Воздушный винт с самоустанавливающимся шагом

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 В 64 С 11/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 . (21) 4673534123 (22) 05.04.89 (46) 23,06;92. Бюл, М 23 (75) Н,М. Гилязетдинов (53) 629.7.035.55(088.8). (56) Александров В.Л. Воздушные винты.

1951,с.47-60.

Крупеня Л.Я. Воздушный. винт В-501 .для самолетов ЯК-12, ЯК-18. — M., 1954, с.1222. (54) ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ С САМОУСТАНАВЛИВАЮЩИМСЯ ШАГОМ (57) Изобретение относится преимущественно к авиационной технике, в частности к, Ы„,1742123 А1 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

1742123

20

35 шлицами. Устройство, преобразующее перемещение втулки винта 1 на 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 поворота .относительно втулки 4. Кулиса 5 имеет кольцевые пазы 6 с встроенными сухарями 7 с воэможностью перемещения в

-.пазах б, Шаровые подшипники 8 соединены с пальцами 9 лопастей 2, Стопорные защелки 12 фиксируют лопасти на минимальном угле установки и в флюгерном положении.

Вывод стопорных защелок осуществляется штангой 16 с элементами 17 и 19, Положение втулки винта 1 на валу винта 3 опредеИзобретение 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. ляется балансом сил, воздействующих на винт. Изменение какой-либо из сил вследствие их взаимодействия на винтовых шлицах винт 1 и вала винта 3 приводит к перемещению втулки винта 1 относительно вала 3, При этом лопасти поворачиваются таким образом, что силы вновь балансируются, но при новом положении втулки винта

1 относительно вала винта 3. Так, например, увеличение мощности передаваемой от дви гателя ка винт, приводит к смещению втулки винта 1 вниз. При этом увеличиваются углы установки лопастей 2, винт поглощает дополнительную мощность и достигается новое равновесное положение втулки винта I на валу винта 3, 5 з.п. ф-лы, 11 ил, Для достижения. поставленной цели шлицы на.валу и во втулке винта выполнены винтовыми, при этом втулка винта снабжена устройством обратной связи по тяге винта, 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 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 кулиса, сочлененная с помощью сухарей и шаровых подшипников с пальцами лопастей, Вал винта снабжен упорами минимального и максимального шагов винта, зафиксированными íà валу винта. С целью повышения надежности путем уменьшения ударных нагрузок при постановке лопастей на упоры, упоры содержат упругие элеменДля улучшения условий эксплуатации путем удержания лопастей винта на необходимых углах установки вал винта снабжен радиальными отверстиями, а втулка винта оснащена радиально расположенными подпружиненными стопорными защелками, взаимодействующими с радиальными отверстиями на валу винта, Воздушный винт снабжен устройством вывода стопорных защелок из отверстий, содержащим штангу с конусообразными профилированными элементами и толкатели. При этом штанга раз1742123 мещена соосно внутри вала винта с возможностью осевого перемещения относительно вала винта, а толкатели размещены радиально с возможностью перемещения в от- верстиях вала. Причем конусообразные 5 профилированные элементы взаимодействуют с толкателями, взаимодействующими со стопорными защелками, На фиг. 1 представлена конструктивная схема винта; на фиг. 2 — схема механизма 10 поворота лопастей; на фиг. 3 — схема сил на винтовой линии; на фиг. 4- схема аэродинамических сил элемента лопасти HB замле на максимальном режиме; на фиг. 5 — то >ке, при увеличении скорости полета V; на фиг.6- тоже, 15 нэ режиме нулевой тяги; на фиг,7- тоже, при отказе двигателя; на фиг, 8- то же, при отказе двигателя и падениМ частоты вращения винта; на фиг. 9 — то же, при запуске остановленного двигателя в полете; на фиг. 20

10 — то же, при работе вин а в режиме ветряка; на фиг. 11 — то же, на режиме торможения после посадки самолета.

Воздушный вин — состоит из втулки 1 винта с лопастями 2, установленной с воз- 25 можностью осевого перемещения на валу винта 3 с винтовыми шлицами, Устройство обратной связи, преобразующее перемещение втулки винта 1 по валу винта 3 в изменение угла установки лопастей, состоит из 30 втулки 4, зафиксированной на валу винта 3, в цилиндр «ческой проточке которой размещена кулиса 5 с возможностью вращения относительно втулки 4. Кулиса 5 имеет кольцевые пазы 6 с встроенными сухарями 7 с 35 возможностью перемещения их в пазах 6.

