ПУШЕЧНАЯ УСТАНОВКА ВЕРТОЛЕТА С УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫМ ПОДШИПНИКОМ ПОВОРОТА В ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ

Область техники
[1] Полезная модель относится к орудийным установкам, обеспечивающим поворот орудия в горизонтальной и вертикальной плоскостях, и в частности к пушечным установкам, предназначенным для размещения на вертолете с прикреплением к днищу корпуса вертолета.
Предпосылки к созданию полезной модели
[2] Прототипом полезной модели является несъемная подвижная пушечная установка НППУ-280-1, которая раскрыта в публикациях, представленных в Интернете на 12.05.2021 г.:
https://rhc.aero/uploads/Documents/%D0%9C%D0%98-28%D0%9D.pdf (стр. 3, 5, 7, 13, 16), а также
http://aeroem.ru/catalog/strelkovo-pushechnoe-vooruzhenie/nesemnaya-podvizhnaya-pushechnaya-ustanovka-nppu%E2%80%93280%E2%80%931.html .
[3] Данная пушечная установка включает в себя турель, а также закрепленные на турели пушку калибра 30-мм и боекомплект из 250 снарядов, размещенных в двух снарядных контейнерах. Турель содержит основание и лафет. Основание прикреплено к корпусу вертолета при помощи главного подшипника так, что оно способно к повороту относительно корпуса вертолета вокруг вертикальной оси. Лафет установлен на основании с возможностью поворота относительно основания вокруг горизонтальной оси. Пушка жестко закреплена во внутреннем пространстве лафета, а снарядные контейнеры жестко прикреплены к лафету снаружи с обеих его поперечных сторон.
[4] Таким образом, данная пушечная установка обеспечивает наведение пушки по вертикали и горизонтали, благодаря чему пушка способна вести прицельный огонь в любом направлении в пределах сектора, ограниченного углами поворота лафета и основания.
[5] Главный подшипник включает в себя горизонтально расположенные и совмещенные друг с другом внутреннее и внешнее кольца, имеющие встречно расположенные канавки, а также множество шариков, размещенных в полости, образованной данными канавками. Внешнее кольцо при этом прикреплено к корпусу вертолета, а внутренне кольцо прикреплено к основанию.
[6] Традиционно в устройствах, подобных описанной выше пушечной установке, элементы главных подшипников, а именно кольца и шарики, выполняются из подшипниковой стали. Выбор данного материала обусловлен необходимостью обеспечения прочности и жесткости конструкции, что, безусловно, достигается в высокой степени. Однако стальные кольца и шарики имеют большой вес, а данный фактор для авиации является нежелательным.
[7] Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, состоит в снижении веса главного подшипника пушечной установки при обеспечении его требуемой прочности и жесткости.
Сущность полезной модели
[8] Для решения указанной технической проблемы в качестве полезной модели предложена пушечная установка вертолета, содержащая основание, в котором установлен лафет пушки, и главный подшипник, посредством которого основание закреплено на корпусе вертолета с возможностью поворота вокруг вертикальной оси. Главный подшипник содержит внутреннее кольцо, закрепленное на основании и имеющее канавку на своей внешней окружной поверхности, внешнее кольцо, закрепленное на корпусе вертолета и имеющее канавку на своей внутренней окружной поверхности, и множество шариков, расположенных в пространстве между канавками внутреннего и внешнего колец. Внутреннее и внешнее кольца при этом выполнены из алюминиевого сплава, а шарики выполнены из фенилона.
[9] Технический результат полезной модели состоит в том, что благодаря более низким плотностям алюминиевого сплава и фенилона относительно плотности стали, обеспечивается снижение веса главного подшипника. Одновременно с этим шарики из фенилона имеют некоторую податливость под действием нагрузки, в результате чего пятно контакта между шариком и внутренним кольцом, равно как и пятно контакта между шариком и внешним кольцом имеют увеличенную относительно прототипа площадь. Последнее обстоятельство уменьшает давление на внутреннее и внешнее кольца со стороны шариков, что позволяет снизить требования по жесткости колец или, другими словами, выполнить кольца менее жесткими, используя для их изготовления алюминиевый сплав.
