РЕГУЛИРУЕМАЯ ТРАНСМИССИЯ ВИНТОКРЫЛОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА
ROTORCRAFT ADJUSTABLE TRANSMISSION

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано в винтокрылых летательных аппаратах для достижения ими более высоких экономических и скоростных характеристик.
Известна трансмиссия для винтокрылого летательного аппарата (патент РФ №2359875, 28.04.2006), состоящая из редуктора главного ротора, вала пропульсивной установки и модуля пропульсивной установки. От двигателей крутящий момент передается в главный редуктор, далее крутящий момент посредством зубчатых шестерен передается на вал к несущему винту. Редуктор имеет выходной вал на пропульсивную установку. Крутящий момент от выходного вала к пропульсивной установке передается через трансмиссионный вал.
Недостатком указанной трансмиссии является высокая потребляемая мощность в скоростном полете, что вызвано невозможностью регулирования частоты вращения несущего винта.
Наиболее близким аналогом (прототипом) настоящего изобретения является трансмиссия с переменной скоростью для винтокрылых летательных аппаратов (патент США №7296767 от 20.11.2007). Трансмиссия состоит из основного редуктора, соединенного с редуктором переменной скорости, который содержит две муфты сцепления и две обгонные муфты. Вращение от двух двигателей передается в редуктор переменной скорости через соответствующие обгонные муфты. При включении сцепления звено, приводящее в движение несущий винт, будет иметь одну (высокую) скорость вращения. При выключении сцепления передача крутящего момента на несущий винт будет осуществляться по параллельному пути через обгонную муфту и с другой (меньшей) скоростью.
Недостатком прототипа является большой вес и габариты редуктора переменной скорости, связанные с использованием муфт сцепления.
Задачей настоящего изобретения является создание регулируемой трансмиссии винтокрылого летательного аппарата, обеспечивающей увеличение скорости и безопасности полета летательного аппарата, уменьшение потребляемой мощности, а также уменьшение веса и габаритов трансмиссии.
Поставленная задача решена благодаря тому, что в регулируемой трансмиссии винтокрылого летательного аппарата, содержащей редуктор с зубчатыми колесами, валы от двигателей с обгонными муфтами, вал несущего винта и вал пропульсивного движителя, в соответствии с заявляемым изобретением, редуктор снабжен дифференциалом, который связан зубчатыми колесами с валами двигателей, дифференциал выполнен в виде конической планетарной передачи и имеет два выходных звена, причем одно звено соединено с валом пропульсивного движителя, другое звено связано с валом несущего винта через высокоскоростную обгонную муфту, а водило дифференциала связано с валом несущего винта через низкоскоростную обгонную муфту, при этом каждое звено дифференциала имеет устройство торможения.
Устройство торможения состоит из тормозного диска, насаженного на вал выходного звена, тормозных колодок и привода тормозных колодок.
Предложенное техническое решение регулируемой трансмиссии позволяет с помощью средств управления устройствами торможения (не показаны) осуществить два режима работы винтокрылого летательного аппарата.
В режимах взлета, посадки, висения или нескоростного полета при включенном устройстве торможения на валу выходного звена дифференциала, связанного с пропульсивным движителем (и, таким образом, его блокировки, фиксации), крутящий момент от двигателей передается только на вал несущего винта, через высокоскоростную обгонную муфту, и таким образом несущий винт имеет повышенную скорость вращения.
В режиме горизонтального скоростного полета при включенном устройстве торможения на валу выходного звена дифференциала, связанного с несущим винтом, крутящий момент передается как на вал несущего винта, через низкоскоростную обгонную муфту от водила дифференциала, так и на вал пропульсивного движителя.
Таким образом, использование предлагаемой регулируемой трансмиссии позволяет при эксплуатации летательного аппарата выбирать оптимальный режим работы: увеличить скорость в режиме горизонтального полета и повысить безопасность и эффективность винтокрылого летательного аппарата (за счет остановки пропульсивного движителя и повышения тяги несущего винта) на малых скоростях полета.
Конструктивное решение регулируемой трансмиссии позволяет получить уменьшение веса и габаритов трансмиссии и в результате - веса летательного аппарата.
На рисунке показан внешний вид регулируемой трансмиссии винтокрылого летательного аппарата, содержащей редуктор 1, обгонные муфты 2, цилиндрические зубчатые шестерни 3, вал 4 несущего винта, вал 5 пропульсивного движителя, дифференциал 6, первое выходное звено 7 дифференциала, второе выходное звено 8 дифференциала, водило 9, планетарные шестерни 10, низкоскоростную обгонную муфту 11, высокоскоростную обгонную муфту 12, устройство торможения 13 первого выходного звена 7 дифференциала, устройство торможения 14 второго выходного звена 8 дифференциала, тормозные диски 15, тормозные колодки 16, привод тормозных колодок 17.
