ВЕРТЛЮГ-ТОКОСЪЕМНИК ДЛЯ ВНЕШНЕЙ ПОДВЕСКИ ВЕРТОЛЕТА

Предлагаемое техническое решение относится к авиационной технике, а именно к оборудованию летательных аппаратов, в частности, вертолетов, предназначенных для транспортирования груза на внешней подвеске и для выполнения строительно-монтажных работ (СМР).
Известен вертлюг с токосъемником для внешней подвески вертолета (Замок ВТ-ДГ20. Руководство по технической эксплуатации, 1986 г). Вертлюг встроен в общий корпус с электрозамком, и содержит полую ось с опорной кольцевой пятой и переходником для крепления деталей внешней подвески, подшипник, размещенный в корпусе над опорной кольцевой пятой и на который опирается корпус. В полости оси установлен токосъемник, который состоит из кожуха, прикрепленного к оси, внутри которого размещен барабан из электроизоляционного материала с токопроводящими кольцами на цилиндрической поверхности. Барабан посредством полого вала прикреплен к корпусу замка, а внутри кожуха закреплены колодки с подпружиненными контактами, с возможностью их постоянного взаимодействия с токопроводящими кольцами. К контактам прикреплены провода, выведенные через полый вал и вторые концы которых подключены к исполнительному электромеханизму (соленоиду) в корпусе электрозамка. Во внутренней полости барабана размещены припаянные к токопроводящим кольцам провода, выведенные жгутом (электрокабелем) через переходник к центральному канату. Электрокабель закреплен хомутами по всей длине центрального каната и введен в кабину, где подсоединен к источнику электропитания. Поэтому при любых поворотах электрозамка вокруг оси каната (или наоборот - при раскрутке каната под нагрузкой) обеспечивается его бесперебойное электропитание и возможность управляемой из кабины отцепки груза после его транспортирования или выполнения несложных СМР. Но из-за ненадежности этого электрозамка несколько раз приостанавливалась его эксплуатация. Одним из недостатков, снижающим надежность в зимнее время, является возможность выхода из строя электрической части из-за обмерзания контактных пар в токосъемнике. Поэтому при транспортировании грузов вертолетом Ми-26 в северных районах, как правило, используются другие варианты внешней подвески - с механическими грузодержателями (крюками, скобами) и со штатным вертлюгом без токосъемника. Отсутствие в этих случаях возможности отцепки груза из кабины снижает производительность вертолета. Это связано с тем, что после каждого транспортного или монтажного полета требуется висение над грузом в ожидании ручной отцепки членами наземной бригады. Время висения может быть продолжительным из-за необходимости в некоторых случаях выполнения верхолазных работ для того, чтобы добраться к труднодоступным грузодержателям вертолета и открыть их.
Наиболее близким по технической сущности, т.е. прототипом, является вертлюг-токосъемник для внешней подвески вертолета по патенту РФ на ПМ №195465, кл. B64D 1/08, B64D 1/22, 2019 г. Этот вертлюг-токосъемник содержит неподвижный корпус и имеющую возможность вращения ось с наконечником и опорной пятой, под которой установлен подшипник, опирающийся на гайку, ввернутую в корпус, присоединенный к корпусу барабан из электроизоляционного материала с установленными на внешней поверхности токопроводящими кольцами, а также прикрепленный к оси держатель с подпружиненными контактами с возможностью их взаимодействия с токопроводящими кольцами на барабане. На корпусе закреплена втулка, к которой прикреплен защитный кожух, выполненный в виде стакана, внутри которого размещены барабан с кольцами и держатель с консолями и подпружиненными контактами, а в дне стакана выполнено отверстие для выхода наконечника оси. Кроме того, имеются средства механического соединения вертлюга-токосъемника с узлами внешней подвески вертолета: на корпусе - проушина, а на наконечнике оси - ухо. Предусмотрены жгуты проводов, подсоединенных к токопроводящим кольцам и подпружиненным контактам, обеспечивающие подачу электрического питания с борта вертолета к нескольким управляемым устройствам, например, электрозамкам, расположенным ниже вертлюга-токосъемника на концах канатов внешней подвески. Такое исполнение вертлюга-токосъемника может обеспечить питание нескольких (двух или более) электрозамков, что делает возможным его применение в системах азимутальной ориентации груза (САО), которые используются для выполнения сложных видов СМР.
