ВОЗДУШНЫЙ ВИНТ
SCREW PROPELLER

Изобретение относится к авиационной технике, в частности к воздушным винтам с изменяемым шагом лопастей.
Известно устройство несущего винта вертолета (патент РФ №2272750), включающее осевой шарнир, состоящий из цапфы, корпуса, стакана, лопасти. Цапфа и корпус осевого шарнира, взаимодействуя друг с другом через подшипники качения, соединены между собой торсионной лентой, зафиксированной правой своей петлей в корпусе осевого шарнира, а левой петлей - во вкладыше. Вкладыш снабжен опорным фланцем, на случай разрушения которого в конструкции предусмотрен уловитель вкладыша. Стакан присоединен к корпусу осевого шарнира болтами. Цапфа имеет две проушины для соединения с вертикальным шарниром.
Недостатком известной конструкции является наличие дополнительных деталей и узлов соединений, таких как соединение комлевой части лопасти со стаканом, сам стакан, соединяющий лопасть с осевым шарниром, и осевой шарнир, представляющий собой отдельный узел, который, в свою очередь, соединен с вертикальным шарниром втулки винта, что приводит к утяжелению и усложнению конструкции.
Известен воздушный винт (патент РФ №2349504), состоящий из вала, являющегося одновременно корпусом втулки, и лопастей, соединенных с валом при помощи торсионов. Каждый торсион выполнен в виде балки, состоящей из набора продольно расположенных силовых элементов открытого профиля, соединенных между собой эластичным заполнителем. В указанной конструкции шарниры заменены торсионами, которые воспринимают действующие на лопасти центробежные силы и позволяют лопастям отклоняться в плоскости взмаха и в плоскости вращения.
Недостатком указанного устройства является то, что при больших статических изгибающих нагрузках возможно разрушение или повреждение силовых элементов торсиона. Конструкция относится к жестким, бесшарнирным винтам с упрощенной втулкой, где торсион является конструктивным элементом втулки, что усложняет его замену в случае повреждения. Кроме того, отсутствие горизонтального и вертикального шарниров приводит к передаче действующих на лопасти изгибающих моментов на вал воздушного винта и, следовательно, оказывают влияние на баланс нагрузок вертолета в целом.
Наиболее близким по своей конструкции к заявляемому изобретению является рулевой винт вертолета Ми-8 (cnit.ssau.ru/vertolet/mi8/index.htm), состоящий из трех лопастей и втулки, включающей ступицу с фланцем, кардан с траверсой, размещенные в корпусе втулки, узел поводка, состоящий из ползуна, поводка и тяг поворота лопасти. В корпусе кардана установлены роликовые подшипники. Корпус втулки рулевого винта имеет три цапфы, которые совместно с корпусами осевых шарниров образуют осевые шарниры втулки. На корпусе осевого шарнира расположена гребенка для крепления лопасти. В расточке корпуса осевого шарнира на подшипниках установлен валик поворота лопасти. Тяги поворота лопасти, в свою очередь, соединены с валиком поворота лопасти. Лопасть рулевого винта состоит из лонжерона, хвостовой части и комлевого наконечника с вкладышем, предназначенным для навески лопасти к корпусу осевого шарнира.
Недостатком конструкции рулевого винта прототипа является наличие у втулки трех осевых шарниров с роликовыми подшипниками, требующими установки на них масляных бачков с контрольными стаканами и пресс-масленок. Конструкция сложна, имеет значительный вес и ограниченный ресурс, а также требует дополнительного технического обслуживания по замене смазки подшипников.
Задачей настоящего изобретения является упрощение и уменьшение веса конструкции, увеличение ресурса и повышение надежности воздушного винта, а также упрощение производства деталей и разбора конструкции в случае поломки.
Поставленная задача решена благодаря тому, что воздушный винт, содержащий лопасти, втулку, включающую ступицу с фланцем, кардан с траверсой, расположенные в корпусе втулки, ползун, соединенный при помощи наружных шлицов со ступицей втулки, поводок с рычагами, запрессованный на ползун, тяги поворота лопастей, соединенные с рычагами поводка, дополнительно содержит в комлевой части каждой лопасти осевой шарнир, который выполнен в виде цапфы, снабженной двумя проушинами на гребенке для крепления к ответным проушинам, выполненным на корпусе втулки, и установленной с помощью двух подшипников в комлевой части лонжерона лопасти, и торсиона, установленного внутри цапфы и закрепленного с помощью пальцев одной петлей - в комлевом участке лонжерона, а другой петлей - в основании гребенки цапфы, причем на комлевой части лонжерона каждой лопасти закреплен рычаг поворота лопасти, плечо которого шарнирно соединено с тягой поворота лопасти, от соответствующего рычага поводка. При этом в кардане втулки размещены эластомерные подшипники.
