УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И МОНТАЖА ГРУЗА ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ
DEVICE TO CARRY AND MOUNT CARGOES BY FLYING VEHICLES

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к оборудованию вертолетов, используемых для транспортирования груза на внешней подвеске и для выполнения строительно-монтажных работ.
Известно устройство для монтажа груза летательным аппаратом по патенту РФ №2028968, кл. B64D 9/00, Е04Н 12/34, 1992 г., включающее траверсу с грузовыми канатами на концах, соединенную с замком летательного аппарата посредством сходящихся у замка связей, и систему ориентации груза в горизонтальной плоскости (по азимуту). Последняя выполнена в виде двух жестких телескопических тяг с приводом, присоединенных к траверсе. Такое исполнение системы азимутальной ориентации обеспечивает повороты груза по азимуту в режиме висения вертолета при выполнении монтажных работ. Недостатки устройства заключаются в малом угле поворота груза (не более ±30°), малоэффективном использовании тягового усилия от привода, специально установленного на летательный аппарат. Большие габариты устройства затрудняют его использование на вертолетах с малым клиренсом.
Наиболее близким по технической сущности (прототипом) является устройство для монтажа грузов летательным аппаратом по патенту РФ №2136547, кл. B64D 9/00, 1996 г., включающее траверсу с грузовыми канатами на концах, соединенную с замком летательного аппарата посредством сходящихся у замка связей, и систему ориентации груза в горизонтальной плоскости. Последняя выполнена в виде двух гибких тяг связывающих концы траверсы с приводами (лебедками) посредством отклоняющих блоков. Для обеспечения лучших условий передачи управляющих усилий и повышения крутящего момента, отклоняющие блоки закреплены на фюзеляже летательного аппарата на наибольшем расстоянии от замка. Как показала многолетняя эксплуатация, такое исполнение системы азимутальной ориентации обеспечивает повороты груза в горизонтальной плоскости на угол ±80° на режиме висения вертолета над местом монтажа.
Недостатком этого устройства является отсутствие возможности автоматической компенсации изменения длины гибких тяг при колебаниях груза в горизонтальном полете вертолета. Гибкие тяги являются вспомогательными (не несущими) связями груза с вертолетом, рассчитанными на усилия в несколько раз меньше, чем в грузовых канатах. Поскольку при постоянной длине они (гибкие тяги) ограничивают естественные колебания груза в полете, нагрузка в них при этом может быть выше допустимых пределов, что может привести к их разрушению или поломке вертолета. Например, при выполнении разгона (наборе вертолетом скорости) груз на внешней подвеске отклоняется назад (к отклоняющим блокам), что приводит к ослаблению натяжения гибких тяг и появлению свободы вращения (рыскания) груза вокруг вертикальной оси. Для стабилизации положения груза необходимо подтягивать гибкие тяги лебедками (укорачивать их длину) в зависимости от скорости полета (от угла отклонения груза назад). При снижении скорости полета (торможении) груз вместе с внешней подвеской по инерции отклоняется вперед по полету, что может привести к чрезмерному натяжению гибких тяг. Чтобы исключить разрушение гибких тяг, в этом случае их необходимо ослабить (увеличить длину) с помощью лебедок. Очевидно, что эксплуатация известного устройства сопряжена с необходимостью постоянного контроля натяжения гибких тяг и регулирования их длины в зависимости не только от скорости полета, но и от ускорения или замедления горизонтальной составляющей скорости полета. Жесткие требования к одновременному управлению двумя приводами гибких тяг могут усложнить работу экипажа и отвлекать от основных функций.
Поэтому область применения известного устройства ограничена районом монтажной площадки с перемещением груза на малой скорости с минимальными ускорениями. Однако в практике строительно-монтажных работ с применением вертолетов часто ставят задачу транспортирования груза на большие расстояния от точки подцепки и монтажа его на удаленных объектах (до 100 км). Для решения подобных задач предлагается устройство, представленное в материалах данной заявки на изобретение.
Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и достижение нового технического результата.
В предлагаемом устройстве новый технический результат заключается в повышении надежности работы устройства за счет предотвращения предпосылок к его поломкам в полете, повышении безопасности работ и упрощении работы экипажа, а также в увеличении радиуса действия вертолета за счет обеспечения возможности транспортирования груза на большие расстояния на предельно допустимых скоростях полета. Новый технический результат обеспечивается за счет введения в устройство дополнительных элементов (существенных признаков), установленных на летательный аппарат и определенным образом взаимосвязанных с имеющимися.
