Автожирный винт с креплением на тросе привязного аэростата
AUTOGYRO SCREW WITH FASTENING ON ROPE OF TETHERED AEROSTAT

Изобретение относится к авиации, в частности к воздухоплаванию, а именно к устройству тросовых систем привязных аэростатов.
Автожирный винт с креплением на тросе привязного аэростата включают две лопасти, втулку винта и средства крепления оси вращения к элементам, воспринимающим подъемную силу. Двухлопастные автожирные винты, как правило, имеют жестко соединенные между собой лопасти и простую качающуюся втулку с общим горизонтальным шарниром, вынесенным вверх на уровень центров тяжести лопастей, т.к. при работе винта под нагрузкой образуется небольшой конус с отклонением лопасти от горизонтали примерно на 4-6 градусов. Втулка винта содержит подшипниковый узел, неподвижная ось которого соединяется с элементами конструкции летательного аппарата, воспринимающими подъемную силу.
Известны автожирные винты, в которых рукав комля лопасти переходит в конструктивные элементы горизонтальных и вертикальных шарниров, обеспечивающих маховое движение лопастей и управление наклоном вектора тяги ротора автожирного винта при помощи автомата перекоса (Н.И. Камов. Винтовые летательные аппараты, 1948 г., с. 39, фиг. 26, с. 40, фиг. 27) такая конструкция не применима для автожирного винта, закрепляемого на тросе, т.к. у последнего не предусматривается отдельная система управления наклоном площади ометаемого диска винта. Кроме того, оси горизонтальных шарниров в схеме известной конструкции ротора автожирного винта лежат в плоскости ометаемого диска винта и не способны обеспечить автоматическое управление углом его атаки.
Известны автожирные винты, у которых пара лопастей имеет общий горизонтальный шарнир для обеспечения их махового движения в процессе вращения, а для изменения направления вектора подъемной силы тяги используются непосредственный наклон оси вращения винта. (О.Н. Сохань. Конструирование втулок несущих винтов вертолетов. Учебное пособие, 1981 г., стр. 5, рис. 3; И.П. Братухин. Автожиры. Теория и расчет, 1934 г., §2, фиг. 47). Такие втулки автожирных винтов применяются практически на всех современных серийных автожирах и автожирах любительской постройки. Однако они не подходят для установки на тросе привязного аэростата, т.к. точка центра наклона оси втулки винта располагается слишком близко к плоскости его вращения и набегающий воздушный поток из-за отсутствия разности в жесткости троса над и под винтом будет случайным образом отклонять плоскость винта либо вверх, либо вниз, создавая неопределенность в возможности сохранения устойчивости режима авторотации и необходимого пространственного положении вектора подъемной силы тяги.
По технической сущности в качестве наиболее близкого прототипа принята схема втулки винта с общим горизонтальным шарниром лопастей и точкой центра наклона оси вращения, располагаемой под втулкой винта вблизи плоскости его вращения (О.Н. Сохань. Конструирование втулок несущих винтов вертолетов. Учебное пособие, 1981 г., стр. 5, рис. 3).
Основными недостатками прототипа являются:
- излишняя сложность и затрудненная собираемость конструкции;
- близость точки центра наклона оси втулки к плоскости вращения винта;
- отсутствие разницы в жесткости несущего троса над и под винтом;
- наличие неопределенности в сохранении устойчивости режима авторотации при изменениях в интенсивности набегающего воздушного потока;
- невозможность использования подвижности профиля провисания троса аэростата для управления углом атаки диска винта;
- наличие неопределенности в пространственном положении вектора тяги.
Задачей изобретения является нахождение технического решения, позволяющего создавать простые легкосборные конструкции автожирного винта и обеспечивать его автоматическое приспособление к условиям обтекания воздушным потоком при одновременном изменении линии профиля провисания троса, а также устранение или ослабление перечисленных недостатков прототипа.
Задача изобретения решается тем, что предложена легкосборная конструкция автожирного винта с возможностью установки ее на тросе аэростата через штангу жесткости, смещающую вниз узел крепления к тросу на значительное расстояние от плоскости вращения винта, чем вводится более высокая жесткость области под винтом, позволяющая оси вращения винта автоматически отклоняться в сторону увеличения угла атаки диска винта под действием набегающего воздушного потока и изменений в линии профиля провисания троса аэростата.
