Силовая установка с воздушным винтом

 

Использование: при создании силовых установок с воздушным винтом для самолетов, вертолетов, дирижаблей, экранопланов, в модельном спорте для летающих и иных моделей, в наземном транспорте для аэромобилей, аэросаней, транспортных средств на воздушной подушке, в судостроении для глиссеров, в бытовой технике для вентиляторов, для упрощения запуска силовой установки извне путем раскрутки непосредственно выходного вала двигателя, упрощения передачи усилия от воздушного винта непосредственно на выходной вал двигателя, упрощения конструкции редуктора, снижения его веса, демпфирования пульсаций, возникающих в маломощных высокооборотных двигателях при работе и снижения динамических нагрузок на детали редуктора. Сущность изобретения: силовая установка содержит двигатель 1 с выходным валом 2 и редуктор двигателя 1 с выходным звеном 3, связанный с воздушным винтом 4. Редуктор двигателя 1 расположен соосно выходному валу 2 двигателя 1. Выходное звено 3 редуктора установлено коаксиально выходному валу 2 двигателя 1 непосредственно на выходном валу двигателя 1 с возможностью свободного вращения относительно него на подшипниках 5 и зафиксировано в осевом направлении. Воздушный винт 4 установлен на выходном звене редуктора. Выходное звено редуктора установлено с возможностью передачи тяги от воздушного винта 4 непосредственно на выходной вал 2 двигателя 1. Маховик 6 установлен, закреплен и зафиксирован в осевом направлении непосредственно на выходном валу 2 двигателя 1. Маховик 6 вынесен за плоскость вращения воздушного винта 4 силовой установки по отношению к двигателю 1. Лопасти воздушного винта 4 могут быть установлены с возможностью отклонения как в плоскости вращения воздушного винта 4, так и в направлении действия силы тяги. В последнем случае они установлены на серьгах, установленных на выходном звене 3 редуктора с возможностью отклонения в плоскости вращения воздушного винта 4. 10 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при создании силовых установок с воздушным винтом, например в авиации и воздухоплавании в качестве силовых установок самолетов, вертолетов, дирижаблей, экранопланов и т. п.

в моделизме в качестве силовых установок для летающих и иных моделей; в наземном транспорте в качестве силовых установок аэромобилей, аэросаней, транспортных средств на воздушной подушке; в судостроении в качестве силовых установок глиссеров, судов на воздушной подушке и т. п.

в бытовой технике в вентиляторах; в газоперекачивающей технике в трубопроводах и т. п.

Изобретение может быть использовано в других областях техники, где требуется создание тягового усилия воздушным винтом или перемещение масс воздуха, газа винтом-вентилятором, частным случаем воздушного винта.

Известны силовые установки летательных аппаратов, содержащие двигатель, механический редуктор (зубчатый, зубчато-ременный, клиновидный и др.) с выходным валом и воздушный винт с коком, закрепленный на выходном звене (выходном валу) редуктора [1] Известны силовые установки с маломощными двигателями со скоростью вращения выходного вала двигателя до 12000 об/мин (а в авиамоделизме до 35000 об/мин), имеющие редуктор и воздушный винт (пропеллер), установленный на выходном валу редуктора [2] Наиболее близкой к предлагаемой является силовая установка с воздушным винтом, содержащая двигатель с выходным валом, редуктор двигателя с выходным звеном, связанный с воздушным винтом [3] Недостатками силовой установки являются трудности с запуском двигателя и необходимость приложения сложного и тяжелого корпуса редуктора для передачи тяги от воздушного винта к двигателю.

Недостатком силовой установки [2] также являются трудности с запуском двигателя, так как в авиамоделизме нет возможности "внешней" раскрутки двигателя непосредственно за его вал, а только лишь за винт через редуктор двигателя.

В силовой установке [3] для передачи усилий от воздушного винта к двигателю применяется сложный и тяжелый корпус редуктора; для обеспечения соосности валов и колес редуктора корпус должен обладать высокой жесткостью и изготавливаться с высокой точностью, что значительно усложняет и удорожает изготовление силовой установки в целом.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание силовой установки с воздушным винтом, позволяющей реализовать высокие эксплуатационные характеристики и снизить затраты на изготовление и эксплуатацию.