Этот технический результат в устройстве для транспортирования и монтажа груза летательным аппаратом, включающем траверсу с грузовыми канатами на концах, соединенную с замком летательного аппарата посредством связей, сходящихся у замка, два привода и две гибкие тяги системы ориентации груза в горизонтальной плоскости, связывающие концы траверсы с приводами посредством отклоняющих блоков, закрепленных на фюзеляже летательного аппарата на наибольшем расстоянии от замка, достигается тем, что для каждой гибкой тяги введены две группы дополнительных блоков, смонтированных на силовом цилиндре одностороннего действия между приводом и отклоняющим блоком, причем корпус силового цилиндра одностороннего действия прикреплен к фюзеляжу и снабжен одной группой дополнительных блоков, на конце штока силового цилиндра одностороннего действия закреплена другая группа дополнительных блоков, а гибкая тяга последовательно огибает обе группы дополнительных блоков с образованием полиспаста.
Вместе с тем, величина полного хода штока каждого силового цилиндра одностороннего действия удовлетворяет следующему условию:
S≥c/k,
где S - полный ход штока силового цилиндра;
с - величина линейного перемещения траверсы в полете;
k - кратность полиспаста.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид вертолета с устройством (вид сбоку с возможными отклонениями груза в полете); на фиг.2 - узел А по фиг.1.
Предлагаемое устройство состоит из следующих основных узлов.
Летательный аппарат - вертолет 1 оснащен внешней подвеской, включающей траверсу 2 с грузовыми канатами 3, которые снизу снабжены грузозахватами 4 (крюками или электрозамками). Траверсу 2 посредством двух сходящихся связей 5, вертлюга и наконечника с карданами (не показаны) подцепляют к основному замку 6 вертолета. Указанная внешняя подвеска предназначена для подцепки груза 7. Кроме нее, устройство содержит ориентирующую систему, в которую входят две гибкие тяги 8, связывающие концы траверсы 2 с двумя приводами 9. Наличие двух приводов 9 (далее лебедок) с исполнительными звеньями, выполненными в виде гибких тяг 8, обеспечивает повороты траверсы 2 вокруг оси подвеса груза 7, т.е. по азимуту.
Для создания максимальной величины горизонтальных составляющих сил (т.е. обеспечения максимальной величины крутящих моментов), действующих на траверсу 2 от тяг 8, последние пропускают через отклоняющие блоки 10, установленные на фюзеляже на наибольшем расстоянии от замка 6, например, на заднем грузовом трапе (на фиг.1 и 2 изображено по одной гибкой тяге 8, и соответственно - по одной лебедке 9 и одному отклоняющему блоку 10). Для каждой гибкой тяги 8 между лебедкой 9 и отклоняющим блоком 10 посредством стойки 11 на фюзеляже установлен силовой цилиндр 12 одностороннего действия. К стойке 11 прикреплен корпус 13 силового цилиндра 12 и траверса 14, на которой смонтирована группа дополнительных блоков 15. На подпружиненном штоке 16 силового цилиндра 12 закреплена траверса 17 с другой группой дополнительных блоков 18. Шток 16 под действием пружины 19 (или сжатого газа) стремится занять крайнее верхнее положение. Величина полного хода штока 16 из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее равна S. На эту величину может удлиняться гибкая тяга 8 без включения привода - лебедки 9. Однако удлинения тяги 8, равного величине S, может быть недостаточно, т.к. линейное перемещение "с" траверсы 2 при колебаниях груза 7 в полете является величиной, зависящей от многих причин: длины связей 5, ускорения разгона или торможения вертолета 1, габаритов (парусности) груза 7, скорости встречного потока воздуха и пр.
Поэтому каждую гибкую тягу 8, выпущенную из лебедки 9, запасовывают последовательно через дополнительные блоки 15 и 18 с образованием полиспаста, а затем через огибающий блок 10 присоединяют к одному из концов траверсы 2. Полиспаст обеспечивает увеличенное изменение длины гибких тяг 8 при ограниченном ходе штока силового цилиндра 12 и тем самым обеспечивает надежность и безопасность работы устройства, исключая поломки устройства (например, обрывы гибких тяг 8) при выходе за эксплуатационные ограничения.
