ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИВОД ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ АКТИВНЫМ ЗАКРЫЛКОМ ЛОПАСТИ НЕСУЩЕГО ВИНТА ВЕРТОЛЕТА
ELECTROMECHANICAL DRIVE FOR CONTROLLING ACTIVE SHUTTER OF HELICOPTER ROTOR BLADE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Заявляемое техническое решение относится к авиастроению и может быть применено в конструкции вертолета, в частности для уменьшения/гашения колебаний (вибраций).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известно, что на конструкцию вертолета действуют различные силы, которые возникают, в частности, в связи с колебаниями лопастей.
Колебания лопастей разделяются на стационарные и нестационарные. Простейшим, но часто встречающимся видом стационарных колебаний являются гармонические (синусоидальные) колебания, при которых лопасть совершает один период колебаний за один оборот винта вертолета. Более сложными являются полигармонические колебания. Они представляют собой сумму гармонических (синусоидальных) колебаний, для лопастей вертолета обычно это колебания на частотах, являющихся гармониками основных частот вращения лопасти.
Одним из методов гашения таких колебаний является установка в лопасти активного закрылка с приводом, который колеблется на частотах паразитных полигармоничным колебаниям лопасти
Поворотные колебания активного закрылка установленного на лопастях вертолета, вокруг своей оси, обеспечивает уменьшение гармонических колебаний лопастей и всего вертолета за счет управления аэродинамическими процессами. Алгоритм управления приводом активного закрылка достаточно сложен, постоянно изменяется в зависимости от действующих колебаний на лопасть вертолета.
Известен самосмазывающийся привод управления закрылком лопасти несущего винта (US 7677868 В2) в состав которого входят: корпус, образующий внутреннюю полость; электродвигатель, размещенный в упомянутой внутренней полости для вращения вала электродвигателя внутри упомянутой внутренней полости; выходной стержень, выдвигающийся из упомянутой внутренней полости, при этом упомянутый выходной стержень выдвигается из упомянутого корпуса; и передаточный механизм, функционально связанный с упомянутым валом электродвигателя для преобразования вращения упомянутого вала электродвигателя в линейное движение упомянутого выходного стержня для выдвижения и втягивания упомянутого выходного стержня относительно упомянутого корпуса привода с как минимум частичным удлинением упомянутого выходного стержня внутри упомянутой внутренней полости, при этом упомянутая внутренняя полость содержит количество смазочного вещества, достаточное для обеспечения значительного погружения в него упомянутых вала электродвигателя, передаточного механизма и выходного стержня, который как минимум частично находится внутри упомянутой внутренней полости.
Недостатком вышеописанного технического решения является:
- сложная механическая связь между закрылком и приводом, требующая применение дополнительных рычагов для преобразования поступательно движения во вращательное, что сказывается на габаритах и массе оборудования и его компактности.
- большое количество промежуточных деталей (шарниров), что увеличивает люфты механизма, снижает точность формирования колебаний привода и уменьшает надежность.
Известен узел лопасти несущего винта, воздушное судно с несущим винтом и приводная система закрылка лопасти несущего винта (RU 2549735), где узел лопасти винта включает лопасть винта, участок поворотного закрылка, расположенный вдоль по размаху лопасти винта, и приводную систему участка закрылка, содержащую линейный привод. Линейный привод расположен внутри лопасти винта, функционально присоединен к участку закрылка с целью вращения участка закрылка вокруг оси закрылка. Линейный привод содержит бесщеточный двигатель постоянного тока, резьбовой вал, функционально присоединенный к двигателю, выходной поршень, функционально присоединенный к резьбовому валу через роликовую гайку для преобразования вращательного движения резьбового вала в линейное движение выходного поршня и множество роликов, расположенных между резьбовым валом и роликовой гайкой и выполненных из самосмазывающегося материала. Достигается повышение надежности работы привода при действии высоких центробежных сил.
Недостатком вышеописанного технического решения является:
- сложная механическая связь между закрылком и приводом, требующая применение дополнительных рычагов для преобразования поступательно движения во вращательное, что сказывается на габаритах и массе оборудования и его компактности.
- большое количество промежуточных деталей (шарниров), что увеличивает люфты механизма, снижает точность формирования колебаний привода и уменьшает надежность.
