Колонка соосных несущих винтов Советский патент 1993 года по МПК B64C27/10 

Изобретение относится к вертолетост- роению, а именно к конструкции систем управления в основном малоразмерных беспилотных вертолетов.

Цель изобретения - уменьшение габарита колонки по высоте путем размещения всей системы управления, включая исполнительные механизмы, в промежутке между несущими винтами, снижение массы, достигаемое как непосредственным уменьшением длины валов несущих винтов, так и за счет возможности снижения материалоемкости вследствие рационального перераспределения действующих на колонку усилий, в частности, нагружения изгибающим моментом от верхнего несущего винта неподвижной цилиндрической опоры и, таким образом, избавления вала верхнего несущего винта от циклической нагрузки, упрощение конструкции.

На чертеже изображен общий вид предложенной колонки в разрезе, причем в плоскости чертежа по оси валов совмещены вертикальные сечения в перпендикулярных плоскостях, чтобы показать все элементы системы управления

со

ю

4

СА)

О

Колонка имеет нижеописанную конструкцию. Редуктор 1 предназначен для распределения крутящего момента между валами несущих винтов противоположного вращения и заключен в корпус 2, состоящий из верхней и нижней половин, между которыми зажата диафрагма 3. Диафрагма состоит из собственно диафрагмы 4 с центральным отверстием и жестко крепящейся к ней корытообразной части 5, имеющей проемы в боковой стенке под зацепление шестерен. В обеих частях диафрагмы выполнены пазы под кабель к исполнительным механизмам. К корытообразной части диафрагмы редуктора при помощи карданного узла G крепится цилиндрическая опора 7, также имеющая паз под кабель. Опора соосна с охватываемым ею валом 8 верхнего несущего винта 9 и с охватывающим ее валом 10 нижнего несущего винта 11, служит для размещения элементов системы управления и восприятия изгибающего момента от воздействия аэродинамических сил на верхний несущий винт. В верхнрй части вала верхнего несущего винта закреплен стакан 12, охватывающий снаружи цилиндрическую опору и опирающийся на нее посредством подшипников. В нижней части вал через подшипник опирается на корпус редуктора. Вал нижнего несущего винта опирается на цилиндрическую опору также посредством подшипников. Подшипник служит и для опоры вала на корпус редуктора при выходе из последнего. Торсионные втулки 13 и 14 соответственно верхнего и нижнего несущих винтов закреплены посредством качающихся подвесов 15 и 16 па стакане вала верхнего несущего пинта и на валу нижнего несущего винта. Свободный участок цилиндрической опоры между стаканом вала верхнего винта и валом нижнего винта охватывают ползун 17 и голзушка 18. На ползуне размещены автомат перекоса 19 и четыре исполнительных механизма: исполнительный механизм общего шага 20, исполнительныймеханизмдифференциального шага 21 и два исполнительных механизма циклического шага 22 и 23. Для управления исполнительными механизмами к ним подведен кабель, имеющий отъемный участок 24, проложенный в пазах цилиндрической опоры и диафрагмы редуктора. Отъемный участок кабеля имеет соответствующие разъемы 25 на корпусе редуктора и 26 на цилиндрической опоре. Выход отъемного участка линии связи, т.е. кабеля, из редуктора и цилиндрической опоры герметизирован для предотвращения утечки масла. Исполнительные механизмы

закреплены на ползуне жестко. Исполнительный механизм общего шага через рычаг и тягу связан с одним плечом качалки 27, другое плечо шарнирно крепится к средней

части цилиндрической опоры. Исполнительный механизм дифференциального шага аналогичным образом посредством качалки 20 связан с ползушкой. Причем звенья 29 и 30, шарнирно закрепленные на ползуне.

служат как элементами подвеса качалок, так и, в совокупности с последними, шлиц-шарнирами. Автомат перекоса имеет три кольца: внутреннее кольцо 31 на сферическом шарнире и два параллельных наружных

5 кольца 32 и 33 на подшипниках. Внутреннее кольцо связано шлиц-шарниром 34 с ползуном. Кроме того, это кольцо в перпендикулярных плоскостях имеет связь с исполнительными механизмами цикличе0 ского шага посредством тяг и рычагов. Наружное верхнее кольцо автомата перекоса связано шлиц-шарниром 35 со стаканом вала верхнего несущего винта и посредством тяги 36 - с поводком 37 каждой из лопастей

5 того же винта, что позволяет изменять его шаг. Нижнее наружное кольцо тягой 38 связано со своей для каждой лопасти нижнего винта качалкой 39, второе плечо которой взаимодействует с кольцом 40 ползушки,

0 позволяя) вносить дифференциальное изменение в перемещение среднего шарнира качалки. Качалка совместно с тягой, помимо своей основной, выполняют и функцию шлиц-шарнира. Средний шарнир качалки

5 тягой 41 соединен с поводком лопасти нижнего несущего винта. Кольцо ползушки посажено на подшипниках и шлиц-шарниром 42 связано с валом нижнего несущего винта. Помимо указанных, конструкция колонки

