ВТУЛКА ВОЗДУШНОГО ВИНТА ИЗМЕНЯЕМОГО ШАГА С МЕХАНИЗМОМ АВТОМАТИЧЕСКОГО ФЛЮГИРОВАНИЯ ЛОПАСТЕЙ
VARIABLE-PITCH PROPELLER HUB WITH AUTOMATIC PROPELLER FEATHERING MECHANISM

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к втулкам воздушного винта изменяемого шага с механизмом автоматического флюгирования лопастей.
Из аналогов уровня техники наиболее близким техническим решением по количеству общих существенных признаков - прототипом - может быть принято изобретение «Воздушный винт», содержащий механизм управления воздушным винтом, рукав, в котором установлен стакан комля лопасти с пальцем, по крайней мере, одну направляющую втулку и, по крайней мере, один фланец (Заявка №94007759/11, 03.03.1994 г., МКИ В64С 11/02, дата опубликования 27.09.1996 г., изобретатель Сухоросов Ю.Л., Плахов Л.Е., Малевин В.П., Устинов В.П., заявитель Акционерное общество - Научно-производственное предприятие «Аэросила»).
Недостатками известного изобретения, принятого за прототип, является следующее.
1. Сложность конструкции механизма управления воздушным винтом.
2. Низкая надежность и небольшой ресурс воздушного винта с механизмом управления воздушным винтом, по сравнению с заявляемой конструкцией воздушного винта.
3. Сложность работы пилота и более низкий уровень безопасности полета, так как не обеспечивается автоматическое флюгирование лопастей воздушного винта, принятого за прототип.
Технический результат изобретения является следующий.
1. Упрощение конструкции механизма управления воздушным винтом.
2. Повышение надежности и ресурса, по сравнению с заявляемой конструкцией воздушного винта.
3. Облегчение работы пилота и более высокий уровень безопасности полета за счет автоматического флюгирования лопастей втулки воздушного винта изменяемого шага.
Технический результат заявляемого изобретения по сравнению с изобретением, принятым за прототип, воздушным винтом, содержащим механизм управления воздушным винтом, рукав, в котором установлен стакан комля лопасти с пальцем, по крайней мере, одну направляющую втулку и, по крайней мере, один фланец, в заявляемом изобретении достигается тем, что упомянутый стакан насажен на комель лопасти и закреплен к комлю лопасти посредством болта, содержащего конусную головку, утопающую в конусном отверстии, выполненном в горизонтальной поверхности стакана, при этом стакан снабжен вкладышем, расположенным внутри стакана, и снабжен закрепленными на горизонтальной поверхности стакана кольцом и шайбой, имеющей выступ, в резьбовое отверстие которого ввинчен упомянутый палец стакана комля лопасти, причем на шайбе выполнены три радиальных паза, расположенных под углом 120 градусов по окружности относительно продольной оси стакана, при этом через три сквозных резьбовых отверстия в стакане, плавно переходящие в три глухих резьбовых отверстия в комле лопасти, ввинчены три болта с головками болтов, проходящими через упомянутые пазы шайбы, причем в каждом упомянутом рукаве корпуса втулки воздушного винта и упомянутом стакане комля лопасти выполнены совмещенные между собой радиусные беговые дорожки с уложенными в них через расположенные напротив каждой беговой дорожки отверстия на рукаве шариками и на горизонтальной поверхности стакана со стороны центра корпуса втулки воздушного винта и с внутренней стороны упомянутого кольца выполнены совмещенные между собой радиусные беговые дорожки с уложенными в них шариками, поджатыми упомянутым кольцом, закрепленным резьбовым соединением через наружную резьбу на внутренней поверхности рукава корпуса втулки винта со стороны ее центра, при этом упомянутый механизм управления воздушным винтом содержит вилку, жестко закрепленную на валике вилки, упомянутую направляющую втулку, расположенную спереди корпуса воздушного винта, и дополнительную направляющую втулку, расположенную сзади корпуса втулки воздушного винта, упомянутый фланец, расположенный спереди корпуса втулки воздушного винта, и дополнительный фланец, расположенный сзади корпуса втулки воздушного винта, конус, резьбовым соединением закрепленный в передней части корпуса втулки воздушного винта, и стакан конуса, выполненный полым внутри, а также содержит тягу, имеющую две половинки «а» и «б», разделенные между собой опорными подшипниками, выполненными с возможностью вращения двух половинок «а» и «б» независимо относительно друг друга, причем упомянутая вилка входит в зацепление с упомянутым пальцем стакана комля лопасти и расположена между упомянутыми передней направляющей и задней втулками, закрепленными резьбовым соединением в резьбовых отверстиях переднего и заднего упомянутых фланцев, при этом на конце части «а» упомянутой тяги выполнена резьба, на которую навинчена гайка, установленная через отверстие, расположенное на торце полого валика с внутренней его стороны для зацепления с упомянутой вилкой, а конец половинки «б» тяги закреплен к ручке управления шагом воздушного винта, причем тяга выполнена с возможностью свободного перемещения вдоль отверстия торца валика вилки, при этом вовнутрь валика вилки вставлена пружина, постоянно работающая на разжатие, один конец которой упирается в торец валика вилки, а другой - в упомянутый стакан конуса, закрепленного через резьбовое соединение к передней части направляющей передней втулки, фиксируя упомянутый передний фланец, причем стакан конуса образует передний упор для вилки и имеет наружную резьбу, посредством которой он ввинчен в резьбовое отверстие конуса для продольного перемещения стакана относительно конуса при ввинчивании или вывинчивании его из резьбового отверстия конуса и увеличения или уменьшения хода вилки, тем самым изменения первоначального угла установки лопастей.
