вращения роторных устройств, а при

0 уменьшении давления набегающего воздушного потока автоматически компенсируют и изменяют угол атаки лопастей. Лопасти 9 занимают 45° положение задней кромкой навстречу воздушному потоку, который да5 вит на верхнюю плоскость лопасти 9, а так как центр масс и центр давления ее профиля расположены позади оси навески лопасти, то на них-возникает момент, который и по-. ворэчивает их вокруг продольной оси к на0 правлению воздушного потока с Противодействием торсиона по стрелке В 60°, и лопасти 9 работают как лопатки турбины с автоматическим компенсатором (см. фиг.11)...

5 И все повторяется снова.

Втулки ротора с закрепленными к ним лопастями 9 могут работать только в паре с закрепленными на внешних концах крыльев 23 в шарнире 22. Роторные устройства про0 тивопол ожного вращения, вращение у них синхронное, а ступицы 1 их взаимосвязаны при помощи конического зубчатого зацепления малой шестерни 19 с большой шестерней 20, установленных в подшипниках

5 12 внутри угловых редукторов 16 и связанных между собой синхронизирующими валами 21 через промежуточный редуктор, расположенный внутри крыла 23 (см. фиг.1, 2, 3. 5. б).

0 Пружинное действие торсиона вокруг продольной оси поворота лопасти и возможная фиксация ограничителя об опорный диск позволяет: - автоматизировать пространственное положение лопастей ревер5 сибно крутильными колебаниями при уменьшении давления воздушного потока, пружинное действие автоматически компенсирует и изменяет угол атаки лопастей, при повышении давления воздушного потока уменьшит ударную нагрузку ограничителей об опорный диск с произведением силы, направленной по направлению вращения роторных устройств, что способствует увеличению оборотов, сглаживанию ударов и опережению угла атаки, совершенно не используются усилители и механизмы перекоса лопастей, а подобно особенностям аэродинамики насекомых и птиц воспринимают на себя малейшие изменения давления воздушного потока, мгновенно компенсируют пространственное положение лопастей без вмешательства пилота во всех четырех зонах действия, при взлете, полете и посадке самолета: -упростить конструкцию и уменьшить габаритно-весовые характеристики.

Формула изобретения Втулка ротора с реверсивно крутильным автоматом ориентации и сглаживания

ударов лопастей, содержащая ступицу, шарниры лопастей с расположенными в них для фиксации торсионами, осевые шарниры лопастей, рычаги и тяги, отличающаяся

тем, что, с целью упрощения конструкции путем автоматизации пространственного положения лопастей и уменьшения ударных нагрузок, ступица ротора снабжена валами с установленными в них торсионами, осевыми шарнирами лопастей с ограничителями их хода, взаимодействующими с опорными дисками, связанными с лопастями, при этом торсионы одними концами закреплены в ступице, а другими концами через ползунковое устройство взаимодействуют с лопастями, а втулка снабжена отклоняющим механизмом с угловым редуктором, имеющим выходные валы, и кинематической связью на синхронизирующее устройство.

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к роторам с механизмами компенсаций переноса лопастей. Цель изобретения - упрощение конструкции за счет автоматизации пространственного положения лопастей и уменьшения ударных нагрузок. Втулка ротора содержит ступицу, шарниры лопастей с расположенными в них для фиксации торсионами, осевые шарниры. Ступица ротора снабжена валами с установленными в них торсионами, осевыми шарнирами с ограничителями хода лопастей, взаимодействующими с опорными дисками, связанными с лопастями. Втулка ротора снабжена отклоняющим механизмом с угловым редуктором и кинематической связью на синхронизирующее устройство. 14 ил.