Валы с обгонными муфтами 2 соединяют двигатели с цилиндрическими зубчатыми шестернями 3, которые расположены в редукторе 1. Посредством зубчатого зацепления цилиндрические зубчатые шестерни 3 соединяются с дифференциалом 6, который имеет водило 9 с планетарными шестернями 10 и два выходных звена - первое звено 7 и второе звено 8, которые посредством конических зубчатых зацеплений соединены с планетарными шестернями 10, которые в свою очередь через подшипники связаны с водилом 9. Первое выходное звено 7 дифференциала 6 объединено с валом 5 пропульсивного движителя. Низкоскоростная обгонная муфта 11 связывает водило 9 с валом 4 несущего винта. Высокоскоростная обгонная муфта 12 связывает второе выходное звено 8 дифференциала с валом 4 несущего винта. Выходные звенья 7 и 8 дифференциала имеют устройства торможения 13 и 14, состоящие из тормозных дисков 15, закрепленных на данных звеньях, тормозных колодок 16 и привода тормозных колодок 17.
Регулируемая трансмиссия винтокрылого летательного аппарата работает следующим образом. Крутящий момент от двигателей через обгонные муфты 2 передается на цилиндрические зубчатые шестерни 3 расположенные в редукторе 1. Цилиндрические зубчатые шестерни 3 передают вращение на дифференциал 6 посредством зубчатого зацепления. В зависимости от режима работы от дифференциала 6 крутящий момент передается на вал 4 несущего винта и на вал 5 пропульсивного движителя.
В режимах взлета, посадки, висения и нескоростного полета винтокрылого летательного аппарата устройство торможения 13 осуществляет блокировку первого выходного звена 7 дифференциала, при этом крутящий момент на пропульсивный движитель не передается. Второе выходное звено 8 дифференциала вращается с повышенной скоростью, и через высокоскоростную обгонную муфту 12 передает крутящий момент на вал 4, который вращает несущий винт (несущие винты) с более высокой скоростью.
В режиме горизонтального скоростного полета устройство торможения 14 осуществляет блокировку второго выходного звена 8 дифференциала, при этом первое выходное звено 7 дифференциала вращается и передает крутящий момент на вал 5 пропульсивного движителя. В данном режиме вращение вала 4 и, соответственно, несущего винта происходит с другой, меньшей, скоростью, вследствие того, что крутящий момент на вал 4 передается низкоскоростной обгонной муфтой 11 от водила 9 дифференциала. Это позволяет значительно снизить аэродинамическое сопротивление и потребляемую мощность несущего винта.
В процессе работы на конструкцию действуют инерционные силы, и переключение режимов соответственно происходит не мгновенно, а с безопасной для конструкции устройства и объекта установки скоростью. Сначала происходит разблокировка фиксированного звена, затем плавная блокировка другого звена. Переходный режим может занимать от 5 до 15 секунд.
В аварийном режиме при отказе одного из двигателей обгонная муфта 2, которая расположена на валу от этого двигателя, автоматически разъединяет неработающий двигатель от редуктора. Крутящий момент от работающего двигателя передается через обгонную муфту 2 на цилиндрические зубчатые шестерни 3, расположенные в редукторе 1. Цилиндрические зубчатые шестерни 3 передают крутящий момент на дифференциал 6 через зубчатое зацепление. От дифференциала 6 крутящий момент передается на вал 4 несущего винта и на вал 5 пропульсивного движителя.
В аварийном режиме при отказе обоих двигателей, вертолет производит посадку в режиме авторотации, т.е. самовращении несущего винта. Несущий винт вертолета раскручивается от набегающего потока, одновременно создавая подъемную силу. Низкоскоростная обгонная муфта 11 и высокоскоростная обгонная муфта 12 автоматически разъединяют вал 4 несущего винта от дифференциала 6, что обеспечивает снижение механических потерь несущего винта при раскручивании и увеличивает безопасность посадки летательного аппарата в режиме авторотации.
Применение регулируемой трансмиссии в винтокрылых летательных аппаратах позволит значительно увеличить скорость летательного аппарата в режиме горизонтального полета, повысить тягу несущего винта (несущих винтов) на малых скоростях полета и безопасность летательного аппарата при работе у земли.