Кроме того, дополнительный технический результат - упрощение конструкции втулки воздушного винта достигается тем, что корпус втулки воздушного винта изменяемого шага с механизмом автоматического флюгирования лопастей выполнен сварным из стали.
Заявляемое изобретение «Втулка воздушного винта изменяемого шага с механизмом автоматического флюгирования лопастей» поясняется чертежами, на которых изображено следующее.
Фиг.1. Втулка воздушного винта изменяемого шага с механизмом автоматического флюгирования лопастей», вид спереди.
Фиг.2. Механизм управления углом атаки винта, вид спереди.
Фиг.3. Механизм управления углом атаки винта, разрез А-А на фиг.2.
Фиг.4. Механизм управления углом атаки винта, разрез В-В на фиг.2.
Фиг.5. Механизм автоматического флюгирования лопасти», вид сбоку, при промежуточном положении вилки.
Фиг.6. Механизм автоматического флюгирования лопасти», вид сбоку, при установочном угле лопасти 0 градусов.
Фиг.7. Механизм автоматического флюгирования лопасти», вид сбоку при угле лопасти 90 градусов (флюгерное положение).
Фиг.8. Рукав втулки винта в разрезе, включающий стакан, который насажен на комель лопасти.
Фиг.9. Стакан, вид спереди.
Фиг.10. Стакан, вид сверху.
Фиг.11. Шайба, вид спереди, сверху.
Фиг.12. Шайба, вид сбоку.
Фиг.13. Вилка с валиком, вид спереди.
Фиг.14. Вилка с валиком, вид сбоку.
Фиг.15. Втулка, вид спереди.
Фиг.16. Втулка, вид сбоку.
Фиг.17. Фланец, вид сверху.
Фиг.18. Фланец, вид сбоку.
Фиг.19. Блок возврата лопастей, вид спереди.
Фиг.20. Тяга, вид спереди.
Сущность изобретения - втулка воздушного винта изменяемого шага с механизмом автоматического флюгирования лопастей.
Корпус втулки воздушного винта 1 (фиг.1-4) изменяемого шага с механизмом автоматического флюгирования лопастей 2 (фиг.1, 5-7) выполнен сварным из стали. Втулка воздушного винта 1 (фиг.1-4) изменяемого шага с механизмом автоматического флюгирования лопастей 2 (фиг.1, 5-7) содержит рукав 3 (фиг.1-4, 8), в котором на комель 4 (фиг.8) лопасти 2 (фиг.1, 5-7) насажен стакан 5 (фиг.3, 4, 8-10), закрепленный к комлю 4 (фиг.8) лопасти 2 (фиг.1, 5-7) посредством болта 6 (фиг.2-4, 9). Болт 6 (фиг.2-4, 9) содержит конусную головку 7 (фиг.2-4, 9, 10), утопающую в конусном отверстии, выполненном в горизонтальной поверхности стакана 5 (фиг.3, 4, 8-10). Стакан 5 (фиг.3, 4, 8-10) снабжен вкладышем 8 (фиг.9). Вдоль продольной оси болта 6 (фиг.2-4, 9) со стороны его конусной головки 7 (фиг.2-4, 9, 10) выполнено шестигранной формы отверстие (на чертеже не показано) для завинчивания болта 6 (фиг.2-4, 9) во вкладыше 8 (фиг.9) комля 4 (фиг.8) лопасти 2 (фиг.1, 5-7). Через торцевые кромки головки 7 (фиг.2-4, 9, 10) болта 6 (фиг.2-4, 9) и горизонтальную поверхность стакана 5 (фиг.3, 4, 8-10) выполнены три сквозных резьбовых отверстия, плавно переходящие в три глухих