СООСНАЯ НЕСУЩАЯ СИСТЕМА

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности к несущей системе вертолета с соосно расположенными двумя несущими винтами противоположного вращения.
Известна соосная несущая система, содержащая редуктор, на валах которого установлены шарнирного типа втулки несущих винтов противоположного вращения, два неподвижных в осевом направлении автомата перекоса, кинематически связанных поводками через двуплечие качалки, смонтированные соответственно на верхней и нижней ползушках, которые установлены на полом вале верхнего несущего винта и соединены посредством пальцев, проходящих через сквозные прорези вала, с тягами, расположенными в полости вышеуказанного вала и выполнены подвижными в осевом направлении посредством многозаходного резьбового механизма, смонтированного на нижней части корпуса редуктора (см. «Вертолет Ка-26», стр.107-111, Москва, изд. «Транспорт», 1982 г.).
Большое количество кинематических звеньев с подшипниками в цепи управления несущими винтами требует высокой точности сборки узлов, наличия большого числа точек смазки, тщательного контроля контровочных соединений, что сказывается на повышенной трудоемкости в эксплуатации и, как следствие, - удорожании стоимости летного часа. Кроме того, наличие сквозных прорезей в вале верхнего несущего винта, необходимых для перемещения ползушек, снижает динамическую прочность вала, причем доминирующее значение в этом факторе лежит на сквозной прорези в вале для нижней ползушки.
Известна другая конструкция системы управления соосным вертолетом, в которой частично устранены указанные недостатки, в частности отсутствие сквозных прорезей в вале верхнего несущего винта, но осталась неизменной сложность кинематической цепи управления несущими винтами, в частности, введение для управления тягами, расположенными внутри полого вала верхнего несущего винта, дополнительного механизма, выполненного в виде самозаклинивающейся червячной пары, в полости червячного колеса которой вмонтирован резьбовой механизм, а червяк оснащен реверсивным электромеханизмом для его привода. Кроме того, введен дополнительный дифференциальный автомат перекоса, который установлен на выступающей над втулкой верхнего несущего винта части вала (см. патент SU №1826422 A1, МПК B64C 27/54).
Недостатком данной конструкции является ее сложность и, как следствие, высокая трудоемкость сборки и обслуживания конструкции.
Известна соосная несущая система, содержащая редуктор с двумя валами противоположного вращения, на которых смонтированы втулки двухлопастных несущих винтов на общем горизонтальном шарнире, два соединенных между собой и подвижных в осевом направлении автомата перекоса, кинематически связанных с поводками лопастей, причем нижний автомат перекоса смонтирован на ползуне, установленном на носке редуктора и удерживаемом в нужном положении суммирующей рычажной системой (см. патент РФ №2307766, МПК B64C 27/10, B64C 27/32).
Недостатком данного решения является сложность конструкции, поскольку суммирующая рычажная система, объединенная с ползушкой и нижним автоматом перекоса, перенасыщена шарнирно-сочлененными звеньями с подшипниковыми узлами, смонтированными в ограниченном кинематическом пространстве на взаимоподвижных ползунах.
В результате кинематика такой цепи управления обладает относительно малыми величинами перемещений, входящих в нее звеньев, что требует повышенной точности изготовления и сборки узлов несущей системы, для сведения к допустимому минимуму люфтов в цепи управления.
Известна соосная несущая система, содержащая редуктор с двумя валами противоположного вращения, на которых смонтированы втулки несущих винтов. Система содержит также два соединенных тягами между собой и подвижных в осевом направлении автомата перекоса, кинематически связанных с поводками лопастей и суммирующей рычажной системой управления общим и дифференциальным шагом. Втулки несущих винтов выполнены с торсионным креплением лопастей и разнесенными горизонтальными шарнирами в виде шаровых опор. Суммирующая рычажная система включает две пары двуплечих рычагов и ползун. Первая пара рычагов расположена под нижним автоматом перекоса, вторая пара рычагов и ползун - на донной части корпуса редуктора. Один из рычагов каждой пары закреплен к корпусу редуктора, другой шарнирно к нему подвешен, а ползун смонтирован в цилиндрической полости редуктора, продольная ось которой совмещена с осью вала верхнего несущего винта. Подвешенные рычаги каждой пары соединены соответственно с нижним автоматом перекоса и ползуном, кроме того, посредством тяг и качалок подвешенные рычаги соединены с управлением дифференциальным шагом. Рычаги, закрепленные к корпусу редуктора, соединены с управлением общим шагом. Управление верхним несущим винтом выполнено посредством двуплечих качалок ползушки, смонтированных на валу верхнего несущего винта подвижно вдоль его оси и кинематически связанных с ползуном, верхним автоматом перекоса и поводками лопастей. Ползун выполнен в виде полого цилиндрической формы стакана, жестко закрепленного в донной части корпуса редуктора, на внутреннюю поверхность которого нанесено антифрикционное покрытие, и подвижного в осевом направлении полого штока с сердечником, соединенных между собой подшипниковым узлом качения, обеспечивающего сердечнику вращательное движение. Шток шарнирно соединен с подвешенным рычагом второй пары, а сердечник кинематически связан с двуплечими качалками (см. патент РФ №2412081, МПК B64C 27/32 (2006.01), 20.02.2011). Данное решение принято за прототип.
