Т-ОБРАЗНЫЙ РЕДУКТОР С ФУНКЦИЕЙ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ШАГОМ НЕСУЩИХ ВИНТОВ СООСНОЙ ПРОТИВОПОЛОЖНО НАПРАВЛЕННОЙ РАВНОСКОРОСТНОЙ СХЕМЫ ВРАЩЕНИЯ НЕСУЩИХ ВАЛОВ

Заявленная полезная модель относится к области авиации, в частности к конструкциям редукторов и механизмам управления шагом лопастей несущих винтов.
В машиностроении давно и широко применяются конические редукторы Т-образиой конфигурации с противоположно вращаемыми ведомыми валами такими, как, например, редукторы марки BG в конфигурации №80 Челябинской фирмы ООО «Сервомеханизмы» и им подобные. Но в авиастроении в качестве трансмиссий для несущих винтов такие редукторы используются редко. Чтобы увеличить их практическую пригодность в устройствах несущих винтов, например, у конвертопланов и мультикоптеров, их необходимо снабдить механизмом управления лопастями несущих винтов. Существует два варианта исполнения механизма управления: с наружным приводом и встроенным внутрь редуктора.
Из существующего уровня техники известно много вариантов исполнения механизмов управления шагом несущих винтов с применением наружного привода. Например, типичное управление шагом лопастей у вертолетов, представляющее собой многотяговую и многорычажную конструкцию с применением автомата перекоса и их усовершенствованные варианты, которые описаны в разработках: RU 2726560 С1, RU 2307766 С1, RU 2668137 С2. В связи с тем, что для конвертопланов и мультикоптеров автомат перекоса не актуален, конструкция «наружных» механизмов управления шагом значительно упрощается, но, тем не менее, все равно остается громоздкой. Известен вариант управления шагом лопастей воздушного винта, описанный в RU 94007759 А1, 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», где устройство управления приводится в действие гидравликой и состоит из гидромеханизма с поршнем, скрепленным с траверсой и связанный шатунами с пальцами стаканов, в которых закреплены лопасти. Недостатком такой конструкции является сложность конструкции механизма управления воздушным винтом, громоздкость и низкая надежность всей конструкции.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является RU 2383465 C1, дата публикации 10.03.2010 г., автор Кормильченко Г.М., которое взято за прототип. Недостатками этого изобретения являются:
1. Неспособность данной конструкции устанавливать отрицательные углы атаки лопастей.
2. Конструкция тяги 27 упомянутого изобретения, которая состоит из двух частей, где одна часть вынуждена вращаться относительно другой со скоростью вращения воздушного винта.
3. Механическое управление тягой 27.
4. Техническое решение в представленном виде не позволяет применить его в конструкциях с двумя противоположно вращающимися воздушными винтами.
Задачей, на которое направлено заявленное техническое решение, является применение механизма управления шагом несущих винтов в Т-образных редукторах с противоположно направленным вращением ведомых валов, автоматическое уравновешивание нагрузки на лопасти несущих воздушных винтов прямого и обратного вращения, а также максимальное упрощение и облегчение конструкции в целом.
Данная задача решается за счет того, что заявленный Т-образный редуктор с функцией гидравлического управления шагом несущих винтов соосной противоположно направленной равноскоростной схемы вращения несущих валов, содержащий, собранный из трех частей цилиндрический корпус, состоящий из: верхней и нижней частей корпуса, в которых собраны ведомые части Т-образного редуктора, включающие в себя несущие валы пустотелой конструкции, связанные, соответственно, с верхней и нижней частями корпуса посредством радиально-упорных подшипников и, имеющие возможность вращения относительно корпуса редуктора, причем с внутренней стороны верхней и нижней частей корпуса к несущим валам прикреплены конические шестерни, а с наружной стороны к несущим валам прикреплены поворотные шарниры для крепления лопастей несущих винтов, а также установлены внешние тяги механизма управления шагом несущих винтов; средней части корпуса Т-образного редуктора, являющейся ведущей частью и имеющей в своем корпусе, расположенное перпендикулярно оси корпуса, посадочное место цилиндрической формы для установки блока ведущей шестерни, причем средняя часть корпуса Т-образного редуктора объединена с гидроцилиндром в единое целое посредством двух центраторов, где гидроцилиндр расположен соосно с корпусом, имеет симметричную конструкцию с общей камерой для двух противоположно направленных поршней, имеющих возможность перемещаться внутри этой камеры, как в противоположные стороны друг от друга или навстречу друг другу относительно центра камеры в случае изменения объема жидкости в камере гидроцилиндра, так и параллельно друг другу в случае, если объем жидкости в камере гидроцилиндра остается неизменным, причем связь поршней с поворотными шарнирами осуществляется по схеме «поршень - тяга гидроцилиндра - внешняя тяга механизма управления шагом несущего винта - палец - С-образное крепление пальца - корпус поворотного шарнира».