резьбовых отверстия 9 (фиг.9, 10), выполненные в комле лопасти 2 (фиг.1, 5-7), в которые ввинчены три болта 10 (фиг.2, 9, 10). Стакан 5 (фиг.3, 4, 8-10) снабжен шайбой 11 (фиг.3, 4, 11, 12), закрепленной на горизонтальной поверхности стакана 5 (фиг.3, 4, 8-10). Шайба 11 (фиг.3, 4, 11, 12) имеет выступ 12 (фиг.4, 11, 12) с резьбовым отверстием, в которое ввинчен палец 13 (фиг.4-8, 11). На плоской поверхности шайбы 11 (фиг.3, 4, 11, 12) выполнены радиальные пазы 14 (фиг.11, 12), расположенные под углом 120 градусов по окружности относительно продольной оси стакана 5 (фиг.3, 4, 8-10). Болты 10 (фиг.2, 9, 10) проходят через пазы 14 (фиг.11, 12) шайбы 11 (фиг.3, 4, 11, 12) и крепят шайбу 11 (фиг.3, 4, 11, 12) к стакану 5 (фиг.3, 4, 8-10) под строго определенным углом по отношению к лопасти 2 (фиг.1, 5-7). Отверстия с резьбой 9 (фиг.9, 10) выполнены таким образом, что они проходят насквозь шайбу 11 (фиг.3, 4, 11, 12) и входят в комель 4 (фиг.8) лопасти 2 (фиг.1, 5-7). Таким образом болты 10 (фиг.2, 9, 10) не только фиксируют шайбу 11 (фиг.3, 4, 11, 12), но и дополнительно фиксируют лопасть 2 (фиг.1, 5-7) от поворота относительно стакана 5 (фиг.3, 4, 8-10). Каждый из стаканов 5 (фиг.3, 4, 8-10), установленных в рукавах 3 (фиг.1-4, 8) корпуса втулки воздушного винта 1 (фиг.1-4), имеет беговые дорожки с уложенными в них шариками 15 (фиг.3, 4, 8) через отверстия 16 (фиг.2, 8) на рукаве 3 (фиг.1-4, 8), выполненные напротив каждой беговой дорожки. На горизонтальной поверхности стакана 5 (фиг.3, 4, 8-10), со стороны центра корпуса втулки винта 1 (фиг.1-4), выполнена круглая радиусная беговая дорожка, в которую уложены шарики 17 (фиг.3, 4, 8), поджатые кольцом 18 (фиг.3, 4, 8), с имеющим радиусную беговую дорожку, совмещенную с беговой дорожкой, выполненной на горизонтальной поверхности стакана 5 (фиг.3, 4, 8-10). Кольцо 18 (фиг.3, 4, 8) через наружную резьбу ввинчено в резьбу, выполненную на внутренней поверхности рукава 3 (фиг.1-4, 8) корпуса втулки воздушного винта 1 (фиг.1-4) со стороны ее центра. Основной деталью механизма автоматического флюгирования лопастей 2 (фиг.1, 5-7) является вилка 19 (фиг.3-7, 13, 14), жестко закрепленная на валике 20 (фиг.3-7, 13, 14), и две втулки, включающие переднюю направляющую втулку 21 (фиг.3, 15, 16) и заднюю втулку 22 (фиг.3). Вилка 19 (фиг.3-7, 13, 14) входит в зацепление с пальцем 13 (фиг.4-8, 11) и выполнена с возможностью перемещения вдоль своей продольной оси посредством передней направляющей втулки 21 (фиг.3, 15, 16) и задней втулки 22 (фиг.3), закрепленных резьбовым соединением 23 (фиг.3, 17, 18) на переднем фланце 24 (фиг.3, 17, 18) и заднем фланце 25 (на чертеже не показан) соответственно. Задняя втулка 22 (фиг.3) служит задним упором вилки 19 (фиг.3-7, 13, 14). Валик 20 (фиг.3-7, 13, 14) вилки 19 (фиг.3-7, 13, 