Полученный результат характеризуется следующими существенными признаками:
- ось подшипникового узла втулки винта выполнена полой с диаметром отверстия достаточным для свободного пропускания в нем троса аэростата, причем нижний торец отверстия оси подшипникового узла имеет резьбу с возможностью ввинчивания в нее резьбового участка верхнего торца штанги жесткости, которая состоит из двух половин и приспособлена для совмещения половин друг с другом по поверхностям стыка после охвата троса, а также снабжена способностью фиксировать конструкцию автожирного винта на тросе при помощи зажимного замка, выполненного со стороны нижнего торца штанги жесткости;
- конструкция автожирного винта снабжена легкособираемыми разъемами лопастей и быстросъемными болтами;
- центральный подшипниковый узел втулки винта снабжен встроенной упорной муфтой предотвращения обратного хода.
На Фиг. 1 показана конструкция автожирного винта в сборе, установленная на тросе аэростата.
На Фиг. 2 показана конструкция автожирного винта в разобранном состоянии и отдельно трос аэростата.
Устройство автожирного винта по Фиг. 1 и Фиг. 2 включает:
Трос аэростата (1), лопасти винта (2), проушины (3) навески лопастей на общий горизонтальный шарнир, подшипниковый узел втулки винта (4), штангу жесткости (5), состоящую из двух совмещаемых половин, обжимной штанговый замок (6) и монтажные отверстия (7) с быстросъемными болтами.
Устройство автожирного винта работает следующим образом (Фиг. 1, Фиг. 2):
У комплекта автожирного винта, подготовленного для установки на трос, проушины (3) предварительно закреплены на рукавах лопастей (2). Сборка и установка винта осуществляется поэлементно. Перед закреплением троса (1) в узле привязи аэростата на него свободно надеваются центральные подшипниковые узлы (4) по количеству устанавливаемых на тросе винтов.
Во время сдавания троса с лебедки при подъеме аэростата узлы (4) скользят по тросу, оставаясь на уровне лебедки. После достижения точки установки первого винта на тросе оператор совмещает две половины штанги жесткости (5) с охватом троса (1) и ввинчивает по резьбе ее верхний торец в ось центрального подшипникового узла (4), а нижний торец штанги жесткости защелкивает обжимным штанговым замком (6), обеспечивая надежную фиксацию положения винта на тросе.
После закрепления штанги жесткости (5) проушины (3), предварительно смонтированные на лопасти (2), навешиваются на полуоси центрального подшипникового узла (4), а лопасти (2) соединяются между собой быстросъемными болтами по монтажным отверстиям (7).
Для обеспечения свободы вращения лопастей только в прямом направлении центральный подшипниковый узел (4) снабжен встроенной упорной муфтой предотвращения обратного хода.
Во время вращения винта штанга жесткости (5) создает небольшую разницу между жесткостью троса (1) над винтом и под ним. Внизу жесткость оказывается выше. Этого достаточно, чтобы усиление набегающего воздушного потока всегда приводило к увеличению угла атаки винта и росту его подъемной тяги.
При некоторых навыках в работе полное время установки автожирного винта на тросе занимает не более 3 минут. Аналогичные операции выполняются при установке остальных винтов.
По мере сдавания троса аэростата с лебедки установленные на нем винты под воздействием набегающего потока раскручивается до рабочих оборотов и начинают непрерывно создавать подъемную силу тяги.
При выбирании троса аэростата лебедкой операции последовательного демонтажа автожирных винтов производятся в обратном порядке после остановки вращения лопастей.
Предложенное устройство автожирного винта позволило:
- упростить конструкцию, повысить ее надежность и уменьшить время монтажных операций;
- отвести вниз от плоскости вращения винта узел его крепления на тросе и, следовательно, центр наклона оси вращения винта;
- обеспечить наличие разницы в жесткости несущего троса над и под винтом;
- устранить неопределенность в сохранении режима авторотации при изменениях интенсивности набегающего воздушного потока;
- снять ограничения в использовании подвижности профиля провисания троса аэростата для управления углом атаки диска винта;
- устранить неопределенность в пространственном положении вектора подъемной силы тяги.