[10] В частном случае полезной модели внутреннее кольцо закреплено на основании посредством множества штифтов. Каждый штифт пролегает в отверстии, выполненном во внутреннем кольце и основании, при этом ось данного отверстия образует с вертикальной осью острый угол с вершиной, обращенной вниз.
[11] В этом исполнении внутреннее кольцо, удерживаемое шариками на внешнем кольце, воспринимает со стороны штифта усилие, направленное перпендикулярно стенке своего отверстия под штифт. Данное усилие имеет вертикальную составляющую, направленную вниз, и горизонтальную составляющую, направленную в сторону внешнего кольца. Таким образом, в данном исполнении обеспечивается усилие, прижимающее внутреннее кольцо к шарикам в сторону внешнего кольца. Это перераспределяет нагрузку на шарики и в некоторой степени разгружает шарики в вертикальном направлении, что позволяет уменьшить сопротивление повороту внутреннего кольца относительно внешнего кольца, а также увеличить ресурс шариков.
[12] В частном случае полезной модели внешнее кольцо имеет сквозное отверстие, предназначенное для введения шариков в пространство между канавками внутреннего и внешнего колец. Внешнее кольцо при этом снабжено пробкой, герметично закрывающей указанное сквозное отверстие после введения шариков в указанное пространство.
[13] Данное исполнение позволяет обеспечить минимальный зазор между внутренним и внешним кольцами, что увеличивает их площадь контакта с шариками, снижая давление на шарики. Это, в свою очередь, повышает жесткость и надежность главного подшипника пушечной установки. Кроме того, обеспечивается надежная герметизация пространство между канавками внутреннего и внешнего колец.
Краткое описание чертежей
[14] Осуществление полезной модели будет пояснено ссылками на фигуры:
фиг. 1 - турель пушечной установки, выполненной согласно полезной модели, с установленными снарядными контейнерами, трехмерное изображение;
фиг. 2 - основание и главный подшипник турели пушечной установки, выполненной согласно полезной модели, трехмерное изображение;
фиг. 3 - главный подшипник и основание, разрез А-А с фиг. 1, плоская проекция;
фиг. 4 - главный подшипник и основание в области отверстия для введения шариков, разрез В-В с фиг. 1, плоская проекция.
Следует отметить, что форма и размеры отдельных элементов, отображенных на фигурах, могут являться условными и могут быть показаны так, чтобы наиболее наглядно проиллюстрировать взаимное расположение элементов пушечной установки и их причинно-следственную связь с заявленным техническим результатом.
Осуществление полезной модели
[15] Осуществление полезной модели будет показано на наилучших известных авторам примерах реализации полезной модели, которые не являются ограничениями в отношении объема охраняемых прав.
[16] Пушечная установка, выполненная согласно полезной модели, включает в себя турель, пушку калибра 30-мм и боекомплект из 250 снарядов, размещенных в двух снарядных контейнерах. Пушка и снарядные контейнеры жестко закреплены на турели, которая в свою очередь, установлена на корпусе вертолета.
[17] На фиг. 1 показана турель 1 закрепленными на ней снарядными контейнерами 2. Турель 1 включает в себя основание 10, лафет 20 и главный подшипник 30. Основание 10 закрепляется на корпусе вертолета через главный подшипник 30 так, что оно по существу целиком располагается под днищем корпуса вертолета. Главный подшипник 30 представляет собой радиально-упорный подшипник, способный удерживать пушечную установку на корпусе вертолета в подвешенном состоянии и одновременно с этим обеспечивать возможность поворота основания 10 относительно корпуса вертолета вокруг вертикальной оси.
[18] Лафет 20, имеющий коробчатое поперечное сечение, установлен на основании 10 с возможностью поворота относительно основания 10 вокруг горизонтальной оси. Пушка (не показана) жестко закреплена во внутреннем пространстве лафета 20, а снарядные контейнеры 2 жестко прикреплены к лафету 20 снаружи с обеих его поперечных сторон. Снаряды уложены в снарядные контейнеры 2, будучи закрепленными на снарядных лентах, при этом питающие рукава 3 направляют снарядные ленты к пушке через верхнюю часть лафета 20.