Технический результат, получаемый от реализации данного изобретения, заключается в упрощении запуска двигателя извне путем его раскрутки непосредственно за выходной вал двигателя, упрощении передачи усилия от воздушного винта непосредственно на вал двигателя, упрощении конструкции редуктора, снижении его веса, а так же возможности демпфирования пульсаций, возникающих в маломощных высокооборотных двигателях, снижении динамических нагрузок на детали редуктора во время работы.

Это достигается тем, что в силовой установке с воздушным винтом, содержащей двигатель с выходным валом, редуктор двигателя с выходным звеном, связанный с воздушным винтом, согласно изобретению редуктор двигателя расположен соосно выходному валу двигателя, а выходное звено редуктора установлено коаксиально выходному валу двигателя непосредственно на выходном валу двигателя с возможностью свободного вращения относительно него на подшипниках и зафиксировано в осевом направлении, а так же установлено с возможностью передачи тяги от воздушного винта, установленного на выходном звене редуктора, непосредственно на выходной вал двигателя.

Силовая установка с воздушным винтом может быть снабжена маховиком, установленным, закрепленным и зафиксированным в осевом направлении на выходном валу двигателя и вынесенным за плоскость вращения воздушного винта силовой установки по отношению к двигателю.

Лопасти воздушного винта могут быть установлены на выходном звене редуктора с возможностью отклонения в плоскости вращения воздушного винта.

Лопасти воздушного винта могут быть так же установлены с возможностью отклонения в направлении действия силы тяги на серьгах, установленных на выходном звене редуктора с возможностью отклонения в плоскости вращения воздушного винта.

Лопасти воздушного винта могут быть установлены на выходном звене редуктора жестко.

Выходное звено редуктора может быть выполнено в виде водила с закрепленными на нем сателлитными шестернями планетарной передачи, установленными на силовой установке и взаимодействующими с зубчатым колесом, выполненным на выходном валу двигателя, а с другой стороны с колокольным колесом редуктора.

Выходное звено редуктора может быть выполнено в виде колокольного колеса, взаимодействующего с паразитными шестернями соосной передачи, установленными на силовой установке и взаимодействующими с зубчатым колесом, выполненным на выходном валу двигателя.

Силовая установка с воздушным винтом снабжена коком воздушного винта, закрепленным на выходном звене редуктора.

Силовая установка с воздушным винтом снабжена коком воздушного винта, закрепленным на маховике с образованием с редуктором единого удобообтекаемого тела.

Маховик может быть выполнен с конструктивными элементами для запуска силовой установки извне путем раскрутки непосредственно выходного вала двигателя за маховик.

В коке воздушного винта может быть выполнено центральное отверстие для запуска силовой установки извне путем раскрутки непосредственно выходного вала двигателя за выходной вал двигателя или за маховик.

На фиг. 1 и 2 изображена силовая установка с воздушным винтом с различным выполнением редуктора; на фиг. 3 то же, вариант выполнения по п. 4 формулы изобретения.

Силовая установка содержит двигатель 1 с выходным валом 2 и редуктор двигателя 1 с выходным звеном 3, связанный с воздушным винтом 4. Редуктор двигателя 1 расположен соосно выходному валу 2 двигателя 1. Выходное звено 3 редуктора установлено коаксиально выходному валу 2 двигателя 1 непосредственно на выходном валу 2 двигателя 1 с возможностью свободного вращения относительно него на подшипниках 5 и зафиксировано в осевом направлении. Воздушный винт 4 установлен на выходном звене 3 редуктора. Выходное звено 3 редуктора установлено с возможностью передачи тяги от воздушного винта 4 непосредственно на выходной вал 2 двигателя 1. Силовая установка может быть снабжена маховиком 6, установленным, закрепленным и зафиксированным в осевом направлении на выходном валу 2 двигателя 1. Маховик 6 вынесен за плоскость вращения воздушного винта 4 силовой установки по отношению к двигателю 1.