Является предпочтительным, что части корпуса, имеющие цилиндрическую форму, соосно располагаются друг относительно друга, где верхняя и нижняя части корпуса крепятся к средней части с противоположных сторон, причем нижняя часть крепится со стороны заливочного отверстия, сделанного в теле средней части корпуса и, расположенного ниже относительно центральной перпендикулярной оси средней части корпуса Т-образного редуктора.
Является предпочтительным, что на внешней стороне корпуса Т-образного редуктора расположены три группы резьбовых соединений для внешнего крепления Т-образного редуктора, где каждая из групп лежит в плоскости, которая находится под углом 120 градусов относительно двух других плоскостей.
Является предпочтительным, что несущие валы с закрепленными на них коническими шестернями, выполняющими роль ведомых, при зацеплении с ведущей конической шестерней имеют возможность вращаться относительно корпуса Т-образного редуктора в противоположные стороны друг относительно друга с равными угловыми скоростями.
Является предпочтительным, что блок ведущей шестерни является отдельной конструкцией.
Является предпочтительным, что конические шестерни могут быть, как с прямым зубом, так и с круговым зубом, причем их количество у ведущей и ведомых шестерен могут отличаться.
Является предпочтительным, что центраторы расположены в середине корпуса средней части Т-образного редуктора и под углом 120 градусов относительно друг друга, а также по отношению к оси ведущей конической шестерни, имеют внутри каналы соответствующего диаметра, соединяющие камеру гидроцилиндра с внешней средой.
Является предпочтительным, что оба канала на внешней стороне средней части корпуса Т-образного редуктора имеют стыковочные узлы, представляющие собой отверстия большего диаметра с резьбой, соответствующей резьбе стыковочного узла внешней гидравлической линии.
Является предпочтительным, что один из каналов служит для присоединения внешней гидравлической линии, а второй для стравливания воздуха при прокачке жидкостью гидравлической линии, после чего герметично закрывается пробкой с соответствующими уплотнением и резьбовым соединением.
Является предпочтительным, что в торцах гидроцилиндра расположены ограничительные гайки с квадратным сквозным отверстием посередине, размеры которого позволяют свободно перемещаться сквозь них тягам гидроцилиндра, имеющим соответствующее квадратное сечение.
Является предпочтительным, что отверстие для заливки масла внутрь корпуса Т-образного редуктора, которое смещено к нижнему краю корпуса средней части Т-образного редуктора, после заполнения маслом корпуса до соответствующего уровня, герметично закрывается пробкой с соответствующими уплотнением и резьбовым соединением.
Является предпочтительным, что поворотный шарнир крепления лопастей несущего воздушного винта содержит Т-образное основание, корпус поворотного шарнира, стопорное разрезное кольцо, стопорную гайку корпуса поворотного шарнира, подшипник радиально-упорный, подшипник игольчатый, С-образное крепление пальца, палец, фиксирующую гайку игольчатого подшипника.
Является предпочтительным, что Т-образное основание поворотного шарнира может иметь, как цельнолитую, так и сборную конструкцию.
Является предпочтительным, что палец крепится к корпусу поворотного шарнира посредством С-образного крепления.
Является предпочтительным, что с одной стороны палец снабжен игольчатым подшипником для уменьшения истирания рабочей поверхности пальца и гайкой фиксирующей игольчатый подшипник на пальце, а с другой стороны имеет шестигранный профиль для облегчения монтажа пальца к С-образному креплению.
Является предпочтительным, что стопорное разрезное кольцо имеет с внешней стороны своего корпуса соосную канавку для размещения в ней резинового кольца или кольцевой пружины для совмещения и фиксации обеих половин стопорного разрезного кольца.
Является предпочтительным, что внешняя тяга механизма управления шагом несущего воздушного винта содержит монолитный корпус с направляющими, где количество направляющих соответствует количеству лопастей, к которым с внешней стороны крепятся упорные скобы, а также имеет в своем составе радиально-упорный подшипник двунаправленного действия, соединительную втулку, фиксирующую гайку.
