СИСТЕМА АЗИМУТАЛЬНОЙ ОРИЕНТАЦИИ ГРУЗА НА ВНЕШНЕЙ ПОДВЕСКЕ ВЕРТОЛЕТА

Устройство относится к авиационной технике, а именно к оборудованию вертолетов, предназначенных для транспортирования груза на внешней подвеске, и может быть использовано при выполнении строительно-монтажных работ с применением вертолетов.
Известна система внешней подвески груза к вертолету, включающая размещенную внутри фюзеляжа вертолета силовую раму, вертикальный стержень, связанный с силовой рамой посредством карданного узла, грузовые стропы и привод вертикального стержня, выполненный в виде лебедки, закрепленной на силовой раме (авт. свид. №509495, кл. B64D 1/22, 1973 г). Вертикальный стержень выполнен в виде наконечника грузового троса, а привод обеспечивает только его поступательные перемещения, необходимые для закрепления в замке вертолета. Такое взаиморасположение узлов и элементов за счет сложного карданного узла обеспечивает вертикальному стержню свободные колебания вместе с грузом без вращения в полете. Сложный карданный узел, связанный с автопилотом, должен обеспечивать гашение колебаний груза при зависании вертолета над монтажной площадкой. Однако из-за случайного сочетания внешних факторов стабилизация груза может происходить в нескольких метрах от места установки груза. Поэтому после летных испытаний монтажной модификации Ка-32К (т.е. вертолета-крана, созданного по нашему заказу) подобная система гашения колебаний груза была признана неработоспособной. Кроме того, основной недостаток известного устройства заключался в отсутствии возможности фиксации и поворота монтируемого груза по азимуту для совмещения его с проектными отметками. С тех пор ведутся работы по созданию таких систем, сложность создания которых для большинства вертолетов вызвана небольшим пространством под фюзеляжем на земле (клиренсом). Некоторые из таких технических решений представлены ниже.
Известна система внешней подвески груза к вертолету, включающая размещенную внутри фюзеляжа вертолета силовую раму, вертикальный стержень, связанный с силовой рамой и снабженный карданным узлом, горизонтальный стержень с грузовыми стропами и привод вертикального стержня, выполненный в виде лебедки, закрепленной внутри фюзеляжа (патент RU №2213028, кл. B64D 1/22, B64D 9/00, 2001 г). Карданный узел выполнен в виде крестовины с двумя взаимно перпендикулярными парами цапф. К одной паре цапф прикреплен вертикальный стержень, а другая пара цапф используется для взаимодействия с вырезами на нижнем торце кольцевого фиксирующего элемента, закрепленного на силовой раме. Наконечник вертикального стержня втягивают в замок с помощью привода, выполненного в виде лебедки с тросом. При этом, выбирая разные диаметральные вырезы на фиксирующем элементе, размещают в них соответствующую пару цапф кардана. Этим на земле задается и фиксируется необходимый угол установки вертикального стержня по азимуту. Привод для поворота в полете по азимуту вертикального стержня (а вместе с ним и всей внешней подвески с грузом) отсутствует. Т.е. устройство является только системой азимутальной фиксации груза на внешней подвеске вертолета без возможности его поворота в полете. Поэтому при монтаже груза в случае его несовпадения по углу с проектными отметками может возникнуть необходимость доворачивать груз вертолетом с отклонением от оптимального курса висения (против ветра), что сопряжено со снижением грузоподъемности, и возможностью появления тряски вертолета. Для устранения ошибки по установке угла фиксации вертикального стержня, допущенной на земле, может потребоваться возврат с посадкой вертолета, переустановка вертикального стержня с помощью лебедки, взлет и повторный полет с грузом на монтажную площадку.