Лопасти воздушного винта 4 могут быть установлены на выходном звене 3 редуктора с возможностью отклонения в плоскости вращения воздушного винта 4.

Лопасти воздушного винта 4 могут быть так же установлены с возможностью отклонения в направлении действия силы тяги на серьгах 7, установленных на выходном звене 3 редуктора с возможностью отклонения в плоскости вращения воздушного винта 4.

Лопасти воздушного винта 4 также могут быть установлены на выходном звене 3 редуктора жестко.

Выходное звено 3 редуктора может быть выполнено в виде водила, с закрепленными на нем сателлитными шестернями 8 планетной передачи, взаимодействующими с одной стороны с зубчатым колесом 9, выполненным на выходном валу 2 двигателя 1, а с другой стороны с колокольным колесом 10 редуктора.

Кроме того, выходное звено 3 редуктора может быть выполнено в виде колокольного колеса, взаимодействующего с паразитными шестернями 11 соосной передачи, установленными на силовой установке и взаимодействующими с зубчатым колесом 9, выполненным на выходном валу 2 двигателя 1.

Силовая установка может быть снабжена коком (не показан) воздушного винта 4, закрепленным на выходном звене 3 редуктора. Кок воздушного винта 4 может быть закреплен на маховике 6 с образованием с редуктором единого удобообтекаемого тела.

Маховик 6 может быть выполнен с конструктивными элементами (не показаны) для запуска силовой установки извне путем раскрутки непосредственно выходного вала 2 двигателя 1 за маховик 6.

В коке воздушного винта 4 может быть выполнено центральное отверстие (не показано) для запуска силовой установки извне путем раскрутки непосредственно выходного вала 2 двигателя 1 за маховик 6 или за выходной вал 2 двигателя 1.

Силовая установка с воздушным винтом работает следующим образом.

Запускается двигатель 1. Запуск двигателя 1 может быть осуществлен от бортового (наземного) аккумулятора (не показан), вспомогательной силовой установки или же путем раскрутки непосредственно вала 2 двигателя 1 за маховик 6 или же за вал 2 двигателя 1. К конструктивным элементам (не показаны) маховика 6 подводится раскручивающее извне устройство и за маховик 6 раскручивается выходной вал 2 двигателя 1; двигатель запущен.

Зубчатое колесо 9, выполненное на выходном валу 2 двигателя 1, вращаясь вместе с выходным валом через шестерни 8 или 11 планетарной или соосной передачи редуктора двигателя 1, приводит во вращение выходное звено 3 редуктора, на котором установлен воздушный винт 4. Воздушный винт 4 создает силу тяги, направленную по оси вращения выходного вала 2 двигателя 1. Следует обратить внимание, что сила тяги воздушного винта 4 через подшипники 5 передается непосредственно на выходной вал 2 двигателя 1. Известные конструктивные приемы обеспечивают передачу тяги от воздушного винта 4 на вал 2 в обоих направлениях по оси вала 2, что позволяет использовать данную силовую установку в компановке как с тянущим, так и с толкающим воздушным винтом 4. Тяга от винта 4 передается на вал 2, минуя редуктор двигателя 1. Это позволяет снизить вес редуктора, а следовательно, и всей силовой установки в целом, "сняв" с него силовые функции по передаче тягового усилия от винта 4 на вал 2 двигателя 1. Взаимное относительное вращение выходного вала 2 двигателя 1 и выходного звена 3 редуктора может быть как однонаправленным с опережением, так и в противоположные стороны, что обеспечивается подшипниками 5. Выполнение самих подшипников 5 может быть различным.