Известен электромеханический привод закрылка самолета (RU 2515014), где привод закрылков самолета содержит две рычажные системы, имеющие шатуны, соединенные через кривошип с секционным основным валом, который установлен в опорах. Секции опорного вала соединены разъемными муфтами. Электромеханический привод секций основного вала имеет электродвигатель и датчик углового положения полого ротора, по меньшей мере, двухступенчатый волновой редуктор с телами вращения с полым выходным валом. Волнообразователь первой и второй ступеней состоит из двух эксцентриков с противоположно направленными эксцентриситетами, подшипников и рабочих колец. В сепараторе первой и второй ступеней размещены тела вращения, взаимодействующие с волновой поверхностью жесткого колеса соответствующей ступени. Между основным и полым выходным валами установлено управляемое устройство их разъединения.
Недостатком вышеописанного технического решения является:
- сложная механическая связь между закрылком и приводом, требующая применение дополнительных рычагов для преобразования поступательно движения во вращательное, что сказывается на габаритах и массе оборудования и его компактности.
- большое количество промежуточных деталей (шарниров), что увеличивает люфты механизма, снижает точность формирования колебаний привода и уменьшает надежность
По своим техническим признака за прототип взят электромеханический поворотный привод и способ изготовления такого привода (RU 2013123897) содержащий корпус, имеющий первый конец, проходящий до второго конца через промежуточный участок, задающий продольную ось, причем корпус ограничивает внутреннюю полость; электродвигатель, установленный во внутренней полости, причем электродвигатель содержит статор и ротор, окружающий вал, имеющий первый конец вала и второй конец вала; элемент привода, установленный в корпусе вдоль продольной оси, причем элемент привода включает в себя входной вал, функционально связанный с первым концом вала, и выходной вал; элемент выходного вала соединен с зубчатым выходным валом элемента привода, причем элемент выходного вала выходит из первого конца корпуса и выполнен и установлен с возможностью вращения вокруг продольной оси; по меньшей мере один подшипниковый узел, служащий опорой либо для выходного вала, либо для первого конца вала; и элемент предварительной нагрузки, установленный внутри корпуса и выполненный с возможностью приложения сжимающего осевого усилия к упомянутому по меньшей мере одному подшипнику, элементу привода и электродвигателю, причем элемент предварительной нагрузки компенсирует тепловое расширение электромеханического поворотного привода вдоль продольной оси.
Недостатком вышеописанного технического решения является:
- большие массогабаритные размеры привода, т.к. в данной конструкции необходимо применять двигатели с большим выходным моментом из-за отсутствия редуктора, т.к. двигатели с большим выходным моментом по сравнению с двигателем с меньшем выходным моментом, но той же самой мощности, имеют большие габариты и массу, следовательно и привод имеет большие габариты и массу, что в том числе приводит к повышению моментов инерции и повышению необходимой, для их преодоления, потребляемой мощности.
Задачей заявляемого технического решения является создание электромеханического привода для управления активным закрылком лопасти несущего винта вертолета, обеспечивающего полигармоничные колебания, при этом имеет больший удельный момент по сравнению с аналогичными приводами и меньшее количество шарнирных узлов в механической проводке, обеспечивающую передачу момента от привода к активному закрылку.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
Технический результат вышеприведенной задачи достигается за счет создания электромеханического привода для управления активным закрылком лопасти несущего винта вертолета и состоящего из электродвигателя, установленного во внутренней полости корпуса, содержащего статор и ротор; где на последнем установлен датчик углового положения, обеспечивающий управление двигателем и одновременно, путем пересчета, определяющий угловое положение выходного рычага привода; и отличающийся тем, что в конструкцию установлен редуктор, соединенный с ротором двигателя и предназначенный для редуцирования момента ротора двигателя в момент выходного звена редуктора, при снижении скорости выходного звена по отношению к скорости ротора двигателя, выходное звено, за счет жесткого соединения, передает момент на выходной рычаг привода, и далее через шарнирный узел к активному закрылку, при этом выходной рычаг привода соединен с активным закрылком лопасти, как напрямую, так и с помощью промежуточных деталей. Указанное техническое решение обеспечивает полигармоничные колебания электромеханического привода, при этом имеет больший удельный момент по сравнению с аналогичными приводами и меньшее количество шарнирных узлов в механической проводке, обеспечивающую передачу момента от привода к активному закрылку.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показан электромеханический привод.
На фиг. 2 показан способ крепления рычага привода к активному закрылку, с помощью промежуточных деталей.
На фиг. 3 показан способ крепления рычага привода к активному закрылку напрямую.
Поз. 1- корпус; Поз. 2 - рычаг;
Поз. 3 - статор электродвигателя;
Поз. 4 - редуктор;
Поз. 5 - силовые и сигнальные провода;
Поз. 6 - датчик углового положения.