Изобретение позволяет значительно уменьшить вес конструкции за счет размещения осевого шарнира в виде торсиона в комлевой части лопасти, а также повысить ресурс воздушного винта. Простота узлов и деталей упрощает техническое производство воздушного винта и обеспечивает ремонтопригодность конструкции. Узел крепления лопасти позволяет легко перейти к производству воздушного винта с другим количеством лопастей, выполнив соответствующее количество гребенок на корпусе. За счет использования в кардане (а в определенных вариантах конструкции - также и в осевом шарнире) эластомерных подшипников, не требующих смазывания, дополнительно повышается ресурс, упрощается техническое обслуживание и повышается надежность воздушного винта.
Изобретение поясняется чертежами, где изображено:
на фиг.1, 2, 3 - воздушный винт в трехлопастной конфигурации;
на фиг.4 - вид сбоку на втулку воздушного винта;
на фиг.5 - поперечное сечение втулки воздушного винта и продольное сечение рычага поворота лопасти и цапфы;
на фиг.6 - вид сверху на втулку воздушного винта;
на фиг.7 - продольное сечение втулки воздушного винта;
на фиг.8 - поперечное сечение втулки воздушного винта;
на фиг.9 - лопасть воздушного винта;
на фиг.10 - продольное сечение комлевой части лопасти.
Воздушный винт, в частности рулевой винт вертолета (фиг.1, 2, 3), включает в себя втулку 1 (фиг.4…8) и лопасти 2 (фиг.9), в комлевых частях которых размещены осевые шарниры 3 (фиг.10).
Втулка 1 рулевого винта имеет корпус 4 (фиг.4…8) и содержит ступицу 5 (фиг.4, 5, 7, 8), кардан 6 (фиг.7, 8) с корпусом 7 (фиг.4…8), поводок 8 (фиг.4…7) с ползуном 9 (фиг.4, 5, 7, 8) и тяги 10 поворота лопасти 2.
Ступица 5 изготовлена за одно целое с фланцем, которым она при помощи болтов крепится к фланцу ведомого вала хвостового редуктора (на фиг. не показан).
На ступице 5 установлены ограничитель взмаха 11 со втулкой 12 (фиг.7). Внутренними шлицами на ступицу 5 установлена траверса 13 кардана 6 (фиг.8), затянутая гайкой 14 (фиг.7), которая, в свою очередь, фиксируется контровочной шайбой 15 (фиг.7). В гайку 14 вмонтирована пресс-масленка (на фиг. не показана) для смазки внутренних шлицов ступицы 5.
На двух цапфах траверсы 13 смонтированы внутренние опоры эластомерных подшипников 16 и регулировочные кольца 17, стянутые гайками 18. Стопорение гаек 18 относительно цапфы траверсы 13 осуществляется с помощью установленной на гайку 18 муфты 19. Внешние опоры эластомерных подшипников 16 запрессованы в расточки корпуса 7 кардана 6. На двух стержнях 20 и 20а с помощью шлицевого соединения смонтированы внутренние опоры эластомерных подшипников 21. Внешние опоры эластомерных подшипников 21 запрессованы в расточки корпуса 7 кардана 6. Стержни 20 и 20а крепятся к корпусу 4 втулки 1 рулевого винта при помощи болтов 22. Корпус 4 втулки 1 имеет три гребенки 23 (фиг.6, 8) с проушинами для крепления лопастей 2.
Поводок 8 своей ступицей запрессован на ползун 9 и затянут гайкой 24 (фиг.4), которая фиксируется контровочной шайбой 25 (фиг.4). Поводок 8 имеет рычаги, которые заканчиваются вилками для соединения с тягами 10 поворота лопасти 2.