Недостатком данного решения является ослабление верхнего вала за счет наличия прорези для управления верхним винтом, что влияет на надежность работы. К недостаткам можно отнести и сложность обслуживания и ремонта системы.
Задача, решаемая полезной моделью - повышение надежности работы за счет устранения недостатков прототипа, а также упрощение обслуживания и ремонта системы привода сосной несущей системы.
Поставленная задача решается за счет того, что в известной соосной несущей системе, содержащей редуктор с двумя валами противоположного вращения, на которых смонтированы несущие винты, два соединенных тягами между собой и подвижных в осевом направлении автомата перекоса, кинематически связанных с поводками лопастей и с суммирующей рычажной системой управления общим и дифференциальным шагом, причем рычаги суммирующей системы управления соединены соответственно с нижним автоматом перекоса и внутренней тягой, при этом управление верхним несущим винтом выполнено посредством ползушки, смонтированной на валу верхнего несущего винта подвижно вдоль его оси и кинематически связанной с внутренней тягой, верхним автоматом перекоса и поводками лопастей, в соответствии с полезной моделью, внутренняя тяга выполнена удлиненной и снабжена коромыслом, расположенным на ее свободном конце и кинематически связанным с ползушкой выполненной в виде скользящей втулки, соединенной с валом верхнего несущего винта, на оси которой с возможностью качания установлена рамка, несущая рычаг-серьги, соединенные с возможностью качания относительно последней, причем направление осей качания рамки и рычаг-серег взаимно перпендикулярно.
Втулка снабжена кронштейнами, кинематически связанными с коромыслом внутренней тяги.
На свободных концах рамки выполнены вилки, принимающие шарнирно установленные в них тяги управления поводками лопастей верхнего винта.
Рычаг-серьги снабжены консольными осями, принимающими тяги кинематической связи с верхним автоматом перекоса.
Технический результат от использования всей совокупности существенных признаков нового технического решения заключается в повышении надежности работы за счет исключения прорези верхнего вала. Кроме того, достигается упрощение обслуживания и ремонта системы привода сосной несущей системы.
Выполнение внутренней тяги удлиненной, снабженной коромыслом, расположенным на ее свободном конце, выступающем из вала верхнего несущего винта и кинематически связанным с ползушкой, выполненной в виде скользящей втулки, соединенной с валом верхнего несущего винта, на оси которой с возможностью качания установлена рамка, несущая рычаг-серьги, соединенные с возможностью качания относительно последней, причем направление осей качания рамки и рычагов взаимно перпендикулярно, позволяет обеспечить соединение ползушки с внутренней тягой, исключая выполнение прорези на валу верхнего несущего винта, что позволяет значительно повысить прочность вала и, соответственно, надежность его работы. Повышение надежности работы одного из элементов системы позволяет повысить надежность работы системы в целом. Кроме того, такая конструкция обеспечивает упрощение обслуживания и ремонта системы привода сосной несущей системы.
Фиг.1 - соосная несущая система, общий вид;
Фиг.2 - ползушка шарнирная, общий вид (в увеличенном размере);
Фиг.3 - кинематическая схема управления общим и дифференциальным шагом винтов, общий вид;
Фиг.4 - кинематическая цепь изменения общего шага ползушкой;
Фиг.5 - кинематическая цепь изменения дифференциального шага ползушкой;
Фиг.6 - кинематическая цепь изменения циклического шага ползушкой;
Фиг.7 - кинематическая схема управления циклическим шагом лопастей, общий вид.
