Несущий винт вертолета соосной схемы

Изобретение относится к области авиационной техники и касается несущего винта вертолета соосной схемы. Несущий винт содержит верхний несущий винт с втулкой, V-образные торсионы, соединенные с втулкой и через вертикальные шарниры с переходниками крепления лопастей, кожухами из композиционного материала, размещенными вокруг торсионов. На одном конце каждого кожуха закреплены рычаг управления углом установки лопасти и сферический подшипник, надетый на палец, закрепленный на втулке, а другой конец кожуха через вертикальный шарнир присоединен к торсиону и к переходнику крепления лопасти. Несущий винт также содержит упругий элемент, расположенный в кожухе вдоль оси рукава между переходником крепления лопасти и рычагом управления углом установки лопасти, при этом разрезанным концом упругий элемент жестко соединен с проушинами переходника лопасти, противоположным концом вставлен в направляющие на рычаге управления углом установки лопасти. Упругие элементы нижнего винта выполнены с изгибной жесткостью в плоскости вращения, определяемой соотношением, позволяющим минимизировать моменты в плоскости вращения в вертикальном шарнире нижнего винта. Технический результат - повышение надежности винта. 2 ил.

 

Изобретение относится к области авиационной техники и касается несущего винта вертолета соосной схемы.

Известен несущий винт летательного аппарата, содержащий V-образные торсионы, соединенные с втулкой и через вертикальные шарниры с переходниками крепления лопастей, кожухи из композиционного материала, размещенные вокруг торсионов, при этом на одном конце каждого закреплен рычаг управления углом установки лопасти и сферический подшипник, надетый на палец, закрепленный на втулке, а другой конец кожуха через вертикальный шарнир присоединен к торсиону и к переходнику крепления лопасти, упругий элемент, расположенный в кожухе вдоль оси рукава между переходником крепления лопасти и рычагом управления углом установки лопасти, при этом разрезанным концом упругий элемент жестко соединен проушинами переходника лопасти, а противоположным концом вставлен в направляющие на рычаге управления углом установки лопасти (см. патент России № 2033943; 1991 г. - прототип).

В таком устройстве отсутствует возможность снижения момента в плоскости вращения в вертикальном шарнире нижнего винта, так как не установлено соотношение между изгибной жесткостью в плоскости вращения упругого элемента нижнего винта и жестокостями в плоскости вращения упругого элемента верхнего винта, торсионов нижнего и верхнего винтов вертолета соосной схемы. Это не позволяет минимизировать моменты в плоскости вращения в вертикальном шарнире нижнего винта.

Задача, решаемая в заявляемом техническом решении, заключается в снижении момента в плоскости вращения в вертикальном шарнире нижнего винта вертолета соосной схемы при осуществлении технического результата - повышении надежности винта.

Существенными признаками заявляемого несущего винта вертолета соосной схемы, общими с прототипом, являются: V-образные торсионы, соединенные с втулкой и через вертикальные шарниры с переходниками крепления лопастей, кожухи из композиционного материала, размещенные вокруг торсионов, при этом на одном конце каждого кожуха закреплены рычаг управления углом установки лопасти и сферический подшипник, надетый на палец, закрепленный на втулке, а другой конец кожуха через вертикальный шарнир присоединен к торсиону и к переходнику крепления лопасти, упругий элемент, расположенный в кожухе вдоль оси рукава между переходником крепления лопасти и рычагом управления углом установки лопасти, при этом разрезанным концом упругий элемент жестко соединен с проушинами переходника лопасти, а противоположным концом вставлен в направляющие на рычаге управления углом установки лопасти.

Признаками, отличительными от прототипа, являются: упругие элементы нижнего несущего винта выполнены с изгибной жесткостью EI_y1 в плоскости вращения винта, определяемой соотношением

где EI_y2 - изгибная жесткость в плоскости вращения упругого элемента верхнего винта;

EI_x1; EI_x2 - изгибная жесткость в плоскости вращения торсиона соответственно нижнего и верхнего винтов;

d₁; d₂ - расстояние от середины контактной площадки упругого элемента с направляющими рычага управления углом установки лопасти до переходника крепления лопасти соответственно нижнего и верхнего винтов;

y - переменная интегрирования по длине упругого элемента по направлению от середины контактной площадки к переходнику крепления лопасти;

b₁; b₂ - расстояние между осью вертикального шарнира и осью болта крепления торсиона к втулке соответственно нижнего и верхнего винтов;

x - переменная интегрирования по длине торсиона по направлению от оси вертикального шарнира к втулке;

l₁; l₂ - расстояние от середины контактной площадки до оси вертикального шарнира соответственно нижнего и верхнего винтов;

h₁; h₂ - расстояние от центра масс вертолета до соответственно нижнего и верхнего винтов.

Совокупность признаков заявляемого изобретения, отличается от прототипа, является необходимой и достаточной для обеспечения технического результата.

Технический результат - повышение надежности винта реализуется при осуществлении совокупности признаков заявляемого изобретения, причинно-следственная связь между которыми следует из соотношения (21).

На фиг.1 представлен вид спереди на соосный вертолет. На фиг.2 представлен вид сверху на рукав нижнего несущего винта.