[19] Основание 10 (фиг. 2) состоит из кольцевой плиты 11 и двух U-образных элементов 12, пролегающих вниз от кольцевой плиты 11 и предназначенных для удержания лафета 20 между ними. В этих целях в нижней части U-образных элементов 12 выполнены отверстия 13, которые служат для размещения цапф лафета 20, устанавливаемых в отверстиях 13 на подшипниках скольжения и обеспечивающих поворот лафета 20 относительно основания 10. Кольцевая плита 11 содержит несущий участок 14, через который обеспечивается прикрепление основания 10 к главному подшипнику 30, и приводной участок 15, на котором расположена описанная ниже зубчатая передача, обеспечивающая поворот основания 10.
[20] Главный подшипник 30 (фиг. 2, 3) содержит внутреннее кольцо 31, внешнее кольцо 32 и множество шариков 33. На внутренней окружной поверхности 311 внутреннего кольца 31 выполнена первая подшипниковая опорная поверхность 312, которая находится в жестком контакте с основной опорной поверхностью 142, выполненной на внешней окружной поверхности 141 несущего участка 14. На верхней торцевой поверхности 321 внешнего кольца 32 выполнена вторая подшипниковая опорная поверхность 322, которая находится в жестком контакте с корпусной опорной поверхностью (не показана), выполненной на днище корпуса вертолета.
[21] На внешней окружной поверхности 313 внутреннего кольца 31 выполнена канавка 314, а на внутренней окружной поверхности 323 внешнего кольца 32 выполнена канавка 324. Внутреннее кольцо 31 и внешнее кольцо 32 располагаются так, что канавка 314 в радиальном направлении обращена к канавке 324, при этом зазор между внешней окружной поверхностью 313 и внутренней окружной поверхностью 323 за пределами канавок 314 и 324 является минимально возможным с точки зрения обрабатывающих и сборочных технологий, доступных производителю.
[22] В пространстве между канавками 314 и 324 расположено множество шариков 33. Следует отметить, что между шариками отсутствует какой-либо сепаратор, что позволяет заполнить шариками 33, по существу, все пространство между канавками 314 и 324 целиком. Максимизация числа шариков 33 в главном подшипнике 30 позволяет снизить давление на каждый отдельный шарик и возникающее в нем напряжение.
[23] Внешнее кольцо 32 имеет сквозное отверстие 325, открывающееся на канавке 324 (фиг. 4). Сквозное отверстие 325 позволяет заполнить шариками 33 пространство между канавками 314 и 324 после того, как внутреннее кольцо 31 и внешнее кольцо 32 займут свое целевое положение в главном подшипнике 30, т.е. такое положение, в котором канавки 314 и 324 станут обращены друг к другу. По завершении введения всех шариков в пространство между канавками 314 и 324, сквозное отверстие 325 герметизируется пробкой 326, фиксируемой винтом 327.
[24] Приводной участок 15 кольцевой плиты 11 в радиальном направлении выходит за пределы несущего участка 14 и в поперечном сечении имеет корытообразную форму, открытую вверх (фиг. 3). Внутри приводного участка 15 расположена большая шестерня 16, жестко соединенная с внешним кольцом 32 или выполненная с ним заодно, и малая шестерня (не показана), прикрепленная с возможностью вращения к приводному участку 15 и находящаяся в зацеплении с большой шестерней 16. Малая шестерня жестко соединена с валом приводного электродвигателя, благодаря чему при включении электродвигателя обеспечивается поворот основания 10 относительно корпуса вертолета.
[25] Прикрепление главного подшипника 30 к корпусу вертолета обеспечивается посредством винтов (не показаны), проходящих в сквозных отверстиях 328 (фиг. 4), которые открываются на второй подшипниковой опорной поверхности 322.