Недостатком прототипа является ограничение по температурным условиям эксплуатации, т.к. существует реальная возможность потери работоспособности электрической части из-за обмерзания контактных пар в токосъемнике при отрицательных температурах окружающего воздуха. Пренебрежение этим недостатком может привести к срыву полетов из-за поломки токосъемника (было несколько случаев). Поэтому сложные СМР пока не выполняются при отрицательных температурах воздуха.
Задачей предлагаемого технического решения является создание всепогодного вертлюга-токосъемника за счет введения дополнительных узлов и деталей, которые при их новом взаиморасположении и при новой взаимосвязи обеспечивают повышение работоспособности и надежности устройства.
Сущность полезной модели заключается в том, что в вертлюге-токосъемнике для внешней подвески вертолета, содержащем неподвижный корпус и имеющую возможность вращения ось с наконечником и опорной пятой, под которой установлен подшипник, опирающийся на гайку, ввернутую в корпус, присоединенный к корпусу барабан из электроизоляционного материала с токопроводящими кольцами, прикрепленный к оси держатель с консолями, на концах которых установлены подпружиненные контакты с возможностью их взаимодействия с токопроводящими кольцами на барабане, защитный кожух, выполненный в виде стакана, внутри которого размещены барабан с кольцами и держатель с подпружиненными контактами, а в дне стакана выполнено отверстие для выхода наконечника оси, средства механического соединения корпуса и наконечника оси с узлами внешней подвески вертолета, и жгуты проводов, подсоединенных к токопроводящим кольцам и подпружиненным контактам, обеспечивающие подачу электрического питания с борта вертолета к управляемым устройствам, которые могут поворачиваться в полете относительно замка вертолета, например, электрозамкам, расположенным на канатах внешней подвески ниже вертлюга-токосъемника, на дне стакана дополнительно установлен электронагревательный элемент, провода от которого выведены из защитного кожуха в кабину и посредством коробки управления с выключателем подсоединены к бортовой электросистеме.
Электронагревательный элемент может быть выполнен в виде кольца, а между ним, дном и стенками стакана установлены прокладки из теплоизоляционного материала.
В сеть питания электронагревательного элемента дополнительно введено термореле с датчиком температуры, причем термореле смонтировано между источником питания и выключателем, а датчик температуры закреплен на внешней подвеске около вертлюга-токосъемника.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 - общий вид вертлюга-токосъемника сбоку в разрезе;
на фиг. 2 - электросхема внешней подвески вертолета с предлагаемым вертлюгом-токосъемником.
Предлагаемый вертлюг-токосъемник состоит из корпуса 1 с проушиной 2, в которой выполнено отверстие 3 для болта крепления к верхнему замку вертолета с помощью промежуточных звеньев. В корпусе 1 размещена ось 4 с опорной пятой 5 и наконечником 6, в котором выполнено отверстие 7 для болта присоединения внешней подвески вертолета, содержащей канаты с электрозамками. В корпус ввернута гайка 8, между которой и опорной пятой 5 оси 4 размещен подшипник 9. На корпусе 1 посредством фиксирующих винтов 10 закреплены втулка 11 и барабан 12, выполненный из электроизоляционного материала. На нижней поверхности барабана 12 концентрично установлены токопроводящие кольца 14 разного диаметра. На нижней цилиндрической поверхности оси 4 с помощью фиксирующих винтов закреплено кольцо 15 с консолями 16 разной длины. К консолям прикреплены контакты 17 на держателях 18 на расстоянии от центра оси 4 в соответствии с радиусами концентричных токопроводящих колец 14. Контакты 17 могут быть выполнены в виде подпружиненных графитовых щеток или упругих металлических пластин, что обеспечивает их постоянное прилегание к кольцам 14. Снаружи установлен защитный кожух 19, выполненный в виде стакана с отверстием в дне для выхода наконечника 6 оси 4. Кожух 19 прикреплен к втулке 11 и барабану 12 с помощью винтов 20. Для подвода электрического тока из кабины вертолета на втулке 11 закреплен штепсельный разъем 21, от которого внутри кожуха 19 разведены провода 22, концы которых припаяны к кольцам 14. Ко всем контактам 17 присоединены провода 23, собранные в жгут 24, который выведен через отверстие в дне кожуха 19 и распаян к штепсельному разъему 25.