Шаровые подшипники 8 сочленены с пальцами 9, расположенными на стороне ребра атаки лопасти 2.

Упором, ограничивающим перемеще- 40 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- 45 ющего минимальный угол установки лопастей и пружина 11 со стороны упора, ограничивающего максимальный угол установки (флюгернуе положение лопастей).

Для удержания лопастей 2 на необходимых 50 углах установки винт оснащен стопорным устройством, состоящим из стопорных зэщелок 12 с пружинами 13, отверстий 14 и 15 на валу винта 3, обеспечивающим фиксацию . минимального угла установки и флюгерного 55 положения лопастей 2. YcTpoAcTBG вывода стопоров состоит из штанги 16, расположенной соосно внутри вала 3 с возможно-стью осевого перемещения.

Конусообразные профили рова нные 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 скорост : вращения винта; V- скорость;эбага :., le." .;- :îòîêà; ;W — абсолютная скорость обтеканий; а — угол атаки; Рп— угол притекания; rp — угол установки лопас-и; Р— сил;. тяги; С >р- сила сопротивления вращению; 8 — полная аэродинамическая сила; > — угол подъема винтовых шлиц.

Угол у определяют по формуле:

v== are т9 — .

Ge

Р

В аэродинамике эта формулаимеетследующее выражение: = ОГСЗ

-с

В случае применения упругих элементов 10 и 11 формула для определения угла подъема винTQBblx шлиц будет иметь вид:

С в

Q BfCig

Р + Рнагр где РР— 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 направленйях. Запуск двигателя и раскрутка винта гроизводится при зафиксированном минимальном угле установки лопастей

2. После запуска винт снимается с упора переводом штанги 16 вниз, Конусообразный профилированный элемент 17, воздействуя н — тол катели 1, выталкивает стопорные защелки 12 из отверстий 14, сжимая пружину 13.

Перевод рычага управления двигателем на увеличение мощности двигателя (сила вращения Р» возрастает) приводит к смещению втулки винта 1 назад(на фиг. 1 вниз), При этом пальцы 9 лопастей 2, связанные через шаровые подшийники 8 с сухарями 7, смещаются относительно втулки винта 1, увеличивая углы установки лопастей. С увеличением угла установки лопастей увеличивается тяга винта до тех пор, пока не восстановится равенство сил вращения Fap с силой сопротивления вращению винта 0» и соотношение силы сопротивления вращению к тяге винта, определяемое углом подьема шлиц вала 3 винта. При работе двигателя на земле на максимальном режи1742123 ме (на тормозах) тяга максимальна (геликоптерный режим).

При взлете с момента начала разбега появляется поступательная скорость V, угол атаки а лопастей уменьшается, уменьшается и сила сопротивления вращению Q» (винт "облегчается" ), Нарушается равенство сил вращения F» и сопротивления вращению С<<вр, 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 двлгатепя, При этом сила вращения винта. Р«„уменьшается, а сила сопротивления вращению влн га остается той же. Втулка винта смещается вперед. уменьшая углы установки и угол атаки лопастей.

При увеличении <„:корости полета, когда сила вращенич Г«р мала (планирование, двигатель задроссепирован), наступает такой момент, когда угап установки уменьшпется нас1онько, что угол атаки лопасти примеоно равен нулю (й-- О), В этом случае полн <я аэродинамическая сила R совпадает с плоскостью вращения и ранна силе сопротивления вращения С4р, тяга винта Р равна нулю. Мощность дпя вращения винта берется от двигателя (режим нулевой тяги). При дальнейшем увеллчении скорости, когда угол атаки а станет отрицательным и появится отрицательная тяга, втулка винта сместится назад, увеличивая угол установки г<о<1астей до тех пор, пока исчезнет отрицательная тяга « в режиме нулевой тяги, При отказе двигателя в полете исчезает сила вращения винта 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, перэдаваемой на самолет, мала.