Известна система внешней подвески груза к вертолету, включающая размещенную внутри фюзеляжа вертолета силовую раму, вертикальный стержень, связанный с силовой рамой и снабженный карданным узлом, горизонтальный стержень с грузовыми стропами, соединенный посредством сходящихся связей и вертлюга с вертикальным стержнем, и привод поворота внешней подвески (патент RU №2136547, кл. B64D 9/00, 1996 г). Вертикальный стержень закреплен в замке на силовой раме вертолета без возможности вращения. Карданный узел в нижней части вертикального стержня и вертлюг обеспечивают как свободные колебания внешней подвески с грузом в полете, так и его повороты. Для поворота внешней подвески использованы две штатные грузовые лебедки, установленные внутри фюзеляжа (обычно используемые для затягивания грузов в кабину), тросы которых выведены за пределы фюзеляжа и прикреплены к концам горизонтального стержня. Такая взаимосвязь узлов и элементов обеспечивает в полете возможность не только фиксации, но и поворотов горизонтального стержня (и груза) по азимуту под действием привода. Т.е. устройство является системой азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета. При посадке система приводится в положение с минимальными габаритами, что обеспечивает ее размещение под фюзеляжем при посадке вертолета с малым клиренсом. За многолетнюю эксплуатацию этой системы азимутальной ориентации груза с ее помощью вертолетом Ми-26 смонтированы секциями (массой до 18 т) две телебашни высотой по 130 м и сотни опор ЛЭП высотой до 60 м. Основной недостаток известного устройства - ограниченный угол поворота груза по азимуту, эффективная величина которого не превышает ±60°.
Наиболее близким по технической сущности устройством, т.е. прототипом, является система внешней подвески груза к вертолету по патенту RU №2030332, кл. B64D 1/22, B64D 9/00, 1992 г. Она включает размещенную внутри фюзеляжа вертолета силовую раму с замком, в котором закреплен вертикальный стержень, снабженный карданным узлом, горизонтальный стержень с грузовыми стропами, связанный с вертикальным стержнем и размещенный под фюзеляжем, и привод поворота вертикального стержня. Весь привод (две лебедки с тросами и исполнительным звеном - барабаном) установлен на опорной поверхности, расположенной под фюзеляжем и раскрепленной гибкими связями к шасси. Исполнительное звено привода - барабан жестко закреплен на вертикальном стержне и опирается через подшипник на опорную поверхность. Такая сложная взаимосвязь и взаиморасположение узлов и элементов может обеспечить повороты груза на углы ±360°, что может обеспечить наведение груза по углу при любом курсе висения и исключить непроизводительные возвраты вертолета. Т.е. устройство является системой азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета. Вместе с тем, из-за сложности конструкции, а также больших габаритов известную систему азимутальной ориентации груза на внешней подвеске можно применить только на вертолетах с большим клиренсом, например на Ми-10К (клиренс около 1,5 м). Однако эксплуатация этих вертолетов уже остановлена. Поэтому основной недостаток прототипа - большие габариты, что ограничивает область применения и исключает возможность его использования на современных отечественных вертолетах.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанного недостатка и достижение нового технического результата за счет иного взаиморасположения и взаимосвязи узлов и элементов.
В предлагаемой системе азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета составляющие компоненты расположены в следующей последовательности: фюзеляж вертолета - силовая рама - корпус привода -двигатель - передача с исполнительным звеном, опирающимся на корпус привода - компактный карданный узел, смонтированный внутри исполнительного звена - вертикальный стержень, прикрепленный к карданному узлу и т.д. Таким образом, все компоненты являются малогабаритными звеньями одной упрощенной цепи. За счет этого в предлагаемой системе азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета обеспечивается новый технический результат, заключающийся в уменьшении ее габаритов и массы (в т.ч. за счет установки привода непосредственно на силовой раме), при сохранении всех эксплуатационных и прочностных характеристик.
Этот технический результат в системе азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета, включающей размещенную внутри фюзеляжа вертолета силовую раму, вертикальный стержень, связанный с силовой рамой посредством карданного узла, присоединенный к вертикальному стержню горизонтальный стержень с грузовыми стропами, а также привод поворота вертикального стержня, содержащий двигатель и передачу с исполнительным звеном, достигается тем, что корпус привода закреплен непосредственно на силовой раме, а карданный узел смонтирован на исполнительном звене, опирающемся на корпус привода.
В приводе может быть использована зубчатая передача, в которой исполнительное звено выполнено в виде зубчатого колеса с осевым отверстием, внутри которого размещен карданный узел, содержащий крестовину с двумя взаимно перпендикулярными парами цапф, причем одна пара цапф размещена в гнездах зубчатого колеса, а ко второй паре цапф прикреплен вертикальный стержень.
В приводе может быть использована червячная передача с исполнительным звеном в виде зубчатого колеса.
В приводе может быть также использована ременная передача с зубчатым ремнем и исполнительным звеном в виде зубчатого шкива.
В приводе может быть также использована ременная передача с клиновыми ремнями и исполнительным звеном в виде шкива.
Предлагаемая система внешней подвески груза к вертолету отображена на чертежах, представленных ниже.
На фиг. 1 показан общий вид вертолета с предлагаемой системой азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета, вид сбоку;
на фиг. 2 - вид спереди на вертолет с системой;
на фиг. 3 - узел А по фиг. 1.