[26] Прикрепление главного подшипника 30 к основанию 10 осуществлено при помощи множества штифтов 34, каждый из которых запрессован в отверстие 35, образованное совмещенными соосными отверстиями, выполненными во внутреннем кольце 31 и несущем участке 14 (фиг. 3). Как следует из фиг. 3, ось отверстия 35 образует с вертикальной осью острый угол с вершиной, обращенной вниз.
[27] Благодаря такой ориентации отверстия 35, внутреннее кольцо 31, удерживаемое шариками 33 на внешнем кольце 32, воспринимает со стороны штифта 34 усилие, направленное перпендикулярно стенке своего отверстия под штифт или, другими словами, своего участка отверстия 35. Данное усилие имеет вертикальную составляющую, направленную вниз, и горизонтальную составляющую, направленную в сторону внешнего кольца 32. Таким образом, при указанной ориентации отверстия 35 обеспечивается усилие, прижимающее внутреннее кольцо 31 к шарикам 33 в сторону внешнего кольца 32. Это в некоторой степени разгружает шарики 33, перераспределяя часть нагрузки с вертикального направления на горизонтальное, что позволяет уменьшить сопротивление повороту внутреннего кольца 31 относительно внешнего кольца 32, а также увеличить ресурс шариков 33.
[28] Герметизация главного подшипника 30 обеспечивается при помощи уплотнения 36, установленного между внешним кольцом 32 и внутренним кольцом 31, и уплотнения 37, установленного между внешним кольцом 32 и приводным участком 15 (фиг. 3).
[29] Далее, внутреннее и внешнее кольца 31 и 32 главного подшипника 30 выполнены из алюминиевого сплава. В контексте настоящей заявки под алюминиевым сплавом понимается сплав, в котором массовая доля алюминия составляет не менее 90%. Данное содержание алюминия в алюминиевом сплаве позволяет придать внутреннему и внешнему кольцам 31 и 32 необходимую прочность и при этом существенно снизить их вес. Одновременно с этим является предпочтительным, если в состав алюминиевого сплава будет входить кремний, способный повысить твердость и жесткость выполняемых внутреннего и внешнего колец 31 и 32. Еще более предпочтительно, если массовая доля кремния составляет не менее 6%.
[30] Следует отметить, что использование алюминиевого сплава для изготовления внутреннего и внешнего колец 31 и 32 налагает ограничения на выбор материала для шариков 33. Например, стальные шарики способны деформировать внутреннее и внешнее кольца 31 и 32. Согласно полезной модели, шарики 33 выполнены из фенилона - полимера, относящегося к ароматическим полиамидам.
[31] Фенилон характеризуется высокой прочностью и одновременно с этим высокими антифрикционными свойствами, в результате чего фенилон широко применяется для изготовления поршневых колец, деталей подшипников и т.д. Кроме того, плотность фенилона приблизительно в 6 раз меньше плотности стали, что способствует существенному снижению веса главного подшипника 30.
[32] Одновременно с этим фенилон характеризуется существенно меньшими величинами твердости и модуля упругости при сжатии относительно подшипниковой стали. Это означает, что шарики 33, выполненные из фенилона, более склонны к упругой деформации под действием нагрузки по сравнению со стальными шариками, в результате чего пятно контакта между каждым шариком 33 и внутренним кольцом 31, равно как и пятно контакта между каждым шариком 33 и внешним кольцом 32, имеет увеличенную относительно прототипа площадь. Благодаря этому уменьшается давление на внутреннее и внешнее кольца 31 и 32 со стороны шариков 33, а значит исчезают условия для деформации внутреннего и внешнего колец 31 и 32 при их выполнении из алюминиевого сплава.
[33] Следует отметить, что для выполнения шариков 33 может быть использован любой коммерчески доступный фенилон, в то же время, по мнению авторов полезной модели, является предпочтительным выбор фенилона С1 или фенилона С2. Основное преимущество данных марок фенилона состоит в том, что показатели их прочности меньше зависят от температуры. Кроме того, данные марки фенилона допускают более широкий выбор технологий для формования и обработки шариков 33.