Колонка соосных несущих винтов

 

Изобретение относится к вертолетостроению, к конструкции систем управления в основном малоразмерных беспилотных вертолетов. Цель изобретения - снижение веса устройства путем равномерного нагружения 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 лвллется 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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 В 64 С 27/10

ГОСУДАРСТВЕН-ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4609785/23 (22) 24.11.88 (46) 30.06.93. Бюл. М 24 (75) С.А.Овечкин (56) 0.1.Ра!э!еу. Design of the О=227 air

vechIcle — Canadian aегоnautics and space

Jornal". (54) КОЛОНКА СООСНЫХ НЕСУЩИХ ВИНТОВ (57) Изобретение относится к вертолетостроению, к конструкции систем управления в основном малоразмерных беспилотных вертолетов, Цель изобретения — снижение веса устройства путем равномерного нагружения 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

Изобретение относится к вертолетостроению, 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 воэможности снижения материалоемкости вследствие рационального перерасп. Ы 1824346 А1 посредством перемещений полэуна с автоматом перекоса и полэушки, Новым является размещение системы управления, включая исполнительные механизмы между несущими винтами на неподвижной 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. ределения 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, 1824346

15

25

35

55

Колонка имеет нижеописанную конструкцию. Редуктор 1 предназ««ачен для распределения крутящего момента между валами несущих ви««тов противоположного вращения и заключен в корпус 2. состоящий иэ 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 иод зацепление шестере««, В обеих частяхдиафрагмы выполнены пазы под кабель к исполнительным механизмам. К корытообразной части диафрагмы редуктора при помощи карданного узла 6 крепится цилиндрическая опора 7, также имеющая пэз под кабель. Опора соосна с охватываемы«л ею валом 8 верхнего несущего винта 9 и с охватывающим ее валом 10 нижнего несущего винта 11, служит для размещения элементов системы управления и восириятия изгибающего момента от воздействия аэродинамических сил на верхний несущий винт. В верхн и 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 I«a цилиндрическую опору также посредством подшипников. Подшипник служит и для опоры вала нэ корпус редуктора при выходе из последнего. Торс««онные втулки 13 и 14 соответственно верхнего и нижнего несущих винтов закреплены посредством качающихся подвесов 15 и 16 Ila стакане вала верхнего несущего винта и на валу нижнего несущего винта. Свободный участок цилин- 4 дрической опоры между стэка««ом вала вер хнего винта и валом ниж«:его винта охватывают полэун 17 Ll голэуц«кэ 18. Нэ иолзуне размещены эмомэт перекоса 10 и четыре испол««ительных меха««изма: испол- 4 нительный механизм общего шага 20, исполнительный механизм дифференциального шага 21 и два исполнительных механизма циклического шага 22 и

23. Для управле««ия исполнительными механизмами к ним подведен кабель, имеющий отъемный участок 24, проложенный в пазах цилиндрической опоры и диафрагмы редуктора. Отъемный участок кабеля имеет соответству«ощие разъемы 25 на корпусе редуктора и 26 на цилиндрической опоре, Выход отъемного участка линии связи, т.е. кабеля, из редуктора и цилиндри «вской 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 полэушкой. Причем звенья 29 и

30, шарнирно закрепленные на полэуне, 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 кольца 32 и 33 на подшипниках. Внутреннее кольцо связано шлиц — шарниром 34 с ползуном. Кропиле того, зто кольцо в перпендикулярных плоскостях имеет связь с исполнительными механизмами циклического 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 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, позволяя f вносить дифференциальное изменение в перемещение среднего шарнира качалки. Качалка co«3MQGTHo с тягой, помимо своей ос««ов««ой, выполняют и функцию шлиц-шарнира. Средний шарнир качалки тягой 41 соединен с поводком лопасти нижнего несущего винта. Кольцо полэушки посажено на ««одшипниках и шлиц — шарниром

42 связано с валом нижнего несущего винта.