На дне стакана кожуха 19 закреплен электронагревательный элемент 26 с помощью хомутов 27. С целью увеличения зоны обогрева электронагревательный элемент 26 выполнен в форме кольца. Для снижения потерь тепла на нагрев кожуха 19 между электронагревательным элементом 26, дном и стенками стакана установлены прокладки 28 из теплоизоляционного материала. Провода 29 от электронагревательного элемента 26 выведены через барабан 12 и втулку 11 к штепсельному разъему 21. Для питания электронагревательного элемента 26 используется электросистема внешней подвески с электрозамками, подключенная к бортовой сети и содержащая коробку управления с пультом управления, в которых выполнена коммутация проводов и разводка по потребителям. В коробке управления в цепи питания электронагревательного элемента 26 установлен выключатель 29 и термореле 30 с выносным датчиком температуры 31. На пульте управления в цепи питания электрозамков установлена кнопка 32 "основной сброс". Для повышения надежности системы управления электрозамками, параллельно установлена кнопка 33 "дублирующий сброс" (на фиг. 2 представлена упрощенная электросхема, где не показаны контрольная лампа на пульте управления, а также пятая пара контактов 14 и 17 в вертлюге-токосъемнике, обеспечивающие сигнализацию срабатывания, т.е. открытия электрозамков). Для изоляции полости пар контактов от наружного воздуха в отверстии на дне стакана установлена пробка 34, закрепленная на штоке 6.
Провода, выходящие из коробки управления и пульта управления, формируют в жгут, который за пределами кабины подсоединяют к штепсельному разъему 21 на вертлюге-токосъемнике.
Вертлюг-токосъемник работает следующим образом.
Перед полетами корпус 1 подсоединяют проушиной 2 к верхнему замку вертолета с помощью штатных переходных звеньев. К штепсельному разъему 21 присоединяют жгут, выходящий из кабины от коробки управления и пульта управления. На кожухе 19 прикрепляют хомутом датчик температуры 31. К наконечнику 6 оси 4 посредством переходных звеньев присоединяют канаты внешней подвески с электрозамками на нижних концах. По канатам прокладывают и закрепляют хомутами электрокабели. Верхние концы электрокабелей присоединяют к штепсельному разъему 25, а нижние - к электрозамкам.
При подцепке груза к вертолету электрозамки закрывают вручную.
В полете при вращении груза на внешней подвеске под действием аэродинамических сил или от привода САО ось 4 поворачивается относительно неподвижного корпуса 1, прикрепленного к верхнему замку вертолета. Благодаря постоянному взаимодействию вращающихся контактов 17 с неподвижными кольцами 14 обеспечивается бесперебойная подача электрического напряжения от коробки управления к электрозамкам, которые находятся в дежурном режиме.
При полетах на небольшой высоте в теплое время года выключатель 29 оставляют в исходном (т.е. в разомкнутом) положении. Поэтому электронагревательный элемент 26 выключен. При отрицательных температурах воздуха в районе выполнения работ или при полетах в горах (где температура воздуха даже летом может меняться от положительных до отрицательных) выключатель 29 переводят в замкнутое положение, а на шкале термореле 30 устанавливают температуру его срабатывания, например 0°С. Поэтому, при снижении температуры окружающего воздуха (которую измеряет датчик 31) ниже установленного значения, термореле 30 включает сеть электронагревательного элемента 26. В результате прогрева воздуха в полости расположения скользящих пар контактов 14 и 17 исключается их обмерзание, т.к. сдвигается точка росы.
При завершении транспортирования груза или его установки при СМР в кабине нажимают кнопку 32 "основной сброс". Если электрозамки не открываются (из-за возможных повреждений в основной цепи), нажимают кнопку 33 "дублирующий сброс". Электрический ток поступает по замкнутой цепи через вертлюг-токосъемник по кабелям к электрозамкам и они открываются - происходит управляемая отцепка вертолета от груза без участия наземной бригады.
Предлагаемый вертлюг-токосъемник может быть использован как при положительных, так и при отрицательных температурах воздуха, что расширяет климатический диапазон выполнения сложных авиационных работ вертолетами, в т.ч. СМР.
Экспериментальный образец вертлюга-токосъемника с обогревом разработан и изготовлен на базе прототипа и проходит испытания.