На фюзеляже 1 вертолета с центром масс 2 установлены нижний и верхний несущие винты соответственно 3 и 4. Плоскости вращения винтов 5 и 6 соответственно нижнего и верхнего. Расстояние от центра масс 2 вертолета до нижнего винта 3 обозначено h₁, до верхнего винта 4 - h₂. На втулке 7 нижнего винта закреплен рукав нижнего несущего винта, содержащий: торсион 8, переходник 9 крепления лопасти, кожух 10, рычаг 11 управления углом установки лопасти, упругий элемент 12, направляющие 13 рычага управления углом установки лопасти. Контакт между упругим элементом 12 и направляющими 13 осуществляется по контактной площадке 14, длина которой обозначена α. Ось симметрии рукава 15, ось вертикального шарнира 16, ось болта 17 крепления торсиона к втулке. В переходнике 9 рукава винта установлена лопасть 18. Расстояние от середины контактной площадки 14 до оси вертикального шарнира 16 обозначено l₁, до переходника 9 крепления лопасти - d₁. Расстояние между осью вертикального шарнира 16 и осью болта 17 крепления торсиона к втулке обозначено b₁. Конструкция рукава верхнего несущего винта аналогична конструкции рукава нижнего несущего винта и соответствующие геометрические размеры рукава верхнего винта обозначены теми же буквами с индексом 2: l₂; d₂; b₂. Переменная интегрирования по длине упругого элемента 12 обозначена y и интегрирование происходит по направлению от середины контактной площадки 14 к переходнику 9 крепления лопасти. Переменная интегрирования по длине торсиона 8 обозначена x и интегрирование происходит по направлению от оси вертикального шарнира 16 к втулке 7. Амплитуда угловых колебаний лопасти 18 относительно оси вертикального шарнира 16 обозначена γ, момент лопасти относительно этой оси - M. Сила Р, перпендикулярная оси рукава 15, приложена к упругому элементу 12 по середине контактной площадки 14 и к торсиону 8 по оси вертикального шарнира 16.

При вращении винта в полете лопасть 18 совершает угловые колебания с амплитудой γ относительно оси вертикального шарнира 16. Возникающий при этом момент М относительно оси вертикального шарнира 16 уравновешивается силой P=M/l₁, приложенной к упругому элементу 12 по середине контактной площадки 14 перпендикулярно оси рукава 15 и вызывающей деформацию упругого элемента 12, вычисляемую с применением интеграла (19), приведенного в выражении (21). Сила P действует также на торсион 8 по оси вертикального шарнира 16 перпендикулярно оси рукава 15, вызывает деформацию торсиона 8, вычисляемую с применением интеграла (20), приведенного в выражении (21). Таким образом, деформации упругого элемента 12 и торсиона 8 формируют угловую жесткость С в вертикальном шарнире. Поскольку момент M связан с жесткостью C соотношением M=C·γ, то при регламентируемых в полете амплитудах угловых колебаний лопасти в вертикальном шарнире наименьшие величины момента в плоскости вращения определяются допустимыми значениями угловой жесткости в вертикальном шарнире нижнего винта из условия отсутствия на вертолете автоколебаний типа "земной резонанс", которая регулируется изгибной жесткостью упругого элемента нижнего винта EI_y1. Величину допустимого значения жесткости упругого элемента 12 нижнего винта устанавливают по полученному в результате исследований соотношению (21).

Возможность осуществления технического решения следует из представленных графических материалов, описания устройства в статике и динамике, полученного в результате исследований соотношения (21).

Несущий винт вертолета соосной схемы, содержащий верхний несущий винт с втулкой, V-образными торсионами, соединенными с втулкой и через вертикальные шарниры с переходниками крепления лопастей, кожухами из композиционного материала, размещенными вокруг торсионов, при этом на одном конце каждого кожуха закреплены рычаг управления углом установки лопасти и сферический подшипник, надетый на палец, закрепленный на втулке, а другой конец кожуха через вертикальный шарнир присоединен к торсиону и к переходнику крепления лопасти, упругий элемент, расположенный в кожухе вдоль оси рукава между переходником крепления лопасти и рычагом управления углом установки лопасти, при этом разрезанным концом упругий элемент жестко соединен с проушинами переходника лопасти, противоположным концом вставлен в направляющие на рычаге управления углом установки лопасти, отличающийся тем, что упругие элементы нижнего несущего винта выполнены с изгибной жесткостью EI_y1 в плоскости вращения винта, определяемой соотношением

где EI_y2 - изгибная жесткость в плоскости вращения упругого элемента верхнего винта;

EI_x1; EI_x2 - изгибная жесткость в плоскости вращения торсиона соответственно нижнего и верхнего винтов;

d₁; d₂ - расстояние от середины контактной площадки упругого элемента с направляющими рычага управления углом установки лопасти до переходника крепления лопасти соответственно нижнего и верхнего винтов;

y - переменная интегрирования по длине упругого элемента по направлению от середины контактной площадки к переходнику крепления лопасти;

b₁; b₂ - расстояние между осью вертикального шарнира и осью болта крепления торсиона к втулке соответственно нижнего и верхнего винтов;

x - переменная интегрирования по длине торсиона по направлению от оси вертикального шарнира к втулке;

l₁; l₂ - расстояние от середины контактной площадки до оси вертикального шарнира соответственно нижнего и верхнего винтов;

h₁; h₂ - расстояние от центра масс вертолета до соответственно нижнего и верхнего винтов.