Помимо указанных, конструкция колонки имеет следующие особенности, Автомат перекоса; качалка, взаимодействующая с ползушкой; тяга, соединяющая автомат перекоса с качалкой, и участок цилиндрической опоры с ползуном и полэушкой — образуют параллелограмм««ый механизм при условии отсутствия управляющего воздействия от исполнительного механизма дифференциального шага. Кроме того, длина поводка лопасти, т.е. расстояние от продольной 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 винт равно плечу качалки на ползушке от шарнира соединения с полэушкой 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, 1824346

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 шпиц-шарниров 35, 42 и посредством качалки 39 с тягой

38, также выполняющих функции шлицшарнира. Не вращаются элементы. цилиндрическая опора 7, связанная карданным узлом 6 с диафрагмой 3 редуктора; полэун

17, вращению которого препятствует качалка 27 со звеном 29; попзушка 18, соединенная с ползуном качалкой 28 со звеном 30, внутреннее кольцо 31 автомата перекоса, удерживаемое от вращения шпиц-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 испол нител ы1ого механизма 21, рычага, тяги и качалки 25, 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 перел«ещению 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 винта и поводка лопасти нижнего винта эакручивающих 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 ипи 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 ста, «овится зависимыл« от их азимутального положения. Качалка 39 остается параллельной автомату перекоса 19, поскольку они являются элементами параппелограммного механизма. Равенство плеч подсоединения тяги 36 к авто «ату перекоса

19 и тяги 41 — к качалке 39 обеспечивает

55 равенство их хода при тождественном азимутальном положении. Таким образом, циклический шаг лопасти зависит от ее аэимутапьного положения, причем шаг лопасти 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, заключенный между продольной осью лопасти и направлением от оси вращения несущего винта к шарниру поводка лопасти, Дифференциальное изменение шага несущих винтов осуществляется при пол«ощи исполнительного механизма 20 общего шага и исполнительного л«еханизма 21 дифференциального шага, Воздействие исполнительного механизма общего шага на верхний несущий випт описано выше. Воздействие же на нижний винт отличается.

Перемещение рабочего органа исполнительного механизма 21 дифференциалы«ого шага посредством рычага и тяги передается качалке 28, которая, поворачиваясь относительно шарнира звена 30, изменяет положение попэушки 18 от1«оситепы1о попзуна 17.

Это ведет к повороту качалки 39, связанной одним шарниром с кольцом 40 попэушки. относительно шарнира подсоединения тяги

38 с тем, чтобы переме;цевие среднего шарнира качалки и, следователы1о, ход тяги 41 был равен по величине, но противоположен по направлению, ходу тяги 36, Воздействие тяг 36 и 41 на шарниры поводков лопастей изменит шаг на одинаковую величину, но противоположного знака дпя верхнего и нижнегЬ несущих винтов.

Описанный пример «cnOI«IloIIIIII колонки представляется наиболее оптимальным.

Возможен, однако, иной вариа т исполнения: цилиндрическая опора жестко закрепляется на корытообразной части диафрагмы редуктора, что, естественно, конструктивно менее сложно, но ведет к нежелательному нагружению заделки MOMel«TOI. от изгиба цилиндрической опоры под действием боковой составпя«ощей нагрузки от несущего винта. Возможно применение и иных, не электрического типа, исполнительных механизмов, например гидравлических, Колонка имеет меньвн.й, чем у прототипа, габарит по высоте примерно на 25У, за счет избавления от необходимости размещения элементов системы управления между нижнил« несущим ви;«том L1 редуктором. отсутствия исполнительного л« ханизл«а под редуктором. Помимо этого основного эффекта есть дополнительный. Снижена масса, т.к, валы стали короче, характер их нагружения изменился — вал верхнего lleсу1824346 щего винта избавлен от циклического нагруженил изгибающим моментом, принятым на себя неподвижной цилиндрической опорой, и отсутствует такой концентратор напряжений,как 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 воэможность 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 полэун, полэушку. тарелки автомата перекоса верхнего и нижнего винтов с системой тяг и началом к поводкам лопастей несущих винтов. о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью снижения веса устройства путем равномерного нагружения силовых элементов, упрощения его конструкции, уменьшения габаритных размеров по высоте и улучшения эксплуатационных характеристик, колонка снабжена цилиндрической опорой, неподвижной относительно корпуса редуктора, установлен5

ЗО

I ной 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 иэ 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-шарниром 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 полэушкой, зафиксированными друг относительно друга посредством исполнительного механизма дифференциального шага при условии отсутствия управляющего воздействия на дифференциальное изменение шага несущих винтов, причем длина поводков 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.

824346

Z2

Составитель С. Овечкин

Редактор С. Кулакова Техред M.Moðãåíòàë Корректор M. Петрова

Заказ 2211 Тираж Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101