Перед транспортированием груза и выполнением строительно-монтажных работ предлагаемую систему устанавливают на вертолет 1.
Система азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета содержит силовую раму 2, закрепляемую внутри фюзеляжа вертолета 1. На раме 2 смонтирован корпус 3 с приводом 4 (двигатель с редуктором). В корпусе 3 размещена понижающая зубчатая передача, состоящая из установленной на валу привода 4 шестерни 5, и зубчатого колеса 6, опирающегося на подшипник 7 (фиг 3). К зубчатому колесу 6 прикреплен карданный узел подвеса вертикального стержня 8. Карданный узел содержит траверсу 9 с двумя взаимно перпендикулярными парами цапф 10 и 11. Пара цапф 10, сопряжена с ответными гнездами в зубчатом колесе 6. На пару цапф 11 подвешены две серьги 12. С помощью болта 14 к серьгам 12 (между ними) подсоединен вертикальный стержень 8, к которому в нижней части присоединен грузовой замок 15. К нему посредством двух сходящихся связей 16 подсоединен горизонтальный стержень 17, размещенный под фюзеляжем вертолета. К горизонтальному стержню 17 верхними концами прикреплены грузовые стропы 18, к нижним концам которых присоединены грузозахваты 19. В исходном положении горизонтальный стержень 17 располагают поперек продольной оси вертолета 1. Это обеспечивает минимальные габариты системы внешней подвески на стоянке и при посадке вертолета, что исключает возможность повреждения фюзеляжа вертолета.
Устройство работает следующим образом.
После взлета вертолета 1 с помощью грузозахватов 19 выполняют подцепку груза 20. При подцепке груза и натяжении вертолетом стропов 18 под действием силы тяжести груза 20 (см. фиг.1) вся система внешней подвески располагается в вертикальной плоскости, проходящей через карданный узел подвеса вертикального стержня 8 и вертикальную ось груза. При этом вес груза передается от вертикального стержня 8 через серьги 12, цапфы 11 и цапфы 10 на зубчатое колесо 6 и далее в последовательности: опорный подшипник 7 - корпус привода 3 - силовая рама 2 - фюзеляж вертолета 1. После отрыва груза от земли включением двигателя 4 поворачивают исполнительное звено - зубчатое колесо 6 с вертикальным стержнем 8, вместе с которым приводятся во вращение все нижеследующие звенья. При этом поворачивают горизонтальный стержень 17 на необходимый угол, при котором груз занял бы положение с минимальным аэродинамическим сопротивлением. В таком положении груз 20 транспортируют к месту установки.
При заходе вертолета 1 против ветра на монтажную площадку и зависании над ней устраняют рассогласование груза 20 по азимуту с проектными отметками (не изменяя выгодное положение вертолета - против ветра). Для этого включают двигатель 4 и, приводя во вращение шестерню 5 и зубчатое колесо 6 с карданным узлом, поворачивают вертикальный стержень 8, а с ним и горизонтальный стержень 17. В результате, поворачивают всю внешнюю подвеску вместе с грузом 20 из транспортного положения на необходимый угол по азимуту до совмещения характерных меток или узлов, например, лестниц 21 и 22 (фиг.2). Затем снижением вертолета 1 груз 20 устанавливают на проектное место и производят отцепку грузозахватов 19. Вернув с помощью привода горизонтальный стержень 17 в исходное (поперечное) положение, вертолет направляют за следующим грузом или на посадку.
Предлагаемая система азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета обеспечивает повороты груза по азимуту на любые углы, необходимые для выполнения строительно-монтажных работ (±360°). При этом за счет новой взаимосвязи и взаиморасположения узлов и элементов (в т.ч. установки привода непосредственно на силовую раму) обеспечено упрощение кинематической цепочки, снижение габаритов и массы всей системы. За счет снижения материалоемкости бортового оборудования может быть обеспечено увеличение полезной нагрузки вертолета, т.е. массы транспортируемого груза. Кроме того, управление приводом поворота с одним двигателем проще, чем управление двумя двигателями у прототипа.
Летные испытания экспериментального образца системы азимутальной ориентации груза на внешней подвеске вертолета Ка-32 показали его эффективность при выполнении строительно-монтажных работ с максимальной для данного типа вертолета массой грузов до 5 т и возможностью поворота их на любой необходимый угол по азимуту. При посадке вертолета система складывается и размещается в малом клиренсе.