Соосная несущая система состоит из редуктора 1 с двумя концентрично расположенными валами 2 и 3 противоположного вращения. На валу 2 смонтирован верхний несущий винт 4, имеющий поводки лопастей 5, на валу 3 - нижний несущий винт 6 снабженный поводками лопастей 7. Поводки 5, 7 управляют углом установки лопасти (см. Фиг.1).
Система управления несущими винтами 4, 6 содержит два соединенных между собой тягами 8 и подвижных в осевом направлении автомата перекоса 9 и 10. Поводки 7 лопастей нижнего несущего винта 6 соединены тягами 11 непосредственно с нижним автоматом перекоса (АПН) 9. Поводки 5 лопастей верхнего несущего винта 4 соединены тягами 12 с рамкой 13 (см. фиг.2). Рамка 13 входит в состав ползушки, выполненной в виде подвижной втулки 14, соединенной с валом 2 верхнего несущего винта с возможностью скользящего перемещения вдоль оси вала и вращения совместно с валом. Рамка 13 установлена на осях 15 втулки 14 с возможностью качания. Рамка 13 состоит из двух симметричных деталей 13-1, 13-2 стянутых по концам между собой болтами 16.
На свободных концах рамки 13 за счет соединения ее деталей 13-1, 13-2 образованы вилки, принимающие шарнирно установленные в них тяги 12 управления поводками 5 лопастей верхнего винта 4.
Для осуществления наклона рамки 13 совместно с автоматами перекоса 9, 10 относительно горизонтали при управлении верхним винтом 4, с двух сторон рамки 13 через оси 17 к ее частям 13-1, 13-2 шарнирно крепятся рычаг-серьги 18. Рычаг-серьги 18 с внешних своих сторон снабжены консольными осями 19, принимающими тяги 20 кинематической связи с верхним автоматом перекоса (АПВ) 10 (см. Фиг.1, 2, 3, 7).
Автоматы перекоса 9, 10 и ползушка кинематически связаны с суммирующей рычажной системой управления (суммарно-дифференциальной рычажной системой (СДРС)) общим и дифференциальным шагом. СДРС через тягу 21, рычаг 22 и тягу 23 соединен с нижним автоматом перекоса 9, а через тягу 24 и рычаг 25 соединен с внутренней тягой 26 через подшипниковый узел 27 для обеспечения возможности вращения внутренней тяги 26 совместно с валом 2 (см. Фиг 1, 3).
Внутренняя тяга 26 выполнена удлиненной и снабжена коромыслом 28, расположенном на ее свободном конце, выступающем из вала 2 верхнего несущего винта. Коромысло 28 шарнирно соединено с тягами 29, посредством которых осуществляется кинематическая связь с ползушкой через кронштейны 30 скользящей втулки 15 (см. фиг.1, 2, 3, 5)..
Управление общим и дифференциальным шагом несущих винтов 4, 6 выполнено посредством суммирующей рычажной системы (суммарно-дифференциальной рычажной системы (СДРС)), установленной на корпусе вертолета и через тяги 21 и 24 связанного с рычагами 22 и 25 (соответственно внешнего и внутреннего каналов управления), шарнирно закрепленными на корпусе редуктора.
Управление общим шагом несущих винтов выполнено за счет воздействия через рычаг общего шага 31 и шарнирно связанной с ним тяги 32, на СДРС. Управление дифференциальным шагом винтов происходит так же за счет воздействия на СДРС через педали 33 и тягу 34 (см. фиг.1 и 3). Управление циклическим шагом происходит воздействием на АПН 9 через рукоятку циклического шага 35 и продольную тягу (либо трос гибкой связи) 36 и поперечного управления (тяги поперечного управления на схеме условно не показаны) (см. фиг.1 и 7).
Примеры работы несущей системы:
Изменение общего шага винтов (см. Фиг.3А, 4).
Например, вертолет висит в воздухе и должен снизиться. Пилот перемещает рычаг «шаг-газ» 31 органа управления пилотом вниз на некоторую величину. Рычаг «шаг-газ» 31 через тягу 32 соединен с параллелограммным механизмом СДРС управления шагом несущих винтов, детали которого перемещаются в соответствующее положение и перемещают вверх на одинаковое расстояние тяги внешнего 21 и внутреннего 24 управления.