14) выполнен полым внутри и со стороны задней втулки 22 (фиг.3) имеет отверстие 26 (фиг.3, 14), расположенное на торце валика 20 (фиг.3-7, 13, 14). В отверстие 26 (фиг.3, 14) с его внешней стороны вставлен конец тяги 27 (фиг.2, 3, 5-7, 20), имеющий резьбу 28 (фиг.3, 5, 7, 20), на которую навинчена гайка 29 (фиг.3, 5-7) для зацепления с валиком 20 (фиг.3-7, 13, 14) вилки 19 (фиг.3-7, 13, 14). Тяга 27 (фиг.2, 3, 5-7, 20) выполнена с возможностью перемещения вдоль отверстия 26 (фиг.3, 14) торца валика 20 (фиг.3-7, 13, 14). Тяга 27 (фиг.2, 3, 5-7, 20) состоит из двух половинок «а» и «б», которые разделены между собой опорными подшипниками 30 (фиг.2, 3, 5-7, 20). Обе половинки «а» и «б» тяги 27 (фиг.2, 3, 5-7, 20) имеют возможность независимого вращения относительно друг друга. Конец «б» тяги 27 (фиг.2, 3, 5-7, 20) закреплен к ручке управления (на чертеже не показана) изменения шага воздушного винта 1 (фиг.1-4). Вовнутрь валика 20 (фиг.3-7, 13, 14) вилки 19 (фиг.3-7, 13, 14) вставлена пружина 31 (фиг.3), постоянно работающая на разжатие. Механизм автоматического флюгирования лопастей снабжен полым внутри стаканом 32 (фиг.3) конуса 33 (фиг.2, 3, 5-7, 19). Один конец пружины 31 (фиг.3) упирается в торец валика 20 (фиг.3-7, 13, 14), вилки 19 (фиг.3-7, 13, 14), а другой - в стакан 32 (фиг.3) конуса 33 (фиг.2, 3, 5-7, 19). Конус 33 (фиг.2, 3, 5-7, 19) через резьбовое соединение 35 (фиг.3) закреплен к передней части корпуса втулки воздушного винта 1 (фиг.1, 3, 4), в свою очередь, фиксирует передний фланец 24 (фиг.13, 16-18). Стакан 32 (фиг.3) конуса 33 (фиг.2, 3, 5-7, 19) образует передний упор вилки 19 (фиг.3-7, 13, 14) полый внутри, имеет наружную резьбу (на чертеже не показана), посредством которой он ввинчен в резьбовое отверстие (на чертеже резьба не показана) конуса 33 (фиг.2, 3, 5-7, 19), выполненное для продольного перемещения стакана 32 (фиг.3) относительно конуса 33 (фиг.2, 3, 5-7, 19). Перемещение стакана 32 (фиг.3) в резьбовом отверстии конуса 33 (фиг.2, 3, 5-7, 19), при ввинчивании или вывинчивании его из резьбового отверстия, позволяет увеличивать или уменьшать ход вилки 19 (фиг.3-7, 13, 14) и тем самым увеличивать или уменьшать первоначальный угол установки лопастей 2 (фиг.1, 5-7). Передняя направляющая втулка 21 (фиг.3, 15, 16) и задняя втулка 22 (фиг.3) являются направляющими подшипниками скольжения для вилки 19 (фиг.3-7, 13, 14), по своим краям имеют буртики 36 (фиг.15) и нуждаются в смазке. Для уменьшения силы трения передняя направляющая втулка 21 (фиг.3, 15, 16) и задняя втулка (фиг.3) выполнены из бронзы и на внутренней поверхности имеют радиально продольные канавки (на чертеже не показаны), предназначенные для перетекания смазки.
Описание работы механизма автоматического флюгирования лопастей втулки воздушного винта изменяемого шага.
