Система привода соосных несущих винтов вертолёта с опорной мачтой
DRIVE SYSTEM OF COAXIAL ROTORS OF HELICOPTER WITH SUPPORT MAST

Область техники
Настоящее изобретение относится к авиационной технике и может быть использовано при разработке или модернизации систем привода для летательных аппаратов с соосными несущими винтами.
Уровень техники
Известна конструкция системы привода соосных несущих винтов вертолета, в которой втулки несущих винтов установлены на неподвижной опоре редуктора на подшипниках с возможностью вращения вокруг нее («Трансмиссия соосных винтов летательного аппарата», Авторское свидетельство СССР №692226 от 20,12,1976 г).
В известном устройстве неподвижная опора (опорная мачта) выполнена в виде полой трубы и жестко закреплена к корпусу вертолета, а во втулках несущих винтов установлены планетарные зубчатые передачи, причем втулка одного несущего винта соединена с водилом сателлитов, а втулка другого несущего винта соединена с наружным колесом планетарной передачи, причем центральные колеса планетарных передач установлены на рессоре, а неподвижная опора (мачта) в месте установки нижнего несущего винта имеет фланец с полостями в которых размещены сателлиты планетарной передачи.
Такое техническое решение системы привода и установки несущих винтов позволяет ограничить тип и характер нагрузок, приходящих от несущих винтов и действующих на элементы конструкции редуктора.
Так, переменные составляющие осевых и изгибных нагрузок от несущих винтов целиком воспринимаются опорной мачтой, а крутящие моменты передаются на втулки винтов связанными с ними полыми рессорами - выходными валами редуктора. Недостатком такой конструкции является установка на одной опорной мачте двух втулок несущих винтов и двух планетарных передач, что приводит к повышенным вибрационным нагрузкам, действующим как на опорную мачту, так и на зубчатые передачи несущей системы вертолета.
Известна конструкция системы привода соосных несущих винтов вертолета с опорной мачтой, описанная в патенте фирмы Sikorsky («Counter-rotating rotor system with stacionary standpipe», WO 2015/069514 A1 (PCT/US2014/062839), 14.05.2015).
В известной конструкции втулка нижнего несущего винта закреплена на подшипниках между опорной мачтой и корпусом редуктора, а втулка верхнего несущего винта закреплена на выходном (несущим) валу редуктора, установленного на подшипниках внутри опорной мачты.
В такой конструкции осевые и изгибные нагрузки от верхнего несущего винта распределяются между валом верхнего несущего винта с закрепленной на нем втулкой и опорной мачтой, а осевые и изгибные нагрузки от вала нижнего несущего винта с закрепленной на нем втулкой распределяются между корпусом редуктора и опорной мачтой, причем вал нижнего несущего винта с закрепленной на нем втулкой выполнен в виде единой детали, соединяющей через подшипники корпус редуктора с опорной мачтой и при этом воспринимающий одновременно изгибные нагрузки и от опорной мачты и от корпуса редуктора.
Такая компоновка соосных узлов усложняет конструкцию системы привода несущих винтов вертолета, требует повышенной точности установки подшипников и балансировки вращающихся частей для уменьшения вибраций, что снижает надежность и ресурс всей системы привода, а также может вызвать появление нежелательных автоколебаний вертолета типа «земной резонанс».
Наиболее близким техническим решением является, принятая в качестве прототипа, конструкция системы привода соосных несущих винтов вертолета с опорной мачтой, описанная в патенте фирмы Sikorsky («COUNTER-ROTATING ROTOR SYSTEM WITH STATIC MAST», Patent US 9,725,166 B2, Aug. 8,2017)
Система привода соосных несущих винтов вертолета с опорной мачтой, содержит корпус редуктора, ведущий входной вал, ведомый выходной вал привода нижних несущих винтов и ведомый выходной вал привода верхних несущих винтов, связанные кинематической зубчатой передачей, опорную мачту, установленную внутри корпуса редуктора соосно с валом привода нижних несущих винтов и валом привода верхних несущих винтов, втулку верхнего несущего винта, снабженную подшипниками, закрепленными на опорной мачте, причем вал привода верхних несущих винтов установлен внутри опорной мачты и снабжен фланцем, связанным шлицевым соединением с втулкой верхнего несущего винта, втулку нижнего несущего винта, снабженную подшипниками, причем вал привода нижних несущих винтов установлен между опорной мачтой и корпусом редуктора, связан с втулкой нижнего несущего винта шлицевым соединением и снабжен опорным подшипником.
Валы приводов нижнего и верхнего несущих винтов передают втулкам только крутящий момент, в то время как остальные нагрузки, такие как осевая, перерезывающая сила и изгибающие моменты от каждого из несущих винтов через втулки и подшипники передаются на неподвижную опорную мачту, закрепленную к корпусу редуктора.
Опорная мачта воспринимает от несущих винтов суммарные нагрузки (кроме крутящих моментов), переменные изгибающие моменты от несущих винтов действуют на опорную мачту в разных плоскостях, проходящих через ось опорной мачты, причем угол между ними изменяется по режимам полета от 0° на взлетном режиме до 90° при крейсерском полете, что обусловлено аэродинамическими особенностями работы соосных несущих винтов вертолета.