Является предпочтительным, что внешние тяги механизма управления шагом несущего винта размещены с внешней стороны несущих валов, причем направляющие внешних тяг располагаются между Т-образными основаниями поворотных шарниров, закрепленных на несущих валах, и имеют возможность перемещаться вдоль оси несущих валов в обе стороны.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является максимально упрощенная и облегченная конструкция с возможностью управления шагом несущих винтов и автоматическим уравниванием нагрузки на лопасти несущих винтов прямого и обратного вращения за счет уравнивания динамических сопротивлений, действующих на лопасти воздушных винтов прямого и обратного вращения посредством зависимого синхронного перемещения поршней гидроцилиндра относительно друг друга.
Заявленное техническое решение «Т-образный редуктор с функцией гидравлического управления шагом несущих винтов соосной противоположно направленной равноскоростной схемы вращения несущих валов» поясняется чертежами, на которых изображено следующее:
на фиг. 1 - общий вид Т-образного редуктора без аэродинамических обтекателей и с установленными обтекателями (коками);
на фиг. 2 - взаимное расположение основных частей Т-образного редуктора;
на фиг. 3 - Т-образный редуктор в разрезе поясняющий принцип работы механизма управления шагом несущих винтов;
на фиг. 4 - устройство верхней части корпуса Т-образного редуктора;
на фиг. 5 - устройство нижней части корпуса Т-образного редуктора;
на фиг. 6 - устройство средней части корпуса Т-образного редуктора;
на фиг. 7 - продольный и поперечный разрезы корпуса средней части Т-образного редуктора;
на фиг. 8 - устройство блока ведущей шестерни;
на фиг. 9 - общий вид средней части корпуса Т-образного редуктора с отсоединенным блоком ведущей шестерни;
на фиг. 10 - устройство поворотного шарнира крепления лопастей несущего винта;
на фиг. 11 - устройство внешней тяги механизма управления шагом несущего винта. Сущность полезной модели - Т-образный редуктор с функцией гидравлического управления шагом несущих винтов соосной противоположно направленной равноскоростной схемы вращения несущих валов.
Т-образный редуктор (фиг. 1, 2) (далее редуктор) состоит из верхней части корпуса 1. нижней части корпуса II, средней части корпуса III, поворотных шарниров крепления лопастей несущего винта IV, внешних тяг механизма управления шагом несущих винтов V. Верхняя часть редуктора состоит из корпуса верхней части 1 (фиг. 4), к которой крепится посредством радиально-упорного подшипника 3 (фиг. 4) пустотелый верхний несущий вал 2 (фиг. 4). К несущему валу со стороны внутренней части корпуса 1 (фиг. 4) крепится коническая шестерня 4 (фиг. 4), выполняющая роль ведомой. Внутри несущего вала установлено сальниковое уплотнение 5 (фиг. 4) для герметизации внутреннего пространства корпуса редуктора от протечек масла и зафиксированное гайкой 6 (фиг. 4). Опорное кольца 7 (фиг. 4) для верхней части корпуса редуктора играет роль ограничителя при установке основания кока. Нижняя часть редуктора состоит из корпуса нижней части 8 (фиг. 5), к которой крепится посредством радиально-упорного подшипника 3 (фиг. 5) пустотелый нижний несущий вал 9 (фиг. 5). К несущему валу со стороны внутренней части корпуса 8 (фиг. 5) крепится коническая шестерня 4 (фиг. 4), выполняющая роль ведомой. Внутри несущего вала установлено сальниковое уплотнение 5 (фиг. 5) для герметизации внутреннего пространства корпуса редуктора от протечек масла и зафиксированное гайкой 6 (фиг. 5). Опорное кольцо 10 (фиг. 5) играет для нижней части корпуса редуктора роль с одной стороны ограничителя при установке основания кока, а с другой стороны упорного элемента, посредством которого