Ползун 9 выполнен в виде пустотелого валика с наружными шлицами, соединяющими его со ступицей 5 втулки 1. Направляющими ползуна 9 являются нижняя 26 (фиг.7) и верхняя 27 (фиг.7) втулки, запрессованные в расточку ступицы 5. В расточку головки ползуна 9 в собственном корпусе установлены резиновая армированная манжета 28 и двухрядный радиально-упорный шариковый подшипник 29 (фиг.7). Наружное кольцо подшипника 29 совместно с буртиком корпуса манжеты 28 зафиксировано крышкой 30 с клапаном 31. Во внутреннее кольцо подшипника 29 установлена стальная втулка (на фиг. не показана), которая монтируется на шток (на фиг. не показан) механизма изменения шага рулевого винта и совместно со стопорным кольцом (на фиг. не показан) затягивается на носке штока гайкой (на фиг. не показана). На ступице поводка 8 установлена пресс-масленка (на фиг. не показана) для набивки смазки в полость подшипника 29. Манжета 28 предотвращает утечку смазки из рабочей полости подшипника 29. Выступающая из ступицы 5 часть ползуна 9 между поводком 8 и ступицей 5 закрыта защитным резиновым чехлом 32 с ограничителем 33 (фиг.4, 7).
Тяги 10 поворота лопасти 2 регулируются по длине. Каждая тяга 10 состоит из верхнего ушкового наконечника 34, стержня 35 и нижнего ушкового наконечника 36. Стержень 35 тяги 10 имеет в средней части буртик с лысками под ключ и заканчивается шлицевыми участками с обоих концов. На стержень 35 насажены верхний ушковый наконечник 34 и нижний ушковый наконечник 36, фиксирующиеся гайками 37 и 37а со стопорными шайбами 38 и 38а. Верхний ушковый наконечник 34 соединен цилиндрическим пальцем 39 с одним из трех рычагов поводка 8. Цилиндрический палец 39 затянут гайкой 40, которая удерживается от проворачивания шплинтом 41. Нижний ушковый наконечник 36 соединен болтом 42 с плечом рычага 43 (фиг.9) поворота лопасти 2. Болт 42 затянут гайкой 44, которая удерживается шплинтом 45. Соединения верхнего ушкового наконечника 34 с рычагом поводка 8 и нижнего ушкового наконечника 36 с плечом рычага 43 поворота лопасти 2 осуществляются с помощью установленных в отверстия ушковых наконечников 34 и 36 соответственно верхнего сферического подшипника 46 и нижнего сферического подшипника 47.
Лопасти 2 рулевого винта изготовлены из композиционных материалов. Каждая лопасть 2 состоит (фиг.9) из лонжерона 48 с обтекателем 49, хвостового отсека 50 с концевым обтекателем 51 и осевого шарнира 3 (фиг.10), размещенного в комлевой части лопасти 2.
На комлевом участке корпуса лонжерона 48 размещен рычаг 43 поворота лопасти 2. Рычаг 43 поворота лопасти 2 скреплен со втулкой 52 (фиг.5, 10) расположенной с внутренней стороны комлевого участка корпуса лонжерона 48 при помощи болтов 53.
Осевой шарнир 3 состоит из цапфы 54 (фиг.5, 10), подшипников скольжения 55 и 55а (фиг.10) и торсиона 56 (фиг.5, 10).
Цапфа 54 имеет гребенку 57 с проушинами для крепления при помощи болтов 58 (фиг.4) к ответным проушинам, расположенным на гребенке 23 корпуса 4 втулки 1. Между основанием гребенки 57 цапфы 54 и рычагом 43 поворота лопасти 2 расположена манжета 59. Внутренние кольца подшипников скольжения 55 и 55а размещены на цапфе 54.
Торсион 56 представляет собой мотаную конструкцию из проволоки и ткани с концевыми петлями. Одна петля торсиона 56 вложена в коуш 60, который соединен с сухарем 61 при помощи двух болтов 62, другая петля вложена в коуш 60а, который соединен с сухарем 61а при помощи двух болтов 62а. С помощью пальца 63 торсион 56 одной петлей крепится в основании гребенки 57 цапфы 54, а с помощью пальца 63а торсион 56 другой петлей крепится в комлевом участке лонжерона 48 лопасти 2.
Воздушный винт работает следующим образом.
В режиме работы воздушного винта центробежная сила, возникающая на лопасти 2 при вращении воздушного винта вокруг своей оси, воспринимается корпусом 4 втулки 1, на которую она передается последовательно через палец 63а, торсион 56, палец 63, гребенку 57 цапфы 54, болты 58 и гребенку 23 корпуса 4. Изменение шага рулевого винта происходит за счет того, что ползун 9, перемещаясь в осевом направлении во втулках 26 и 27, запрессованных в расточку ступицы 5, и вращаясь вместе со ступицей 5, посредством поводка 8 и тяг 10, поворачивает лопасти на определенный установочный угол.
Технический эффект изобретения заключается в уменьшении веса, упрощении конструкции и технического производства, снижении затрат на техническое обслуживание, увеличении ресурса и повышении надежности воздушного винта.