Поз. 7 - лонжерон лопасти;
Поз. 8 - электромеханический привод;
Поз. 9 - регулировочная ось;
Поз. 10 - активный закрылок;
Поз. 11 - контур лопасти;
Поз. 12 - ротор двигателя;
Поз. 13 - подшипниковый узел;
Поз. 14 - шарнирный узел;
Поз. 15 - лопасть.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО РЕШЕНИЯ
На фиг. 1 показан электромеханический привод 8 активного закрылка 10 (фиг. 2), который состоит из корпуса 1, в котором установлены статор электродвигателя 3 и редуктор 4. Статор электродвигателя 3 крепится в корпусе 1, а ротор 12 устанавливается на быстроходном валу редуктора 4, либо соединяется с ним любым известным соединением, передающим момент, например шлицевым соединением. На выходном валу редуктора 4 крепится рычаг 2, в любом необходимом угловом положении по отношению к корпусу 1, с шарниром 14, через который передается колебательное вращение от электромеханического привода 8 на активный закрылок 10.
Электромеханический привод 8 устанавливается и фиксируется на лонжероне лопасти 7 вертолета (фиг. 2 и фиг. 3). Для передачи колебательно вращательного движения на активный закрылок 10 лопасти 15, рычаг 2 привода 8 соединяется с активным закрылком 10 как напрямую, так и с помощью промежуточных деталей.
Соединение напрямую выходного рычага 2 привода 8 с активным закрылком лопасти 10 представляет собой крепление непосредственно рычага 2, через шарнирный узел 14, с активным закрылком 10.(фиг. 3)
Соединение с помощью промежуточных деталей выходного рычага 2 привода 8 с активным закрылком лопасти 10 представляет собой крепление, которое осуществляется с помощью регулировочной оси 9, через которую рычаг 2 соединяется с активным закрылком 10, с помощью по меньше мере одного шарнирного узла 14. Промежуточными деталями в этом случае могут быть: регулировочная ось 9 и шарнирный узел 14.(фиг. 2)
Работа заявляемого технического решения осуществляется следующим образом:
Статор электродвигателя 3 (фиг. 1) с помощью электромагнитных полей, создающихся на его обмотках, создает колебательно вращательное движение на роторе 12, который передает данное вращение на входное звено редуктора 4. Управление электродвигателем 3 осуществляется с помощью датчика углового положения 6. Редуктор 4 редуцирует момент и через выходное звено передает колебательно вращательное движение на рычаг 2 с шарнирным узлом 14. В результате рычаг 2 привода выполняет полигармоничные колебания с определенной частотой, моментом и амплитудой.
На фиг. 2, осуществлен способ крепления рычага 2 привода 8 к активному закрылку 10, с помощью промежуточных деталей, в том числе с помощью регулировочной оси 9, через которую осуществляется передача колебательных движений. Для передачи колебательных движений от электромеханического привода 8 к закрылку 10 без искажения, необходимо обеспечить длину регулировочной оси 9 равную L, где L - это расстояние между осью электромеханического привода 8 и осью вращения активного закрылка 10.
Данная схема крепления позволяет передать колебательно вращательное движение от рычага 2 привода 8 на активный закрылок 10 на большие расстояния. При этом длина и момент инерции рычага 2 привода 8 и активного закрылка 10 не изменяется. Изменяется длина регулировочной оси 9, которая перемещается поступательно.
Так как элементы, которые вращаются вокруг своей оси, вносят наибольший вклад в мощностные потери привода 8 от моментов инерции, чем элементы перемещаемые поступательно, то суммарные потери мощности привода на преодоление момента инерции регулировочной оси 9, длина которой увеличилась, будут намного меньше, чем потери при пропорциональном увеличении длин рычага 2 привода 8 и рычага активного закрылка 10.
Рычаг 2 привода 8 и активный закрылок 10 соединяется с регулировочной осью 9 через шарнирные узлы 14, что позволяет исключить заклинивания при перекосах механизма.
На фиг. 3 показан способ крепления рычага 2 привода 8 к активному закрылку 10 напрямую, где рычаг 2 привода 8 непосредственно соединен с закрылком 10 через шарнирный узел 14. При этом шарнирный узел 14 рычага 2 в рычаге активного закрылка 10 соединен по принципу ползунка, то есть зафиксирован в одном направлении, но при этом может свободно перемещаться в другом взаимно перпендикулярном направлении.
Данная схема крепления позволяет разместить механизм передачи полигармонических колебаний внутри контура лопасти 11 без выступания элементов за границы контура, что не приводит к ухудшению аэродинамических характеристик всей лопасти 15.
Заявляемое техническое решение обеспечивает полигармоничные колебания активного закрылка лопасти вне зависимости от внешнего воздействия.