ПРУЖИННОЕ УСТРОЙСТВО В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ
SPRING DEVICE INCORPORATED WITH AIRCRAFT CONTROL SYSTEM

Предлагаемое изобретение относится к области самолетостроения, в частности к системам управления, а также может быть использовано в других областях техники.
Пружинные устройства (пружинные загружатели командных рычагов управления самолетом и пружинные тяги) широко применяются в системах управления самолетами.
Известны пружинные устройства самолета ТУ-154 [1], (пружинные тяги и пружинные загружатели). Хотя по характеру работы они идентичны, однако имеют отличия по конструкции. Отличия заключаются в материалах пар скольжения.
Для снижения трения в пружинных загружателях применены фторопластовые втулки в паре с металлическим корпусом и штоком загружателя. В пружинных тягах пары составлены из металлов с одинаковым коэффициентом термического расширения. При этом в обеих конструкциях зазоры в парах скольжения соответствуют скользящей посадке третьего класса.
Различие в конструкциях пар скольжения объясняется тем, что фторопласт и металл имеют разные термические коэффициенты линейного расширения, отличающиеся примерно в десять раз.
Причем у фторопласта он больше и при максимальных плюсовых температурах окружающей среды происходит заклинивание в паре корпус-внешняя фторопластовая втулка, а при минимальных минусовых - заклинивание в паре шток - внутренняя фторопластовая втулка.
Поскольку пружинные загружатели находятся в герметической кабине с постоянной температурой, а пружинные тяги вне гермокабины, применение фторопласта в парах скольжения реализовано только в пружинных загружателях.
Недостатком такой конструкции пружинных загружателей является то, что при длительной стоянке, например при минусовой температуре окружающего воздуха, прежде, чем приступить к предполетной проверке работы системы управления, необходимо предварительно прогреть кабину, так как пружинные загружатели могут оказаться в заклиненном состоянии и не позволить отклоняться командным рычагам управления самолетом.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, являются пружинные загружатели и пружинные тяги самолета ТУ-334-100 [2].
Пружинные загружатели и пружинные тяги идентичны по конструкции и снабжены фторопластовыми втулками в парах трения с корпусом и штоком.
Но поскольку часть пружинных тяг расположена вне гермокабины и работает в полете во всем диапазоне температур окружающего воздуха (от +60°С до минус 60°), а пружинные загружатели и другая часть пружинных тяг, расположенные в гермокабине, подвергаются воздействию температуры во всем диапазоне на стоянке, то для исключения заклинивания пар трения в полете или на стоянке в этих устройствах предусмотрены повышенные зазоры между деталями пар трения.
Недостатком такой конструкции является возможность возникновения перекосов при работе в парах трения и, как следствие, неравномерный повышенный их износ, приводящий к снижению ресурса пружинного устройства.
Кроме того, из-за повышенных зазоров в парах трения при возможных вибрациях конструкции самолета, воздействующих на пружинное устройство в поперечном направлении, возникают ударные радиальные нагрузки в сопряжении деталей пары трения, способствующие повышенному их износу и снижению ресурса устройства.
Технической задачей, на которую направлено предлагаемое изобретение, является повышение ресурса пружинного устройства.
Технический результат достигается путем существенного уменьшения зазора в парах трения, которое становится возможным при изменении конструкции фторопластовых втулок, а именно: фторопластовые втулки выполнены с одним продольным разрезом каждая (вдоль образующей цилиндра), при этом ширина разреза несколько превышает величину максимального термического удлинения окружности втулки. В этом случае изменение диаметров втулок происходит только за счет температурного изменения их толщины.
В случае же неразрезной втулки, применяемой в прототипе, изменение ее диаметра происходит не только за счет изменения ее толщины, но и за счет изменения длины ее окружности.
Поскольку температурные удлинения пропорциональны размерам втулки: толщине, длине окружности (или ее диаметру, так как D=S/π), то совершенно очевидно, что изменения диаметра в случае разрезной втулки значительно меньше, чем у неразрезной, что позволяет существенно уменьшить заложенные при проектировании пружинного устройства зазоры в парах трения.
Таким образом, заявляемая конструкция пружинного устройства соответствует критерию изобретения «новизна». Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими защищенными патентами техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от прототипа, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «изобретательский уровень». Заявляемое решение пригодно к осуществлению промышленным путем.
Сущность изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где:
на Фиг.1 изображено пружинное устройство,
на Фиг.2 внешняя фторопластовая втулка,
на Фиг.3 внутренняя фторопластовая втулка.
Пружинное устройство состоит из резьбовой крышки с ушком 1, стаканов 2 с установленными в них внешними фторопластовыми втулками 3, стаканов 4 с установленными в них внутренними фторопластовыми втулками 5, пружины 6, корпуса 7, резьбовой крышки 8, штока 9, регулируемого наконечника 10, регулировочных шайб 11, контровочной гайки 12, стопора 13, контровочной проволоки 14.
Фторопластовые втулки 3 и 5 имеют по одному разрезу вдоль образующей их цилиндров.
Это позволяет существенно снизить заложенные в конструкции зазоры в парах скольжения с корпусом 7 и штоком 9, тем самым уменьшить возможные перекосы в парах, а также смещения элементов пар при радиально направленных вибрациях и в результате повысить ресурс устройства.
Ширина разреза во втулках 3 и 5 зависит от ее диаметра и должна несколько превышать линейное удлинение окружности втулки при повышенных температурах окружающей среды.
Кроме того, продольный разрез во втулках 3 и 5 выполняет функцию дополнительного декомпрессионного отверстия, необходимого для выхода воздуха из уменьшающейся в объеме внутренней полости устройства при его сжатии.
Пружинное устройство в системе управления летательным аппаратом работает следующим образом:
- при растяжении устройства шток 9 воздействует на стакан 2 (верхний), перемещает его совместно со стаканом 4 (верхним) и внешней (верхней) втулкой 3 относительно корпуса 7, обжимая пружину 6, при этом трение возникает между рабочими поверхностями верхней втулки 3 и корпуса 7 и втулки 5 (нижней) и штоком 9;
- при сжатии шток 9, воздействуя на стакан 2 (нижний), перемещается совместно со стаканом 4 (нижним) и внешней (нижней) втулкой 3 относительно корпуса 7, обжимая пружину 6, при этом трение возникает между рабочими поверхностями нижней втулки 3 и корпуса 7 и втулки 5 (верхней) и штока 9.
В настоящее время выпущены рабочие чертежи. Пружинное устройство реализовано на опытном образце, прошедшем лабораторные ресурсные испытания во всем диапазоне температур окружающей среды (от минус 60°С до +60°С), с положительным результатом.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет повысить ресурс за счет уменьшении зазоров в соединении фторопластовых втулок с корпусом и штоком.
Источники информации
1. Инструкция по эксплуатации, книга IV, часть I, Управление самолетом, 1970 г.
2. Руководство по технической эксплуатации самолета Ту-334-100, раздел 027, 2006 г.