Маховик 6, установленный непосредственно на выходном валу 2 двигателя 1 предназначен для демпфирования пульсаций, возникающих, например, в маломощных одноцилиндровых двигателях. В отсутствие маховика 6 роль демпфера играет сам воздушный винт 4, однако в этом случае возможности по демпфированию крайне ограничены по объективным причинам основная функция винта 4 не демпфирование, а создание силы тяги. При наличии же маховика 6, установленного и зафиксированного непосредственно на выходном валу 2 двигателя 1 и вынесенного за плоскость вращения винта 4 по отношению к двигателю 1, демпфирование пульсаций двигателя 1 можно осуществлять более успешно, выбирая параметры (размеры, вес) маховика 6 в широком диапазоне до определенных конструктивных пределов. Предлагаемая конструкция силовой установки позволяет заменять, подбирать маховик 6, так как последний доступен для осмотра и замены.

В предлагаемой конструкции маховик 6 наиболее эффективно снижает динамические нагрузки на детали редуктора двигателя 1 во время работы за счет увеличения момента инерции.

Лопасти воздушного винта 4 устанавливаются на выходном звене 3 редуктора либо жестко, либо на осях с возможностью отклонения (но не вращения и не проворота) в плоскости вращения воздушного винта 4, величина которого может ограничиваться определенными ограничителями (не показаны). Это позволяет при эксплуатации устранить возможно возникающие напряжение в лопастях при запуске и неравномерности работы двигателя 1. Конструкция, в которой лопасти воздушного винта 4 установлены на серьгах 7, позволяет усилить вышеуказанный эффект за счет появления второго шарнира, сообщения лопастям возможности отклонения (но не проворота) в направлении действия силы тяги; кроме того, такая установка лопастей воздушного винта 4 эффективна на аппаратах, выполняющих пилотаж, с возможными знакопеременными усилиями по направлению действия силы тяги.

Формула изобретения

1. СИЛОВАЯ УСТАНОВКА С ВОЗДУШНЫМ ВИНТОМ, содержащая двигатель с выходным валом, редуктор двигателя с выходным звеном, связанный с воздушным винтом, отличающаяся тем, что редуктор двигателя расположен соосно с выходным валом двигателя, а выходное звено редуктора установлено коаксиально выходному валу двигателя, непосредственно на выходном валу двигателя с возможностью свободного вращения относительно него на подшипниках, зафиксировано в осевом направлении, а также установлено с возможностью передачи тяги от воздушного винта, установленного на выходном звене редуктора, непосредственно на выходной вал двигателя.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена маховиком, установленным, закрепленным и зафиксированным в осевом направлении на выходном валу двигателя и вынесенным за плоскость вращения воздушного винта силовой установки по отношению к двигателю.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что лопасти воздушного винта установлены на выходном звене редуктора с возможностью отклонения в плоскости вращения воздушного винта.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что лопасти воздушного винта установлены с возможностью отклонения в направлении действия силы тяги на серьгах, установленных, в свою очередь, на выходном звене редуктора с возможностью отклонения в плоскости вращения воздушного винта.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что лопасти воздушного винта установлены на выходном звене редуктора жестко.

6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что выходное звено редуктора выполнено в виде водила с закрепленными на нем сателлитными шестернями планетарной передачи, взаимодействующими с одной стороны с зубчатым колесом, выполненным на выходном валу двигателя, а с другой стороны с колокольным колесом редуктора.

7.Установка по п. 1, отличающаяся тем, что выходное звено редуктора выполнено в виде колокольного колеса, взаимодействующего с паразитными шестернями соосной передачи, установленными на силовой установке и взаимодействующими, в свою очередь, с зубчатым колесом, выполненным на выходном валу двигателя.

8. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена коком воздушного винта, закрепленным на выходном звене редуктора.

9. Установка по п.2, отличающаяся тем, что она снабжена коком воздушного винта, закрепленным на маховике с образованием с редуктором единого удобообтекаемого тела.

10. Установка по п.2, отличающаяся тем, что маховик выполнен с конструктивными элементами для запуска силовой установки извне путем раскрутки непосредственно выходного вала двигателя за маховик.

11. Установка по п. 8 или 10, отличающаяся тем, что в коке воздушного винта выполнено центральное отверстие для запуска силовой установки извне путем раскрутки непосредственно выходного вала двигателя за выходной вал двигателя или за маховик.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3