При необходимости запуска двигателя с зафиксированным винтом винт снимается с упора переводом штанги 16 вниз. Конусообразный апрофилированный элемент18, воздействуя на толкатели 20 и сжимая пружины

13, выводит стопорные защелки 12, из от.верстий 15 вала 3 винта. Втулка 1 под действием сжатой пружины 11 перемещается вперед, уменьшая углы установки до максимально расчетного режима полета,.Винт начинает работать в режиме ветряка и раскручивает вал двигателя. На винте воз10 никает отрицательная тяга, которая передается на самолет, Сила сопротивления вращению винта О р <лзменяет свое направление и раскручигает винт (фиг, 10). Втулка

1 винга с лопастями 2 смещается назад, сжимая пружину 11 и увеличивая углы установки, что уменьшает отрицательные углы

15 аймаки лопастей и тягу, По мере раскрутки вала отрицательные углы атаки лопастей и тяга уменьшаются, пружины 11 смещают втулку 1 винта вперед, уменьшая углы установки и увеличивая отрицательные угли атаки лопастей.

После приземления рычаг управления

20 двлгатепем устанавливают в положение

25 "Земной малый газ", Втулка 1 винта; пере, мешаясь вперед, уменьшает углы атаки установки лопастей до минимального. Втулка

1 влнта вступает во взаимодействие с упру< и,л<л элементами 10., уменьшая ударную настия 14 <л удерживают лопасти 2 винта.на минимальном угле установки. Углы атаки лопастей 2 и тяга становятся отрицательным<л (фиг. 11), Отрицательная тяга передается на самолет и тормозит пробег, После погашения скорости перед.увеличением режима работы двигателя для руления втулка 1 винта расстопаривается. Перед выключением двигателя винт стопорится на мин<лмапьном угле.

Формула изобретения

1, Воздушный винт с самоустанавливающимся шагом, содержащий втулку с лопастями, установленную на валу винта со шпицами, отличающийся тем, что, с целью обеспечения изменения шага винта без дополнительных источников энергии, повышения надежности и безопасности полета путем исключения передачи на самолет отрицательной тяги при отказе двигателя и улучшения условий эксплуатации, шпицы на валу и во втулке винта выполнены винтовыми, при этом втулка винта снабжена устройством обратной связи, по тяге винта, обеспечивающим поворот nonacòåé винта при осевом перемещенли втулки.

2. Воздушный винт по и. 1 о т л и ч а ющ vl A c я TeM, <)To устройство 06paTHGA связи по тяге винта выполнена в аиде втулки с

30 грузку на упоры 4. Стопорные защелки 12 под действием пружин 13 входят в отверцилиндрической проточкой, кулисы с коль-. .цевыми пазами и сухарями, шаровых под- . шипников и пальцев лопастей, при этом. втулка с цилиндрической проточкой зафиксирована на валу винта втулки винта, а в 5 цилиндрической проточке втулки размещен;. поворотная кулиса, сочлененная с помощью сухарей и шаровых подшипников с пальцами лопастей. .10

3, Воздушный винт по и. 1, о т л и ч а ю- . шийся тем, что вал винта снабжен упорами минимального и максимального шагов . винта, зафиксированными на валу винта;, 4, Воздушный винтпо п.3, отл и чаю- 15 шийся тем, что,.с целью повышения надежности путем уменьшения ударных нагрузок при постановке лопастей на упоры., упоры содержат упругие элементы, 5. Воздушный винт поп. 3, от-л ича ю- 20 шийся тем, что, с целью улучшения усло23 10 вий эксплуатации путем удержания лопастей винта на необходимйх углах установки, вал винта снабжен радиальными отверстиями, а втулка. оснащена радиально расположенными подпружиненными стойорными защелками, взаимодействующими с радиальными отверстиями на валу винта. б. Воздушный винтпо п.5,отлича юшийся тем, что он снабжен устройством . вывода стопорных защелок из-отверстий, содержащим штангу с конусообразными прафилированными элементами и толкатели, при атом штанга размещена соосно внутри вала винта с возможностью осевого перемещения относительно вала винта, а толкатели размещены радиально с воэможностью перемещения в отверстиях вала, причем конусообразные профилированные элементы взаимодействуют с толкателями, взаимодействующими со стопорными защелками.

1742123

3742 1 23

Составитель С.Гаевский

Редактор И.Ванюшкина Техред М.Моргентал Корректор Н.Ревская

Заказ 2251 Тираж . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

313035, Москва, Ж-35, Раушская наб.„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина; 301