подъемная сила, действующая со стороны нижнего несущего вала 9 (фиг. 5), передается через радиально-упорный подшипник 3 (фиг. 5), зафиксированный кольцом 11 (фиг. 5), на корпус редуктора. Средняя часть редуктора состоит из корпуса средней части 12 (фиг. 6, 7), которая объединена с корпусом гидроцилиндра 13 (фиг. 3, 6, 7), имеющего в своем составе камеру 21 (фиг. 3, 7), две центрирующие гайки 14 (фиг. 3, 6) две тяги 15 (Фиг. 6, 7), две упорных шайбы 16 (фиг. 3, 6), два поршня 17 (Фиг. 3, 6). Корпус 13 (фиг. 3, 6, 7) гидроцилиндра соединен с корпусом средней части редуктора двумя центраторами 18 (фиг. 3, 6, 7), объединяющими их в единую деталь. Внутри центраторов имеются каналы 19 (фиг. 3, 6, 7), соединяющие камеру 21 (фиг. 3, 7) гидроцилиндра с внешней средой и, имеющих на противоположных концах стыковочные узлы 22 (фиг. 7) в виде расширенных отверстий соответствующих профилю ответной части стыковочного узла внешней гидравлической линии. Один из каналов служит для подачи жидкости внутрь камеры 21 (фиг. 6, 7) гидроцилиндра, а второй - для отвода воздуха при закачке жидкости в камеру гидроцилиндра между поршнями 17 (фиг. 3, 6), после чего упомянутый канал герметизируется пробкой с соответствующими уплотнением и резьбовым соединением. Также корпус 12 (фиг. 3, 6, 7) средней части редуктора имеет в своей конструкции посадочное место 20 (фиг. 6, 7) для блока ведущей шестерни, представляющее собой поперечное цилиндрическое отверстие соответствующего диаметра, стыковочные узлы 22, заливочное окно 23. Блок ведущей шестерни, который состоит из конической шестерни 24 (фиг. 8), корпуса блока 25 (фиг. 8) с фланцевым соединением, соединительной муфты 26 (фиг. 8), двух радиальных подшипников 27 (фиг. 8), фиксирующей гайки 28 (фиг. 8) соединительной муфты. Взаимное расположение средней части корпуса в сборе и блока ведущей шестерни перед их соединением представлено на фиг. 9. Поворотный шарнир крепления лопастей несущего винта состоит из основания поворотного шарнира 30 (фиг. 10), корпуса 31 (фиг. 10) поворотного шарнира, стопорного разрезного кольца 32 (фиг. 10), стопорной гайки 33 (фиг. 10), подшипника игольчатого 34 (фиг. 10), фиксирующей гайки 35 (фиг. 10) игольчатого подшипника, С-образного крепления 36 (фиг. 10) пальца, пальца 37 (фиг. 10), а также подшипника радиально-упорного 29 (фиг. 10). Внешняя тяга механизма управления шагом несущего винта состоит из корпуса 38 (фиг. 11) внешней тяги, в который смонтирован подшипник радиально-упорный 39 (фиг. 11), зафиксированный стопорной гайкой 40 (фиг. 11). Соединительная втулка 41 (фиг. 11) вставляется внутрь подшипника 39 (фиг. 11) и служит для крепления конца тяги 15 (фиг. 3, 6) гидроцилиндра с корпусом 38 (Фиг. 11) внешней тяги. С внешней стороны корпуса внешней тяги на ее направляющих крепятся упорные скобы 42 (фиг. 11).
Работает редуктор следующим образом. Через вспомогательный ведущий вал. соединяющийся с соединительной муфтой 26 (фиг. 8) посредством шлицевого соединения, крутящий момент передается на ведущую шестерню 24 (фиг. 8) и входящие с ней в зацепление ведомые шестерни 4 (фиг. 3, 4, 5), причем ведомые валы верхний и нижний 2,9 (фиг. 3, 4, 5), соединенные с ведомыми шестернями 4 (фиг. 3, 4, 5), будут вращаться в противоположные стороны относительно друг друга с равной угловой скоростью и под углом 90 градусов к оси ведущей шестерни 24 (фиг. 8). Лопасти несущего винта, закрепленные в поворотных шарнирах IV (фиг. 2) и, расположенные на верхнем несущем валу 2 (фиг. 3, 4), образуют несущий винт прямого вращения, а лопасти несущего винта, закрепленные в поворотных шарнирах 4 (фиг. 2) и, расположенные на нижнем несущем валу 9 (фиг. 3, 5), образуют несущий винт обратного вращения.