В отличие от знакопеременных изгибающих моментов, действующих на несущие валы в плоскости вращения соосных винтов вертолета обычной схемы (не подкрепленных опорной мачтой), на опорную мачту действуют переменные по азимуту изгибающие моменты от несущих винтов в диапазоне ±45° относительно плоскости симметрии вертолета.
Таким образом, недостатком рассмотренной конструкции системы привода соосных несущих винтов вертолета, описанной в патенте US 9725166, является недостаточное уменьшение действующих на опорную мачту вибрационных нагрузок и усталостных переменных напряжений, что также не позволяет существенно повысить надежность и ресурс всей системы привода.
Раскрытие изобретения
Целью настоящего изобретения является устранение отмеченных недостатков известных конструкций и создание надежной системы привода соосных несущих винтов вертолета с опорной мачтой с оптимальным распределением действующих от несущих винтов нагрузок между корпусом редуктора и опорной мачтой.
Технический результат заключается в повышении надежности и ресурса нагруженных узлов системы привода, а также в повышении устойчивости к возникновению вибраций и нежелательных автоколебаний вертолета путем установки дополнительного опорного подшипника, закрепленного на опорной мачте, и исключения силовой связи корпуса редуктора с опорной мачтой, крепление которой к силовым узлам вертолета выполнено жестким.
Указанный технический результат достигается тем, что система привода соосных несущих винтов вертолета с опорной мачтой, содержит корпус редуктора, ведущий входной вал, ведомый выходной вал привода нижних несущих винтов и ведомый выходной вал привода верхних несущих винтов, связанные кинематической зубчатой передачей, опорную мачту, установленную внутри корпуса редуктора соосно с валом привода нижних несущих винтов и валом привода верхних несущих винтов, втулку верхнего несущего винта, снабженную подшипниками, закрепленными на опорной мачте, причем вал привода верхних несущих винтов установлен внутри опорной мачты и снабжен фланцем, связанным шлицевым соединением с втулкой верхнего несущего винта, втулку нижнего несущего винта, снабженную подшипниками, причем вал привода нижних несущих винтов установлен между опорной мачтой и корпусом редуктора, связан с втулкой нижнего несущего винта шлицевым соединением и снабжен опорным подшипником, втулка нижнего несущего винта снабжена подшипниками, закрепленными снаружи на корпусе редуктора, опорный подшипник вала привода нижних несущих винтов закреплен на опорной мачте, фланец снабжен дополнительным опорным подшипником, закрепленными на опорной мачте, а опорная мачта закреплена к силовым узлам вертолета.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показана кинематическая схема предлагаемой системы привода соосных несущих винтов вертолета
На фиг. 2 показано поперечное сечение предлагаемой системы привода соосных несущих винтов вертолета
Осуществление изобретения
Система привода соосных несущих винтов вертолета с опорной мачтой, содержит корпус редуктора 1, ведущий входной вал 2, ведомый выходной вал привода нижних несущих винтов 3 и ведомый выходной вал привода верхних несущих винтов 4, связанные кинематической зубчатой передачей.
Опорная мачта 5, установлена внутри корпуса редуктора 1 соосно с валом привода нижних несущих винтов 3 и валом привода верхних несущих винтов 4. Втулка верхнего несущего винта 6 снабжена подшипниками 7, закрепленными на опорной мачте 5, причем вал привода верхних несущих винтов 4 установлен внутри опорной мачты 5 и снабжен фланцем 8, связанным шлицевым соединением 9 с втулкой верхнего несущего винта 6.
Втулка нижнего несущего винта 10 снабжена подшипниками, причем вал привода нижних несущих винтов 3 установлен между опорной мачтой 5 и корпусом редуктора 1, связан с втулкой нижнего несущего винта 10 шлицевым соединением 11 и снабжен опорным подшипником 13.
Втулка нижнего несущего винта 10 снабжена подшипниками 12, закрепленными снаружи на корпусе редуктора 1, а опорный подшипник 13 вала привода нижних несущих винтов 3 закреплен на опорной мачте 5.
Фланец 8 снабжен дополнительным опорным подшипником 14, закрепленным на опорной мачте 5, а опорная мачта 5 закреплена к силовым узлам 15 вертолета.
Система привода соосных несущих винтов вертолета с опорной мачтой имеет следующие особенности конструкции:
1. Втулки нижнего и верхнего несущих винтов вертолета установлены на отдельных неподвижных опорах - втулка нижнего винта установлена на корпусе редуктора, а втулка верхнего винта установлена на опорной мачте.
3. Фланец, закрепленный на валу привода верхних винтов, снабжен дополнительным опорным подшипником, закрепленным на опорной мачте и исключающим биения в шлицевом соединении фланца с втулкой верхнего винта.
4. Корпус редуктора с установленной втулкой нижнего винта жестко закреплен к силовым узлам вертолета через фланец опорной мачты, что повышает виброустойчивость конструкции.