Тяга внутреннего управления 24 через рычаг 25 перемещает внутреннюю тягу 26 вниз. Тяга 26, соединенная в своей нижней части с рычагом 25 через подшипниковый узел 27 имеет возможность вращения посредством шлицевого соединения (условно не показано) вместе с валом верхнего винта 2, внутри которого она находится. Далее тяга 26 через коромысло 28 перемещает вниз тяги 29, которые в свою очередь перемещают вниз по валу верхнего винта 2 втулку 14 ползушки (ПШ). При этом вниз на то же расстояние перемещаются все детали ПШ совместно со втулкой 14 - рамка 13 и рычаг-серьги 18. Так как рамка 13 ПШ через тяги 12 соединена с поводками 5 верхнего несущего винта 4, то лопасти этого винта вслед за поводками уменьшают свой «шаг».
Одновременно с этим тяга внешнего управления 21 через рычаг 22 и тягу 23, перемещает автомат перекоса нижний (АПН) 9 вниз на ту же величину что и ПШ. АПН 9 в свою очередь перемещает вниз тяги 11, которые опускают поводки 7 нижнего несущего винта 6 и соответственно уменьшают «шаг» лопастей нижнего винта на такую же величину как и у верхнего винта 4.
Автоматы перекоса 9, 10 (АПН и АПВ) связаны между собой четырьмя тягами 8, благодаря чему они перемещаются одновременно в одном направлении. При этом АПВ 10 в свою очередь связан четырьмя тягами 20 с рычаг-серьгами 18 ПШ, за счет чего рычаг-серьги 18 опускаются вниз на такое же расстояние что и остальные детали ПШ не отклоняясь при этом от начального положения.
Наглядное положение всех элементов ползушки при управлении общим шагом винтов показано на Фиг.4. На схеме видно, что втулка 15 вместе с рамкой 13 и рычаг-серьгами 18 перемещаются по валу (вверх и вниз), но все детали ползушки остаются относительно друг друга в одном положении, т.к. все детали перемещаются в одном направлении на одинаковое расстояние.
Изменение дифференциального шага винтов (см. Фиг.3Б, 5).
При необходимости развернуть вертолет (например, вправо), пилот давит ногой на правую педаль 33, при этом тяга 34 воздействует на параллелограммный механизм СДРС управления шагом несущих винтов, в результате чего тяга внутреннего управления 24 движется вниз, а тяга внешнего управления 21, премещается вверх. Тяга 29 через рычаг 22 воздействует на внутреннюю тягу 23, поднимая ее. Внутренняя тяга 26 через коромысло 28 и тяги 29 перемещают вверх по валу втулку 14 совместно с рамкой 13 и рычаг-серьгами 18 (ПШ). Рамка 13 ПШ через тяги 12 соединенная с поводками 5 верхнего несущего винта 4, воздействует на поводки 5 лопастей верхнего несущего винта, поворачивая их вверх и увеличивая этим его «шаг», а так же увеличивая крутящий момент на валу 2.
Одновременно тяга 24 перемещается вверх, поворачивая рычаг 22, который через тягу 23 опускает автомат перекоса нижний 9 вниз. При этом АПН 9 через тяги 11 поворачивает вниз поводки 7 лопастей нижнего несущего винта 6, уменьшая этим его «шаг», а так же уменьшая крутящий момент на валу 3..
В результате разнонаправленного изменения «шага» лопастей верхнего и нижнего винтов, общая тяга винтов остается неизменной, но возникает разница крутящих моментов на валах винтов, что разворачивает вертолет в сторону вращения винта с меньшим шагом - в нашем случае вправо.
При этом за счет возможности отклонения (вверх или вниз) рычагов 18, прикрепленных к рамке 13 через оси 17, ползушка шарнирная, позволяет производить разнонаправленное изменение «шага» винтов без заклинивания деталей ползушки - рычаг-серьги 18 отклоняются в сторону движения АПВ 10.
Изменение циклического шага винтов (см. Фиг.6 и 7).
Основная задача решаемая ПШ - копирование работы АПВ 10 при управлении (через тяги 12 и поводки 5) наклоном верхнего винта 4. Наклон нижнего винта 6 при этом (через тяги 11 и поводки 7) управляется непосредственно АПН 9.