Управление шагом несущих винтов осуществляется следующим образом. Прежде всего после соединения внешней гидравлической линии с корпусом Т-образного редуктора (далее редуктора) посредством одного из стыковочных узлов 22 (фиг. 7) камера 21 (фиг. 7) гидроцилиндра 13 (фиг. 7) через один из каналов 19 (фиг. 3,7) гидравлической линии заполняется жидкостью со 100 процентным вытеснением воздуха из камеры гидроцилиндра через аналогичный канал 19 (фиг. 3, 7), не соединенный с внешней гидравлической линией, после чего упомянутый канал герметизируется пробкой с соответствующими уплотнением и резьбовым соединением.
Положение поршней 17 (фиг. 3, 6) внутри камеры 21 (фиг. 3, 6, 7) зависит, во-первых, от объема жидкости в камере 21 (фиг. 3) гидроцилиндра 13 (фиг. 3, 6, 7) между поршнями 17 (фиг. 3, 6), и, во-вторых, от взаимного положения упомянутых поршней относительно центра камеры 21 (фиг. 3, 6) гидроцилиндра 13 (фиг. 3, 6, 7) и относительно друг друга. Связь каждого поршня 17 (фиг. 3) с лопастями несущего воздушного винта происходит посредством тяги 15 (фиг. 3, 6) гидроцилиндра, непосредственно соединенного с одной стороны с упомянутым поршнем, и проходящей через квадратное отверстие центрирующей гайки 14 (фиг. 3, 6), с другой стороны - с соединительной втулкой 41 (фиг. 3, 11), вставленной в подшипник 39 (фиг. 3, 11), закрепленного в корпусе 38 (фиг. 3, 11) внешней тяги посредством стопорной гайки 40 (фиг. 3, 11), а также посредством упорной скобы 42 (фиг. 3, 11), игольчатого подшипника 34 (фиг. 3, 10), пальца 37 (фиг. 3, 10), С-образного крепления пальца 36 (фиг. 3, 10), корпуса поворотного шарнира 31 (фиг. 3, 10).
Так как камера 21 (фиг. 3,6,7) гидроцилиндра 13 (фиг. 3, 6, 7) является общей для двух поршней 17 (фиг. 3, 6) гидроцилиндра, то при неизменяемом объеме жидкости, находящейся между поршнями в камере, вследствие несжимаемости жидкости, упомянутые поршни могут перемещаться только синхронно в одну и ту же сторону относительно друг друга, то есть, если один будет перемещаться к центру камеры, то другой будет перемещаться от центра камеры к краю гидроцилиндра, соответственно, если внешняя тяга V (фиг. 2) скользящая вдоль верхнего несущего вала 2 (фиг. 3, 4) станет перемещаться вниз, то и внешняя тяга V (фиг. 2) скользящая вдоль нижнего несущего вала 9 (фиг. 3, 5) станет перемещаться вниз, и наоборот. А так как соединение корпусов 31 (фиг. 2, 3, 10) поворотных шарниров с внешними тягами V (фиг. 2) выполнено таким образом, что увеличение шага лопастей происходит при перемещении внешних тяг V (фиг. 2) в противоположные стороны, а уменьшение шага - при перемещении внешних тяг друг к другу, то, соответственно, перемещение внешних тяг в одну и ту же сторону будет приводить к увеличению шага лопастей одного несущего воздушного винта (например, прямого вращения) и к уменьшению шага лопастей другого несущего воздушного винта (обратного вращения). В связи с тем, что аэродинамические сопротивления прямо пропорциональны шагу несущих винтов (проекции площади лопасти на перпендикулярную плоскость к набегающему потоку воздуха) и зависят друг от друга, вследствие общей для двух цилиндров камеры, то их величины будут стремиться к равенству
Rпр.вр=Rобр.вр, где
Rпр.вр - аэродинамическое сопротивление, действующее на лопасти несущего винта прямого вращения;
Rобр.вр - аэродинамическое сопротивление, действующее на лопасти несущего винтаобратного вращения.
Этим достигается уравнивание нагрузок на лопасти несущих воздушных винтов прямого и обратного вращения.
При необходимости изменить шаг несущих винтов необходимо изменить объем жидкости в камере гидроцилиндра. При увеличении шага необходимо увеличить объем жидкости, при уменьшении шага - уменьшить объем жидкости. Увеличение и уменьшение шага несущих винтов происходит синхронно.
Данное техническое решение может применяться в конструкциях любых летательных аппаратов, где силовые установки располагаются непосредственно в корпусе, упомянутых аппаратов.