Для нормальной работы механизма автоматического флюгирования лопастей втулки воздушного винта изменяемого шага необходимо палец 13 стакана 5 комля 4 лопасти 2 соединить с вилкой 19 так, чтобы при приложении тянущего усилия со стороны тяги 27 лопасть 2 воздушного винта 1 поворачивалась в сторону увеличения шага воздушного винта 1 в сторону флюгирования. Когда воздушный винт 1 не вращается, давлением пружины 31 в торец валика 20 вилки 19 перемещает ее в продольном направлении к заднему фланцу 25 втулки воздушного винта 1. Поступательное движение вилки 19 через палец 13 стакана 5 лопасти 4 заставляет лопасть 2 вращаться в сторону увеличения угла атаки. Вилка 19, дойдя своим упором до задней втулки 22, останавливается, в этот момент лопасти 2 воздушного винта 1 находятся во флюгерном положении. При вращении задней втулки 22 вокруг своей оси в резьбовом соединении 23, относительно заднего фланца 25, перемещается упор с вилкой 19 и тем самым уменьшается или увеличивается угол флюгирования лопасти 2 воздушного винта 1. Когда воздушный винт 1 начинает вращаться, набегающий воздушный поток разворачивает лопасть 2 по потоку и тем самым через палец 13 стакана 5 комля 4 лопасти 2 передает поступательное движение вилки 19 в сторону стакана 32 конуса 30 до упора. В этот момент лопасти 2 воздушного винта 1 находятся на минимально установочном угле атаки. Пружина 31 сжимается до тех пор, пока валик 20 вилки 19 не упрется в стакан 13. В этот момент лопасти 2 воздушного винта 1 находятся на минимальном установочном угле атаки вращением стакана 32. Пружина 31 сжимается и готова в любой момент, как только исчезнет набегающий воздушный поток, переместить вилку 19 в сторону задней втулки 22 и тем самым перевести лопасти 2 воздушного винта 1 во флюгерное положение. Вращая стакан 32 вокруг его оси в резьбовом отверстии 34 конуса 33, перемещаем его и, следовательно, перемещаем и упор с вилкой 19, что позволяет регулировать первоначальный угол атаки лопастей 2 воздушного винта 1. Чтобы во время вращения воздушного винта 1 увеличить установочный угол атаки лопасти 2, необходимо приложить тянущее усилие к тяге 27 с гайкой 29, которая перемещает вилку 19 к задней втулке 22, заставляя через палец 13 стакана 5 лопасти 2 поворачивать лопасть 2 воздушного винта 1 на увеличение угла атаки. Во время вращения воздушного винта 1 набегающий поток постоянно стремится развернуть лопасть 2 воздушного винта 1 по потоку, то есть вернуть на минимальный угол атаки. Чтобы этому препятствовать, необходимо, чтобы рычаг (на чертеже не показан), соединенный с тягой 27 для изменения угла атаки лопастей 2, имел обратный управляемый фиксатор (на чертеже не показан), не позволяющий самопроизвольное возвращение лопасти 2 в исходном положении на минимальный угол атаки (как на ручном тормозе автомобиля). Потянув за рычаг (на чертеже не показан), увеличиваем угол атаки, сняв рычаг (на чертеже не показан) с упора, можно уменьшить угол атаки. Во время остановки воздушного винта 1 набегающий воздушный поток прекращает действовать на лопасть 2 воздушного винта 1, пружина 31, разжимаясь, перемещает вилку 19 в сторону задней втулки 22 до упора, тем самым поворачивает лопасти 2 воздушного винта 1 во флюгерное положение. В это время тяга 27 независимо от ее положения не препятствует перемещению вилки 19, так как передает ей только тянущие усилия в сторону задней втулки 22. Если остановка воздушного винта 1 происходит во время полета (отказ двигателя), то продольная составляющая набегающего воздушного потока способствует разворачиванию лопастей 2 воздушного винта 1 во флюгерное положение. Можно использовать электромеханизм или гидроцилиндр для изменения угла атаки лопасти 2 воздушного винта 1, присоединив их к тяге 27 за пределами втулки воздушного винта 1, что значительно облегчает эту задачу. На практике показано, что механический привод - самый надежный, так как исключается фактор наличия электричества или гидрожидкости. Данная конструкция механизма управления воздушным винтом 1 изменяемого шага предусматривает отверстия во втулке ведомого вала редуктора (на чертеже не показан) воздушного винта 1 для свободного прохода тяги 13, что не влечет за собой каких-либо сложностей. Практика эксплуатации показала, что время флюгирования воздушного винта 1 составляет менее 1 секунды. То есть на многодвигательном самолете значительно уменьшается разворачивающий момент за счет торможения воздушным винтом 1 отказавшего двигателя, что значительно облегчает работу пилоту и повышает уровень безопасности полета. Данная конструкция управления воздушным винтом 1 изменяемого шага не требует от летчика в критический момент отказа двигателя, каких-либо действий, направленных на флюгирование воздушного винта, и позволяет полностью сосредоточиться только на технике пилотирования. Механизм управления воздушным винтом изменяемого шага с автоматическим флюгированием лопастей 2 выполнен механическим и исключает использование гидравлики и электричества, что упрощает конструкцию механизма управления воздушным винтом, а также повышает его надежность и ресурс. В механизме количество деталей сведено до минимума, что дополнительно упрощает конструкцию втулки воздушного винта изменяемого шага с механизмом автоматического флюгирования лопастей, а также повышает его надежность и ресурс.
Облегчение работы пилота и более высокий уровень безопасности полета осуществляется за счет автоматического флюгирования лопастей втулки воздушного винта изменяемого шага, без участия пилотов.