0 имеет следующие особенности. Автомат перекоса; качалка, взаимодействующая с ползушкой; тяга, соединяющая автомат перекоса с качалкой, и участок цилиндрической опоры с ползуном и ползушкой - обра5 зуют параллелограммный механизм при условии отсутствия управляющего воздействия от исполнительного механизма дифференциального шага. Кроме того, длина поводка лопасти, т.е. расстояние от про0 дольной оси лопасти до шарнира поводка, верхнего несущего винта одинакова с длиной поводка лопасти нижнего несущего винта, а плечо от оси шарнира автомата перекоса до шарнира подсоединения к нему тяги на верхний

5 винт равно плечу качалки на ползушке от шарнира соединения с ползушкой до шарнира соединения с тягой на нижний винт.

Верхний 9 и нижний 11 несущие винты посредством валов 8 и 10 приводятся от редуктора 1 в противоположное вращение.

Совместно с валом верхнего несущего винта вращаются стакан 12 и кольцо 32 автомата перекоса 19. С валом нижнего несущего винта - кольцо 40 полэушки 18 с качалками 39 и кольцо 33 автомата перекоса. Вращение передается посредством шлиц-шарниров 35, 42 и посредством качалки 39 с тягой 38, также выполняющих функции шлиц- шарнира. Не вращаются элементы: цилиндрическая опора 7, связанная карданным узлом 6 с диафрагмой 3 редуктора; ползун 17, вращению которого препятствует качалка 27 со звеном 29; ползушка 18, соединенная с ползуном качалкой 28 со звеном 30; внутреннее кольцо 31 автомата перекоса, удерживаемое от вращения шлиц-шарниром 34.

При поступлении управляющего сигнала по кабелю 24 к исполнительному механизму 20 общего шага происходит следующее. Перемещение рабочего органа исполнительного механизма посредством рычага и тяги передается качалке 27, которая, поворачиваясь относительно шарнира звена 29, смещает ползун 17 вдоль цилиндрической опоры 7. Смещение, равное смещению ползуна, получает и ползушка 18 благодаря взаимной фиксации ползуна и ползушки посредством исполнительного механизма 21, рычага, тяги и качалки 28, опирающейся на звено 30, При отсутствии изменения наклона автомата перекоса все его точки, в т.ч. шарниры тяг 36 и 38 и сами тяги, получают перемещение, равное перемещению ползуна. Равенство перемещению ползуна перемещений ползушки 18, с одной стороны, и тяги 38, с другой стороны, ведет к такому же перемещению среднего шарнира качалки 39 и тяги 41. В конечном итоге имеем равенство перемещений тяг 36 и 41, посредством равных по длине поводка 37 лопасти верхнего несущего вин га и поводка лопасти нижнего пинта закручивающих торсионы втулок 13 и 14 на одинаковый угол, т.е. изменяющих шаг верхнего и нижнего несущих винтов на одинаковую величину - величину общего шага.

При раздельной или совместной работе исполнительных механизмов 22 и 23 циклического шага посредством их связи рычагами и тягами с внутренним кольцом 31 автомата перекоса 19 осуществляется наклон последнего. Вследствие этого ход тяг 36 и 38 становится зависимым от их азимутального положения. Качалка 39 остается параллельной автомату перекоса 19, поскольку они являются элементами паралле- лограммного механизма. Равенство плеч подсоединения тяги 36 к автомату перекоса 19 и тяги 41 - к качалке 39 обеспечивает

равенство их хода при тождествонном азимутальном положении. Таким образом, циклический шаг лопасти зависит от ее азимутального положения, причем шаг ло- 5 пасти верхнего несущего винта и шаг лопасти нижнего винта в одном азимутальном положении, однако с поправкой на угол опережения управления, равны. Под углом опережения управления понимается угол,

0 заключенный между продольной осью лопасти и направлением от оси вращения несущего винта к шарниру поводка лопасти.

Дифференциальное изменение шага несущих винтов осуществляется при помо5 щи исполнительного механизма 20 общего шага и исполнительного механизма 21 дифференциального шага. Воздействие исполнительного механизма общего шага на верхний несущий оинт описано оыше. Воз0 действие же на нижний винт отличается. Перемещение рабочего органа исполнительного механизма 21 дифференциального шага посредством рычага и тжи передается качалке 28, которая, поворачиваясь относи5 тельно шарнира звена 30, изменяет положение ползушки 18 относительно ползуна 17. Это ведет к повороту качалки 39. связанной одним шарниром с кольцом 40 ползушки. относительно шарнира подсоединения тяги

0 38 с тем, чтобы перемещение среднего шарнира качалки и, следовательно, ход тяги 41 был равен по аепичинс, но противоположен по направлению, ходу тяги 3G. Воздействие тяг 36 и 41 на шарниры поводков лопастей

5 изменит шаг на одинаковую величину, но противоположного знака для верхнего и нижнегЬ несущих винтоо.

Описанный пример исполнения колонки представляется наиболее оптимальным.

