ВТУЛКА НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА
HELICOPTER ROTOR HUB

Изобретение относится к вертолетостроению и служит для крепления лопастей и передачи им крутящего момента с вала редуктора, а также для восприятия и передачи на фюзеляж сил и моментов, создаваемых лопастями.
Известно, что классический узел подвески лопасти включает в себя: корпус втулки, горизонтальные, вертикальные и осевые шарниры, связанные при помощи соединителя с лопастями. Вертикальные шарниры снабжены демпферами (Фатеев С.С. «Основы конструкции вертолетов», Москва, Военное издательство, 1990, стр.57). Корпус втулки имеет шлицевое соединение с валом редуктора. Обычно с корпусом втулки соединяют горизонтальный шарнир, к нему вертикальный шарнир, а к нему осевой шарнир. Осевой шарнир по сути является узлом подвески лопасти и включает цапфу, на которой установлено несколько радиальных и упорных шарикоподшипников, распорные втулки и гайки для фиксации подшипников. Сверху узел подвески закрыт кожухом, снабженным рычагом поворота лопасти. Узел подвески также включает соединитель лопасти. Цапфа узла подвески подвижно установлена на оси вертикального шарнира. Приведенная втулка конструктивно близка к конструкции предлагаемого изобретения и может быть выбрана в качестве прототипа.
Недостатком приведенной втулки является множество сочлененных меж собой шарниров с целью придания лопастям необходимых степеней свободы, а также проведение периодического осмотра и смазки.
Известна также бесшарнирная втулка несущего винта с эластомерным подшипником или втулка типа «Старфлекс». Втулка содержит корпус, слоистый эластомер, шаровую опору, рукав втулки. Эластомерный подшипник выполняет функции всех трех шарниров и представляет собой набор чередующихся металлических и резиновых сферических прокладок. Они работают на сжатие от центробежной силы, на сдвиг при маховом движении и на кручение при изменении угла установки лопастей.
Недостатки эластомерных подшипников заключаются в низкой надежности сцепления металлических и резиновых прокладок. Такой подшипник может разрушиться под воздействием больших центробежных сил, создаваемых вращающимися лопастями, что требует включения в конструкцию дополнительно специальных скоб крепления лопастей.
Предлагаемое изобретение направлено на упрощение конструкции втулки несущего винта (НВ), увеличение ресурса работы и надежности.
Поставленная задача достигнута тем, что цапфа узла подвески соединена с корпусом втулки неподвижно, а на цапфе установлен самоориентирующийся двухрядный подшипник (ГОСТ 28428-90). Отличительная особенность такого подшипника в том, что его внешняя обойма может быть шарнирно повернута в любую сторону относительно геометрического центра подшипника, значит и относительно внутренней обоймы подшипника. Таким образом, шарнир такой конструкции является универсальным и совмещает в себе функции всех трех шарниров, обеспечивая достаточное количество степеней свободы, и может быть отклонен в любую сторону относительно оси цапфы. Эластомер представляет собой цельнотельный (литой, прессованный, вулканизированный и т.д) элемент. Эластомером или резиной называют любой упругий материал (полимер), обладающий в диапазоне эксплуатации высокоэластичными свойствами, который может растягиваться до размеров, во много раз превышающих его начальную длину, и возвращаться к исходному размеру, когда нагрузка снята. В данном случае эластомер предназначен для восприятия центробежных нагрузок на узел подвески, а также полностью разгружает от этих нагрузок внешнюю обойму самоориентирующегося подшипника. Кроме того, эластомер возвращает узел подвески в исходное положение после снятия нагрузки. В предложенной конструкции эластомер одним концом неподвижно соединен с цапфой, а другим концом с узлом соединения лопасти. Эластомер снабжен металлическими втулками, посредством которых осуществляется крепеж болтами, а материал эластомера армирован высокопрочными нитями (например, кордовыми или кевларовыми нитями), соединяющими попарно втулки, размещенные вдоль оси симметрии эластомера. Нити принимают на себя основную нагрузку, исключая возможность разрыва эластомера под воздействием центробежных сил. В то же время нити не препятствуют работе эластомера на сжатие от центробежной силы, на сдвиг при маховом движении и на кручение при изменении угла установки лопастей.
Один из возможных вариантов конструкции втулки представлен на чертежах. На фиг.1 приведен сборочный чертеж втулки, на фиг.2 приведено устройство эластомера.
Втулка несущего винта вертолета включает корпус втулки 1, к которому неподвижно соединена цапфа 2 узла подвески. На шейке цапфы установлен самоориентирующийся двухрядный подшипник 3. Гайка 4 фиксирует внутреннюю обойму подшипника. На внешней обойме подшипника установлен кожух 5, снабженный рычагом 6 поворота лопасти. К кожуху при помощи крепежа соединен фланец соединителя лопасти 7. Внутри цапфы соосно установлен эластомер 8. Эластомер снабжен металлическими втулками 9-12, размещенными по обе стороны от оси симметрии. Эластомер прикрепляется неподвижно к цапфе и узлу соединения лопасти при помощи болтового соединения 13. Эластомер армирован высокопрочными нитями (на чертеже не показаны). Нити попарно обведены вокруг металлических втулок (9-10, 11-12) и вулканизированы совместно с материалом эластомера.
Втулка работает следующим образом.
Корпус втулки 1 вращается вместе с узлом подвески лопасти. При помощи рычага общего шага приводится в действие тяга общего шага, соединенная с рычагом 6 поворота лопасти. При этом рычаги 6 поворота лопастей поворачивают вокруг своих осей одновременно все узлы подвески, устанавливая лопасти под одним и тем же углом. Так осуществляется управление общим шагом несущего винта.
Направление же силы тяги вертолета изменяется наклоном плоскости вращения НВ за счет циклического изменения углов установки лопастей в зависимости от их азимутального положения. Осуществляется это при помощи ручки управления вертолетом. При этом связанные с ручкой управления тяги продольного и поперечного управления наклоняют тарелку автомата перекоса и тяги относительно оси вала НВ. Так как тяги связаны с рычагами 6 поворота лопастей, узлы подвески поднимаются и наклоняются, вращаясь на подшипнике 3, вызывая циклическое изменение углов установки лопастей относительно среднего значения шага. Циклическое изменение углов установки и соответствующее изменение силы тяги лопастей вызывает маховое движение лопастей, т.е наклон конуса вращения НВ. Возникающие при маховом движении лопастей центробежные силы и изгибающие моменты воспринимаются эластомерами 8. При снятии нагрузки эластомеры возвращают узлы подвески и связанные с ними через соединитель 7 лопасти в исходное состояние.