Если удалить ПШ из схемы управления и соединить поводки 5 лопастей верхнего винта непосредственно через тяги 29 с коромыслом 28, то можно так же управлять общим и дифференциальным шагом винтов. Но при этом использовать верхний автомат перекоса для управления циклическим шагом верхнего винта будет нельзя - их нельзя жестко связать тягами. При изменении дифференциального шага АПВ 10, жестко связанный с АПН 9, соединенным с поводками 7 нижнего винта, движется в противоположную сторону относительно движения тяг 12, связанных с поводками 5 верхнего винта, таким образом, АПН 10 будет препятствовать повороту поводков 5 винта.
Для того что бы исключить противоречия в разных каналах системы управления винтами (общий, дифференциальный и циклический шаг) предлагается новая конструкция ползушки (см. фиг.2, 6) - ползушка шарнирная (ПШ). Конструкция ПШ имеет поворотную рамку 13, которая при вращении вместе с валом 2 имеет возможность отклоняться от плоскости вращения благодаря осям шарнира 15. Таким образом рамка 13 может копировать плоскость наклона АПВ 10. Эту плоскость наклона ей задают тяги 20 связанные одним концом с АПВ 10, а другим с рычаг-серьгами 18, которые в свою очередь через шарниры 17 крепятся к этой рамке 13.
При управлении циклическим шагом происходит следующее - рамка 13 ПШ вращаясь вместе с валом 2, попеременно располагается то поперек то вдоль плоскости наклона АПВ 10 (так как автомат перекоса сохраняет заданное направление наклона при вращении винтов). При этом в случае, когда рамка 13 находится поперек наклона АПВ 10 (см. фиг.6А и 7А), тяги 20, связанные с АПВ 10, благодаря шарнирам 17 отклоняют в разные стороны рычаг-серьги 18 (работающие в данном случае как серьги). На фиг.6А тяги 20-1 и 20-3 отклоняют рычаг-серьгу 18 вниз, а тяги 20-2 и 20-4 отклоняют противоположную рычаг-серьгу 18 вверх, при этом рамка 13 будет всегда находится параллельно плоскости автомата перекоса. При дальнейшем вращении вала 2, рамка 13, управляемая тягами 20 связанными с АПВ 10, благодаря осям 15 примет положение вдоль плоскости наклона АПВ 10 (см. фиг.6Б и 7Б). Отклонение рамки 13 происходит благодаря связанным с ней через шарниры 17 рычаг-серьгам 18 (работающим в данном случае как рычаг), непосредственно на которые и действуют тяги 20.
Таким образом, вращаясь вместе с валом 2 концы рамки 13, описывают траекторию параллельную плоскости наклона АПВ, копируя этим его работу. И через тяги 12, шарнирно закрепленные на концах рамки 13 и поводках 5, происходит управление циклическим шагом верхнего винта 4, который (благодаря жесткой связи между АПВ 10 и АПН 9) будет иметь аналогичный с нижним винтом 6 наклон (по величине и направлению), плоскости своего вращения.
Например, пилот отклоняет вперед рукоятку 35, которая через тягу (или трос) 36, отклоняет вперед АПН 9, а через тяги 8 и АПВ 10, который в свою очередь через тяги 20 и рычаг-серьги 18 в ту же сторону отклоняет плоскость вращения рамки 13 ПШ. В результате «шаг» лопастей обоих винтов за каждый оборот меняется таким образом, что плоскость вращения винтов отклоняется в ту же сторону что и плоскость автоматов перекоса и связанной с ними ПШ (фиг.7А и Б).
При этом не возникает противоречия с каналом дифференциального управления, так как ПШ имеет шарниры 17 которые позволяют в случае разнонаправленного движения АПВ 10 и ПШ отклоняться рычаг-серьгам 18, при этом сохранять заданный наклон рамки 13, управляемой тягами 20 от АПВ 10.
Предлагаемая соосная несущая система управления полетом вертолета несет в себе простоту конструкции системы, за счет «открытой архитектуры» ее кинематической схемы, которая в свою очередь позволяет каждый элемент кинематической цепи выполнить с высокой степенью надежности, что в совокупности обеспечивает безопасность полета вертолета.
Заявляемая полезная модель может быть изготовлена с применением современных технологий на известном оборудовании.
Полезная модель может быть использована в авиационной технике, а именно, в несущих системах вертолетов с соосно расположенными двумя несущими винтами противоположного вращения.