При этом величина линейного перемещения S дополнительных блоков 18 (т.е. полного хода штока), умноженная на кратность полиспаста "k", должна быть не менее величины возможного линейного перемещения "с" траверсы 2 в полете при колебаниях груза 7 на внешней подвеске. Силовые цилиндры 12 подобраны с учетом их соответствующих характеристик (например, жесткости пружин 19, величины хода штока 16), чтобы обеспечить необходимое натяжение гибких тяг 8 при любом положении траверсы 2, а максимальные усилия в гибких тягах 8 - в допустимых пределах по прочности.
Корпус 13 силового цилиндра 12 может быть дополнительно прикреплен к фюзеляжу посредством распорок 20.
Устройство работает следующим образом. После взлета вертолета 1 включением лебедок 9 траверсу 2 устанавливают в положение, при котором она вместе со сходящимися связями 5 находится в поперечной плоскости вертолета 1, проходящей через основной замок 6. С таким расположением подвески вертолет 1 заходит на подцепку груза 7. После подцепки грузозахватов 4 груз 7 поднимают над землей. На режиме висения вертолета, когда груз 7 и вся внешняя подвеска с траверсой 2 находятся в вертикальном (исходном) положении, изменением длины гибких тяг 8 с помощью лебедок 9 устанавливают штоки 16 в нейтральное положение, т.е. посередине между двумя крайними положения (верхним и нижним).
При транспортировании груза 7 на участке разгона вертолета 1 груз отклоняется от исходного положения назад вместе со всей внешней подвеской, в т.ч. отклоняется назад траверса 2, например, на величину "с/2". Возможное при этом ослабление натяжения гибких тяг 8 исключается за счет действия пружин 19, которые поднимают штоки 16 с дополнительными блоками 18 вверх, натягивая тем самым гибкие тяги 8. Это обеспечивает удержание груза 7 в заданном положении, лишая груз тем самым свободы вращения (рыскания) и обеспечивая его оптимальное положение, например, положение с минимальным аэродинамическим сопротивлением.
При снижении скорости (торможении) вертолета 1 груз 7 под действием сил инерции отклоняется вперед. При отклонении вперед траверсы 2 (например, на величину "с/2") необходимое удлинение гибких тяг 8 с сохранением их натяжения обеспечивается сокращением расстояния между верхней группой блоков 18 и нижней группой блоков 15 за счет перемещения штока 16 вниз.
Полное линейное отклонение "с" траверсы 2 при разгоне и торможении вертолета 1 обеспечивается полным ходом S штоков 16 с дополнительными блоками 18 и соответствующим натяжением гибких тяг 8 пружинами 19.
При зависании вертолета 1 с грузом 7 над местом монтажа устраняют рассогласование между осями груза и фундамента поворотом траверсы 2 на необходимый угол по азимуту. Для этого лебедки 9 включают во встречных направлениях. При этом возможное рассогласование по длине гибких тяг 8 компенсируется различным ходом штоков 16. Затем снижением вертолета 1 груз 7 устанавливают на фундамент и производят отцепку грузозахватов 4. Вернув траверсу 2 в исходное положение, вертолет 1 направляют на посадку.
Предлагаемое устройство было изготовлено и проверено в летных испытаниях на вертолете Ми-26. В качестве силовых цилиндров одностороннего действия были использованы пневмогидравлические амортизаторы основных стоек шасси самолета Ан-2, обладающие необходимыми характеристиками. При этом устройство с кратностью полиспастов до 8 обеспечило автоматическое натяжение гибких тяг в процессе разгона, при транспортировании груза массой до 17 т на расстояние 35 км со скоростью до 140 км/ч и при последующем гашении скорости полета до нуля (висение при монтаже груза).
Предложенное устройство расширяет радиус действия вертолета при выполнении строительно-монтажных работ, т.к. обеспечивает транспортирование груза и его монтаж на объектах, удаленных от точки подцепки. При этом повышена безопасность работ за счет исключения возможности перенатяжения и обрывов гибких тяг, а также возможных при этом повреждений вертолета. Облегчена работа экипажа, т.к. эксплуатация предложенного устройства не сопряжена с необходимостью постоянного контроля натяжения гибких тяг и регулирования их длины в зависимости от ускорения разгона или торможения вертолета, габаритов (парусности) груза, скорости встречного потока воздуха и пр.