0 Возможен, однако, иной вариант исполнения: цилиндрическая опора жестко закрепляется на корытообразной части диафрагмы редуктора, что, естественно, конструктивно менее сложно, но ведет к нежелательному

5 нагружению заделки моментом от изгиба

цилиндрической опоры под дейстпием боко вой составляющей нагрузки от несущего

винта. Возможно применение и иных, не

электрического типа, исполнительных меха0 низмоо, например гидравлических.

Колонка имеет меныш-й, чем у прототипа, габарит по высоте примерно на 25% за счет избавления от необходимости размещения элементов системы упраоления мсж5 ду нижним несущим винтом и редуктором. отсутствия исполнительного механизма под редуктором. Помимо этого основного эффекта есть дополнительный. Снижена масса, т.к. взлы стали короче, характер их нагружения изменился - вал верхнего носущего винта избавлен от циклического нагру- жения изгибающим моментом, принятым на себя неподвижной цилиндрической опорой, и отсутствует такой концентратор напряже- сквозное отверстие в валу. Меньше стало входящих в конструкцию крупных узлов и деталей. Остался, например, один автомат перекоса. Упрощена конструкция колонки, схема управления. При этом конструкция колонки не требует освоения принципиально новых технологических приемов для ее изготовления, упрощена сборка ее и эксплуатация - исполнительные механизмы смонтированы в легкодоступном месте и компактно, подключены к разъему отъемного участка линии - и сохранена возможность управления дифференциальным изменением шага несущих винтов.

Формула изобретения Колонка соосных несущих винтов преимущественно малоразмерного беспилотного вертолета, содержащая два соосных вала противоположного вращения через размещенный в нижней части колонки редуктор, на каждом из которых установлена втулка своего несущего винта, и систему управления общим.цилиндрическим и дифференциальным шагом несущих винтов, включающую ползун, ползушку, тарелки автомата перекоса верхнего и нижнего винтов с системой тяг и началом к поводкам лопастей несущих винтов, отличающаяся тем, что, с целью снижения веса устройства путем равномерного нагруже- ния силовых элементов, упрощения его конструкции, уменьшения габаритных размеров по высоте и улучшения эксплуатационных характеристик, колонка снабжена цилиндрической опорой, неподвижной относительно корпуса редуктора, установленной в нем на шарнире, соосной с валами и проходящей между ними, на которой смонтирована система управления с линиями связи и/или питания к исполнительным механизмам, втулка верхнего и несущего винтов выполнена охватывающей неподвижную цилиндрическую опору и опирается на нее, общий для обоих несущих винтов автомат перекоса выполнен с тремя

кольцами, два из которых - внешние противоположного вращения - соединены тягами управления шагом несущих винтов с поводками лопастей так, что точки шарнирного крепления тяг обоих несущих винтов к кольцам автомата перекоса лежат в одной плоскости, проходящей через центр шарнира автомата перекоса, при этом ползушка снабжена кольцом, связанным шлип-шар- ниром с валом одного из несущих винтов, а

на кольце шарнирно установлены качалки управления шагом лопастей несущего винта так, что оси их подсоединения пересекаются с осью ползушки, совпадающей с осью валов несущих винтов, с образованием параллелограммного механизма, автоматом перекоса, качалкой, соединяющей их тягой и участком неподвижной цилиндрической опоры, охватываемой ползуном, на котором размещен автомат перекоса, и ползушкой,

зафиксированными друг относительно друга посредством исполнительного механизма дифференциального шага при условии отсутствия управляющего воздействия на дифференциальное изменение шага несущих винтов, причем длина поводкоо лопастей верхнего и нижнего несущих винтов, а также плечи автомата перекоса и качалки от оси валов несущих винтов до шарниров соответствующих тяг, идущих к поводкам лопастей, попарно равны между собой.

13

Изобретение относится к вертолетост- роению, к конструкции систем управления в основном малоразмерных беспилотных вертолетов. Цель изобретения - снижение веса устройства путем равномерного нагру- жения силовых элементов, упрощения его конструкции, уменьшения габаритных размеров по высоте и улучшение эксплуатационных характеристик. Колонка содержит соосные валы противоположного вращения с втулками несущих винтов и систему управления общим шагом последних, его циклическим и дифференциальным изменением посредством перемещений ползуна с автоматом перекоса и ползушки. Новым лвллет- ся размещение системы управления, включая исполнительные механизмы между несущими винтами на неподвижкой цилиндрической опоре, зафиксированной на диафрагме редуктора и воспринимающей изгибающий момент от верхнего несущего винта. Вал последнего передает лишь крутящий момент. В конструкции один общий для обоих несущих винтов автомат перекоса с кольцами противоположного вращения и качалки, соединенные с вращающимся кольцом ползушки, являются элементами параллелограммного механизма Плечи передаточных механизмов к верхнему и нижнему несущим винтам попарно равны, точки взаимодействия тяг с автоматом перекоса лежат в одной плоскости. Связь с исполнительными механизмами осуществлена посредством линии, проходящей по цилиндрической опоре. 1 ил. сл С